車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

空氣阻力

眾所周知，車速越快阻力越大，空氣阻力與汽車速度的平方成正比。假設(shè)空氣阻力占汽車行駛阻力的比率很大，會(huì)增加汽車燃油消耗量或嚴(yán)峻影響汽車的動(dòng)力性能。據(jù)測(cè)試，一輛以每小時(shí)100公里速度行駛的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的百分之八十將被用來抑制空氣阻力，削減空氣阻力，就能有效地改善汽車的行駛經(jīng)濟(jì)性，因此轎車的設(shè)計(jì)師是格外重視空氣動(dòng)力學(xué)。在介紹轎車性能的文章上常常消滅的“空氣阻力系數(shù)”就是空氣動(dòng)力學(xué)的專用名詞之一，也是衡量現(xiàn)代轎車性能的參數(shù)之一?？諝庾枇ο禂?shù)對(duì)高速行駛的汽車都會(huì)產(chǎn)生不同的影響，其中縱向空氣力氣是最大的空氣阻力，大約占整體空氣阻力的百分之八十以上。它的系數(shù)值是由風(fēng)洞測(cè)試得出來的，與汽車上的合成氣流速度形成的動(dòng)壓力有親熱關(guān)系。當(dāng)車身投影尺寸一樣，車身外形的不同或車身外表處理的不同而造成空氣動(dòng)壓值不同，其空氣阻力系數(shù)也會(huì)不同。由于50年月700.40.670降低油耗，都致力于降低空氣阻力系數(shù)，現(xiàn)在的轎車空氣阻力系數(shù)一般在0.280.4轎車外形設(shè)計(jì)為了削減空氣阻力系數(shù)，現(xiàn)代轎車的外形一般用園滑流暢的曲線去消隱車身上的轉(zhuǎn)折線。前圍與側(cè)圍、前圍、側(cè)圍與發(fā)動(dòng)機(jī)罩，后圍與側(cè)圍等地方均承受園滑過渡，發(fā)動(dòng)機(jī)罩向前下傾，車尾后箱蓋短而高翹，后冀子25度－33度之間，側(cè)窗與車身相平，前后燈具、門手把嵌入車體內(nèi)，車身外表盡量光滑平滑，車底用平坦的蓋板蓋住，降低整車高度等等，這些措施有助于削減空氣阻力系數(shù)。在80100C它承受了上述種種措施，其空氣阻力系數(shù)只有0.3，成為當(dāng)時(shí)商業(yè)代轎車外形設(shè)計(jì)的最正確典范。0.440.25881001.7考察轎車車形的進(jìn)展史，從本世紀(jì)初的福特T型箱式車身到30年月中型的甲蟲型車身，從甲蟲型車身到50年月的船型車身，從船型車身到80年月的楔型車身，直到今日的轎車車身模式，每一種車身外形的消滅，都不是某一時(shí)期單純的工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，而是伴隨著現(xiàn)代空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)展的。空氣阻力系數(shù)在過去的轎車手冊(cè)中從未消滅過，今日則是介紹轎車的常用術(shù)語之一，成為人們格外關(guān)注的一種參數(shù)了。車身構(gòu)造設(shè)計(jì)轎車車身構(gòu)造設(shè)計(jì)是以車身造型設(shè)計(jì)為根底進(jìn)展車身強(qiáng)度設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，以期最終找到合理的車身構(gòu)造型式的設(shè)計(jì)過程的統(tǒng)稱，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到車身內(nèi)外造型能否順當(dāng)實(shí)現(xiàn)和車身各種功能是否能正常發(fā)揮。所以說，它是完成整個(gè)車身開發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。構(gòu)造設(shè)計(jì)必需兼顧造型設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)應(yīng)充分考慮諸如構(gòu)造強(qiáng)度、防塵隔噪性能、以及制造工藝等多種分協(xié)作理。在此根底上，進(jìn)一步作出局部載荷分析，確定各梁的構(gòu)造形式和聯(lián)接方式。因通常轎車存在使用目的和級(jí)別上的不同，故常常會(huì)產(chǎn)生具體構(gòu)造上的差異，最終導(dǎo)致它們?cè)诠δ芎蛢r(jià)格上的差異。總之，車身構(gòu)造設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及到多方面因素的綜合工程設(shè)計(jì)問題，常成為車身設(shè)計(jì)開發(fā)中的難點(diǎn)。一、轎車車身的整體構(gòu)造設(shè)計(jì)車身構(gòu)造設(shè)計(jì)首先應(yīng)以構(gòu)造輕量化為準(zhǔn)則，力求做到強(qiáng)度安排在車身整體上的合理性。為此，必需首先確定車身的主要載荷形式，其次了解載荷傳遞方式，進(jìn)而選擇合理的計(jì)算方法。依據(jù)汽車的實(shí)際使用特點(diǎn)，一般將彎曲、扭轉(zhuǎn)和碰撞作為設(shè)計(jì)時(shí)車身所受三種典型載荷工況。由于轎車車身在整體上可以看作是一個(gè)由薄壁梁和薄板組成的框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)假設(shè)作用力均作用在構(gòu)造的節(jié)點(diǎn)上，且左右對(duì)稱分布時(shí)，經(jīng)過對(duì)節(jié)點(diǎn)受力作適當(dāng)簡(jiǎn)化后，可建立車身承受彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的力學(xué)模型。利用該模型，承受一般的力學(xué)方法即可計(jì)算即通過轉(zhuǎn)變斷面系數(shù)來調(diào)整變形量和應(yīng)力的大小。應(yīng)符合兩端軟中間硬的原則，以保證縱向碰撞發(fā)生時(shí)，車身前部或后部吸取80％以上的碰撞能量。為此，可以70％需由車身縱梁吸取，因此縱梁的作用尤為重要。碰撞時(shí)可依靠局部變形吸取能量，從而削減中部成員艙變形的可能性。局部變形可以依靠梁的局部彎曲或局部發(fā)生皺折實(shí)現(xiàn)。利用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)中空管狀梁內(nèi)施以填充材料，還可以大大50～80cm30％要靠輪罩吸取，故需充分留意它與地板和縱梁的聯(lián)接。二、局部梁構(gòu)造設(shè)計(jì)梁構(gòu)造設(shè)計(jì)除了考慮強(qiáng)度上的要求外，還應(yīng)滿足功能上的要求。由于轎車存在級(jí)別上的差異，對(duì)功能的要求也不盡一樣，如寶馬〔BMW〕37A門柱斷面構(gòu)造。由于A向車頂和門檻梁，且在側(cè)碰撞時(shí)，還將與B、C門柱一起構(gòu)成抵抗側(cè)向力的主要屏障，因此，在更高級(jí)別的7系列車型的A門柱梁中設(shè)置了內(nèi)襯板構(gòu)造，從而可使該梁的強(qiáng)度大大提高提高。此外，由于兩車在級(jí)別上的差異，73系列車門多增加了一道密封圈，使其隔噪隔塵力量大為提高，所以，A上也需實(shí)行相應(yīng)的措施。側(cè)碰撞發(fā)生時(shí)，碰撞能量的大局部必需由B門柱擔(dān)當(dāng)，但通常該梁抵抗橫向力的力量格外有限。為了在構(gòu)造上保證側(cè)碰撞時(shí)汽車的安全性，除了盡可能增大其截面積和承受腹板構(gòu)造加強(qiáng)它與門檻的聯(lián)接強(qiáng)度外，還應(yīng)A、C門柱的相互聯(lián)系，有效地將能量吸取區(qū)域擴(kuò)展到車頂和地板。地板總成的關(guān)鍵部件是門檻梁和分置在其間的橫梁。橫梁可以起到防止地板折疊的作用。一般側(cè)向要預(yù)留200～300mm的空間，供側(cè)向的皺折變形之用。為了提高提高門檻抗彎強(qiáng)度，應(yīng)盡量加大其斷面尺寸。此外，也可以在門檻梁內(nèi)增設(shè)襯板構(gòu)造。車門內(nèi)設(shè)置橫梁已成為目前提高車身抗側(cè)撞安全性的手段之一，如能將橫梁設(shè)置在車身側(cè)向受撞擊的高度上，效果會(huì)更加明顯。為了提高車身整體強(qiáng)度，梁的聯(lián)接方式格外重要，應(yīng)當(dāng)避開承受那些缺乏傳遞某一方向的力或繞某一軸的力矩力量的聯(lián)接構(gòu)造，才能削減因聯(lián)接不當(dāng)造成的局部強(qiáng)度減弱。汽車車身構(gòu)造分類汽車車身構(gòu)造從形式上說，主要分為非承載式和承載式兩種。非承載式車身的汽車有剛性車架，又稱底盤大梁架。車身本體懸置于車架上，用彈元件聯(lián)接。車架的振動(dòng)通過彈性元件傳到車身上，大局部振動(dòng)被減弱或消退，發(fā)生碰撞時(shí)車架能吸取大局部沖擊力，在壞路行駛時(shí)對(duì)車身起到保護(hù)作用，因此車廂變形小，平穩(wěn)性和安全性好，而且?guī)麅?nèi)噪音低。但這種非承載式車身比較笨重，質(zhì)量大，汽車質(zhì)心高，高速行駛穩(wěn)定性較差。承載式車身的汽車沒有剛性車架，只是加強(qiáng)了車頭，側(cè)圍，車尾，底板等部位，車身和底架共同組成了車身本體的剛性空間構(gòu)造。這種承載式車身除了其固有的乘載功能外，還要直接承受各種負(fù)荷。這種形式的車身具有較大的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)的剛度，質(zhì)量小，高度低，汽車質(zhì)心低，裝配簡(jiǎn)潔，高速行駛穩(wěn)定性較好。但由于道路負(fù)載會(huì)通過懸架裝置直接傳給車身本體，因此噪音和振動(dòng)較大。非承載式車身和承載式車身都有優(yōu)缺點(diǎn)，使用在不同用途的汽車上。一般而言，非承載式車身用在貨車、客車和越野車上，承載式車身一般用在轎車上，現(xiàn)在一些客車也承受這種形式。非承載式車身和承載式車身依據(jù)有無剛性車架劃分，什么叫車架，是首先要弄清楚的問題。車架就是支承車身的根底構(gòu)件，一般稱為底盤大梁架。發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)向器及車身局部都固定其上，它除了承受靜載荷外還要承受汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷，因此車架必需要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證汽車在正常使用時(shí)受到各種應(yīng)力下不會(huì)破壞和變形。車架有邊梁式、鋼管式等形式，其中邊梁式是承受最廣泛的一種車架。邊梁式車架由兩根長(zhǎng)縱梁及假設(shè)干根短橫梁鉚接或焊接成形，縱梁主要承負(fù)彎曲載荷，一般承受具有較大抗彎強(qiáng)度的槽形鋼梁。也有承受鋼管，但多用于輕型車架上。一般縱梁中部受力最大，因此設(shè)計(jì)者一般將縱粱中部的截面高度加大，兩端的截面高度漸漸削減，這樣一來可使應(yīng)力分布均勻，同時(shí)也減輕了重量。橫梁有槽形、管形或口形，以保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度和抗彎強(qiáng)度。橫梁還用以安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車身和燃油箱等。為適應(yīng)不同的車型，橫梁布置有多種型式，如為了提高車架的扭轉(zhuǎn)剛度承受X型布置的橫梁。邊梁式構(gòu)造簡(jiǎn)潔，工藝要求低，制造簡(jiǎn)潔，使用廣泛。但由于粗大的大梁縱貫全車，影響整車布置和空間利用率，大梁的橫截面高度使車廂離地距離加大，乘客上下車不便利，另外重量也大，整車行駛經(jīng)濟(jì)性變差。這些缺點(diǎn)對(duì)小客車、轎車是缺點(diǎn)，對(duì)于越野車可能就是優(yōu)點(diǎn)，由于越野車要求有很強(qiáng)的通過性，行駛坎坷路面時(shí)要有一定大的離地間隙，而格外顛簸的道路會(huì)令車體大幅扭動(dòng)，只有帶剛性車架的承載式車身構(gòu)造才能抵擋這種沖擊力。因此越野車上普遍承受非承載式車身。汽車車身概說車身殼體依據(jù)受力狀況可分為非承載式、半承載式和承載式(或稱全承載式)三種。非承載式車身的特點(diǎn)是車身與車架通過彈簧或橡膠墊作柔性連接。在此種狀況下，安裝在車架上的車身對(duì)車架的加固作用不大，汽車車身僅隨本身的重力，它所裝載的人和貨物的重力及其在汽車行駛時(shí)所引起的慣性力和空氣阻力。而車架則承受發(fā)動(dòng)機(jī)及底盤各部件的重力，這些部件工作時(shí)通過其支架傳遞的力以及汽車行駛時(shí)由路面通過車輪和懸架傳來的力(最終一項(xiàng)對(duì)車架或車身影響最大)。半承載式車身的特點(diǎn)是車身與車架用螺釘連接、鉚接或焊接等方法剛性地連接。在此種狀況下，汽車車身除了承受上述各項(xiàng)載荷外，還在肯定程度上有助于加固車架，分擔(dān)車架的局部載荷。承載式車身的特點(diǎn)是汽車沒有車架，車身就作為發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤各總成的安裝根底。在此種狀況下，上述各種載荷全部由汽車車身承受。貨車駕駛室只占汽車長(zhǎng)度的小局部，不行能承受承載構(gòu)造。沒有完整的封閉構(gòu)架的開式車身(敞篷車)也很難承受承載式構(gòu)造。高級(jí)轎車車身假設(shè)為了提高汽車的舒適性，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)及底盤各總成工作時(shí)傳來的振動(dòng)及汽車行駛時(shí)由路面通過車輪和懸架傳給車身的沖擊，則可采用非承載式構(gòu)造。轎車車身和貨車駕駛室轎車車身和貨車駕駛室都沒有明顯的骨架，而是由外部掩蓋零件和內(nèi)部鈑件焊合而成的空間構(gòu)造。承載式車身的地鈑有較完整(厚度也較大)的縱、橫承力元件，其前部有兩根斷面尺寸較粗大的縱梁11，它89等焊接成剛性較好的空間構(gòu)架，以便直接安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和前懸架等部件并承受其工作載荷。與此相反，非承載式轎車(長(zhǎng)頭式貨車的狀況亦一樣)的車身前部就較薄弱，其車前鈑制件通常不是焊接在車身殼體上，而是用螺釘相互連接起來并安裝在車架上。有關(guān)氙氣大燈氙氣大燈也叫HID氣體發(fā)電式燈，它是用包裹在石英管內(nèi)的高壓氙氣替代傳統(tǒng)的鎢絲，供給更高色溫、更聚攏的照明。6022%的行車意外時(shí)在視野不清的狀況下發(fā)生的。所以，現(xiàn)在有很多人把氙氣大燈同ABS、安全氣囊等設(shè)備列為行車的必備設(shè)備。氙氣大燈的選用也有誤區(qū)：1、氙氣燈費(fèi)電由于氙氣燈是承受高壓電流激活氙氣而形成一束電弧光，可以在兩電極之間持續(xù)放電發(fā)光。一般鹵素?zé)舻?535W12、氙氣燈壽命短5倍。鎢絲燈泡有90%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，6504503、氙氣燈色溫越高越好氙氣的色溫在4000K 6000K之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般燈泡它亮度越高，氙氣燈的光色越接近白色色溫越高視覺效果接近藍(lán)色。一般氙氣燈在8000K 10000K時(shí)的照效果反而下降，只是燈光顏色比較特出而已。汽車車身的主要構(gòu)成部件發(fā)動(dòng)機(jī)蓋發(fā)動(dòng)機(jī)蓋(又稱發(fā)動(dòng)機(jī)罩)是最醒目的車身構(gòu)件，是買車者常常要觀察的部件之一。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的主要要求是隔熱隔音、自身質(zhì)量輕、剛性強(qiáng)。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的在構(gòu)造上一般由外板和內(nèi)板組成，中間夾以隔熱材料，內(nèi)板起到增加剛性的作用，其幾何外形由廠家選取，根本上是骨架形式。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開啟時(shí)一般是向后翻轉(zhuǎn)，也有小局部是向前翻轉(zhuǎn)。10在行駛由于振動(dòng)自行開啟，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端要有保險(xiǎn)鎖鉤鎖止裝置，鎖止裝置開關(guān)設(shè)置在車廂儀表板下面，當(dāng)車門鎖住時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋也應(yīng)同時(shí)鎖住。車頂蓋車頂蓋是車廂頂部的蓋板。對(duì)于轎車車身的總體剛度而言，頂蓋不是很重要的部件，這也是允許在車頂蓋上開設(shè)天窗的理由。從設(shè)計(jì)角度來講，重要的是它如何與前、后窗框及與支柱交界點(diǎn)平順過渡，以求得最好的視覺感和最小的空氣阻力。固然，為了安全車頂蓋還應(yīng)有肯定的強(qiáng)度和剛度，一般在頂蓋下增加肯定數(shù)量的加強(qiáng)梁，頂蓋內(nèi)層敷設(shè)絕熱襯墊材料，以阻擋外界溫度的傳導(dǎo)及削減振動(dòng)時(shí)噪聲的傳遞。行李箱蓋行李箱蓋要求有良好的剛性，構(gòu)造上根本與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋一樣，也有外板和內(nèi)板，內(nèi)板有加強(qiáng)筋。一些被稱為“二廂半”的轎車，其行李箱向上延長(zhǎng)，包括后檔風(fēng)玻璃在內(nèi)，使開啟面積增加，形成一個(gè)門，因此又稱為背門，這樣既保持一種三廂車外形又能夠便利存放物品。假設(shè)承受背門形式，背門內(nèi)板側(cè)要嵌裝椽膠密封條，圍繞一圈以防水防塵。行李箱蓋開啟的支撐件一般用勾形鉸鏈及四連桿鉸鏈，鉸鏈裝有平衡彈簧，使啟閉箱蓋省力，并可自動(dòng)固定在翻開位置，便于提取物品。翼子板翼子板是遮蓋車輪的車身外板，因舊式車身該部件外形及位置似鳥翼而得名。依據(jù)安裝位置又分為前翼子板和后翼子板，前翼子板安裝在前輪處，因此必需要保證前輪轉(zhuǎn)動(dòng)及跳動(dòng)時(shí)的最大極限空間，因此設(shè)計(jì)者會(huì)根據(jù)選定的輪胎型號(hào)尺寸用“車輪跳動(dòng)圖”來驗(yàn)證翼子板的設(shè)計(jì)尺寸。后翼子板無車輪轉(zhuǎn)動(dòng)碰擦的問題，但出于空氣動(dòng)力學(xué)的考慮，后翼子板略顯拱形弧線向外凸出?，F(xiàn)在有些轎車翼子板已與車身本體成為一個(gè)整體，一氣呵成。但也有轎車的翼子板是獨(dú)立的，尤其是前翼子板，由于前塑性材料具有緩沖性，比較安全。前圍板前圍板是指發(fā)動(dòng)機(jī)艙與車廂之間的隔板，它和地板、前立柱聯(lián)接，安裝在前圍上蓋板之下。前圍板上有許多孔口，作為操縱用的拉線、拉桿、管路和電線束通過之用，還要協(xié)作踏板、方問機(jī)柱等機(jī)件安裝位置。它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。比照車身其它部件而言，前圍板裝配最重要的工藝技術(shù)是密封和隔熱，它的優(yōu)劣往往反映了車輛運(yùn)行的質(zhì)量。車門、車窗及其附件和密封車門、車窗及其附件和密封車門是車身上重要部件之一。按其開啟方式可分為順開式、逆開式、水平移動(dòng)式、上掀式和折疊式等幾種。車門是車身上重要部件之一。按其開啟方式可分為順開式、逆開式、水平移動(dòng)式、上掀式和折疊式等幾種。順開式車門即使在汽車行駛時(shí)仍可借氣流的壓力關(guān)上，比較安全，而且便于駕駛員在倒車時(shí)向后觀看，故被廣泛承受。逆開式車門在汽車行駛時(shí)假設(shè)關(guān)閉不嚴(yán)就可能被迎面氣流沖開，因而用得較少，一般只是為了改善上下車方便性及適于迎賓禮儀需要的狀況下才承受。輕型客車的后門，也應(yīng)用于低矮的汽車。援人員進(jìn)入的安全門。等組成。門內(nèi)鈑是各種附件的安裝基體。在其上裝有：門鉸鏈、升降玻璃及其導(dǎo)軌、玻璃升降器、門鎖、車門開度限位器等附件。汽車行駛時(shí)，車身殼體將產(chǎn)生反復(fù)扭轉(zhuǎn)變形。為避開在此狀況下車門與門框摩擦產(chǎn)生噪聲，車門與門框之間留密封條嵌在窗框上或用特地的粘合劑粘貼在窗框上。材料的密封槽。某些汽車的側(cè)窗還承受有利于汽車布置的圓柱面玻璃。側(cè)窗玻璃承受茶色或降熱層可使室內(nèi)保移動(dòng)的，以提高車身的密封性。轎車車身上的三大立柱由各種各樣的骨架件和板件通過焊接拼裝而成的轎車車身，也就是行業(yè)俗稱的“白車身”，它的各個(gè)局部都有安裝在什么位置上?！惨妶D〕三廂式轎車車身構(gòu)造圖主要零部件:1、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋2、前檔泥板3、前圍上蓋板4、前圍板5、車頂蓋6、前柱7、上邊梁8、頂蓋側(cè)板9、后圍上蓋板10、行李箱蓋11、后柱12、后圍板13、后翼子板14、中柱15、車門16、下邊梁17、底板18、前翼子板19、前縱梁20、前橫梁21、前裙板22、散熱器框架23、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前支撐板車身的骨架件和板件多用鋼板沖壓而成，車身專用鋼板具有深拉延時(shí)不易產(chǎn)生裂紋的特點(diǎn)。依據(jù)車身不同的位置，一些要防止生銹的部位使用鋅鋼板，例如翼子板、車頂蓋等；一些承受應(yīng)力較大的部位使用高強(qiáng)度鋼0.6～3毫米，大多數(shù)零件用材厚度是0.8～1.0在轎車車身構(gòu)造中，有些重要零件的位置涉及到車輛的整體布置、安全及駕乘舒適性問題，例如立柱。一般轎車車身有三個(gè)立柱，從前往后依次為前柱〔A〕、中柱〔B