汽车车身结构与设计

1第一章车身概论随着国民经济的发展，汽车已成为极为重要的交通运输工具和现代社会的象征，汽车工业在带动其它各行业的发展中，已日益显示出其作为支柱产业的作用。车身，作为汽车上的三大总成之一，已越来越引起人们的注意，并越来越处于主导地位。（发动机、底盘、车身）据统计：客车、轿车、专用车——车身质量占整车整备质量的40～60%；货车——车身质量占整车整备质量的16～30%；各类车身的制造成本，则高于上述比例。车身的定义：运送人、货物或各种生产、生活资料的具有特定形状的结构。车身的特点：10、是使生产工艺、壳体力学、人体工程学、工业设计、材料学、运输学、心理学、经济学、销售学等众多各不相同的学科紧密地联系在一起的工业产品，是技术与艺术相结合的产物；20、车身的发展取决于科学技术水平和物质技术条件；舒适性30、与人们的生活、生产密切相关货物完整性保护乘员安全40、汽车的更新换代，关键在车身；50、车身是汽车工业中一个最年轻而又发展迅速的分支；60、整车生产能力的发展取决于车身的生产能力，汽车的更新换代在很大程度上决定于车身；70、对销售和用户心理有着极其重要的影响；80、技术密集型和劳动密集型相结合的产品：技术密集型——大量采用最尖端技术，机械化、自动化程度很高—2—自动加工、装配线、机械手、机器人等；劳动密集型——相当一部分仍需手工完成——车身钣金件的手工打磨、补焊、涂胶、内饰及附件装配等。可以说，汽车工业发展到现在（支柱产业），其重中之重为车身。车身代表了一个国家的汽车工业水平，要求高、投资大、技术难度大。车身技术的开发历来为发达国家所重视。我国车身技术的发展可以说是近二十年的事，水平十分落后，尚不完全具备设计开发能力，任务十分艰巨。但近年来，通过技术引进，合资合作，特别是几大轿车基地的建设，已使我国的车身技术有了很大的发展。§1-1车身的演变轿子→轿式马车→汽车车身。早在5000年前的古代，世界上就有轿子出现，成为奴隶主或有一定地位的人的乘坐工具；3000年前，随着动物的训化，牛车、马车开始出现。1886年，世界第一辆汽车诞生，当时仅在马车上装发动机，解决动力问题，设计师全力以赴解决动力、传动装置和操纵机构。1908～1921年，开始提出车身的年代。1908年，美国威尔工程师在福特T型车上首次采用了轻合金桁架式框架，配上了当时最现代化的门、窗等→现代车身开始出现。1912年，福特对T型汽车的生产工艺进行了极大的改进，从此，汽车车身完全形成，并为人们所认可。此时，车身的造价已超过底盘，如何改进车身制造的问题被提到了首位。而大量生产的结果，造成了生产过剩，随之而来的必然是要求汽车美化的运动。1928年，汽车车身迎来了一个新的转折：美国首先对车身制造的大量生产方式进行了规划和改革——运用大型冲压件组成带门洞的全金属车身。3钢板冲压车身所有构件——各部分组焊。结果：①减少了零件和连接件数量；②减少了昂贵的手工工序；成本↓↓③降低了劳动量。20年代末30年代初：接触点焊技术开始用于车身连接，从而改进了车身的连接方式→降低了劳动量，消除了以往薄板焊接变形现象。——一直沿用至今。50年代：出现了承载式车身与无车架结构相结合的汽车——车身的制造和用途发生了根本改变：既是底座，又是汽车的骨架和主要构件。优点：刚度高，零件数目比非承载式少，工艺性好。重量轻，各零件寿命得到平衡，经济性改善。60年代：探索和采用新型的车身材料。特点：①出现了生产批量不大的用玻璃纤维增强树脂制成的车身；②车身内部装饰广泛应用了人造材料；③外表覆盖层开始采用具有弹性和高度光泽的合成漆；④在客车和部分专用车车身中开始采用铝合金材料。60年代末、70年代初，为解决车身问题开始采用如下技术：①应用电子计算机技术——结构分析、性能预测，技术文件管理，自动绘图；②开始实现计算机辅助设计（CAD）；③经济适用的结构。80年代以来：①重空气动力性，降低风阻；②乘坐舒适、人机协调；③具有风格和个性，满足不同层次的需要；④车身中大量采用轻金属和非金属材料，出现了全塑料车身——使整车重量↓↓→↑经济性，↑载重量。⑤保护乘员安全——乘客室有足够刚性——保护撞车时安全；前后部有一定的挠性——吸能、缓冲。⑥CAD、CAM、CAT在车身设计、制造与试验中得到大量采用。4——大大缩短了设计、制造和换型周期，降低了制造成本。§1-2我国客车车身发展概况1、20～40年代，直接将货车的货箱去掉，加装密封型的木质车箱。2、50年代，借鉴国外客车结构，开始制造去掉货车驾驶室，将发动机罩在车厢内的客车。3、60年代，利用国产CA10底盘，将车架加长，改动变速系统，组织开发了真正的国产客车。如：JT660—长途客车，SK660—城市客车。特点：①平头式；②全金属式非承载式车身结构；③整体水平接近国外50年代中期；④改装考虑了中国的道路及使用特点。4、70年代，交通和城建系统组织开发了661系列客车。特点：①基本结构与660系列相同；②外形更合理，动感更强；③加大了前风窗和侧窗；④进一步改进了底盘——前轴加强、悬架变软，改进制动。5、80年代～90年代——客车工业大发展：①产量、品种大幅度增加，基本满足了我国公路客运需要1980全国大、中、轻、微型客车产量10000辆;1993全国产量39.04万辆；其中：大、中型客车2.31万辆；轻型客车19.77万辆。②生产厂家增多1980全国客车生产厂家不足40家；1993全国有200余家客车生产厂。③集中度加大——集团化趋势加快5全国出现了几家大的客车集团公司，如：中通集团、亚星公司、宇通公司、中国客车工业公司等。④技改资金投入加大，生产工艺、水平提高很快“六五”、“七五”、“八五”、“九五”期间，全行业资金投入超过200亿元，建成了具有90年代国际水平的客车生产线，促进了产品品种增加和质量的大幅度提高。⑤国家集中资金组织开发了几种具有代表性的车型，推动了行业水平的提高如：“六五”期间组织开发的JT1118H客车；“七五”期间组织开发的JT6120客车；“九五”期间组织开发的JT6110W、JT6110客车；天津客车厂开发的：三峰牌轻型客车等。⑥加快了技术引进和合资合作步伐，使我国客车工业水平接近国际先进水平，满足了我国公路客运事业的发展和高速客运的需求如：江苏亚星：德国奔驰客车技术；安徽淝河：德国凯斯鲍尔客车技术；西安飞机公司：瑞典Volvo客车技术等。⑦国产客车车身结构出现了大的变化10、由单一非承载式→半承载式、全承载式（无车架）；20、蒙皮装配由铆→点焊；30、结构由冲压式→型材骨架式；40、更加注重符合空气动力学的造型；50、将舒适安全放在首位；60、现代设计、试验方法开始在车身设计中全面采用；70、大量采用轻金属和非金属材料：如Volvo全铝车身。80、更加注意和重视细部设计；90、车窗由铝型材推拉式→粘接全密封式；100、中、高档客车全部采用后置发动机布置型式。进入21世纪，我国的客车工业又取得了很大的发展，大力引进国外6先进技术，建立起了一批合作或合资的客车企业，形成以郑州宇通、苏州金龙、厦门金龙为龙头企业的中国客车业。目前，我国客车的年产值达300亿元，年销量在10万辆以上，占世界客车产量的1/3。2007年，中国出口客车26876辆，同比增量16081辆，增长149.09%，这个幅度是客车行业销量增长幅度的7倍；出口金额达到66.72亿元，同比增量36.76亿元，增长122.7%，出口企业31家。我国客车能够出口国外，说明我国客车的设计、制造、安全性能等已经跟国际接轨。在车身设计制造技术成熟的同时，各客车企业开始注重产品的差异化，形成了不同设计理念，如宇通客车推崇的“耐用是金”、苏州金龙的“安全为本”等，这将更加促进我国客车产品的多元化，促进我国客车技术的不断发展。2001～2006年我国客车出口数量具有现代造型特点的客车§1-3车身对整车性能的影响车身对整车性能的影响主要有以下几方面：1、决定整车装载质量的大小——运输能力的高低0200040006000800010000120002001200220032004200520067客车、轿车——车室大小、座数多少；货车——驾驶室大小（单、双排座）货箱大小或容积。2、决定整车的整备质量Go（自重）和造价据统计：小客车：车身约占Go和造价的40~60%；大中型客车：车身约占Go和造价的60~70%；厢式汽车：车身约占Go和造价的40~50%。↓车身重量→↑装载重，↑运输效益↘↓运输成本、售价→↑竞争能力。3、影响整车的动力性和燃油经济性①Go身↓→G装↑→单位装载量油耗↓②G装不变，Go身↓→动力性↑③G装不变，G0身↓→改善发动机工作状态。4、车身形状与汽车的气动阻力密切相关由：F=15.21aDAVC（N），可知：①流线型系数GD对F有绝对性的影响：迎风面积A不变，CD↓→F↓↓。一般通过道路、风洞试验，计算机摸拟等，最大限度地↓CD。②F与Va密切相关Va＜50km/hF较小；Va＞50km/h→F↑↑—汽车动力的绝大部分消耗于F→Qe。↑↑5、车身形状影响汽车高速行驶的稳定性①车身形状决定汽车的侧向几何中心10、当重心点位于中性转向点之前：前轮侧偏角1＞后轮侧偏角2→不足转向。20、重心点位于中性转向点之后：1＜2→过多转向特性。30、重心点与中性转向点重合：1=2→中性转向特性。②车身形状决定汽车迎风风压中心8若设计使风压中心不在迎风面的对称线上，→影响直线行驶。6、影响客车的乘卧舒适性、操纵舒适性①若车轮采用独立悬架→舒适性取决于车身;②车身总体设计的座椅及其布置车身隔热性能的好坏→乘卧舒适性通风及空气调节→操纵舒适性密封性的好坏、上下车是否方便③仪表、开关及操纵按钮布置是否便于操纵；④驾驶区布置是否合理；⑤视野是否良好→观光、采光等。7、与行驶安全密切相关①车身应具有足够的强度、刚度、确保发生交通事故时尽可能减少乘员伤亡：撞车吸能装置;→翻车时保证乘员有最小生存空间→↑刚性；尽量不给乘员造成二次伤害→软化，无尖角。②驾驶视野良好：不因视野不足（盲区过大）而造成交通事故→行车安全。③驾驶操作舒适、方便：按人机工程要求设计驾驶区、座椅、仪表等→↓驾驶疲劳，↓交通事故。8、与整车宜人性密切相关（除舒适性外）①影响人们是否乐于接受——外形、色彩、车内布置、内装饰等；②影响环境的美化。9、影响整车的通过能力——裙边离地高、前后保险杠离地高等。车身（特别是客车车身）对整车性能的影响是全面的。随着换型的加快，对车身设计提出了更高的要求，车身设计的地位在汽车设计中越来越重要。底盘——基础、骨架9车身——风格、个性、对人的关爱§1-4车身的范围与“三化一、车身的几种称谓及所包括的范围1、白车身（白皮车身）——已装焊好，但未喷漆的车身。包括：车身构件和覆盖件的焊接总成；前后钣制件，车门——乘客、司机门、安全门、行李舱门等。不包括：车身附属设备及装饰件——空调、座椅、灯具等。2、成品车身——喷好漆等待往底盘上装配的车身。与白车身相比，增加了漆前处理，喷漆等。3、车身——汽车上除底盘、发动机外其它部分的总称。在成品车身上装配了各种附件、装饰件等。4、车身覆盖件——覆盖车身内部结构的表面钣件。客车多采用有骨架车身，其内外蒙皮统称覆盖件。5、车身结构件——支撑覆盖件的全部车身结构零件的总称。如：车身骨架、支承梁、柱等。6、车身焊接总成——车身结构件和覆盖件焊在一起的总成，该总成必须保证车身的强度和刚度。可划分为：轿车、货车驾驶室：地板、顶盖、前围板、后围板、档泥板、发动机罩等（图1-8、1-9）。大客车：前围骨架总成，后围骨架总成，顶盖骨架总成，左、右侧围骨架总成（图1-10）。二、车身的“三化”1、原因简化生产设计上应进行详细技术经济分析，提高产品质量降低生产成本尽量实现“三化”。2、何为“三化”10指：产品系列化、零部件通用化、零件设计制造的标准化。实行“三化”→收到很大经济效益；工业产品设计、制造的必然方向。3、“三化”的实质①产品系列化——将产品合理分档，组成系列并考虑变型