轿车车身结构及其设计解析Word文档下载推荐.docx
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对于非承载式车身的轿车而言,轿车车架上装有散热器、发动机、部分传动装程、前悬架等,同时由于车架承担了主要的载荷,因此不要求其前部结构件具有很大的强度和刚度,仅仅是用来包容装在轿车前部的各个总成,防I上车轮将污泥甩到发动机或装在车身前部的各个总成上。
这些前部结构件,多采用螺栓与车架或车身本体相连接。
2)承载式车身的前部结构件
承载式车身前部结构件具有承载和包容功能,为了支承轿车散热器、发动机、传动系和前悬架等,同时承受它们的作用力以及振动和冲击等,承载式车身前部结构件应具有较强的刚度和强度,是车身前部的承载构件。
在其相应的部位上,装置发动机和前悬架的悬巻点,来安装发动机和前悬架,前部结构件构成了一个不可拆卸的整体框架。
前大灯框架、前横梁、发动机罩前支撑板焊接组成了车身前部结构的横向承载单元。
车身前部结构两侧的纵向承载单元由前翼子板支架、挡泥板,悬架支座、前纵梁等焊接而成,如图1-3所示为承载式车身的前部结构。
(b)发动机横置(FF车)
车身前郁结构和恂件—―〒—・・・■■・『■・・-,—
\前翼子板支萸前纵梁
1・3承载式车身前部结构
客厢
客厢是乘客的承载体和包容体,客厢由前用组合件、左右侧用、后圉组合件、顶盖梁和地板等结构件共同组成的空间框架,客厢是轿车车身的核心,它要为驾驶员提供一个安全、方便的驾驶条件,为乘员提供一个安全、可靠、舒适的乘坐空间和乘坐环境,因此要求客厢的各个结构件除保证有足够的强度和刚度外,还有便于乘员的乘坐和上下车。
微型轿车的客厢虽然十分紧凑,也还是要保证乘员有足够乘坐空间和舒适的乘坐姿势,随着轿车级別的提髙,乘坐空间将逐步加大,乘坐的舒适性也能够提高。
1.前围总成
前用总成由前囤上盖板总成、前用侧板、前用板、转向柱支架梁等构件组成。
前用组合件是一个很重要的组合件,由1.8~2.5mm厚的优质钢板冲压而成,结构上比较复杂。
前围将车身前部与客厢分隔开来,用来支撑和防护客厢前部,并防止发动机的噪声、热气等进入客厢,因此应具有良好的密封、隔振和隔音效果,同时对保证车身横向刚度、改善客厢舒适性以及提高撞车时的安全性有重要作用。
1)前围上盖板组合件
前用上盖板组合件一般由前用上盖板外板、前围上盖板通风板、前用上盖板内板等构件共同组成。
前用上盖板组合件把车身左右侧用的前支柱连接起来,同时为了满足车身扭转刚度的要求,通常采用箱型断而结构。
对于微型轿车或小型普通轿车,为了要满足经济性、
轻量化的要求,简化了上盖板的结构,同时前用盖板通常采用开口截而,与仪表板组装,从而达到足够的强度。
对于中型和大型轿车,由于车身宽度很大,为了保证有足够的强度和刚度,则前用上盖板组合件需要采用封闭截而。
设计前闱上盖板组合件时,应注意发动机罩后端与上盖板外板或上盖板通风板之间的配合关系:
一般将刮水器的电动机装在前用组合件前部,以减小传人客厢内纳噪声:
同时还要合理设置流水槽、前风窗的安装方式以及仪表板的安装方式:
材料方便应选用防腐蚀性能好的材料。
2)前围侧板
前帀侧板的外形比较复杂,被固泄在车身前部支架上。
其作用是用来支撑前困组合件,同时连接侧囤前支柱,并安装前翼子板。
前囤侧板要求满足较大的强度和刚度的要求,并且在必要的部位,要采用加强板加强,这主要是由于其要承受由车架传来的弯矩和扭矩的缘故。
3)前围板
前用板是用来隔开发动机舱与车厢的大型冲压件,其表而上敷涂隔热、隔声等材料,这是为了防止发动机舱高温、噪声对车厢内的乘员产生不良影响。
同时前用板具有足够的强度和刚度,这是由于要承受较大的抗扭刚度。
作为操纵用的拉线、方向盘立柱、管路以及电器线朿通过之用,前羽板上有许多孔口,并用来安装各种总成和零件,同时还要配合踏板等部件安装位置,因此,前围板应具有良好的机械性能。
2.左右侧围
轿车客厢侧用的结构件组成了侧带I梁框架结构,其应具有比较大强度和刚度,这是由于侧I刑梁框架结构不仅用于安装车门,即乘员的侧而保护装置,支撑顶盖,连接车身前、后部分的侧而构件,同时还可以固立前后风窗玻璃。
轿车侧围的结构与轿车车门数疑有关,根据车门数不同,侧用可以分为以下几种型式:
1)四门轿车的侧围
顶盖侧梁外板
加强板前门支柱内板门僵外板—七
门槛内板>
中支柱外板
1・4四门轿车侧围梁框架
在生活中四门轿车是比较最常见的,因此四门轿车的侧【羽也就见得比较多,轿车侧帀的刚性框架结构主要是由前柱、中柱、后柱、上边梁和门槛等结构件组成的。
其中立柱是比较重要的结构件,这是由于车身的整体刚度很大程度上决左于立柱的刚度,并且它同时起到支撑以及门框的作用,如图1斗所示为四门轿车的侧围梁框架。
前柱同时承受车门的重量以及开关车门时的冲击力,同时还要支撑车顶,而且不但要将来自悬架的垂直力和前方纵向的碰撞力传向车顶和门槛梁,且在侧碰撞时,还将与中柱与后柱一起构成抵抗侧向力的主要屏障,受力较大,因此为了使前门柱满足强度以及刚度的要求,从而不岀现变形以及车门不下沉的现象,前柱一般都要用加强板,在一些中级轿车中还会采用内衬板结构,从而可使前柱的强度大大提髙。
前柱的上部是用来安装前挡风玻璃的前风窗柱,并且设计时要尽可能地扩大驾驶员的视野。
中立柱既要用来支承轿车顶盖,同时还要承受前、后车门的支承力。
并且中立柱大都有外凸半径,这是由于中柱要装置一些附加零部件,例如前排座位的安全带,后门的钱链以及下部要安装前门的门锁和怎位器。
但大的半径妨碍后排乘员上下车。
在发生侧而碰撞时,中柱承担大部分的碰撞能量,但该柱抵抗横向力的能力十分有限。
为了在结构上保证侧碰撞时汽车的安全性,除了尽可能增大其截而积和采用腹板结构加强它与门槛的联接强度外,还应将车身侧围结构作整体考虑,即借助车门、车锁、门槛以及前柱以及后柱的相互联系,有效地将能量吸收区域扩展到车顶和地板。
现代轿车的中立柱截而形状比较复杂,多采用封闭式截而并用加强板来加强,这样可以满足前门和后门同时的作用力的要求,同时保证有较好的力传递性能。
为了保证车门的密封性,设讣中柱时要考虑其上部与车门的配合。
后柱的上部是用于支撑顶盖的后窗柱,门锁、车门左位器等一些零部件一般安装在后门柱的下部。
后立柱不会影响驾驶员的视野及上下车障碍等问题,后柱的尺寸大些也无妨,因此可以采用加大的截而,从而可以加大侧用的刚度。
虽然后门在关闭时也受到冲击力的作用,但是后柱受力并不大。
用于固定密封条的后柱部分凸缘的位置是根据车顶框架以及纵梁的部分凸缘来确左的,后柱与车身的密封的可靠性是后柱设计的关键。
上边梁的结构比较较复杂,这主要是由于其既要搭接前柱、中柱和后柱及内饰件,同时还要承受较大纵向载荷。
为了提髙其强度以及抗弯、抗扭刚度,一般上边梁采用髙强度钢板冲压而成,且在前支柱与中支柱之间加设加强板与上边梁形成封闭的断面。
在焊接装配时,上边梁的上侧翻边与顶盖内表而粘接,下侧翻边与顶盖的垂直翻边点焊连接,这样可以使得上边梁与顶盖满足密封与隔振的要求。
同时上边梁与车门也要有良好的密封性。
门槛是地板总成的关键部件,将连接前柱、中柱和后柱下部连接起来,同时在侧而碰撞时,门槛还可以有效地防止客厢侧向变形,从而起到保护乘员安全的重要作用。
门槛要承受很大的载荷,因此应尽量加大其断面尺寸或在门槛内增设衬板结构,从而可以提高门槛抗弯强度。
同时门槛要具有髙度的耐腐蚀性能以及与车门具有良好的密封性。
2)两门轿车的侧围
并且还要考虑焊缝位置的安排。
3.后用组合件
轿车后囤组合件由后用上盖板、杂物搁板、后用板、后围加强梁、左右连接板等结构件组成,后围组合件对保持车身的扭转刚度起着重要的作用。
后用上盖板和杂物搁板组合成为具有封闭截面的承载构件,把左右后支柱连接起来,形成客厢后部主要承载横梁。
后囤板是隔开客厢与车身后部的隔板。
为了降低后轮传来的振动和噪声,后用板用后囤加强板来加强它的刚度,并涂以隔震和隔音材料,来避免和降低后围板产生的共振。
4.顶盖框架
轿车的顶盖框架是用来安装轿车顶盖的,它由顶盖前横梁、左右侧由上边梁以及顶盖后横梁等结构件组成。
1-6轿车顶盖结构
顶盖前、后横梁均为单板冲压件,分别用来连接左右侧用前柱以及后柱上部,是构成风窗玻璃框的一部分。
不同类型的轿车上顶盖横梁也是不同的,例如,在微型和小型轿车上,顶盖前横梁多采用开口截而,在中型和中髙级轿车上,为了保证横梁的横向刚度,顶盖横梁都是封闭式截而。
同时顶盖的前、后横梁的外形,都应符合车身造型设计要求,如图1-6所
5.地板
车身地板是车身的基础,是客厢的承载构件,英强度会影响整车的强度及刚度。
车身地板由前地板和后地板组成。
按照车身地板的结构形式可将其分为骨架式结构和分块式结构两种。
地板经过冲压,得到前段有凸起的凸包,可以用来装程轿车传动系的变速器、传动轴等一些总成或部件,后段冲压凸起的后排座的坐垫框,同时坐垫框的下部还可以安放燃油箱,这样可以增加地板的刚度。
对于发动机前置前驱以及后置后驱的轿车来说,传动轴不从地板下部通过,因此地板可以降低,这样可以有利于座椅的布置以及乘坐舒适性的提髙。
对于发动机前置后驱的轿车来说,由于传动轴需要通过地板,因此应尽量减小地板上的凸包髙度。
(b)二JH式$行车
1-7轿车车身后部结构
车身后部结构件
轿车后部结构形式与轿车的整体结构形式有关。
折背式轿车后部的行李舱是由客厢的后用板、行李舱的左右内侧板、行李舱的尾板、行李箱盖、后地板以及后地板横梁等构件组成。
直背式轿车的后部主要由背门和门框组成。
其行李舱是由向后延伸的轿车侧用以及与后窗组成一体的大型后舱盖构成的。
舱背式轿车的行李舱与轿车的客厢是相通的,采用一个大的后舱门作为轿车的后舱门,这样可以扩大轿车装载货物的容疑,如图1-7所示为轿车车身后部结构。
通常轿车的燃油箱、备轮、工具箱和一泄重量的行李被安置在轿车的后部。
由于行李舱地板两侧有两个凸起的后轮罩,占据了很大的空间,因此在布置上要充分考虑有效空间的利用,备轮的取出和装人的方便性等。
轿车的燃油箱一般布置在后排坐垫框下而,可以充分利用空间。
同时在轿车受到后而碰撞时,要保证燃油箱不会撞坏而泄縮燃油或燃汕箱拖地摩擦而引起火灾,另外布置备轮时应尽可能的扩大行李的存放空间,并能便于的取出和装入。
1.2.1.2车身覆盖件
车身前部覆盖件主要包括:
发动机罩、前翼子板等。
(1)发动机罩
发动机罩一般是由外板和内板组成。
如图1-8所示为发动机罩结构图。
外板形状是由左右对称的曲而组成的空间曲而板。
内板为薄钢板,并且基本上是朴架形式,从而可以增强发动机盖的刚度。
发动机罩要有隔音、隔热、质量轻、刚性好的特性,为了满足吸振和降噪的要求,外板与内板之间要留有2~5mm的间隙,用来填充吸振、隔音以及隔热材料。
为了使得汽车头部平顺圆滑,现代轿车的发动机罩两侧与翼子板平齐,这样可以使得空气阻力小,整体感较强。
发动机罩有两种开启型式,一种是向后开启的,这种开启型式有较大的开启角度,并且便于开启式稳固以及发动机的维修,因此用的比较多。
但是,由于在汽车髙速行驶时,气流会将发动机罩吹开,所以发动机盖前端有保险锁钩锁紧装置,否则是十分危险的。
而且,当发动机盖向后翻转一定角度时,英不应与前档风玻璃发生接触,且应有约10mm的最小间距。
另有一种是向前开启的,与向后开启型式相比,这种开启型式从安全性上是最好的,但是开启角度较小,因此用的比较少。
1-8发动机罩
I•外板2.内板焊接总成
(2)前翼子板
翼子板是轿车车身上较大的覆盖件,用于包容轮胎,以防止流水飞溅,并且翼子板的外表面形状与车身侧而造型要协调一致,从而满足外观要求。
按照安装位宜不同可以分为前翼子板和后翼子板,前翼子板安装在前轮处,一般由0.6~0.8mm厚的髙强度钢板拉延成型。
为了保证前轮转动及跳动时的最大极限空间,设计者运用“车轮跳动图”,并根据选定的轮胎型号尺寸来验证製子板的设计尺寸。
由于前翼子板碰撞机会比较多,很多轿车上的前翼子板是独立的,这样独立装配容易整件的更换。
并且为了安全起见,有些车的前翼子板用有一定弹性的可以起到缓冲作用的塑性材料做成。
(3)顶盖
作为车厢顶部较大的覆盖件,轿车顶盖多为固左式顶盖,顶盖固左焊接在,有些中高级轿车还有以电机驱动的滑板式及手工装拆式结构的可移动式顶盖,其中手工装拆式顶盖多用于运动型轿车中。
轿车顶盖作用是为乘员提供安全舒适的驾驶以及乘坐环境,使得乘员不受风吹日晒。
从轿车车身分类中有敞篷车,以及生活中常见到开有天窗的轿车我们可以看出,在轿车车身的总体刚度方而,顶盖不起关键作用:
但是,在轿车发生侧翻时,顶盖还要起到保护乘员安全的作用。
因此,轿车顶盖要达到一泄的强度和刚度要求,一般在顶盖下增加一定数量的加强梁,并且在顶希内层敷设绝热衬垫材料,以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。
轿车顶盖形状大多曲率较小,出于防止雨水从两侧车门门缝中流入车内的目的,顶盖两侧开有流水槽,起到雨水的导流作用。
顶盖如何与前、后窗框及与支柱交界点平额过渡在设计方而是非常重要的,并且再设计中要力争达到最好的视觉感和最小的空气阻力。
现代的汽车顶盖造型有变薄的趋势,这要可以使得顶盖看起来更加轻巧,不过这样会导致侧窗进一步向上扩大。
车身后部覆盖件主要包括:
后翼子板、行李箱盖等。
(1)后翼子板
后翼子板即后侧羽外板,是后国两侧的外覆盖件,英形状比较复杂,并且由轿车结构决龙其形状,例如,三箱式轿车与两箱式轿车相比,后翼子板较长且面积较大,是行李箱侧板的组成部分。
与前翼子板不同,后翼子板并没有车轮转动碰擦的问题。
并且在设计时,后翼子板略显拱形弧线向外凸出,这样可以更好的满足动力学的要求,现代轿车车身结构的一个突岀特点就是后翼子板与侧困的一体化设计。
(2)行李箱盖
行李箱盖结构基本与发动机盖相似,由上外板,下外板以及内板组成,是车身后用上大型的覆盖件。
行李箱盖表而大多为较简单的但曲面,但是为了满足良好的刚性要求,内板形状比较复杂,有纵向、横向、斜向以及环向的加强筋。
通常行李箱盖设置有较链及平衡支撑杆,以保证箱盖有足够大的开启角,并且行李箱盖开启的支撑件一般用臂式较链或四连杆较链,其中空气弹簧支撑杆以及扭力杆也应用在了较链中,这样可以使行李箱盖自动固泄在打开位置,从而可以比较省力的启闭箱盖,便于提取物品。
短背式轿车的行李箱盖一般会形成背门,这是由于其行李箱向上延伸,包括后档风玻璃在内,使开启而积增加,形成一个门,这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。
如果采用背门形式,背门内板侧要嵌装椽胶密封条,用绕一圈以防水防尘。
1.2.2车身外装件
轿车的风格以及特色可以通过车身外装件来显示,车身外装件还可以起到一泄的保护作用,从而使轿车功能更加齐全。
车身外装件主要包括散热器罩;
前、后保险杠:
密封条;
车外后视镜;
导流板;
扰流板等。
(1)散热器罩
散热器罩是汽车前脸的重要组成部分,英主要作用是对散热器的气流进行整流以及导流,保护散热器,并且随着人们对审美要求的提高,散热器罩一个重要装饰零件。
散热器罩所用材料主要有钢板,锌合金以及塑料。
但由于钢板冲压而成的散热器罩很难满足轿车复杂的成型要求,因此轿车上很少使用这一种材料的散热器罩。
同时由锌合金压铸而成的散热器罩重量大、成本高,目前已逐渐被塑料树脂注射成型制作的散热器罩所取代。
现代轿车中的散热器罩与保险杠的横向布置以及车头灯罩整体注塑成型的设计,不仅可以提高车身前端的
整体刚度,同时也增添了适型的协调感与纵深感。
散热器罩型式通常还会有传统意义,例如红旗车散热器罩造型像中国式折扇,徳国宝马的双肾形设计以及沃尔沃的安全带型式,如图1-9所示为散热器罩的几种结构形式。
1-9散热器罩
(2)保险杠
保险杠包括普通型保险杠以及吸能型保险杠,其中普通型保险杠由而罩和钢支架组成,结构比较简单,吸能型保险杠种类比较多,主要有橡胶吸能型保险杠、吸能单元保险杠、直接吸能式保险杠以及整体成型树脂型保险杠。
保险杠作用主要是当轿车发生纵向碰撞时起一立的保护作用,减轻汽车的破坏程度,同时还可以起装饰作用。
因此,轿车前、后保险杠的外部造型应与轿车的整体造型协调一致,如图1-10所示。
保险杠
a)前保险杠
b)后保险杠
最初,由于汽车车速较低,而且没有脱离马车的造型,此时车身前部并没有保险杠。
随着车速的慢慢提髙,带来的汽车车身防撞性的要求,保险杠被用在了车身之上,这时保险杠的主要作用是防撞,并且,保险杠的造型比较明显。
如今,随着人们审美观的提升,保险杠不仅考虑到了碰撞的重叠性,同时还考虑到美观及整体的协调性,此时中高级轿车上的保险杠型式不明显,并且与整车外形融为一体。
现代化的前保险杠系统有在规左的速度范囤碰撞,没有损伤的特性。
汽车法规中要求,碰撞速度小于4km/h时,可逆变形的惮性保险杠悬垃系统不允许有损伤:
碰撞速度小于16knVh时,碰撞后保险杠系统没有内部结构损伤。
在保险杠的外形设il•时,保险杠的曲率半径应尽量取的较大一点,使之成为圆滑过渡,从而可以避免尖锐出伤人。
后保险杠与前保险杠相同,要遵守保险杠的相关法规,轿车后保险杠在经受非常剧烈的碰撞后,不能恢复到原来的位置,同时应用同组零件技术可以降低成本。
1.2.3车身内装件
车身内装件的设汁与使用在车身设计方面是比较重要的一部分,这主要是由于乘员乘坐的舒适性、方便性以及安全性受车身内装件的影响比较大。
车身内装件主要有:
仪表板:
座椅及安全带、安全气囊;
遮阳板:
车内后视镜;
车门内饰、地板及车身室内装饰等。
近年来,为了增强对用户的吸引力,车身内饰件结构变化较大。
(1)仪表板
仪表板总成安装在前由上盖板总成上,在英上而固龙有轿车操纵和控制的各种组合仪表,主要的仪表有行车速度表、行驶里程表、发动机转速表、燃油表、机油压力表、冷却水温表、电流表。
除了这些必备的仪表外,还要注意其他装置的安置,例如,方向盘、安全气囊、采暧以及空调装置、烟灰缸以及一些其他设备的控制仪表及开关,如图所示。
1-11仪表板
现在轿车所用仪表大多为结构简单,使用方便的指针式仪表,由于它的灵敏度较低且
指针摆动使得不能准确读数,促使数字式仪表板的诞生。
数字式仪表板比较精确,但同时数字显示变动快,驾驶员观察仪表板时会感到疲劳。
在仪表板上的材料使用方而也有一泄要求,英应在-30-130摄氏度的温度范用内保持不变形。
并且仪表板表而要有良好的触感,以及要满足例如,不亲水性、无毒、紫外线照射稳定等要求。
1.2.4车身电%附件
车身电气附件指除用于轿车底盘以外的所有电气及电子装豊。
如:
各种仪表及开关:
前灯、尾灯、指示灯、雾灯、照明灯:
音响及收视装宜及设备:
空调装置:
刮水器:
洗涤器:
除霜装置:
以及具有某些功能的电气、电子装宜,例如全球定位系统,集成安全系统等。
1.3轿车分类
1.3.1按标准分类
(1)微型轿车(Minicar)发动机排§
<
1L
主要注重制造成本低和使用费用低,车身和底盘结构特别简易轻巧,乘坐空间紧凑,
车速:
140-200knVh如:
菲亚特125P型拉达(LADA)高尔夫(Golf)奥迪80
富康
车速100-200knVh,使用油耗5・7L/100kim
菲亚特(FLAT)126P型
夏利(天津)
0.625L
0.99L
(2)普通级轿车(Subcompactcan)排fi1-1.6L经济实用、车体轻巧、行动机动灵活
使用油耗:
7-11L/100km
1.295-1.48L
1.29-1.45L
1.3-1.6L
1.6L
1.36L油耗5.37.6
(3)中级轿车(Compactcar)排量1.625L内饰简洁、装备齐全、乘坐舒适
车180-200knVh以上,油耗:
16L/100km以下
桑塔纳(SANTANA)1.8L
伏尔加(Bolra)24型和4-10型2.44L
上海SH760A1.8L
皇冠(Crown)LSI20型2.46L
雪铁龙(Citroen)2.16-2.5L
奥迪1001.8L
(4)中高级轿车Intermediatecar排M2.5-4L
豪华的装饰、完善的设备、乘坐舒适、动力性和加速性都很好,车速200-300km/h°
如皇冠(5m发动机)排量2.759L,标志丰田:
3.0
(5)高级轿车Limousinecar>
4L
高级轿车是较舒适的装饰豪华、设备精良,制作精细,使用性能强调髙度的安全和可靠,乘坐宽敞舒适,动力性和加速性很好。
对其而言,其重要特点之一就是将较舒适的座位设宜在后排。
适于聘任驾驶员的社会上层人匕使用。
因此髙级轿车多为公务使用,专供社会上层人士在隆重的场合乘坐。
车身布置可分为两排座和三排座两种。
为保证后座乘员上、下车方便,乘坐空间充裕,轴距及全车长度均比普通车型长,故有“长轴距型”之称。
车速2OO-3OOkm/li,油耗:
视车型变化较大。
政府首脑专用车红旗CA770A5.65L
1.3.2按
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