汽车车身结构与设计ppt课件

汽车车身结构与设计 3 1轿车的总体布置设计 一 轿车车身总布置原则 1 乘坐舒适性 操纵轻便性 温度调节性 视野性 安全性等方面的要求 2 整车的经济性和行驶稳定性空气动力性要求 3 对底盘各总成 发动机及电气设备的良好的接近方便性 维修保养方便性 4 在满足性能要求的前提下 尽减轻车身质量 并具有良好的冲压焊接 装配及涂装工艺性 5 按照汽车的级别 用途及法规选择各种车身附件 同时确定必装件与选装件 6 尽量扩大车内空间 尤其是要尽量增大宽度方向的尺寸 7 确保良好的密封 通风换气 隔音 隔热及防振等性能 8 必须满足国际 国内有关的各种法规和标准要求 9 充分考虑车型的系列化 通用化 二 轿车车身布置与底盘布置型式的关系 前置后驱 FR 前置前驱 FF 中置后驱 MR 后置后驱 RR 全轮驱动 nWD 前置后驱 FR 国内外大多数货车 含皮卡 部分轿车 尤其是高级轿车 和部分客车都采用这种驱动型式 但采用该型式的小型车很少 前置后驱 FR 采用了前置后驱驱动型式的整车具有如下优势 1 在拼合良好的路面上启动 加速或爬坡时 驱动轮的负荷增大 即驱动轮的附着压力增大 其牵引性能比前置前驱型式优越 2 轴荷分配比较均匀 因而具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性 并有利于延长轮胎的使用寿命 3 发动机 离合器和变速器等总成临近驾驶室 简化了操纵机构的布置 4 转向轮是从动轮 转向机构结构简单 便于维修 前置后驱 FR 同时 FR型式具有如下的弊端 1 由于采用传动轴装置 不仅增加车重 同时降低动力传动系的传动效率 影响了燃油经济性 2 纵置发动机 变速器和传动轴等总成的布置 使驾驶室空间减小 影响乘坐舒适性 同时 地板高度的降低也受到限制 3 在雪地或易滑路面上启动加速时 后轮推动车身 易发生摆尾现象 前置前驱 FF 这是轿车 含微型 经济型汽车 上比较盛行的驱动型式 但货车和大客车基本上不采用该型式 这种布置形式目前主要在发动机排量为2 5L以下的乘用车上得到广泛应用 前置前驱 FF 采用了前置前驱驱动型式的整车具有如下优势 1 省略传动轴装置 减轻了车重 结构比较紧凑 2 有效地利用了发动机室的空间 驾驶室内空间较为宽敞 并有利于降低地板高度 提高乘坐舒适性 3 发动机靠近驱动轮 动力传递效率高 燃油经济性好 4 发动机等总成前置 增加前轴的负荷 提高了轿车高速行驶时的操纵稳定性和制动时的方向稳定性 5 在积雪或易滑路面上行驶时 前轮牵拉车身 有利于保证方向稳定性 6 行李箱布置在汽车后部 所以有足够大的行李箱空间 前置前驱 FF 采用了前置前驱驱动型式的整车具有如下缺点 1 启动 加速或爬坡时 前轮负荷减少 导致牵引力下降 2 前桥既是转向桥 又是驱动桥 结构及工艺复杂 制造成本高 维修保养困难 3 前桥负荷较后轴重 并且前轮又是转向轮 故前轮工作条件恶劣 轮胎寿命短 中置后驱 MR 是大多数运动型轿车和方程式赛车所采用的型式 此外 某些大 中型客车也采用该型式 中置后驱 MR 采用了中置后驱驱动型式的整车具有如下优势 对于运动型车1 可获得最佳的轴荷分配 操纵稳定性和行驶平顺性较好2 发动机临近驱动桥 无需传动轴 从而减轻车重 具有较高的传动效率 3 重量集中 车身平摆方向的惯性力矩小 转弯时 转向盘操作灵敏 运动性好 对于大 中型客车具有车厢内的面积利用率较高 车内噪音小 传动轴短 传动效率高等优点 中置后驱 MR 采用了中置后驱驱动型式的整车具有如下缺点 对于运动型车1 发动机的布置占据了车厢和行李箱的一部分空间 通常 车厢内只能安放2张座椅 2 对发动机的隔音和绝热效果差 乘坐舒适性有所降低 对于大 中型客车1 发动机需要特殊设计 且其冷却和防尘不易 2 远程操纵机构复杂 维修保养不便 3 地板高度难于降低 后置后驱 RR 是目前大 中型客车流行的布置型式 少数微型或普及型轿车也采用该型式 后置后驱 RR 采用了后置后驱驱动型式的整车具有如下优势 1 重量集中于汽车的后部 发动机距驱动轴很近 因而驱动轮负荷大 启动加速时牵引力大 且传动效率高 燃油经济性好 2 有利于车身内部布置 车厢内的面积利用率高 3 易于将发动机与车厢隔开 减少车厢内的振动和噪声 乘坐舒适性良好 4 可在地板下设置容积很大的行李仓 后置后驱 RR 采用了后置后驱驱动型式的整车具有如下缺点 1 前轮附着力小 高速时转向不稳定 影响了操纵稳定性 2 水箱布置困难 不利于发动机的散热 3 发动机防尘困难 4 发动机和变速器等总成远离驾驶员 远程 Remote 操纵机构的布置较复杂 5 故障不宜及时判别 维修保养困难 全轮驱动 nWD 全轮驱动 是指汽车的总布置型式为全部车轮都是驱动轮 一般来说 发动机安装在汽车的前部 也有的在汽车的中部 一般在越野车和部分轿车上使用 全轮驱动 nWD 全轮驱动也分两种形式 一种是全时全轮驱动 即全部时间都是全轮驱动 另一种是短时全轮驱动 它可以切断某个桥的动力 以减少燃料消耗和磨损 只在需要时再使用全轮驱动 过去只有越野车采用4轮驱动 一般的越野车 变速器后面装有手动分力器 前后车轴各装一个称为驱动桥的部件 变速器输出的扭矩通过分力器和传动轴 分别传递到前后车轴上的驱动桥 再通过驱动桥将扭矩传递到轮子上 现在有些轿车也用上4轮驱动装置 比如奥迪A4quattro 欧蓝德4驱版 现在轿车的马力都比较大 加速时重心后移 全车重量就会向后轴移动 造成前轴轻飘 前轮驱动的轿车即使在良好的路面上也会打滑 4轮驱动就可以防止这种现象发生 全轮驱动 nWD 采用了全轮驱动驱动型式的整车的主要优点是良好的驾驶操控性和行驶性 缺点是比较废油 经济性不好 二 动力总成的布置 动力总成包括发动机 离合器与变速器或发动机与液力变扭器 1 估算轴荷分布 FR轿车满载时最理想的轴荷分布为前轴48 49 后轴52 51 FF的轴荷分布正好相反 2 离地间隙值 3 前悬架和转向传动机构的布置4 一般发动机倾斜方向 三 地板凸包 传动轴通道 和传动轴的布置 为了保证车身地板凸包的高度最小以及后座凸包上的座垫有足够的厚度 通常采取在垂直平面内将传动轴布置成U形的方案 图3 4 这样可以降低传动轴的轴线 同时又能保证动力总成的外廓不致减小离地间隙 而且万向节叉轴线之间的夹角也不致超过允许值 凸包与中间传动轴部分之间的最小间隙一般可取 10 15mm 在绘出传动轴的最高轮廓线之后 即可据此决定传动系以上的凸包线 进一步即可确定地板平面 在FR的轿车上 根据车身承载型式的不同 可绘出地板总成的横截面 由于传动轴作前述布置 所以前后地板往往形成不大的阶梯 确定地板平面 车架或地板总成的形式取决于纵梁沿宽度方向的布置 地板高度取决于离地间隙以及纵梁和横梁的截面高度 降低轿车的地板平面的措施 1 减小纵梁高度2 后桥上面的一段纵梁做成向上弯的形状3 后桥采用双曲面齿轮传动以降低传动轴等 车身中部仍免不了出现凸包 以致影响后作成员的舒适性 其他两种布置形式 FF RR 就不存在这个问题 图3 7降低车身地板平面的措施a x形车架b 周边式车架c 双曲面齿轮传动 传动轴分为两段d 前置前驱动e 后置后驱动 四 轮罩外型尺寸的确定和踏板的布置 为了绘制前轮表面 应先确定车轮跳动到极限位置和最大转向角时所占有的空间 由于车轮转向时并不占用轮罩中部 为了充分利用空间 可以将其做成嵌入轮罩内的凹部 腾出来的这一部分空间就可以用来布置离合器踏板或安放坐垫的最宽部分 这样就容许座椅降低或前移 踏板的布置 布置踏板所需空间受凸包外廓和车身内侧壁二者宽度的限制 离合器踏板左侧应留出位置以容纳司机的左脚 因此 轮罩最好不凸出乘客室内 离合器踏板制动踏板油门踏板 布置在地板凸包与车身内侧壁之间 在离合器踏板左侧 应当留出离合器不工作时可以放下左脚的空间 油门踏板一般比制动踏板稍低 要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度 60mm 的距离 德国推荐的确定踏板布置的尺寸关系 d 离合器踏板所占空间e 制动器踏板所占空f 油门踏板所占空间g 转向管柱推荐的尺寸 a 130mmb 60mmc 70mmd 260mme 200mmf 170mm 五 车身内部布置 车身的内部布置要保证安全性又要考虑舒适性 因此 要充分利用人体工程学的知识 除专用车以外 一般车辆内部布置均可按成年人的人体尺寸来考虑 人体基本尺寸见表3 1 车身设计师可根据表3 1所列人体基本尺寸 制作由赛璐珞或有机玻璃 密实的纸板或胶合板裁制成的人体外形 侧面 样板 图3 12 其比例为1 5和1 1 在外形样板各段连接处装有铰链 以便于使该样板在相同比例的图板上能处于各种不同位置 如操纵方向盘的坐姿 仰靠的坐姿等等 借以在图纸上校核内部布置尺寸是否合适 实际感受和试验都表明 乘客座椅靠近车身的中部振动最小 一般可取后座控制点 即座垫与靠背的拐点 到后轴的距离m作为评价其乘坐舒适性的指标之一 参见图3 13 座椅尺寸基本上定下来以后 即可确定顶盖的初步轮廓 顶盖后端可由后座中间乘客头部来控制 亦即按上述座椅至顶蓬的距离i加上隔热材料层20 30mm 驾驶姿势对人体各部分夹角的合理范围 人体样板 第95百分位的A 460mmB 456mm 图3 14座椅在中间位置时驾驶员最适宜的几何比例关系 转向装置的布置 1 转向盘的位置 布置应考虑的问题 保证驾驶员能舒适地进行转向操作 考虑转向盘平面与水平面之间的夹角 以取得转向盘前部盲区距离最小为佳 转向盘不应影响驾驶员观察仪表 照顾到转向盘周围 如风挡玻璃等 有足够的空间 布置应考虑的问题 避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象 转向器布置在前钢板弹簧跳动中心附近 防止转向盘后移伤及驾驶员 要求转向轴在水平面内与汽车中心线之间的夹角不得大于5 影响踏板的布置和驾驶员腿部的操纵动作 较高的传动效率 转向摇臂与纵拉杆和转向节臂与纵杆之间的夹角布置 2 转向器的位置 制动系布置 制动踏板的位置 更靠近驾驶员 且制动踏板操纵轻便 传力杆件 运动无干涉和死角 不能车轮跳动时自行制动 制动管路布置 平行管之间的距离不小于5mm 或者完全束在一起 交叉管之间的距离应不小于20mm 不要将管子布置在车架纵梁内侧下翼上 积水 六 轿车外廓尺寸的确定 a H点和R点 H点定义 实车测得躯干与大腿相连的旋转点 胯点 位置 H点的位置决定了与驾驶员操作方便 乘坐舒适相关的车内尺寸的基准 R点定义 座椅调至最后 最下位置时的 胯点 以R点作为设计参考点 测定的H点不超出以R点为中心的水平边长30mm 铅直边长20mm的矩形方框内范围 靠背角与设计值之间差值不大于3 要求 b 顶盖轮廓线的确定 首先将座椅放置在高度方向和长度方向的平均位置处 然后确定H点 并引出一条与铅垂线成8 的斜线 再从H点沿8 斜线方向截取765mm的F点 F点相当于第50百分位驾驶员的头部最高点 从F点垂直向上截取100 135mm为车顶内饰线 车顶内饰线确定 车顶 包括钢板 隔离层 蒙面等 厚度为15 25mm 顶盖的纵向轮廓线 汽车顶盖横剖面上的最高点 再增加20 40mm 因顶盖轮廓是上凸的曲面 并对称于汽车的纵轴线 用同样的方法找出后排座椅上方最高点 前 后座椅上方两点连线即为顶盖的纵向轮廓线 c 车身横截面 形成 轿车车身横截面由顶盖 车门和地板的外形来形成 车身内部主要的轮廓点取决于驾驶员头部和顶盖之间 肩部和玻璃之间 肘部与车门内表面之间的间隙 车身外表面上的各点则决定于顶盖厚度 玻璃下降的轨迹 门锁和玻璃升降的尺寸等 之后再在横截面上布置门槛梁和顶盖梁 从而定下门框高度 轿车车身横截面 如果将顶盖做成凹形 图3 23b 或是将顶盖梁装在横截面以外 图3 23c 从工艺性和结构的观点来看 不致明显地减小顶盖的弧高 凹形顶盖较好地改善侧向视野性和将车门高度增大dHD值 见图3 23b 顶盖梁装在横截面以外时 可将顶盖表面做成局部鼓起 图3 23c 这样既能在外观上给人以浮雕式的美感 又能在结构上达到提高顶盖刚度的目的 确定 将在确定顶盖纵向轮廓时求得的左 右座椅乘员头部上方顶盖上的点 画到横截面图上 再加上顶盖纵向轮廓线上的点 共三点即可画出顶盖横向轮廓线 d车门立柱的布置 布置车门立柱时 应首先考虑上下车的方便性 图3 16a为轿车车门立柱与座椅相对位置的推荐值 对两门车身 应保证后座入座的最小通道尺寸 对四门车身 应在保证入座最小通道尺寸的情况下 尽量改善入座的方便性 如将立柱适当倾斜 a前座不能翻到的四门轿车车身b前座靠背或前座可以翻倾的两门轿车车身c前座不能翻倾的两门轿车车身 在四门车身中 当车门立柱直立时 如图3 18a所示 前 后座入座都会感到很别扭 如果将门立柱适当倾斜 图3 18b 则可大大改善入座的方便性 车身侧壁倾斜度的确定 考虑上 下车的方便性 车门上 下槛边缘之间的间距为100 150mm时 上窄下宽 乘员上身只倾斜0 10 即可入座 但此间距过大会使汽车上下比例失调 影响外观 且玻璃升降占用车门内空间大 并影响肩部和玻璃之间的间隙 要求大于100mm 肘部和车门内表面之间的间隙 要求大于70mm e 车身侧壁倾斜度 七 视野性 在驾驶员座椅上具有良好的视野性是保证汽车操纵方便和行驶安全的重要条件之一 对于乘客来说 也应提供良好的视野 视野性取决于座椅的布置 高度以及座垫和靠背的倾角 车窗的尺寸 形状和布置 立柱的结构 发动机罩和翼子板的形状等等 升高座椅和减小座垫与靠背的倾角 布置驾驶员座椅接近汽车前端 加大车窗 主要是前风窗 降低窗台 减小风窗玻璃倾角并尽量使之靠近驾驶员的眼睛 减薄立柱厚度并使其下端后移等 都可以在不同程度上改善视野性 图3 21轿车的视野角 图3 22在前立柱下端后移的同时减窄座垫前端 既改善了视野性 又保证了必要的进出空间 八 油箱 备胎 行李箱和蓄电池的布置 1 油箱 油箱的容积 汽车最大续驶里程 一般200 600km 来确定 油箱的布置 应远离消声器和排气管 轿车要求油箱距排气管的距离大于300mm否则应加装有效的隔热装置 油箱距踝露的电器接头及开关的距离不得小于200mm 不应当布置在发动机舱内 轿车油箱常布置在行李箱内 货车油箱布置在纵梁上 2 备胎 轿车备胎常布置在行李箱内 客车 货车布置在车辆的侧面或后面 布置 a 备胎装在油箱的凹部内b 油箱紧靠侧壁c 油箱紧靠后座靠背d 备胎沿行李舱侧壁垂直布置e 备胎紧靠后壁f 油箱装在前围板之前s 备胎装在发动机罩下面 油箱后置h 备胎装在发动机上面 油箱后置 3 行李箱 4 蓄电池的布置 轿车行李箱有效容积 中级轿车为0 4 0 7m3高级轿车为0 7 0 9m3 轿车行李箱布置 行李箱底部应尽量平整 能整齐地安放手提箱 客货两用轿车将后排座椅设计成可翻式 翻转后后部形成一个有效容积很大的行李箱 布置 蓄电池与起动机应位于同侧 缩短线路 还要考虑拆装方便性和良好的接近性 发动机对车身总布置的影响a 发动机前置b 发动机后置c 发动机后置 水箱倒置 1一发动机2一水箱3一行李舱容积4一备胎5一油箱6一蓄电池 为了避免地板过热 地板和消音器之间应留有足够的间隙 至少50mm 九 排气系消音器布置 a 装有一个主消音器 从振动和声学以及反压的观点来看是不成功的结构 b 装有双排气管以及主消音器和布置在其后的辅消音器 从反压的观点来看是令人满意的系统 c 装有双排气管和一主消音器以及一辅消音器在其前而另一辅消器在其后的系统 最合乎理想的消音器布置 能高效吸收噪声 1一主消音器2一辅消音器 由于消音器和排气管经常承受很大的振动力作用 对他们的固定应采用弹性支承 支撑应布置在振动中心 即尽量靠近刚性横梁 图3 29排气系消音器的弹性支承结构1一弹性链 橡胶圈或带 2一消音器3一夹紧带4一地板 作业 车身总体设计的基础是什么 轿车车身总布置的第一阶段主要做哪些工作 轿车车身总布置原则是什么 轿车车身总布置内容有哪些 轿车车身总布置方法是什么 车身分类和布置特点 外形尺寸内容有哪些 侧视轮廓尺寸如何确定 俯视轮廓尺寸如何确定 横向轮廓尺寸如何确定 作业 其他影响外轮廓部件的确定车身表面如何划分 车身内饰如何划分 车身结构如何划分 人体基本尺寸 人机工程参数有哪些 车身内部尺寸范围 驾驶员座椅及操纵空间 车门立柱的布置要注意哪些问题 油箱和备胎要注意什么问题 3 2大客车车身的布置 一 车厢内的平面布置 1 城市大客车 保证乘客上 下车方便和便于在车内走动 一般多采用单 双排座的布置方案 以增大过道宽度和立席面积 沿两侧壁布置座椅可增加载客量 但降低了舒适性和汽车经济性 2 长途大客车 主要应保证座舒适性 为了增加载客量 一般可在两排座中间的过道处增设活动座 二 大客车的横截面 三 地板平面高度 地板平面高度与发动机和传动系的布置有关 在利用与货车通用的标准后桥并采取前置发动机的布置方案的情况下 地板平面的高度H决定于下列诸参数 车轮半径rd 后桥壳高度k以及包括悬架压缩动挠度 缓冲块压凹后的附加挠度与地板厚度在内的C 四 座椅的布里和尺寸 五 过道宽度 高度和扶手 在外廓宽度为2500mm的大客车上 乘客室内座垫平面处的宽度约为2280 2390mm 座垫平侧处的过道宽度 在城市大客车上一般约为420 650mm 长途大客车上约为310 540mm 过道处的高度 地板至顶棚的距离 一般约取为1950mm 通常扶手系由直径为25 35mm薄钢管或铝管制成 六 备胎 油箱和蓄电瓶的布置 备胎 备胎的质曼一般可达80 140kg油箱 一般油箱系布置在轴距范围以内的车身一侧蓄电瓶 蓄电瓶的位置在一定程度上会影响轴荷分配 七 仪表板上的布置 仪表板上装有各种仪表 指示灯和控制 如各种按钮和手柄 系统 仪表板的布置应符合人体工程学的要求 控制按钮和手柄应布置在仪表板右侧驾驶员的右手能方便接近的距离之内 在布置按钮和手柄时还应考虑到它们的使用频率 原则上系按频率的高低从右至左安排 通常 控制系统均尽量布置在驾驶员的右手边 仪表布置在左手边 而指示灯应安排在仪表的上方 七 仪表板上的布置 八 大客车的安全性 1 确保车顶有足够的强度 3 设计配套的座椅 4 采用吸能设计 5 采用承载侧壁护板 6 大型客车很多都备有应急出口 7 适当考虑保险杠的吸能作用 3 3货车车身的布置 按发动机与驾驶室的相对位置区分 货车的布置一般有三种形式 货车驾驶室按其结构主要分为以下三种形式 1 长头式驾驶室 其特点是发动机位于驾驶室的前部 2 短头式驾驶室 其特点是发动机位于驾驶室的前下部 3 平头式驾驶室 其特点是发动机位于驾驶室的下部此外 还有一种偏置式驾驶室 这种驾驶室偏置于发动机的一侧 它是平头式或长头式驾驶室的一种变型 在驾驶室空间方面 长头式驾驶室内部要比平头式的宽敞 因此地板可以布置地较低 有利于驾驶员上 下车 各种操纵机构也容易布置 便于驾驶员操纵 在舒适性方面 长头式驾驶室要比平头式驾驶室好 长头式驾驶室的发动机与驾驶室分开 发动机的散热 排气 振动和噪声等对驾驶室的影响小 便于隔热 防振和降噪 而短头式驾驶室由于发动机位于驾驶室下方 其所受影响较大 需要采取更加有效的隔热 防振和降噪措施 在发动机的接近性方面 长头式驾驶室要比平头式好 平头式驾驶室为改善发动机的接近性 通常设计有驾驶室翻转机构 通过驾驶室的前翻使发动机暴露出来 增加了机构的复杂性 在碰撞安全性方面 长头式驾驶室也要比平头式好 当发生正面碰撞事故时 长头式驾驶室的发动机区域能起