第7章-车体结构设计ppt课件

第七章轿车车体结构,主要内容:概述轿车车架结构轿车车身本体结构轿车车门结构轿车车身的轻量化设计,第一节概述,一、车身的总体组成1、车身本体（白车身）：车身本体是指车身结构件及覆盖件的焊接总成，并包括前翼子板、车门、发动机罩和行李舱盖在内的未涂漆的车身，形成车身的封闭刚性结构2、外装件：外装件是指车身外部具有对车身起保护或装饰作用的部件，以及具有独立功能的车外附件3、内装件：内装件是指车身室内对人体起保护作用或起装饰作用的部件，以及具有独立功能的车内附件。4、电气附件：主要包括：刮雨器、洗涤器、空调装置、收放机、仪表、开关、前灯、尾灯和各种指示照明灯等。,二、车身本体构件的特点,轿车车身本体的组成构件大体可分为三类：覆盖件、梁和支柱及结构加强件。结构设计中应分别注意它们的设计特点、要求及对车身结构的影响。1、覆盖件车身覆盖件是指车身中包覆梁、支柱等的构件，具有较大空间曲面形状的表面和车内板件。功用：封闭车身、体现车身外观造型及增大结构强度和刚度等。,2、梁和支柱车身结构中的梁和支柱，又称车身结构件，它是车身承载能力的基础。3、结构加强件：主要用于加强板件的刚度，提高各构件的连接强度,第二节轿车车架结构,一、轿车车架的结构要求支承发动机、驱动装置和悬架等总成构件。承受由车身和底盘零部件传来的作用力。在尺寸限制的范围内选择最有效的断面形状和尺寸，并保证其具有承受撞击和振动的足够强度。车架结构应对车身座舱具有安全保护作用。当车辆发生正面或后面碰撞时，车架纵梁能起到保护作用。连接并支承车身，同时将外力传递到车身上。,二、车架的结构型式,1、边梁式车架车架一般为板厚为23mm的箱型梁。有封闭和开口两种断面型式。车架梁各部分断面形状及尺寸不同，以改善梁的受力状况和撞击能量的传递特性,中梁布置在开口断面门槛梁内,中梁布置在闭口断面门槛梁内,2、其他型式的车架,第三节轿车车身本体结构,轿车车身本体主要由车身前部、前围、地板、侧围、顶盖和车身后部各部分组成。,一、车体前部构件,1、非承载式车身结构结构设计中应考虑的技术问题：车前钣金件应能有效地吸收撞击能量，提高碰撞时的安全性。车身前部结构应具有一定的刚性，以减小钣金件的振动和噪声。,2、承载式车身的前部结构承载式车身的前部结构具有较强的刚度和强度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、轮罩等构件焊接组成已广泛使用防腐蚀性能好的表面处理钢板（镀锌钢板）。另外，从轻量化的角度出发，高强度钢板也较普遍地使用在承载构件上。,结构设计中考虑的问题：a、前部结构与发动机等总成的支承方式有着密切的关系；b、从前方撞击安全性着眼，车身前部结构，特别是承载的梁结构，应在无大的力流集中的情况下与车身主体连接。采用两种形式来实现，一种是前纵梁大面积地过渡到前围板和地板梁上；另一种则通过挡泥板来连接。c、在同发动机罩周边的配合处，应设计流水槽d、为保证撞车时对乘员的保护，前部应有分段变形的吸能特性,前纵梁与地板梁的过渡连接,二、前围结构,轿车车身前围是分隔车身前部与座舱的结构总成。一般由前围上盖板、前围板、前围侧板和转向柱支架梁等构件组成车身前围对保证车身的扭转刚度、改善座舱舒适环境和提高撞车时的安全性等起着重要的作用。,1、前围结构的功能要求确保车身扭转刚度；提高撞车安全性，并控制座舱前壁和转向柱在撞车后的向后位移量构成发动机舱和座舱之间的隔壁，应具有良好的密封、隔振和隔音效果；设置外部空气吸入口和通风道安装雨刮器等附件。,2、结构特点1）前围上盖板前围上盖板一般由上盖板外板、上盖板内板以及加强板等构件焊接而成，通常采用具有很大的扭转刚度的箱型断面结构,开口断面,闭口断面,根据轿车前风窗下沿的造型特点，前围上盖板可分为吸气口可见和隐蔽的两种布置型式。有利于适应汽车空气动力特性的要求,设计考虑的问题：A、前围上盖板的结构设计应确保车身的扭转刚度；B、结构上应设置流水槽，使得流入或吸人的雨水能沿流水槽排出；C、利用前围上盖板的封闭断面，合理设计空气的导入风道；D、根据前风窗玻璃的安装方式，设计安装玻璃的支承止口，并保证装配的精度要求。,2）前围板前围板的上部和下部分别与前围上盖板和地板连接，两侧边则与前围侧板或车身侧围的前支柱连接。前围板主要起到隔音、隔振和隔热等作用，因此前围板多采用夹层减振钢板，并在前围内壁上采用具有隔音、隔热和减振作用的石棉垫、隔音板等提高前围板的刚度是减小振动及噪音的有效措施。通常采用以下方法：前围板下部采用约45角的斜壁设计；前围板上冲出安装各种装置的凸台或凹台，并设计加强筋等对于小型轿车，将前围板的两侧冲压成前轮罩的一部分,三、车身地板结构,车身地板结构是车身的支承部分。无论是非承载式车身还是承载式车身，车身的地板结构都应提供足够的强度和刚度。因此，除地板构件外，在结构上设置加强梁、连接梁等承载构件是必要的。轿车车身地板结构主要由地板、地板梁、支架、地板通道、门槛、连接板、座椅支架等构件组成。按设计要求，地板一般分为前地板、中部地板、后部地板。,承载式车身的地板结构,通常将地板梁结构和车身前纵梁、前横梁作为一个整体结构来进行设计，形成底部框架梁结构。,底部梁框架结构的设计特点及要求：多采用封闭断面的抗扭箱型梁。各个梁构件采用不同厚度的钢板材料，断面形状根据布置设计、结构连接关系和强度要求而定。整个梁结构的设计应保证撞车时座舱的完整性：发生正碰时，前部吸收80的能量，侧碰时，主要由门槛梁和地板横梁承受碰撞力。,底部前纵梁和后纵梁与地板结构的连接，一般采用叉型梁设计原理，将力流分成许多分支传递是有利力流传递的。,四、车身侧围结构,轿车车身侧围形成车身的侧壁部分，是组成座舱的重要结构总成。主要由侧围梁框架、车门、后翼子板和后轮罩等构件或总成组成。1、车身侧围梁框架轿车车身的侧围梁框架是承载框架。应具有较大的抗弯和抗扭刚性和强度,对于四门轿车，侧围梁框架主要由前支柱、中支柱和后支柱以及顶盖侧梁和门槛等构件焊接而成,四门轿车的侧围梁框架,侧围梁结构件的断面示意图,1）前立柱由前风窗支柱和前门支柱组成，均由薄钢板冲压的支柱内、外板焊接而成，其断面形状和尺寸的设计要满足构件的承载刚性和强度。除此之外，在前支柱的设计中还应充分注意以下几点：前风窗支柱的断面设计，应保证驾驶员的前方视野要求前风窗支柱部分应保证表面平滑化和一体化。现代轿车车身，通过采用前风窗支柱隐藏式流水槽结构，以及减小结构表面高低差等前支柱与车门应具有良好的动态配合，合理设计密封结构,隐藏式流水槽,2）车顶盖边梁顶盖边梁是车身侧围梁框架的上部纵向连接梁，一般由顶盖侧梁的内、外板冲压件焊接而成。现代轿车的顶盖边梁采用的一些新型结构：“全门式”结构的顶盖侧梁；为无流水槽的表面一体化设计；流水槽不突出车身表面，而只在车身表面上开出沟槽的表面平滑化设计顶盖侧梁采用非金属合成材料流水槽结构。这些结构型式对于增大车窗面积、减小空气阻力和风动噪声，提高防腐性能是有利的。,2、车身侧围设计的要点车身侧围设计要符合整车造型要求。各柱、梁、门外板、车门玻璃、后翼子板和侧窗等部分都应以车身外表面造型的形状和尺寸为设计依据。车身侧围框架的设计应考虑车门四周的密封性，以及密封条的安装和布置方式。应考虑车门铰链、限位器和门锁的装配方法和布置位置。车身侧围结构的弯曲和扭转刚度不仅对整车的结构刚度有很大的影响，而且就侧围本身来讲，是保证车门正确装配和车门密封性的前提条件现代轿车为改善视野，车身侧围各支柱在腰线以上部分的断面有逐渐变窄或变细的倾向，这就要求支柱在腰线以下部分应具有足够的强度和刚度。,五、车身顶盖结构,顶盖由顶盖前、后横梁和顶盖侧梁来支承，并焊接在其上，从而其刚度和强度得到增加。现代轿车设计中，从扩大视野和提高上下车方便性来考虑，已广泛采用薄车顶。,1、提高顶盖刚性的结构措施采用具有一定横向曲率半径的顶盖；设置顶盖横向加强梁；保证顶盖前、后横梁的刚度，以提高顶盖的横向刚性；增加顶盖侧梁的刚度，特别是硬顶轿车，应采用封闭断面的顶盖边梁，有时在其断面内插入加强板；顶盖四周过渡面的合理造型，以及冲压出适当的折边，并保证与顶盖前、后横梁及顶盖侧梁的焊接强度；增大侧窗玻璃的曲面倾斜度和曲率，或改变顶盖侧梁的结构断面形状，以减小顶盖的横向支承跨距；顶盖内表面涂防振胶。,2、顶盖前、后横梁顶盖前、后横梁分别与车身左、右侧围的前支柱和后支柱的顶端焊接，形成支承并固定前、后风窗玻璃的窗框。应根据玻璃的安装方式，设计其断面止口并保证装配精度。顶盖前在小型轿车上一般采用开口断面，先将顶盖前、后横梁与顶盖焊成一体，然后再与车身装配；后横梁在大型轿车上则都是闭口断面，先将顶盖前、后横梁与侧围框架的顶盖边梁焊接，形成支承顶盖的框架后，再将顶盖焊接到支承框架上形成车顶。,六、车身后部结构,三厢式车身的后部结构主要由后窗台板、后围上盖板、后挡板、行李舱盖、后尾板、后尾板加强板、行李舱盖支承框架及各种连接板和加强板组成。后围上盖板几乎都是采用封闭断面的结构，并与后窗台板组合成连接车身左、右侧围后支柱或侧围内壁的横梁。,第四节车门结构,一、轿车车门的组成及设计要求1、组成及分类轿车旋转式车门按门体的结构形式可分为整体式和框架式两种。整体式车门的上部窗框制造时与下部的车门内板和车门外板一体冲压成型，然后将内、外板焊接起来组成门体；而框架式车门的车门窗框与车门下部的车门外板和车门内板是单独制造的。,2、设计要求车门开启时应保证乘员上下车的方便性。车门要能停留在最大开度的位置上。车门开启过程中不应与车身的其他部位发生位置干扰。车门关闭时，要锁止可靠、安全，行车中不会自动打开。应具有良好的密封性能。门体应具有足够的强度和刚度，保证车门工作可靠、减小车门部分振动、提高车辆侧向碰撞的安全性。具有足够的车门安装刚度，防止车门下沉。,二、门体结构设计,1、车门外板一般采用0.60.8mm厚的薄钢板冲压成型。由于轻量化和侧面碰撞安全性的要求，广泛使用高强度钢板。2、车门加强横梁根据美国汽车安全标准FMVSS214对车辆侧面碰撞时的强度规定，现代轿车多采用车加强横梁结构。车门加强横梁可以是封闭的圆管截面，也可采用高强度钢板冲压成型。,车门门体结构,3、车门内板车门内板是车门的重要支撑板件，又是车门附件的安装体，一般采用较车门外板厚的薄钢板来制造。具有以下结构特点：需拉延出较深的周边形成门厚的侧板。板面上需冲压出各种形状的托台、窝穴、手孔和安装孔等，以安装车门附件机构。冲压出各种加强筋，以提高车门内板的刚性，减小振动噪声。车门内板应具有足够的强度和刚度，以保证车门附件安装的位置要求，特别是玻璃升降的升降面,4、车门加强板车门加强板是对门体结构进行局部加强而设置的板构件，一般有以下几种使用情况：车门内板面上安装车门附件机构的部位，提高安装部位的刚度和连接强度。在门体安装铰链处、车门开度限位器处和门锁处等部位设置1.21.6mm厚的加强板。由于车门玻璃升降的需要，车门内、外板在窗台处不连接。为加强车门内、外板的上端边的强度和刚度，保证玻璃良好的密封性以及车门内、外板之间的装配间隙，一般在车门内、外板的上端边焊接横向加强板，采用封闭或开口断面。,车门门体结构,5、车门与车身门框之间的间隙设计在车门的结构设计中，车门与车身门框之间应留有一定的设计间隙。一般，车门与车身外覆盖件之间的间隙（车身外表面门缝）设计为51mm。车门与门框之间的间隙，在有密封条密封处，设计为151.5mm；无密封条密封处设计为81.5mm。,门缝间隙,三、车门附件,1、车门铰链轿车车门依靠两个铰链支承在门框上，并实现其开闭旋转运动。一般车门铰链采用隐蔽式布置方式。现代轿车广泛采用合页式铰链。在车门铰链的布置设计中应注意以下各个方面：（1）车门与铰链和门柱与铰链的连接刚度不足，往往是车门下沉的主要原因。通过在门体和门柱上设置必要的加强板外，在布置铰链时尽量加大两铰链的间距，一般来说，保持400mm左右的间距，改善铰链受力状况。（2）两铰链的轴线应在同一直线上,2、车门开度限位器车门开度限位器是控制车门开度，并使车门能停留在最大开度的位置上的机构。,限位块,橡胶缓冲块,第五节车身轻量化设计,一、汽车轻量化的进程与轻量化效果1、汽车轻量化的发展进程由于节约能源成为全世界的社会问题，低燃油消耗要求推动车辆轻量化设计技术发展，从而带来车辆质量减小的发展倾向。2、轻量化的效果一般情况下，对于自重1000kg的轿车，车辆质量减轻8，则可降低油耗约10以上。,3、车身轻量化的意义一般轿车车身（包括白车身和装备件）约占整车质量的一半。仅白车身就占20以上。因此，车身质量的降低对整车质量影响较大。同时，可以