客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)

1、第5章客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)5-1車(chē)身結(jié)構(gòu)及其分類(lèi)、客車(chē)車(chē)身分類(lèi)方法2、按承載形式分按車(chē)身承載形式，客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)可分為非承載式、半承載式和承載式三大類(lèi)。非承載式和半承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)都是屬于有車(chē)架式的，而承載式車(chē)身則屬于無(wú)車(chē)架式的。從設(shè)計(jì)的角度看，這類(lèi)分法是比較合理的。按承載形式對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)，表征了不同形式的車(chē)身結(jié)構(gòu)的組成以及車(chē)身制造工藝過(guò)程中的差異。圖5-4 非承載式客車(chē)的底盤(pán)及車(chē)身（2）半承載式客車(chē)車(chē)身圖5-5客車(chē)半承載式車(chē)身1-頂燈地板；2-換氣扇框；3-頂蓋橫梁；4-頂蓋縱梁；5-前風(fēng)窗框上橫梁；6-前風(fēng)窗立柱；7-前風(fēng)窗中立框；8-前風(fēng)窗框下橫梁；9-前圍擱梁；10-車(chē)架前橫梁；11

2、-前圍立柱；12-后風(fēng)窗框下橫梁；13-后圍擱梁；14-后圍裙邊梁；15-側(cè)圍窗立柱；16-車(chē)輪拱；17-斜撐；18-腰梁；19-側(cè)圍擱梁；20-側(cè)圍立柱，21-側(cè)圍裙邊梁；22-上邊梁；23-車(chē)架橫梁；24-門(mén)立柱；25-車(chē)架懸臂梁；26-門(mén)檻；27-車(chē)架縱梁（3）承載式客車(chē)車(chē)身圖5-6奔馳O404大客車(chē)的承載式車(chē)身1-側(cè)窗立柱；2-頂蓋縱梁；3-頂蓋橫梁；4-頂蓋斜撐；5-上邊梁；6-前風(fēng)窗框上橫梁；7-前風(fēng)窗立柱；8-儀表板橫梁；9-前風(fēng)窗框下橫梁；10-前圍擱梁；11-后風(fēng)窗框上橫梁；12-后風(fēng)窗框下橫梁；13-后圍加強(qiáng)橫梁；14-后圍立柱；15-腰梁；16-角板；17-側(cè)圍擱梁；18

3、-斜撐；19-底架橫格柵；20-側(cè)圍裙邊梁；21-裙立柱；22-門(mén)立柱；23-門(mén)檻；24-底架縱格柵圖5-6所示是奔馳O404大客車(chē)的承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)，其底架是薄鋼板沖壓或用型鋼焊制的縱橫格柵，以取代笨重的車(chē)架。格柵是高度較大（約500mm）桁架結(jié)構(gòu)，因而車(chē)身兩側(cè)地板上只能布置坐席，而坐席下方高大的空間可用做行李艙，故適用于大型長(zhǎng)途客車(chē)。整體承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是所有的車(chē)身殼體構(gòu)件都參與承載，互相牽連和協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮材料的潛力，使車(chē)身質(zhì)量最小而強(qiáng)度和剛度最大。3、按車(chē)身結(jié)構(gòu)分類(lèi)根據(jù)車(chē)身結(jié)構(gòu)上的差異，可將客車(chē)車(chē)身分為薄殼式、骨架式、復(fù)合式、單元式和嵌合式結(jié)構(gòu)等幾種。（1）薄殼式結(jié)構(gòu)圖5-8客車(chē)的薄

4、殼式車(chē)身結(jié)構(gòu)（2）骨架式結(jié)構(gòu)圖5-9骨架式客車(chē)車(chē)身圖5-10復(fù)合式車(chē)身骨架（3）復(fù)合式結(jié)構(gòu)（4）單元式結(jié)構(gòu)圖5-11 GMC公司的單元式結(jié)構(gòu)客車(chē)車(chē)身（5）嵌合式結(jié)構(gòu)圖5-12 嵌合式客車(chē)車(chē)身側(cè)壁結(jié)構(gòu)及Rohrlok連接法圖5-13 嵌合式結(jié)構(gòu)車(chē)身組組件圖1-后圍；2-空調(diào)裝置；3-側(cè)壁（擠壓鋁型材）；4-頂蓋（氨基甲酸乙酯泡沫）；5-前臉；6-側(cè)壁邊緣；7-地板組件（氨基甲酸乙酯泡沫）；8-前操縱部分；9-儲(chǔ)氣罐；10-后懸架和發(fā)動(dòng)機(jī)5-3 車(chē)架及車(chē)身骨架設(shè)計(jì)、車(chē)身骨架設(shè)計(jì)客車(chē)由于其長(zhǎng)度和用途不同，其車(chē)身結(jié)構(gòu)也由很大差異。6m以下的客車(chē)由于車(chē)長(zhǎng)較短，車(chē)身結(jié)構(gòu)形式基本上與轎車(chē)相似，一般采用承載式

5、車(chē)身，車(chē)身構(gòu)件多為薄板沖壓件焊接而成，較少采用骨架結(jié)構(gòu)。而7m以上的大中型客車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)多由骨架和蒙皮構(gòu)成，由骨架形成車(chē)體并承載。車(chē)身骨架一般可分為六大片，分別為前圍骨架，后圍骨架，左側(cè)、右側(cè)骨架、車(chē)頂骨架和底骨架。每片骨架總成的連接部分稱(chēng)分形面。圖5-28所示為一城市客車(chē)車(chē)身骨架。圖5-28 城市客車(chē)車(chē)身骨架1、側(cè)圍骨架設(shè)計(jì)側(cè)圍總成分左右兩大片，若不帶中門(mén)，左右兩片小件可基本對(duì)稱(chēng)。構(gòu)成一般有駕駛員門(mén)后立柱總成、乘客門(mén)后立柱總成、側(cè)窗立柱、艙門(mén)立柱、側(cè)窗上下縱梁、艙門(mén)上下縱梁和側(cè)窗下縱梁與艙門(mén)上縱梁之間的加強(qiáng)車(chē)身支撐蒙皮的斜撐、門(mén)框梁等。通常腰梁以下立柱貫通，與牛腿對(duì)應(yīng)的各主柱之間還可根據(jù)結(jié)構(gòu)

6、需要加設(shè)小立柱。腰梁以下的縱梁有座椅擱梁、地板擱梁（側(cè)圍擱梁）裙邊加強(qiáng)梁和裙邊梁等，座椅擱梁和裙邊加強(qiáng)梁不一定有，此時(shí)，腰梁與地板擱梁之間可設(shè)計(jì)成桁梁結(jié)構(gòu)。窗主柱根據(jù)總布置需要，且盡量與腰主柱為同一主梯形。輪罩處適當(dāng)加強(qiáng)，門(mén)立柱較粗。窗角、門(mén)角注意加強(qiáng)，局部有其它用途則再加支撐梁。圖5-29所示為一長(zhǎng)途大客車(chē)側(cè)圍骨架設(shè)計(jì)。全承載式車(chē)身側(cè)圍是整車(chē)重要的承載部件，考慮其高度方面的結(jié)構(gòu)特性以提高整車(chē)的彎曲特性，同時(shí)由于連接底骨架和頂骨架，也可利用側(cè)圍結(jié)構(gòu)斷面高的特點(diǎn)發(fā)揮其在整車(chē)扭轉(zhuǎn)工況下的抗扭特性。另外，側(cè)圍是整車(chē)主要外露部件，可以通過(guò)增強(qiáng)側(cè)圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)適當(dāng)減弱底架部分設(shè)計(jì)（底架部分一般占整車(chē)骨架質(zhì)

7、量的65%以上）。這樣既提高了整車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也有利于整車(chē)輕量化。具體應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1）增加側(cè)圍骨架在厚度方向的材料尺寸規(guī)格，以提高側(cè)圍抗側(cè)向沖擊能力。艙門(mén)立柱、門(mén)立柱應(yīng)與底骨架斷面上，以增加其橫向抗沖擊能力。2）合理設(shè)計(jì)側(cè)圍腰部蒙皮區(qū)結(jié)構(gòu)，提高其承載能力。側(cè)圍上部是風(fēng)窗洞口，下部是行李艙洞口，因此只能通過(guò)合理設(shè)計(jì)腰圍部蒙皮區(qū)結(jié)構(gòu)以提高側(cè)圍承載能力。合理選取側(cè)圍上下腰梁間距值，同時(shí)在側(cè)圍兩腰梁間合理設(shè)計(jì)斜撐，能成倍提高其承載能力。需要注意的是，斜撐的斜度不能太小，即高寬比不應(yīng)小于0.6。如果太小，斜撐的彎曲受力將增大，斷裂的危險(xiǎn)也隨之增加。圖5-29 長(zhǎng)途大客車(chē)側(cè)圍骨架設(shè)計(jì)3）中門(mén)門(mén)洞斷開(kāi)

8、了側(cè)圍下腰梁，要對(duì)斷開(kāi)處進(jìn)行加強(qiáng)處理。為使整車(chē)則面受力連續(xù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮設(shè)計(jì)一些力流引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，中門(mén)上部可加并一根梁，以消除門(mén)上側(cè)兩拐角的應(yīng)力集中。4）為提高整車(chē)上部結(jié)構(gòu)承載能力，窗立柱應(yīng)設(shè)計(jì)強(qiáng)一些，即采用尺寸規(guī)格大一些的材料，必要時(shí)可以選用性能好的材料?？蛙?chē)整車(chē)在發(fā)生交通事故時(shí)，特別是出現(xiàn)車(chē)頂著地情況，窗立柱將承受很大載荷，為保證車(chē)內(nèi)必須的安全空間，窗立柱要有足夠的強(qiáng)度和剛度。2、頂骨架設(shè)計(jì)頂骨架一般由頂部貫穿橫梁、邊縱梁、前后拱頂支撐梁等組成，圖5-30所示為衡山客車(chē)廠HSZ6120頂骨架設(shè)計(jì)。其在整車(chē)結(jié)構(gòu)中一般起到下面幾個(gè)方面的作用：承受車(chē)頂負(fù)荷（如空調(diào)、內(nèi)行李架、風(fēng)道等）；連接側(cè)

9、圍、前后圍，使整車(chē)成為一個(gè)封閉艙體；承受車(chē)輛在運(yùn)行中產(chǎn)生的部分彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷等。在頂骨架設(shè)計(jì)時(shí)可以從以下幾個(gè)方面考慮：1）多采用橫縱梁布置，左右雙矩管梁布置?？v梁宜布置成邊上密、中間疏的形式。橫梁布置應(yīng)與側(cè)窗立柱對(duì)應(yīng)，盡量與側(cè)圍立柱形成多處閉環(huán)，這樣才能很好的傳遞整車(chē)運(yùn)行中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)載荷，并且將左右側(cè)產(chǎn)生的力進(jìn)行直接傳遞，而在車(chē)頂內(nèi)不產(chǎn)生附加的扭轉(zhuǎn)載荷。圖5-30 HSZ6120頂骨架設(shè)計(jì)2）車(chē)頂縱梁在車(chē)頂承載中貢獻(xiàn)度比較低，因此車(chē)頂縱梁的尺寸規(guī)格可以適當(dāng)減小些。應(yīng)適當(dāng)增加車(chē)頂橫梁的尺寸規(guī)格，提高其抗彎、抗扭曲能力。在貫通車(chē)頂?shù)臋M梁有足夠的強(qiáng)度和剛度后，其它多余的橫梁就可以略去。合理分布車(chē)頂縱

10、橫梁，減少不必要的梁結(jié)構(gòu)有利于車(chē)頂骨架設(shè)計(jì)的輕量化，同時(shí)可以大大減少焊接工作量。縱橫梁設(shè)計(jì)布置還要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于客車(chē)頂部靜態(tài)承載的規(guī)定。3）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除非是安裝結(jié)構(gòu)上的需要，否則應(yīng)保持車(chē)頂橫梁貫穿車(chē)頂不斷開(kāi)，這樣有利于提高車(chē)頂?shù)膭偠群涂古つ芰Α?）側(cè)曲線(xiàn)與頂曲線(xiàn)結(jié)合的曲率選擇要符合工廠的具體加工條件，便于成型；考慮與側(cè)圍骨架及前后圍骨架的結(jié)合方式，還有與內(nèi)蒙皮、外蒙皮的連接。5）頂骨架是頂部所有其他部件的安裝基礎(chǔ)，客車(chē)頂部安裝部件較多，包括頂外蒙皮、空調(diào)頂置部分及安全天窗、前后內(nèi)頂裝飾件、頂中內(nèi)飾裝飾板、內(nèi)風(fēng)道、揚(yáng)聲器、電視機(jī)、內(nèi)頂燈等部件，長(zhǎng)途和旅游客車(chē)還有內(nèi)行李架，頂骨架都必須為其

11、提供矩管、薄板、厚板等根基和部件安裝使用空間。還要注意安全出口的數(shù)量及位置。3、前后圍設(shè)計(jì)前后圍骨架結(jié)構(gòu)由于要滿(mǎn)足客車(chē)的一些造型要求，尤其是前圍，其造型曲面比較豐富，使得前圍空間梁的設(shè)計(jì)較制造為復(fù)雜。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾方面：1）對(duì)風(fēng)窗處的尺寸要求嚴(yán)格，前后圍骨架應(yīng)與玻璃有很好的貼合，特別是與前后風(fēng)窗安裝止口很好的貼合，保證前后風(fēng)窗能安裝到位。2）設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，連接側(cè)圍骨架、車(chē)頂骨架及底盤(pán)車(chē)架，保證整車(chē)車(chē)體成為剛性很強(qiáng)的框架。3）用簡(jiǎn)單的方式表達(dá)造型曲線(xiàn)：在前后圍骨架左右立柱、上下橫梁，擋風(fēng)窗周框橫梁都是造型模型曲線(xiàn)圓整后得出，空間曲線(xiàn)既是要表達(dá)清楚又要能夠保證加工。4）注意前后圍蒙皮、前

12、后保險(xiǎn)杠、前后擋風(fēng)玻璃、前后各種燈具、雨刮器、前后內(nèi)頂裝飾件、前后地板安裝密封等部件的安裝。5）前圍風(fēng)窗下部應(yīng)設(shè)計(jì)得足夠強(qiáng)，必要時(shí)可以考慮與底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成一體，以提高其抗撞擊能力，避免與較低物體（特別是小轎車(chē)等）發(fā)生碰撞時(shí)進(jìn)入客車(chē)車(chē)體內(nèi)部引起二次傷害。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前置的客車(chē)還需留出進(jìn)風(fēng)道。6）一般前圍骨架設(shè)計(jì)立柱兩根，后圍骨架設(shè)置四根，前圍可根據(jù)具體情況增加支立柱，橫梁設(shè)置34根即可。在保證強(qiáng)度和剛度的條件下，前后圍骨架盡量設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)約些。因其受載荷小，支立柱也應(yīng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單便于布置。圖5-31所示為衡山客車(chē)廠HSZ6120前后圍骨架設(shè)計(jì)。圖5-31 HSZ6120前后圍骨架設(shè)計(jì)5、客車(chē)用冷彎型鋼車(chē)

13、身骨架采用冷彎型鋼制作，不但可以提高客車(chē)車(chē)身的強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度，而且可以大大減少客車(chē)生產(chǎn)廠家車(chē)身制造的工作量，因此冷彎型鋼在客車(chē)車(chē)身上的應(yīng)用與日俱增。根據(jù)我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6727-1986客運(yùn)汽車(chē)?yán)鋸澬弯?，客?chē)用冷彎型鋼有三種，分別是槽型型鋼、方形空心型鋼和矩形空心型鋼，其對(duì)應(yīng)的代號(hào)分別為KQC、KQF和KQJ。冷彎型鋼的截面形狀及標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)如圖5-32所示：H-高度 A-腿長(zhǎng) t-壁厚A-邊長(zhǎng) t-壁厚 B-寬度 A-高度 t-壁厚 r-內(nèi)圓弧半徑 r-內(nèi)圓弧半徑 r-內(nèi)圓弧半徑（a）槽型型鋼（b）方形空心型鋼（c）矩形空心型鋼圖5-32冷彎型鋼的截面形狀及標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)冷彎型鋼彎曲度每米不得

14、大于3mm，縱彎曲度不得大于總長(zhǎng)度的0.30%，且不得有明顯的扭曲；此外型鋼的端部應(yīng)剪切整齊，由切斷方法造成的較小變形和毛刺是允許存在的。常用的槽型型鋼是KQC20×70×5.5，常用的方形型鋼有KQF30×30×2、KQF40×40×2、KQF50×50×2，常用的矩形型鋼有KQJ30×50×1.5、KQJ30×50×1.75、KQJ30×50×2、KQJ40×50×2、KQJ60×50×2。彎曲角的內(nèi)圓弧半徑見(jiàn)表

15、5-3所示。表5-3 冷彎型鋼彎曲角的內(nèi)圓弧半徑選用鋼種內(nèi)圓弧半徑(mm)t44<t8普通碳素結(jié)構(gòu)鋼1.5t2.0t低合金結(jié)構(gòu)鋼2.0t2.5t冷彎型鋼的材料主要有兩種，分別是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼用的最多的是A3鋼（即Q235）；低合金結(jié)構(gòu)鋼主要是16Mn，一般用于槽鋼及特制矩形管。5-4 蒙皮及客車(chē)內(nèi)部覆蓋件設(shè)計(jì)、外蒙皮設(shè)計(jì)車(chē)身蒙皮是覆蓋在客車(chē)車(chē)身骨架外表面的板件，通常分為前后圍蒙皮、后圍蒙皮、頂蓋蒙皮和側(cè)圍蒙皮五部分。蒙皮除了具有防護(hù)和增強(qiáng)強(qiáng)度的作用外，還起到裝飾客車(chē)，表現(xiàn)整車(chē)外部形狀特征的作用。因此，車(chē)身蒙皮設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響整車(chē)的外觀和性能。外蒙皮材料

16、主要有鋼板鋁板兩種，一般為鋼板焊接，鋁板鉚接；還可采用玻璃鋼結(jié)構(gòu)，但表面較差，損壞后不易修復(fù)，易老化。有時(shí)候?yàn)榱颂岣呙善さ膭偠龋刹捎脹_筋的辦法。1、前后圍蒙皮設(shè)計(jì)前后圍蒙皮是覆蓋在客車(chē)前、后圍骨架外表面的板件。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理及造型要求，其應(yīng)與頂蓋蒙皮、側(cè)圍蒙皮光滑過(guò)渡，一般前后圍蒙皮的側(cè)視及俯視均為一組或多組光滑樣條曲線(xiàn)連接而成?？蛙?chē)前后部造型代表著整車(chē)形狀的特征，其上還布置著各種零部件、燈具及商標(biāo)等，曲面的形狀變化也比較復(fù)雜。因此在設(shè)計(jì)中需要妥善的處理車(chē)身表面形狀、前后風(fēng)窗玻璃形狀尺寸及客車(chē)前后部各種附件、燈具和牌照等之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。前后蒙皮的外形應(yīng)該完全符合造型要求，設(shè)計(jì)時(shí)候可根據(jù)造

17、型效果圖或縮小比例的模型，實(shí)測(cè)一些相關(guān)的點(diǎn)和線(xiàn)，然后進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并確定前后圍蒙皮與頂蓋、側(cè)圍蒙皮的邊界線(xiàn)及前后圍蒙皮的主要結(jié)構(gòu)斷面。圖5-33 所示為常見(jiàn)的前后圍蒙皮結(jié)構(gòu)形式，它由多組復(fù)雜的空間曲面組成。 圖5-33 前后圍蒙皮示意圖在材料方面，前后圍蒙皮多采用壁厚為1mm的冷軋鋼板或23mm的玻璃鋼，與骨架的鏈接方式一般有焊接、粘接和鉚接。當(dāng)采用壁厚為1mm的冷軋鋼板時(shí)，常用焊接、鉚接的連接方式進(jìn)行固定，但是鉚接由于鉚釘凸出而影響外觀，并且為銹蝕源，在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)中被逐步棄用，目前焊接形式運(yùn)用比較廣泛。當(dāng)采用壁厚23mm的玻璃鋼時(shí)，通常采用粘接和鉚接相結(jié)合的連接方式。2、頂蓋蒙皮設(shè)計(jì)頂

18、蓋蒙皮是覆蓋在客車(chē)頂部的板件。根據(jù)整車(chē)的造型設(shè)計(jì)要求，頂蓋蒙皮的線(xiàn)條要滿(mǎn)足客車(chē)造型流暢、車(chē)廂內(nèi)部寬敞、風(fēng)阻小等要求；與側(cè)圍蒙皮過(guò)渡的光線(xiàn)要筆直劃一，圓潤(rùn)流暢。因此頂蓋橫向線(xiàn)條一般為大圓弧，小圓角過(guò)渡與兩側(cè)圍連接。在縱向線(xiàn)條設(shè)計(jì)方面，一般低檔車(chē)是從前到后設(shè)計(jì)成一根直線(xiàn)，小圓角過(guò)渡與前后圍連接；中高檔客車(chē)是前部改為一曲線(xiàn)或以斜線(xiàn)與前圍連接，以降低風(fēng)阻，造型也更動(dòng)感。此外頂蓋蒙皮的密封也是十分重要的。頂蓋蒙皮一般采用壁厚為1mm或0.8mm的冷軋鋼板制作。放置與車(chē)頂后與骨架貼實(shí)自然成型后進(jìn)行焊裝。有時(shí)為了提高其表面質(zhì)量及降低噪聲，對(duì)中蒙皮進(jìn)行張拉，然后再與頂骨架進(jìn)行焊接。目前市場(chǎng)上最寬的卷板規(guī)格為1.5m，而大客車(chē)的頂蓋蒙皮寬度一般大于2.5m，因此頂蓋蒙皮通常分為三塊，左右兩塊對(duì)稱(chēng)，如圖5-34所示，其橫向結(jié)構(gòu)斷面圖如圖5-35所示，這樣易于密封，且減少了加工時(shí)間。光線(xiàn)是客車(chē)頂蓋側(cè)蒙皮上的一條頂蓋與側(cè)面的理想交線(xiàn)。圖5-34 頂蓋蒙皮結(jié)構(gòu)示意圖圖5-35 頂蓋蒙皮斷面結(jié)構(gòu)3、側(cè)圍蒙皮的設(shè)計(jì)側(cè)圍蒙皮是覆蓋與側(cè)圍骨架外表面的板件，主要對(duì)客車(chē)的側(cè)圍起裝飾作用。故在設(shè)計(jì)側(cè)圍蒙皮時(shí)應(yīng)合理分塊，連接可靠，保證外表弧線(xiàn)和側(cè)圍曲線(xiàn)的緊密吻合，同時(shí)還要求線(xiàn)條流暢，光滑平順