汽車車身結構設計與結構分析學習

1、.：.；2004.11.17 from：0.汽車的根本構造汽車普通由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設備等四個根本部分組成。汽車發(fā)動機：發(fā)動機是汽車的動力安裝。由機體，曲柄連桿機構，配氣機構，冷卻系，光滑系，燃料系和點火系(柴油機沒有點火系)等組成。按燃料分發(fā)動機有汽油和柴油發(fā)動機兩 種；按任務方式分有二沖程和四沖程兩種，普通發(fā)動機為四沖程發(fā)動機。四沖程發(fā)動機的任務過程： 四沖程發(fā)動機是活塞往復四個行程完成一個任務循環(huán)，包括進氣、緊縮、作功、排氣四個過程。四行程柴油機和汽油機一樣閱歷進氣、緊縮、作功、排氣的過程。但與汽油機的不同之處在于：汽油機是點燃，柴油機是壓燃。冷卻系：普通由水箱、水泵、散熱器、風

2、扇、節(jié)溫器、水溫表和放水開關組成。汽車發(fā)動機采用兩種冷卻方式，即空氣冷卻和水冷卻。普通汽車發(fā)動機多采用水冷卻。光滑系：發(fā)動機光滑系由機油泵、集濾器、機油濾清器、油道、限壓閥、機油表、感壓塞及油尺等組成。燃料系：汽油機燃料系由汽油箱、汽油表、汽油管、汽油濾清器、汽油泵、化油器、空氣濾清器、進排氣歧管等組成。化油器：是將汽油與空氣以一定的比例混合為一種霧化氣體的安裝，這種霧化氣體叫可燃混合氣，及時適量供入氣缸。汽車的底盤：傳動系：主要是由離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動軸和驅動橋等組成。離合器：其作用是使發(fā)動機的動力與傳動安裝平穩(wěn)地接合或暫時地分別，以便于駕駛員進展汽車的起步、停車、換檔等操作。變速器

3、：由變速器殼、變速器蓋、第一軸、第二軸、中間軸、倒檔軸、齒輪、軸承、支配機構等機件構成，用于汽車變速、變輸出扭矩。行駛系：由車架、車橋、懸架和車輪等部分組成。它的根本功用是支持全車質(zhì)量并保證汽車的行駛。 鋼板彈簧與減震器：鋼板彈簧的作用是使車架和車身與車輪或車橋之間堅持彈性聯(lián)絡。減震器的作用是當汽車遭到震動沖擊時使震動得到緩和。減震器與鋼板彈簧并聯(lián)運用。 轉向系：由方向盤、轉向器、轉向節(jié)、轉向節(jié)臂、橫拉桿、直拉桿等組成，作用是轉向。前輪定位：為了使汽車堅持穩(wěn)定直線行駛，轉向輕便，減少汽車在行駛中輪胎和轉向機件的磨損，前輪、轉向主銷、前軸三者之間的安裝具有一定的相對位置，這就叫“前輪定位。 它包

4、括主銷后傾、產(chǎn)銷內(nèi)傾、前輪前束。前束值是指兩前輪的前邊緣間隔 小于后邊緣間隔 的差值。制動系：機動車的制動性能是指車輛在最短的時間內(nèi)強迫停車的效能。 手制動器的作用：手制動器是一種使汽車停放時不致溜滑，在特殊情況下，配合腳制動的安裝。液壓制動構造：液壓制動安裝由制動踏板、制動總泵、分泵、鼓式(車輪)制動器和油管等機件組成。氣壓制動安裝：由制動踏板、空氣緊縮機、氣壓表、制動閥、制動氣室、鼓式(車輪)制動 器和氣管等機件組成。 電氣設備：汽車電氣設備主要由蓄電池、發(fā)電機、調(diào)理器、起動機、點火系、儀表、照明安裝、音響安裝、雨刷器等組成。蓄電池：蓄電池的作用是供應起動機用電，在發(fā)動機起動或低速運轉時向

5、發(fā)動機點火系及其他用電設備供電。當發(fā)動機高速運轉時發(fā)電機發(fā)電充足，蓄電池可以儲存多余的電能。蓄電池上每個單電池都有正、負極柱。其識別方法為：正極柱上刻有“+號，呈深褐色；負極 柱上刻有“-號，呈淡灰色。起動機： 其作用是將電能轉變成機械能，帶動曲軸旋轉，起動發(fā)動機。起動機運用時，應留意每次起動時間不得超越5秒，每次運用間隔不小于10-15秒，延續(xù)運用不得超越3次。假設延續(xù)起動時間過長，將呵斥蓄電池大量放電和起動機線圈過熱冒煙，極易損壞機件。 1. 由各種各樣的骨架件和板件經(jīng)過焊接拼裝而成的轎車車身，也就是行業(yè)俗稱的“白車身，它的各個部分都有相關的稱號，不論在汽車制造廠、修繕廠或者配件商店，人們

6、一聽到某個稱號就知道它是屬于車上的哪一部分，安裝在什么位置上。見圖三廂式轎車車身構造圖主要零部件:1、發(fā)動機蓋 2、前檔泥板 3、前圍上蓋板 4、前圍板 5、車頂蓋 6、前柱 7、上邊梁 8、頂蓋側板 9、后圍上蓋板 10、行李箱蓋 11、后柱 12、后圍板 13、后翼子板 14、中柱 15、車門 16、下邊梁 17、底板 18、前翼子板 19、前縱梁 20、前橫梁 21、前裙板 22、散熱器框架 23、發(fā)動機蓋前支撐板車身的骨架件和板件多用鋼板沖壓而成，車身公用鋼板具有深拉延時不易產(chǎn)生裂紋的特點。根據(jù)車身不同的位置，一些要防止生銹的部位運用鋅鋼板，例如翼子板、車頂蓋等；一些接受應力較大的部位

7、運用高強度鋼板，例如散熱器支承橫梁、上邊梁等。轎車車身構造中常用鋼板的厚度為0.63毫米，大多數(shù)零件用材厚度是0.81.0毫米。在轎車車身構造中，有些重要零件的位置涉及到車輛的整體布置、平安及駕乘溫馨性問題，例如立柱。普通轎車車身有三個立柱，從前往后依次為前柱A柱、中柱B柱、后柱C柱。對于轎車而言，立柱除了支撐作用，也起到門框的作用。設計師思索前柱幾何外形方案時還必需求思索到前柱遮擋駕駛者視野的角度問題。普通情況下，駕駛者經(jīng)過前柱處的視野，雙目重疊角總計為56度，從駕駛者的溫馨性看，重疊角越小越好，但這涉及到前柱的剛度，既要有一定的幾何尺寸堅持前柱的高剛度，又要減少駕駛者的視野遮擋影響，是一個

8、矛盾的問題。設計者必需盡量使兩者平衡以獲得最正確效果。在2001年北美國際車展上瑞典沃爾沃推出最新概念車SCC，就將前柱改為通透方式，鑲嵌透明玻璃讓駕駛者可以透過柱體察看外界，令視野盲點減少到最低程度見本網(wǎng)“車海拾貝沃爾沃SCC。中柱不但支撐車頂蓋，還要接受前、后車門的支承力，在中柱上還要安裝一些附加零部件，例如前排座位的平安帶，有時還要穿電線線束。因此中柱大都有外凸半徑，以保證有較好的力傳送性能?，F(xiàn)代轎車的中柱截面外形是比較復雜的，它由多件沖壓鋼板焊接而成。隨著汽車制造技術的開展，不用焊接而直接采用液壓成型的封鎖式截面中柱巳經(jīng)問世，它的剛度大大提高而分量大幅減小，有利于現(xiàn)代轎車的輕量化。不過

9、，有些設計師卻從乘客上下車的便利性思索，索性取消中柱。最典型的是法國雪鐵龍C3轎車，車身左右兩側的中柱都被取消，前后門對開，乘員完全無妨礙上下車。當然，取消中柱就要相應加強前、后柱，其車身構造必需求用新的方式，資料選用也有所不同。后柱與前柱、中柱不同的一點就是不存在視野遮擋及上下車妨礙等問題，因此構造尺寸大些也無妨，關鍵是后柱與車身的密封性要可靠。剛度是汽車車身設計的目的，剛度是指在施加不致于毀壞車身的普通外力時車身不容易變形的才干，也就是指恢復原形的彈性變形才干。汽車在行駛過程中遭到各種外力影響會產(chǎn)生變形，變形程度小就是剛度好，普通情況剛度好強度也好。剛度差的汽車，行駛在不平路面上就容易發(fā)出

10、嘎吱嘎吱的響聲。立柱的剛度很大程度上決議了車身的整體剛度，因此在整個車身構造中，立柱是關鍵件，它要有很高的剛度。2.汽車外形設計的兩對矛盾現(xiàn)代汽車追求溫馨、動力和平安性能好，這些要求在車身外型的設計中構成了矛盾。首先，乘駕溫馨需求足夠的車內(nèi)空間，而要得到寬闊的空間就要添加汽車外型的尺寸。汽車的外型尺寸，尤其是橫截面尺寸的添加，勢必添加汽車的迎風面積，直接影響汽車的風阻系數(shù)。這樣，溫馨性與動力性就構成了一對矛盾。這對矛盾在汽車的速度比較低的時候影響不大，早期的汽車根本上是箱式的，汽車的外型完全根據(jù)內(nèi)部的需求來設計。隨著汽車技術的開展，汽車的速度越來越高，風阻的矛盾就越來越突出。研討闡明，隨著速度

11、的添加，路面阻力添加很小而風阻添加卻很大。普通的箱式車，車速在每小時30公里以下時，耗費在路面阻力上的功率大于抑制風阻所耗費的功率。而在這個速度以上，耗費在風阻上的功率就急劇添加。到了每小時70公里左右的速度，抑制風阻所需求的功率就會超越路面阻力。假設速度超越每小時100公里，絕大部分的功率就耗費在抑制風阻上了。風阻的主要要素有兩大方面，一是迎風面積，二是渦流。減少迎風面積的主要措施是減低車廂的高度。減少車廂的寬度雖然也能減少橫截面的面積，但普通情況下效果不如減少高度顯著。為了保管足夠的內(nèi)部空間，保證有溫馨的乘坐空間，汽車的截面是不可以隨意減少的。為了進一步減低風阻，就要從減少汽車行駛中產(chǎn)生的

12、渦流入手。我們在大街上經(jīng)?？吹揭恍┐筘涇囻傔^后，馬路上的塵土、紙屑打著轉滿天飛，這就是汽車行駛攪動空氣構成的渦流。汽車的前擋風玻璃、車頂、車側、車后都可以產(chǎn)生渦流。研討渦流最有效的手段是風洞實驗，汽車模型靜止于隧道型空間中，車身周圍是高速流動的空氣，這樣來模擬汽車高速行駛的條件。經(jīng)過安裝在車身各部分的傳感安裝丈量空氣的運動。從而了解渦流的運動情況。研討闡明，具有流線型車身的汽車抗渦流的性能最好。流線型車身的縱截面與飛機機翼的的外形類似，高速運動時會產(chǎn)生升力，對行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生負面作用。這就產(chǎn)生了第二對矛盾，即動力性與平安性的矛盾。為了添加穩(wěn)定性，現(xiàn)代汽車車身外型在流線型的根底上不斷改良，車身重心

13、前移、前低后高、添加尾部縱截面的相對面積、添加攪流板等等。溫馨性與動力性、動力性與穩(wěn)定性，如何處理這兩對矛盾構成車身設計歷史的主流話題。汽車的車身從箱型、甲殼蟲型開展到船型、楔型和如今的滴水型，以及在這些外形根底上的許多變種，其內(nèi)在的驅動力就是這兩對矛盾的平衡過程。汽車車身的設計任務流程，也從單純的由內(nèi)向外開展到由外向內(nèi)、內(nèi)外結合的方式。3.汽車用鋼板汽車車身外殼絕大部分是金屬資料，主要用鋼板?，F(xiàn)代汽車的鋼板用什么方式防銹？為什么有些轎車聲稱車身防銹蝕年限達10年以上？鍍鋅薄鋼板廣泛運用在汽車上，這是由于它有良好的抗腐蝕才干。早年人們在實驗中發(fā)現(xiàn)，將鐵和鋅放人鹽水中，二者無任何導線結合時，鐵和

14、鋅都會生銹，鐵生紅銹，鋅生“白銹；假設在二者間用導線結合起來，那么鐵不會生銹而鋅生“白銹，這樣鋅就維護了鐵，這種景象叫犧牲陽極維護。工程師正是將這種景象運用到實踐消費中，消費了鍍鋅鋼板。 經(jīng)研討，在鍍鋅量350克平方米單面時，鍍鋅鋼板在屋外的壽命生紅銹，田園地帶約為15一18年，工業(yè)地帶大約3一5年，這比普通鋼板長幾倍甚至十幾倍。從20世紀70年代開場轎車車身鋼板采用鍍鋅薄鋼板，裝配時鍍鋅面置于汽車內(nèi)側，提高車身耐蝕性能，非鍍鋅面置于汽車外側，噴涂油漆。隨著汽車對耐腐蝕性能的要求不斷提高，鍍鋅鋼板不斷添加鍍鋅層分量，還出現(xiàn)了雙層鍍鋅鋼板。但由于添加鍍鋅分量也會使電鍍鋅的電能耗費大幅添加，導致資

15、料本錢的上升，因此20世紀70年代末又出現(xiàn)一種采用熱浸鍍鋅工藝消費的鍍鋅鋼板，稱為熱鍍鋅鋼板。這種鍍鋅鋼板用延續(xù)熱鍍鋅工藝：冷軋板注*加熱冷卻至鍍鋅溫度鍍鋅冷卻矯直。為了滿足汽車對鍍鋅鋼板的各種要求，一些消費廠家在鍍鋅消費線上對鍍鋅鋼板進展分散退火等特殊處置，以使鋼板外表構成一種“鋅鐵合金鍍層，其特點是涂漆后的焊接性和耐腐蝕性比純鋅鍍層板要好。以后還出現(xiàn)了諸如“鋅鋁硅、“鋅鋁錸等合金化熱鍍鋅鋼板，使得熱鍍鋅鋼板的耐腐蝕性成倍提高，與油漆間的結合性能長期穩(wěn)定。目前轎車曾經(jīng)廣泛運用鍍鋅鋼板，采用的鍍鋅鋼板厚度從0.5至3.0毫米，其中車身復蓋件多用0.6至0.8毫米的鍍鋅鋼板。德國奧迪轎車的車身部

16、件絕大部分采用鍍鋅鋼板部分用鋁合金板，美國別克轎車采用的鋼板80%以上是雙面熱鍍鋅鋼板，上海帕薩特車身的外復蓋件采用電鍍鋅工藝，內(nèi)復蓋件內(nèi)部采用熱鍍鋅工藝，可以使車身防銹蝕保質(zhì)期長達11年。資料是影響汽車質(zhì)量的重要要素。在現(xiàn)代汽車中，車身體料占全車資料的很大部分。為了提高汽車行駛的經(jīng)濟性，減輕汽車分量是世界各大車廠的目的，近年來汽車上越來越多運用了鋁或塑料等非鋼鐵資料做車身部件，例如奧迪A2全鋁制車身，日產(chǎn)SUV“奇駿用塑料做前翼子板，更多的乘用車保險杠用塑料制成。在日益廣泛運用非鋼鐵資料做車身部件的情勢下，高度依賴汽車制造業(yè)的鋼鐵企業(yè)將面臨直接的要挾。因此，研制和開展輕質(zhì)、高強度的汽車鋼板成

17、為多年來鋼鐵企業(yè)的一個熱點。目前汽車消費中，運用得最多的是普通低碳鋼板。低碳鋼板具有很好的塑性加工性能，強度和剛度也能滿足汽車車身的要求，同時能滿足車身拼焊的要求，因此在汽車車身上運用很廣。為了滿足汽車制造業(yè)追求輕量化的要求，鋼鐵企業(yè)推出高強度汽車鋼材系列鋼板。這種高強度鋼板是在低碳鋼板的根底上采用強化方法得到的，抗拉強度得到大幅加強。利用高強度特性，可以在厚度減薄的情況下依然堅持汽車車身的機械性能要求，從而減輕了汽車分量。例如BH鋼板是在低強度的條件下，經(jīng)過沖壓成形之后，進展烤漆加工熱處置，以提高其抗拉強度。對比之下，以往消費的強度在440MPa的鋼板，在采用這種加工技術以后強度可添加到50

18、0MPa。原來用厚度1毫米鋼板做側面板，用高強度鋼板只需厚度0.8毫米。采用高強度鋼板還可以有效地提高汽車車身的抗沖擊性能，防止在行駛中由于路面的砂石飛濺碰撞產(chǎn)生凹痕，延伸了汽車的運用壽命。車用高強度鋼板應具有高強度和延塑性好的特點。目前高強度鋼有BH鋼烤漆硬化鋼板、雙相DP鋼、相變誘導塑性鋼TRIP、微合金M鋼、高強度無間隙固熔IF鋼等。它們普通用于需高強度、高抗碰撞吸收能、成形要求嚴厲的零件，例如輪圈、加強構件、保險杠、防撞杠，隨著性能及成型技術的提高，高強度鋼板被用于汽車的內(nèi)外板件，例如車頂板、車門內(nèi)外板、發(fā)動機艙蓋、行李艙蓋等上。如今許多中高檔轎車都采用高強度鋼板。高強度鋼板經(jīng)過興隆國

19、家20多年的開發(fā)與消費，大都巳有規(guī)范化和常規(guī)消費的系列產(chǎn)品，并廣泛用于許多汽車的構件制造中。日本汽車高強度鋼板的平均運用率在1993年為25，2000年為36。美國鋼鐵協(xié)會AISI組織世界13家鋼鐵公司研討開發(fā)“超輕車身研討ULSAB，于1998年3月在美國密執(zhí)安展出了高強度鋼車身，車身運用的高強度鋼大約為86，其平均分量比普通鋼構造車身減輕了25，這對汽車制造廠家很有吸引力。1999年1月，全世界34家大鋼鐵企業(yè)又共同出資啟動了高強度鋼車身的研發(fā)工程ULSAB-AVC，經(jīng)過運用高質(zhì)量鋼材和新制造技術，減輕汽車分量，提高經(jīng)濟性，以滿足2004年更為嚴厲的碰撞規(guī)范和2005年實施的歐洲號排放規(guī)范

20、。從這里可以看出，開展車用高強度鋼板巳經(jīng)不是單純車身體料更新的問題，它還涉及到能否令汽車到達新的環(huán)保和平安規(guī)范的問題。高強度鋼板的開展與運用跟成型、涂裝和焊接等有關技術是親密相關。沖壓成型是汽車制造中最主要的成形方式，車身構件、門板、翼子板等等都是經(jīng)過沖壓成型制造出來，有些構件具有相當復雜的外形。例如高強度無間隙固熔IF鋼具有極為良好的深沖和拉延才干，用來沖壓制造各種復雜外形的汽車沖壓件，它內(nèi)部的鐵素體不存在任何間隙固熔的碳和氮原子，這樣鋼材在冷軋和延續(xù)退火后可獲得低屈強比和高延伸率，也就是說有極高的“韌性，不會隨便斷裂，可以接受各種模具的沖壓變形。近年流行一種“拼焊技術，就是將不同厚度和不同

21、性能的鋼板剪裁后拼焊起來的一種鋼板，這種拼焊鋼板可以沖壓加工。采用拼焊鋼板可以按照汽車的不同部位對應于不同的板材，更好地發(fā)揚其作用，例如在負荷大的地方采用較厚的高強度鋼板，而在其他部位那么運用較薄的高強度鋼板。拼焊鋼板的運用，簡化了消費工藝、改善了構件性能和減輕了分量。汽車構件上采用 “拼焊的部件常有側面框架、車門內(nèi)板、車身底板、側面橫檔、檔風玻璃窗框、中立柱等。因此，對高強度鋼板的焊接也有高要求。涂裝是汽車制造過程中的重要工序，包括鍍鋅鋼板。目前中高檔轎車白車身普通運用鍍鋅板，鍍鋅板可以保證汽車車身運用10年不會腐銹。但是鋼廠消費的汽車鋼板在軋制過程中的外表粗糙度和清潔度將直接影響到鍍鋅的鋅

22、層附著力。同時，鋼板的板厚精度控制也將影響現(xiàn)代化汽車消費線的任務準確性，由于現(xiàn)代化的汽車消費線是用機器人點焊，板厚誤差大將導致虛焊。所以，現(xiàn)代化的汽車制造對鋼板的要求是非常嚴厲的，例如對寬1.5米長3000米的厚0.8毫米鋼板，厚度公差不能超出20微米。注*：汽車車廂蒙皮板、車門、頂蓋、底板等復蓋件用薄鋼板均是冷軋板，大梁、橫粱、保險桿等均是熱軋鋼。 4.轎車的懸架溫馨性是轎車最重要的運用性能之一。溫馨性與車身的固有振動特性有關，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關。所以，汽車懸架是保證乘坐溫馨性的重要部件。同時，汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作銜接的傳力機件，又是保證汽車行

23、駛平安的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的目的之一。汽車懸架包括彈性元件，減振器和傳力安裝等三部分，這三部分分別起緩沖，減振和力的傳送作用。從轎車上來講，彈性元件多指螺旋彈簧，它只接受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無需光滑的優(yōu)點，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。減振器指液力減振器，是為了加速衰減車身的振動，它是懸架機構中最精細和復雜的機械件。傳力安裝是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉向節(jié)等元件，用來傳送縱向力，側向力及力矩，并保證車輪相對于車架(或車身)有確定的相對運動規(guī)律。汽車懸架的方式分為非獨立懸架和獨立懸架

24、兩種：非獨立懸架的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，影響另一側車輪也作相應的跳動，使整個車身振動或傾斜，汽車的平穩(wěn)性和溫馨性較差，但由于構造較簡單，承載力大，目前仍有部分轎車的后懸架采用這種型式。獨立懸架的車軸分成兩段，每只車輪用螺旋彈簧獨立地安裝在車架(或車身)下面，當一邊車輪發(fā)生跳動時，另一邊車輪不受涉及，汽車的平穩(wěn)性和溫馨性好。但這種懸架構造較復雜，承載力小?，F(xiàn)代轎車前后懸架大都采用了獨立懸架，并已成為一種開展趨勢。獨立懸架的構造分有燭式、麥弗遜式、連桿式等多種，其中燭式和麥克弗遜式外形類似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一同，但因構造不同又有艱苦區(qū)別。燭式采用車輪沿主銷軸方向挪動的懸架方式，外形似燭形而得名。特點是主銷位置和前輪定位角不隨車輪的上下跳動而變化，有利于汽車的支配性和穩(wěn)定性。麥克弗遜式是絞結式滑柱與下橫臂組成的懸架方式，減振器可兼做轉向主銷，轉向節(jié)可以繞著它轉動。特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化，這點與燭式懸架正好相反。這種懸架構造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性。所以，目前轎車運用最多的獨立懸架是麥弗遜式懸架。關于麥弗遜懸架，車壇歷史上還有這么一段記載。麥弗遜Mcpherson是美國伊利諾斯州人，1891年生。大學畢業(yè)后他曾在歐洲搞了多年的航空發(fā)動機，并于