第3章車體結(jié)構(gòu)分析

車身零件可分為三類：①外覆蓋件。如車身頂蓋、發(fā)動機罩外板、門外板、翼子板等。對這些零件的要求是：表面光滑、棱角線條清晰，與相鄰部件棱線吻合，完全符合造型要求，而且要有一定的剛度。②內(nèi)覆蓋件。如前圍內(nèi)板(發(fā)動機擋板)、地板、門內(nèi)板等，即在車身外面看不見的內(nèi)部大零件。這些零件要有足夠的剛度，零件上的裝配尺寸要準確。③骨架零件。它們在車身上起支撐作用。如支柱、門窗框以及各種縱、橫梁等。第3章汽車車體結(jié)構(gòu)分析1第一節(jié)車體骨架車體骨架設(shè)計應(yīng)滿足車身剛度和強度的要求。剛度不足，將會引起車身的門框、窗框、發(fā)動機艙口及行李箱口的變形，導(dǎo)致玻璃破裂，車門卡死；低剛度必然伴隨的固有振動頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響，并削弱結(jié)構(gòu)接頭的連接強度；此外，還會影響安裝在底架上的總成的相對位置。而結(jié)構(gòu)強度不夠，則將引起構(gòu)件早期出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂。2一、桿件的設(shè)置在設(shè)計車體時，無論是全骨架車身還是半骨架車身，都應(yīng)認真考慮桿件的設(shè)置。骨架桿件可分為三類：①功能所要求設(shè)置的，如門柱、窗柱、門檻、門框上橫梁、風窗框上下橫梁等。②加強用的，如大客車頂蓋上的縱梁和底架周邊的擱梁，在后懸架處底架上設(shè)置的加強橫梁等。③為安裝附件而設(shè)置的非承載件，如頂蓋上為安裝頂窗而設(shè)置的框架等。3圖3－1承載式轎車車體焊接總成4圖3－2骨架簡圖5圖3－3承載式轎車車身骨架構(gòu)件的截面6二、骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中當受力桿件的截面發(fā)生突變時，就會由于剛度突變引起截面變化處應(yīng)力集中。在經(jīng)常承受交變應(yīng)力的汽車車身上，應(yīng)力集中可能引發(fā)進展性裂縫，導(dǎo)致疲勞破壞，這是車身機構(gòu)損壞的原因之一。7圖3－4避免截面急劇變化8如圖3－4（a），為了加強底架縱梁的彎曲部分，在梁上裝一加強梁，但由于在加強梁兩端a－a和b－b處剛度突變，易出現(xiàn)應(yīng)力集中而斷裂。若將加強梁兩端的形狀改為類似雙曲線形（如虛線所示），則這種加固會使應(yīng)力均勻些。當縱梁從封閉截面過渡到開口截面時，加強梁端部也應(yīng)作類似處理，或者由縱梁腹板逐漸過渡到加強梁腹板，如圖3－4(b)所示。如果不采用加強梁，而將縱梁截面逐漸加高，從加強的觀點看效果最好，并可減輕質(zhì)量，如圖3－4(c)所示，梁上沖孔也可減輕質(zhì)量。9圖3－5車架構(gòu)件的連接方法10第二節(jié)車體板殼零件及車身分塊車體板殼零件輪廓尺寸都較大，零件形狀多為空間復(fù)雜曲面，有各種各樣的截面和翻邊形式以及不規(guī)則的輪廓尺寸，使用的材料大多是有良好拉延性能的優(yōu)質(zhì)鋼板，鋼板厚度為0.7~1.2mm。由于形狀復(fù)雜，沖壓制造這些零件往往需要好幾道工序才能完成，大量生產(chǎn)的準備周期長，投入成本高，投產(chǎn)后產(chǎn)品圖樣略有變動便影響甚大。11一、板殼的合理分塊如圖3－6給出了駕駛室的兩種結(jié)構(gòu)劃分方案。方案(a)主要組合件和板的接縫布置在前后柱的腰線上、風窗柱上和門檻上（頂蓋和前圍上外板所示“B”為沖壓深度），這樣窗框被分成兩部分，裝配時要用夾具定位以免發(fā)生窗框翹曲和錯移；接縫是在顯見的表面區(qū)域。12方案(b)的頂蓋是與風窗外板和前圍上板構(gòu)成一整體（由于風窗是斜的，“B”比較淺），整個前風窗框是在一塊板上沖壓出來的，所需板材和壓床臺面較大；接縫是布置在不顯眼的地方。13圖3－6駕駛室分塊14二、提高零件的剛度剛度差的大型覆蓋件容易在振源的激勵下引起板的強迫振動。板的振動將使車身內(nèi)部產(chǎn)生很大的噪聲，尤其是發(fā)生共振現(xiàn)象時令人感覺很不舒適，還會造成部件的疲勞損壞。此外，零件剛度差，給生產(chǎn)、搬運等都帶來困難。15要注意提高板殼零件的剛度，提高板殼零件剛度的措施有：1)曲面和棱線等的造型及拉延成型過程零件材料的冷作硬化，對提高剛度極為有利，平直的零件造型是不可取的。2)在內(nèi)覆蓋件和不顯露的外覆蓋件上設(shè)置各種形狀的加強肋（如圖3－7所示）。16圖3－7加強肋的布置和肋的形狀(a)好(b)不好(c)肋的形173)大客車承載式車身上的板殼零件——蒙皮，可分為兩種，一種是應(yīng)力蒙皮，它將薄板先點焊定位于骨架上，再進行鉚接，使蒙皮與骨架一起承載，故稱應(yīng)力蒙皮，是沿襲飛機殼體的結(jié)構(gòu)；另一種為預(yù)應(yīng)力蒙皮，即在車身側(cè)壁的窗下梁至地板邊梁之間，由一張長度自車身前端第二立柱至最后第二立柱相應(yīng)大小的薄板，放在平臺上由專用胎夾具壓平并拉伸1‰左右，然后將胎夾具及貼實緊固薄板，整個吊裝至骨架側(cè)圍相應(yīng)部位的外邊，進行貼合并將四周點焊，而蒙皮與中間各立柱不焊接，其間只加裝襯墊物。18三、車身分塊將車身整體形狀分成數(shù)塊能夠制造和裝配起來的零件稱為分塊。分塊決定了零件的結(jié)構(gòu)形狀和輪廓尺寸，對零件的沖壓工藝和裝配工藝有很大的影響。車身分塊必須考慮以下幾個方面。（1）鋼板材料的尺寸規(guī)格（2）拉延工藝性（3）對制造精度的影響（4）易損件191)應(yīng)考慮零件的拉延方向，保證凸模進入凹模的可能性。如果零件在某一部分有內(nèi)凹，如圖3－8所示，有凸模達不到的死角，則無法拉延出所需零件的形狀。2)分塊應(yīng)使零件的形狀盡量簡單勻稱，以便在拉延過程中得到大致相同的變形量，使應(yīng)力均勻。如果拉延伸度相差很多，則在拉延過程中，深的部分拉伸壓力很大，易破裂；而淺的部分金屬可能得不到拉伸而起皺，成為廢品。203)覆蓋件的拉延深度要恰當，爭取一次拉延成型。這不僅是由于二次拉延易損壞覆蓋件表面質(zhì)量，而且對組織生產(chǎn)也很不方便。對于形狀簡單的圓柱形或矩形拉延件，其拉延深度可通過計算和試驗獲得。由于車身覆蓋件形狀復(fù)雜，只能通過試驗來檢驗一次拉延所允許的拉延深度。214)對于具有反拉延的覆蓋件，由于反拉延部分的成型在相當程度上是依靠金屬本身的局部延伸，因此，為了增加變形分布區(qū)域，防止破裂，零件設(shè)計時應(yīng)盡可能加大這部分的圓角半徑。22圖3－8零件有凸模達不到的死角235)在汽車車身的覆蓋件上都裝有許多附件，如在車門內(nèi)板上裝玻璃升降器，門鎖。前圍板上裝有雨刮器，在地板上固定一些支架等，這些附件往往要求在相應(yīng)的制件上成型出各種形狀的鼓包，以便安放螺釘?shù)裙潭?。此外，車身上還有些裝飾行標記或線條，以及局部加強肋等，都是在拉延快終了時成型到圖紙所要求的尺寸。這也是在得不到外部金屬補充的情況下，全靠材料本身拉延和變薄而達到的，應(yīng)注意防止破裂。24圖3－9成型前后材料長度的變化25（3）對制造精度的影響不正確地劃分結(jié)構(gòu)將影響產(chǎn)品的裝配精度，例如門與門框之間的間隙要求，前后風窗框與玻璃的配合尺寸等，可能難以保證。26圖3－10和圖3－11所示為兩種劃分結(jié)構(gòu)的方法。前者成零件尺寸小，零件制造可以簡單些，但劃分件數(shù)較多，總裝配的工作量增加；后者將前、后窗框，側(cè)門框都分別劃分為一個總成，對保證強度和門窗框的制造裝配精度都是有利的，總裝配工藝也簡單，而且便于組織大量生產(chǎn)，便于機械化和自動化。因此，零件大型化，結(jié)構(gòu)整體化是發(fā)展的趨勢。27圖3－10結(jié)構(gòu)劃分（一）1—底架總成2—門檻3—中柱4—前柱5—前輪罩6—前圍7—頂蓋總成28圖3－11結(jié)構(gòu)劃分（二）1—底架2—側(cè)壁3—前風窗框4—頂蓋5—后風窗框29第三節(jié)車體的耐腐蝕性汽車經(jīng)常處于容易使鋼板銹蝕的環(huán)境中，如雨水的浸蝕、工業(yè)區(qū)的大氣污染以及沿海地區(qū)氯化鈉的浸蝕等，影響著汽車的使用壽命。近代為了減輕車身質(zhì)量，用于車身結(jié)構(gòu)的鋼板有日益減薄的傾向，加之車身形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接接頭多，易受腐蝕的部位也隨之增加，所以必須重視防止車身銹蝕的問題。改善和提高車身抗蝕性能的途徑有兩個方面：一是改進車身結(jié)構(gòu)；二是采用各種保護膜以改善車身材料的抗蝕性。30一、改進車身結(jié)構(gòu)（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)使車身結(jié)構(gòu)不能積存水、泥、灰塵等，在閉口截面和凹洼處設(shè)置排水孔，設(shè)計成易排水和易干燥的結(jié)構(gòu)。例如，大客車上靠近輪胎的橫梁做成如圖3－12（a）所示形狀較好，如果由于結(jié)構(gòu)上有困難，則最好設(shè)法堵住橫梁的下轉(zhuǎn)角，如圖3－12(b)所示；又如圖3－12(c)所示結(jié)構(gòu)易積水，而圖3－12(d)所示的結(jié)構(gòu)則較好。31圖3－12不積水的結(jié)構(gòu)32（2）確定易銹蝕部位并采取特別的防腐蝕措施車身抗銹蝕的薄弱處，如焊點貼合部位和鉚接處，這些地方不能全部涂到漆料，兩層板料之間既不能密封，也不能通風；又如鋼板切割邊，由于毛刺和振動，邊緣漆層將被破壞；此外，在汽車行駛時易被碎石撞擊的部位，或相鄰板件的摩擦，均會損壞漆層。33圖3－13車門下部的排水口34圖3－14操縱板式通風裝置35圖3－15使用密封膠的部位示意圖36二、采用保護膜在采用保護膜方面，為了提高車身的耐腐蝕性和漆膜的密著性，通常先進行磷化處理，再涂以防銹底漆。一般用水溶性油漆進行車身浸漬涂漆，