车身结构分析与设计

车身结构分析与设计

1 概述

在进行汽车车身结构设计之前，必须首先确定车身的承载型式。

当车身总体尺寸和形状，以及承载的结构型式确定后，即可着手进行细致的结构分析与设计。

一、车身结构设计的步骤

1．确定车身由哪些主要的和次要的构件组成，使其成为一个连续的完

整的系统；

2．确定主要杆件采取何种截面形式——闭式或开式；

3．确定：·如何构成这样的截面；

·截面与其它部件的配合关系；

·密封或外形的要求；

·壳体上内外装饰板或压条的固定方法；

·组成截面的各部分的制造方法及装配方法。

4．绘制由一个截面过渡到另一个截面的草图、各部件连接草图，以及

与此同时所形成的外覆盖件（骨架、蒙皮）草图；

5．将车身总成划分为几个分总成——地板、侧围、前后围、顶盖等，

绘制各分总成草图；——注意标明各总成的连接型式，以便与工艺

部分进行协商；

6．应力分析计算；

7．详细的结构设计（包括主图板设计），画出零件图。

在进行上述具体设计前，首先要了解对车身结构设计的要求，以及如何实现这些要求。

二、大客车的车身结构

1． 组成：

有车架式结构——可以独立行走；

无车架式结构——必须与车厢成为一体方可行走。

按作用于车身上的外力由车身的哪一部分承担，车身构件结构可分为：

②骨架结构—利用车身骨架作为强度部件。

2．特点

①应力蒙皮结构

一般与无车架结构配合使用，亦称薄壳结构。

优：·骨架比较细小，承力相对较小—由飞机演变；

·整体刚度、强度较高，自重较轻，生产率高。

缺：·车窗开口不能太大，窗立柱较粗；

式结构两种。有车架式结构和无车架—下部结构性。

一整体，保持车身的刚其构成，

盖及内饰、附件等组成前后围、左右侧围、顶—上部结构车身结构 2 1度部件。

利用车身内蒙皮作为强—应力内蒙皮构造度部件；利用车身外蒙皮作为强—应力外蒙皮构造 应力蒙皮结构 ①

·因采用铆接装配，工艺复杂；

·施工过程振动、噪声大，铆钉裸露在外，影响美观。

②骨架结构

骨架一般由扭转刚性很高的封闭断面的矩形管构成，因此强度和刚度较高，外蒙皮只起装饰作用。

优：·改变客车外形比较容易；

·门窗开口部可以增大；

·外蒙皮无铆钉，可以实现较漂亮的外观；

·采用合理的设计（优化）可以减轻重量。

缺：·所有零件均由焊接装配，焊接质量不易掌握；

·型材防腐问题难度较大。

从强度与重量的协调来看，薄壳结构是较合理的结构。

车身的上部结构中，由于有车门——乘客门、司机门、安全门等，车门处都是大开口，因此窗柱对车身的刚性影响很大。

近年，由于采光面积的增大、视野的扩大以及车门的大型化，要求窗立柱尽量变细。——必须在结构设计上特别注意。

2 车身的承载类型

出于各种不同的目的和要求，汽车的品种很多，车身形式各异。

汽车结构不断推陈出新，新老结构交织在一起，难以准确下定义和统一命名。普遍认为，从结构和设计观点出发按车身承载型式进行分类，是较为明确、合理的。

汽车车身按承载型式，可分为：

一、非承载式

——有车架式，由车架承受主要载荷

1．框式车架：·边梁（或梯形）车架

·周边式车架

2．脊梁式车架

3．综合式车架

二、半承载式

——仍有车架，但强度、刚度比非承载式车架低，车身在工作时也承

担部分载荷，以减轻车架自重。

三、承载式（无车架式）

1．基础承载式——车窗以下为主要承载件，窗立柱以上为非承载件（承载较少）

2．整体承载式——整个车身都参与承载，车身上下部构成一个统一的整体，受载时以强济弱，使整个车身壳体达到稳定平衡状态。

3 骨架结构与设计

骨架是客车车身的结构主体，与底盘车架一起承受静态和动态载荷。

一、组成

客车车身骨架一般由五部分组成：

①顶盖骨架——车身顶盖的骨架，将前后、左右骨架连在一起构成封闭结构。同时，供安装空调部件、通风扇（窗）、灯具、行李架、拉（扶）手等附件；

②前围骨架——客车前面（正面）车身的骨架，供安装仪表板、前灯具、保险杠、雨刮、前风窗等；

③后围骨架——客车后面（背面）车身的骨架；供安装后风窗、后门、后保险杠、后灯等；

④左侧围骨架——客车左侧面车身的骨架，供安装侧窗、司机门、安全门、行李舱门等；

⑤右侧围骨架——客车右侧面车身的骨架，供安装侧窗、乘客门、行李舱门等；

五部分骨架和车架（包括地板支架）组焊在一起，构成了客车车室的围护结构。

二、影响客车车身强度的构造因素

1．车身骨架结构的拓扑形式

指车身构造由什么形状的构件，多少构件，这些构件如何构成各（何）种形状等，以及外形和尺寸等重要参数。

如：车身结构是否有蒙皮承载、是否有斜拉杆承载，有无大梁、边梁，车长、轴距、车宽、车高的尺寸等。

这些因素通常称为车身构造拓扑。

2．车身结构构件的尺寸

完成拓扑形式设计后，各构件的设计（纵、横梁、窗立柱等）是车身结构设计的第二个内容。——这些构件的尺寸与车身强度、刚度密切相关。

3．构件交叉点（交接点）的结构设计和组焊工艺

外形和结构元件设计完成后，这些构件如何组焊，结合点的结构、搭接方式、加强板结构及组焊工艺等都会对车身强度和寿命产生影响。

优秀的车身设计应根据产品的用途、使用条件、载荷大小、经济性要求、轻量化原则等——给出一个合理的拓扑形式——选定适当的构件尺寸——设计这些构件的联结结构和组焊工艺。只有这样，才能产生一个强度、寿命合适，结构轻巧，满足使用要求的产品。

上述三因素密切相关。

三、车身的侧围

——与车架结合，构成了保证车身必要的弯曲刚性的主元。

特点：·按结构需要必须开设：车门、车窗及轮拱等开口；

·主要承受弯曲和扭转载荷。

要求：1°保证车身功能性——门、窗等；

2°保证强度和刚度。

1．结构型式：

①采用轻金属材料的侧围结构

特点：a）以大断面的窗上沿梁作为上承载单元，下承载单元由底盘纵梁构成；

b）采用大断面的封闭断面式门框结构和前后立柱结构，确保侧围能承受较大的弯曲和扭转载荷。

该结构适用于采用轻金属材料的侧围结构——如铝合金车身——近年西方大客车流行的

一种结构。

②钢质材料的侧围结构

主要承载单元由腰围梁、底盘纵梁和地板纵梁组成的侧围结构。

特点：a）采用封闭断面的异型钢管材料或冲压焊接成型的封闭断面钢

质材料组焊而成；

b）主要承载单元由窗下沿梁（腰围梁）、地板围梁以及地板纵

梁组成；

c）车门处薄弱点由大断面的门框结构组成。