机动车车身结构与设计

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更趋向于人性化和空间的有效利用
汽车车身结构与设计
利用空气动力学理论,使整体形状最佳化
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采用连续流畅、圆滑多变的曲面 采用平滑化设计
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车身结构的变革: 取消中柱,前后车门改为对开; 车内地板低平化; 四轮尽量地布置在四个角
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丰富多彩的电动汽车
流体分析CFD; 车身静态刚度、强度和疲劳寿命分析; 整车及零部件的模态分析; 汽车安全性及碰撞分析; NHV(Noise Vibration Harshness)分析 ; 塑性成型模拟技术; (5)虚拟现实技术; (6)人机工程模拟技术。
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新型工程材料的应用及车身的轻量化
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汽车车身结构与设计
山东农业大学机电学院
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山东农业大学机电学院
第一章 车身概论 第二章 车身设计方法 第三章 车身总布置设计 第四章 汽车造型设计 第五章 汽车的空气动力性能 第六章 车体结构分析与设计 第七章 车身部件结构设计 第八章 车身有限元计算
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第一章 车身概论
由于所有的铝合金都可以回收再生利用,深 受环保人士的欢迎。
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4.镁合金
在镁材中添加一些其它的金属元素,例如铝、锌或者铝、锰等,变 成了一种具有较高强度和刚度,具有良好铸造性能和减振性能的轻 质合金材料。
目前镁合金一般用于车上的座椅骨架、仪表盘、转向盘和转向柱、 轮圈、发动机气缸盖、变速器壳、离合器壳等等零件,其中转向盘 和转向柱、轮圈是应用镁合金较多的零件。
本章内容: 车身的特点 车身及其名词术语 车身的承载类型和构造 百度文库四化”问题
汽车车身结构与设计
第一节 车身的特点 一、车身特点
形状不规则:造型、设计、工艺、材料等与其它总成不同。 既是机械部件,又是临时住所:舒适性、居住性、方便性…。 涉及多学科、多领域:机械、材料、艺术、市场、管理、法规等。 体现工业技术水平(综合实力):多门基础学科、应用技术、加工
1908年,美国,生产了著名的福特T型车,可乘坐4人,四缸发动机, 40马力,时速80km/h,简易车蓬。T型车结构紧凑,坚固耐用,可避 风雨,性能良好,价格便宜,深受欢迎。
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1913年,美国,福特公司,创建了最早的流水作业汽车生产装配线。 批量大,价格低廉,T型汽车进入了家庭。
乘员活动空间狭小,后排乘员几乎没有头顶空间,实用速度 60-70km/h时,减小空气阻力的效果不明显;
横风不稳定,车速大于100km/h时,遇上较强的侧风风力,汽 车会偏离行驶路线。
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船型汽车 引入人机工程学技术
1949年,福特公司重整旗鼓,推出了新车型-福特V8汽车。 体现以人为主体的设计思想,首次将人机工程学的知识应用于汽车 设计中,将乘客舱置于前后轮之间,称为“船型汽车”。
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1928年,美国,通用汽车公司,雪佛兰部,制造出汽车外形豪华装 饰件的汽车,受到了用户的欢迎。
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箱型汽车 1915年-1934年 流水线作业 规模化生产 随着汽车的普及,出现了车速提高的问题。 解决途径:增大功率和减小空气阻力。 减小空气阻力,减小迎风面积,降低整车高度。
背式造型,涡流阻力较小。
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鱼型汽车存在自身的缺点:后窗玻璃倾斜太大,结构强度下降;夏 季日光照射面积大,室内温度高;高速时产生阻力,车轮附着力减 小,遇到横风,车体摆动,极易发生危险。
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3.现代汽车车身发展趋势 车身设计及制造的数字化
(1)虚拟造型技术(CAS); (2)计算机辅助设计(CAD); (3)计算机辅助分析(CAE); (4)计算机辅助制造(CAM):
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箱型汽车 1915年-1934年 流水线作业 规模化生产 1915年,美国,福特公司,生产出新型T型车,车室部分方正,
装有门窗。年产量为30万辆,约占美国的汽车总产量的70-80%, 当时欧洲各国汽车的总产量约占美国的5%。“福特”成了当时汽 车的代名词,标志着一个新的工业时代到来。
技术…。
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二、车身设计的特点
车身设计是新车型开发的主要内容。 车身造型设计是车身设计的关键环节。 人机工程学在车身设计中占有极重要的位置。 车身外形应重点体现空气动力学特征。 轻量化、安全性和高刚性是车身结构设计的主题。 新材料、新工艺的应用不断促进车身设计的发展。 市场要素是车身设计中选型的前提。 车身设计必须遵守有关标准和法规的要求。
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2.形体的演变 马车型汽车 1885年-1905年 以机械工程为主
1885年,德国,卡尔.本茨,第一辆三轮汽车,发动机0.88马力,后置后驱动。 1886年,德国,高特立勃.戴姆勒,第一辆四轮汽车,发动机后置后驱动,方向杆转向,时速
10km/h。
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马车型汽车 1885年-1905年 以机械工程为主 法国,汽车得到蓬勃发展,法国人研究成功了齿轮变速器、
冷轧钢板:比热轧钢板冲压加 工性能好,表面美观。在汽车 上应用较多, 广泛采用 0.6~1.0mm板厚。
热轧钢板:是在t>800℃时轧 制而成的,加工性不如冷轧钢 板 , 厚 度 一 般 为 1.6~6.0mm 之 间 。 板 厚 为 1.2~1.4mm 的 热 轧 钢板主要用于车身下部构件、 内护板、车门内板等,大于 1.6mm 以 上 的 用 于 结 构 加 强 板 和铰链等。
(二)高强度钢板及车身
是在普通碳素钢的基础上加入少量的合金元素制成。 生产成本与普通碳素钢板相近,但其抗拉强度比普通钢板高得多,
用以制造车身构件,可以明显减轻重量和造价。
优点
1)可减轻零件的重量; 2)加工硬化率高,可吸收更多的冲击能量,用于前后纵梁等处可提高
汽车的安全性; 3)用于车身外部件,具有烘烤硬化性,可增强零件,提高外表面件的
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1937年,德国大众汽车公司,波尔舍博士设计的大众牌
(Volkswagen)轿车,自问世以来,以同一型号,每年生产百万辆,
遍布世界各地。该车是地道的甲壳虫型,发动机后置后轮驱动,室
内地板平坦,车身整体冲压,工艺性好。享有“世界甲虫之王”的
美誉。
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甲壳虫型汽车的缺点:
差速器、膜片式离合器、充气轮胎、后桥半独立悬架等。 德国,研制了化油器;英国,石棉制动片和方向盘。
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1903年,美国,福特A型车初步解决了迎面风问题。
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1905年,美国,福特B型车,将发动机移到汽车前部,类似敞蓬汽 车,同年,福特C型车加装风挡玻璃。
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抗凹陷性能。
主要限制:随着钢板强度级别的提高,钢板的成形性变差
(三)表面镀锌钢板
锌具有适应性很强的耐腐蚀性能
随着轿车工业的发展,镀锌钢板用量逐年增加
多用于容易腐蚀的车身零件,如挡泥板(轮罩),地板 等车身底部及车顶,车门板。有些轿车车身几乎全部重 要冲压件都采用镀锌钢板
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增大发动机功率,增加气缸数目,视野性和舒适性差。
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甲壳虫型汽车 1934年-1949年 引入了空气动力学理论
1934年,美国得雷依教授提出汽车风洞试验之后,多人对汽 车车身空气阻力进行研究。当年,研究成果应用于克莱斯勒汽车公 司气球牌小客车上,该车侧面采用了流线型,将发动机、前翼子板 和大灯一体布置。
汽车车身制造的主要材料,占总质量的50%。
主要用于外覆盖件和结构件,厚度为0.6-2.0mm。
车门、顶盖、底板等复盖件用薄钢板均是冷轧板,大梁、横梁、保 险杠等均是热轧钢。
(一)普通低碳钢板
1.钢板的成形性能
冷冲压钢板是以金属的塑性变 形为基础的加工方法。伸长率 是衡量塑性变形能力的指标。
或者钛(Ti),可提高钢板的拉伸强度,能够深拉延,变形性好, 钢板厚度可小到0.5毫米以下。
在这些薄钢板上通过电镀、涂复锌合金后再涂复一层塑料, 既有钢的高强度又有锌、塑料等材料的耐腐蚀性,总质量又等同于 铝合金,这种高强度钢板已应用在现代轿车上。
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2.轻量化迭层钢板
迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料, 表层钢板厚度为0.2~0.3mm,塑料层的厚度占总厚度的25 %~65%。与具有同样刚度的单层钢板相比,质量只有57%。 隔热防振性能良好,主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底 板等部件。
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车内操纵机构的简练和自动化
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大客车向轻量化和曲面圆滑方向发展
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将货车驾驶室和货箱的造型统一
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4.未来汽车车身发展趋势
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四、车身材料
传统钢结构车身设计制造,材料和设备费用是成本的主要部分,而 设计费用的投入仅占5%;但是设计对产品起决定性的作用.
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3.铝合金 铝合金具有密度小(2.7g/cm3)、比强度
高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再 生等优点。
德国大众公司的新型奥迪A2型轿车,由于采 用了全铝车身骨架和外板结构,使其总质量 减少了135kg,比传统钢材料车身减轻了43 %,使平均油耗降至每百公里3升的水平。
全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸 件和液压成型部件,车身零件数量从50个减 至29个,车身框架完全闭合。这种结构不仅 使车身的扭转刚度提高了60%,还比同类车 型的钢制车身车重减少50%。
大客车:广泛采用平头式。地板较高,下方设有行李舱,一般设有 2个车门,在客车的前后端。
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货车:造型重点在驾驶室,驾驶室前部造型是重中之重。 平头式货车:整车利用率高,视野好,安全性较差。
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货车:造型重点在驾驶室,驾驶室前部造型是重中之重。 长头式货车:设有发动机舱,整车利用率较低,视野差。
主要发展趋势: 减薄板厚的高强度钢板,既符合安全法规又可实现轻量化: 含磷高强度冷轧钢板:主要用于轿车外板、车门、顶盖和行
李箱盖升板,也可用于载货汽车驾驶室的冲压件; 烘烤硬化冷轧钢板:是车身外板轻量化设计首选材料之一; 冷轧双向钢板:主要用于形状复杂、高强度承力零部件,如
车门加强板、保险杠等; 超低碳高强度冷轧钢板:在低碳钢内加微量元素如铌(Nb)
良好的设计不仅体现在产品的性能上,而且还体现于良好的加工工 艺和制造成本.
世界能源短缺,环境保护,轻量化成为关注的焦点 轻量化,主要从两方面着手研究 1. 结构轻量化 2. 材料轻量化
材料轻量化:采用轻金属材料和非金属材料,是最直接、最有效的 轻量化措施。
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1.钢板
冷冲压钢板等。
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船型汽车的特点是乘车宽度就是汽车的宽度,发动机罩与前翼
子板形成一体,后翼子板与行李舱成为一体,车身侧面从前至后成
为一个光滑的面,乘坐空间大,侧面形状阻力小,横风稳定,至今
广泛采用。在车速较高时,阶梯状的背部会产生较强的空气涡流,
产生较大的空气阻力。
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鱼型汽车 解决升力问题 鱼型汽车基本上保留了船型汽车的优点,车的背部采用了快
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三、车身形体
1.形体的分类 轿车:形体完整;线条连贯流畅;外形和内饰要求高。
广泛采用四门轿车:设有两排座椅,乘坐4-5人。 单箱式、两箱式和三箱式
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客车:曲面较平坦,大弧面小圆角过渡。 小、中型客车:又称面包车,一般座位数在8-22之间。
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镁合金密度只有1.7,是铝的2/3,钢的1/4,客易加工,废品率低, 具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可以降 低噪声,用于座椅、轮圈可以减少振动。但从成本上看它仍然偏高 于铝合金。
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5.塑料
塑料是一种高分子材料,常用工程塑料包括:
热塑性工程塑料(PE、PP、PVC、ABS、PS、PA、POM、PC等);
热固性工程塑料(酚醛树脂PF、氨基树脂UF、环氧树脂EP等)。
由内外装饰件向车身复盖件和结构件方面发展。例如前照面、保险 杠、发动机罩、行李箱盖、顶盖、翼子板、车门内护板和某些车身 骨架构件等。
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