第八章车体结构分析与设计

（1）确定整个车体应由哪些主要的和次要的构件组成，使其成 为一个连续的完整受力系统；确定主要杆件采取怎样的截面。
（2）确定如何构成这样的截面，截面与其他部件的配合关系， 密封或外形的要求，壳体上内、外装饰板或压条的固定方法以 及组成截面的各部分的制造方法及其装配方法等。
（3）对各个截面的初步方案制定以后，可以绘制由一个截面过 渡到另一个截面的草图、杆件连接结构草图以及与此同时所形 成的外覆盖件(壳体、蒙皮)草图。
一，车身的分块
将车身整体形状分成数块能够制造和装配起来的零件 称为分块。分块决定了零件的结构形状和轮廓尺寸，对零 件的冲压工艺和装配工艺有很大的影响。
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第三节 车体结构的工艺性
车身分块必须考虑如下几个方面：
（1）分块应考虑钢板材料的尺寸规格；一般在钢板宽度足够、冲压工 艺允许以及设备条件具备的情况下，应尽可能使零件分块大些。大 型覆盖件对减少表面可见烽缝和焊接工作量，提高车身结构的制造 精度、外观完整性以及节约钢材都十分有利。
❖ 1．车身上的许多装配附件的小孔或连接用孔等，应 尽可能采用规则形状
孔位分布
冲孔方向
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（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求 ❖ 2．弯曲零件弯曲角大于90°时，弯曲半径影响不大
；但如小于90°时，弯曲半径r应相应增大 ❖ 3 ．局部压弯的零件，为避免在压弯处撕裂，应预先
切出深度为k的槽，且k＞r，或将压弯线外移一定距离
2）焊点布置离板边太近会使加热了的金属被挤压向一边，从而削弱焊 接强度。
3）焊点不应布置在圆角拐弯处或不甚平整的部位。
4）尽可能少采用三层板的焊接结构。
5）较大型的点焊结构，其焊点应尽可能布置得对称些，否则容易产生
不规则变形和应力集中。
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❖ 车身的大型板壳零件可分为三类 ❖ 1）外覆盖件
如车身顶盖，发动机罩外板、门外板、翼子板等与外形有关的 大型零件
度上是依靠金属本身的局部延伸，因此，为了增加变形分布区 域，防止破裂，零件设计时应尽可能加大这部分的圆角半径。
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第三节 车体结构的工艺性
（3）分块对制造精度的影响； 不正确地划分结构将影响产 品的装配精度，例如门与门 框之间的间隙要求，前、后 风窗框与玻璃的配合尺寸等 等，可能难以保证。
（4）分块应考虑易损件；车身 易损件必须单独划分出来，并 做成可拆卸的，以便损坏后更 换。例如轿车前冀子板、平头 驾驶室左右角前围侧板常做成 用螺钉连接于车身上。
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（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求 ❖ 4．曲面上翻边，或平面上翻曲边，将在边缘上产生
压应力或拉应力，设计时应随曲率的增大使翻边的宽 度相应的减小
❖ 5 ．翻边大多数用于与其它零件连接，也可用于加强 零件刚度。翻边最好设计在大致同一平面上
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（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求 ❖ 孔的翻边高度h应小于0.3D（孔径）；若条件允许，
3）车身上较多采用翻边连 接或搭接，因为这两种连 接型式焊接品质好，且便 于大量生产。闭口截面焊 接型式必须将焊缝引外， 否则焊接品质最不易保 证，应尽量避免采用。
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第三节 车体结构的工艺性
三，车体的焊接装配工艺性
（4） 焊接点的布置
1）在产品的合件或总成图纸上，要规定焊点的直径和点距。并非焊点 之间的距离越近，焊点数越多，连接强度就愈高。因为点距越小，则 分流越大，焊接品质就不易保证。
图a，顶盖上流水槽的焊接型式焊枪引入困难，采用了间
接搭接的型式，焊接品质难以保证
图b，顶盖和流水槽采用双面点焊连接型式则较好，使流
水槽相对顶盖的位置稳定
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（二）焊点布置 ❖ 焊点的直径d和点距s ❖ 1）最佳的焊点直径约为 ❖ 2）焊点间距。焊点数越多，连接强度愈高
钳或固定式焊极对连接部位的接近方便性 ❖ 车身上较多采用搭接型式或翻边对接，焊接品质好，
且便于大量生产
a）搭接 b）翻边对接
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（一）车身零件接头的设计 ❖ 简单合件的焊接，可以采用各种方法使零件自动定位
❖ 焊接闭口截面必须将焊缝外引，否则焊接品质最不易 保证
流水槽与顶盖的连接
1—内边槽 2—外边梁 3—顶盖 4—流水槽
汽车车身结构与设计
第八章 车体结构分析与设计
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白车身由数百个冲压零件装配而成，其装配过程：
冲压零件
合件
分总成
总成
车身结构的划分
与零件的冲压工艺性、焊装工艺性、制造装配精度都有很大关系，影 响产品的系列化、标准化，影响生产率、生产组织、工时的平衡和设备的 复杂程度
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白车身装配过程
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设计车体结构的步骤：
② 零件的拉延深度要恰当，争取一次拉延成型 ③ 具有反拉延的覆盖件，为增加变形分布区域，零件设计时应加大
这部分的圆角半径 ④ 车身内覆盖件上的附件（如车门内板上的装玻璃升降器），常要
求在相应的制件上成型出各种形状的鼓包，以安放螺钉等固定件 ⑤ 有些装饰性标记或线条、局部加强筋等，都是在拉延快终了时成
车身部分：车 体自身重力、 乘客重力、车
门重力等。
前部：由部 件11、1、2 构成，这部 分受力比较 大集中力。
后部（行李 箱）：备胎、 油箱、行李。
集中力
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第一节 车体骨架
二，杆件截面形状与刚度的关系
◆薄壁杆件的截面形状可分为：闭口和开口两类，它们的截 面特性有较大差别；
◆在材料面积和壁厚保持不变的情况下，闭口截面的抗弯性 能稍次于开口截面，但闭口截面的扭转惯性矩要比开口截 面大得多；
（2）在内覆盖件和不显露的外覆盖件上设置各种形状的加强 肋。设计加强肋应往意如下几点:
1）在平的或稍鼓起的零件上，加强肋应沿着零件的对角线布置。最好 不用交叉肋。如果采用交叉肋，则应避免交叉处因应力集中而丧失 刚性，为此，在交叉处用半径大于2倍肋宽度的圆弧来过渡。
2）为减轻弯曲零件的回弹，可以在弯曲部位局部压出三角肋，对弯曲 半径很大的零件，应垂直于零件的弯曲轴线方向布置条形肋。
❖ 钢板宽度足够、冲压工艺允许、设备条件具备情况下，应使 零件分块大些
❖ 优点
减小表面可见焊缝和焊接工作量 提高车身制造精度，外观完整性 减轻重量 避免由于点焊等联接不连续造成的刚度和强度下降
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（一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑 ❖ 2．零件设计中拉延工艺的考虑
① 拉延方向保证凸模能完全进入凹模，不得有凸模达不到的负角； 零件的形状应尽可能简单匀称
◆从提高整个车身和构件的扭转刚度出发，宜多采用闭口截 面，但是还需要考虑构成截面的其它因素，如结构功能、 配合关系、以及制造工艺等；
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第一节 车体骨架
二，杆件截面形状与刚度的关系
为了提 高扭转 刚度， 全部采 用闭口 截面。
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第一节 车体骨架
三，骨架结构中的应力集中 ◆当受力杆件的截面发生突变时，就会由于刚度突变引起截
型，应注意防止破裂 ⑥ 在设计阶段成形分析软件来评价零件的冲压可行性和工艺性
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（一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑 ❖ 3．分块应考虑易损件
车身易损件必须单独划分出来，并做成可拆卸的，以便损坏后 更换
❖ 4．分块线应尽可能与外部造型线相适应，并避免在 空间圆曲面上分块
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（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求
（2）分块应考虑拉延工艺性；拉延工序是车身制造中的关键工序，而 零件分块直接影响拉延工艺，必须遵循如下几点:
1）应考虑零件的拉延方 向，保证凸模进人凹模 的可能性；
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第三节 车体结构的工艺性
2）分块应使零件的形状尽量简单匀称，以便在拉延过程中得到 大致相同的变形量，使应力均匀。
3）覆盖件的拉延探度要恰当，争取一次拉延成型。 4）对于具有反拉延的覆盖件，由于反拉延部分的成型在相当程
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第三节 车体结构的工艺性
二，有关零件冲压、压弯等工艺要求
1）车身上有许多装配附件的小孔或连接用孔等，应尽可能采用规则形状， 如圆孔、方孔，避免用细长孔，因为规则形状的孔，加工成本低，细 长孔则对模具强度不利。
2）孔位的分布必须恰当，例如孔与孔之间，孔与边之间，距离太小则冲 裁时一可能引起孔周围材料变形或破裂。
• 图a结构难以传递X方向的力和 绕Y、Z轴的力矩，且翻边容易 发生弯曲弹性变形
• 图b搭接处焊点承受剪切负荷， 能更好地传递各方面载荷
• 图a零件间力的传递发生在焊接 翻边上，而不是发生在零件主 表面上
• 图b的焊接方式，力的传递是发 生在零件主表面，比图a焊接方 式好
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（一）车身零件接头的设计 ❖ 2）在设计车身零件的连接型式时，应保证悬挂式焊
3）带孔的弯曲件，孔离弯边远，则可复合落料与冲孔工序后再压弯，如 果孔与弯边距离太近，为保证孔形和孔位，就必须压弯后再冲孔，从 而增加了一道工序。
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第三节 车体结构的工艺性
三，车体的焊接装配工艺性
单面双点焊
双面点焊
1）在汽车车身上广泛 采用的焊接方法是接触 焊，包括点焊、凸焊、 缝焊等。点焊在车身结 构中应用最多，如“红 旗”轿车车身上焊点多
车身大型板壳零件分类：
1）外覆盖件，如车身顶盖；发动机罩外板、 门外板、 翼子 板等。对这些零件的要求是: 表面光滑， 棱角线条清晰，与 相邻部件棱线吻合，完全符合造型要求，而且要有一定的 刚度；
2）内覆盖件，如前围内板(发动机挡板）、地板、门内板等， 即在车身外面看不见的内部大零件。这些零件的刚度要足 够，零件上的装配尺寸要准确；
（4）将车体分成几个分总成，如地板、顶盖、侧壁、前围、后 围等；
（5）同时进行应力分析；
（6）进行详细的主图板设计，并画出零件图。
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第八章 车体结构分析与设计
第一节 车体骨架 第二节 车体板壳零件 第三节 车体结构的工艺性 第四节 车体的耐腐蚀性 第五节 车身的弹性振动与隔振 第六节 车内噪声与控制
3）骨架零件，它们在车身上起支撑作用，如支柱、门窗框以 及各种纵、横梁结。
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第二 车体板壳零件
提高零件的刚度的必要性： 1）刚度差的大型覆盖件容易在激励下引起板的强迫振动； 2）造成部件的疲劳损坏； 3）生产、搬运困难。
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第二节 车体板壳零件
提高零件的刚度的措施：
（1）曲面和棱线等的造型，及拉延成型过程零件材料的冷作 硬化，对提高刚度极为有利，平直的零件造型是不可取的。
面变化处应力集中。应力集中可能诱发进展性裂缝，导致 疲劳损坏；
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第一节 车体骨架
三，骨架结构中的应力集中
◆应合理设计加强板的大小和厚度。太小，则不足以将集 中载荷通过加强板分散到较大的面积上，太大则会增加 质量。
◆车身承载杆件上的孔洞尽量放在应力较小的部位。
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第二节 车体板壳零件
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第二节 车体板壳零件
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第一节 车体骨架
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第一节 车体骨架
一，杆件的设置
骨架杆件的分类：
1）按功能分类：门柱、窗柱、门槛、门框上横梁、风窗上下横 梁；
2）加强用的，如大客车顶盖上的纵梁和底架周边的搁梁，在后 悬架处底架上设置的加强横梁等；
3）为安装附件而设置的非承载件，如顶盖上为安装顶窗而设置 的框架等。
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第一节 车体骨架
达上万个，“解放”牌 汽车驾驶室也有焊 点两千多个。
工件1 凸焊
电极2
铜垫板3
缝焊
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第三节 车体结构的工艺性
三，车体的焊接装配工艺性
2） 在设计车身零件的连接型式时，应保证悬挂式焊钳或固定式焊极 对连接部位的接近方便性，因此连接件的结构形状和接头型式的选 择极为重要。对于难以接近的接头，则必须采用特殊形状的电极。
改成沉孔较好；先冲出凹台后，再冲孔
❖ 切口太小，模具成本高；切口每边角度≥5°，有利于 模具修整和强度
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❖ 传统车身上广泛采用的焊接方法是接触焊 ❖ 接触焊包括点焊、凸焊、缝焊等
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（一）车身零件接头的设计 ❖ 1）车身零件受力复杂，且零件间通过焊点相互传力
，设计的连接型式要具有连续性。应使焊点承受剪切 力
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第二节 车体板壳零件
3）加弧肋的轴线宜直，否则在运动时会引起扭转； 4）加强肋应沿支撑之间的最短距离布置； 5）肋的刚性主要取决于它的深度，但为防止破裂，深度不宜
过大，原则上应满足板料拉延成型所允许的条件。
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第三节 车体结构的工艺性
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第三节 车体结构的工艺性
含意：结构工艺性指的是所设计的产品既要满足使用要 求，又要能够在一定的生产条件和规模下，使加工方 法最简单、最经济。
要求是制造精度高，表面光滑，棱角线条清晰，与相邻部件棱 线吻合，有一定的刚度
❖ 2）内部大型板件
如前围内板、地板、门内板等 要求足够的刚度，零件上的安装尺寸要准确
❖ 3）骨架结构件
在车身上起支撑作用 如支柱、门窗框及各种纵、横梁等结构件
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（一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑 ❖ 1． 零件大型化