(汽车行业)汽车车身结构设计与结构分析学习

（汽车行业）汽车车身结构设计与结构分析学习2004.11.17from：《汽车超级读本》0.汽车的基本构造汽车壹般由发动机、底盘、车身和电气设备等四个基本部分组成。

汽车发动机：发动机是汽车的动力装置。

由机体，曲柄连杆机构，配气机构，冷却系，润滑系，燃料系和点火系(柴油机没有点火系)等组成。

按燃料分发动机有汽油和柴油发动机俩种；按工作方式分有二冲程和四冲程俩种，壹般发动机为四冲程发动机。

四冲程发动机的工作过程：四冲程发动机是活塞往复四个行程完成壹个工作循环，包括进气、压缩、作功、排气四个过程。

四行程柴油机和汽油机壹样经历进气、压缩、作功、排气的过程。

但和汽油机的不同之处在于：汽油机是点燃，柴油机是压燃。

冷却系：壹般由水箱、水泵、散热器、风扇、节温器、水温表和放水开关组成。

汽车发动机采用俩种冷却方式，即空气冷却和水冷却。

壹般汽车发动机多采用水冷却。

润滑系：发动机润滑系由机油泵、集滤器、机油滤清器、油道、限压阀、机油表、感压塞及油尺等组成。

燃料系：汽油机燃料系由汽油箱、汽油表、汽油管、汽油滤清器、汽油泵、化油器、空气滤清器、进排气歧管等组成。

化油器：是将汽油和空气以壹定的比例混合为壹种雾化气体的装置，这种雾化气体叫可燃混合气，及时适量供入气缸。

汽车的底盘：传动系：主要是由离合器、变速器、万向节、传动轴和驱动桥等组成。

离合器：其作用是使发动机的动力和传动装置平稳地接合或暂时地分离，以便于驾驶员进行汽车的起步、停车、换档等操作。

变速器：由变速器壳、变速器盖、第壹轴、第二轴、中间轴、倒档轴、齿轮、轴承、操纵机构等机件构成，用于汽车变速、变输出扭矩。

行驶系：由车架、车桥、悬架和车轮等部分组成。

它的基本功用是支持全车质量且保证汽车的行驶。

钢板弹簧和减震器：钢板弹簧的作用是使车架和车身和车轮或车桥之间保持弹性联系。

减震器的作用是当汽车受到震动冲击时使震动得到缓和。

减震器和钢板弹簧且联使用。

转向系：由方向盘、转向器、转向节、转向节臂、横拉杆、直拉杆等组成，作用是转向。

前轮定位：为了使汽车保持稳定直线行驶，转向轻便，减少汽车在行驶中轮胎和转向机件的磨损，前轮、转向主销、前轴三者之间的安装具有壹定的相对位置，这就叫“前轮定位”。

它包括主销后倾、产销内倾、前轮前束。

前束值是指俩前轮的前边缘距离小于后边缘距离的差值。

制动系：机动车的制动性能是指车辆在最短的时间内强制停车的效能。

手制动器的作用：手制动器是壹种使汽车停放时不致溜滑，在特殊情况下，配合脚制动的装置。

液压制动构造：液压制动装置由制动踏板、制动总泵、分泵、鼓式(车轮)制动器和油管等机件组成。

气压制动装置：由制动踏板、空气压缩机、气压表、制动阀、制动气室、鼓式(车轮)制动器和气管等机件组成。

电气设备：汽车电气设备主要由蓄电池、发电机、调节器、起动机、点火系、仪表、照明装置、音响装置、雨刷器等组成。

蓄电池：蓄电池的作用是供给起动机用电，在发动机起动或低速运转时向发动机点火系及其他用电设备供电。

当发动机高速运转时发电机发电充足，蓄电池能够储存多余的电能。

蓄电池上每个单电池都有正、负极柱。

其识别方法为：正极柱上刻有“+”号，呈深褐色；负极柱上刻有“-”号，呈淡灰色。

起动机：其作用是将电能转变成机械能，带动曲轴旋转，起动发动机。

起动机使用时，应注意每次起动时间不得超过5秒，每次使用间隔不小于10-15秒，连续使用不得超过3次。

若连续起动时间过长，将造成蓄电池大量放电和起动机线圈过热冒烟，极易损坏机件。

1.由各种各样的骨架件和板件通过焊接拼装而成的轿车车身，也就是行业俗称的“白车身”，它的各个部分都有相关的名称，不论在汽车制造厂、修理厂或者配件商店，人们壹听到某个名称就知道它是属于车上的哪壹部分，安装在什么位置上。

（见图）三厢式轿车车身结构图主要零部件:1、发动机盖2、前档泥板3、前围上盖板4、前围板5、车顶盖6、前柱7、上边梁8、顶盖侧板9、后围上盖板10、行李箱盖11、后柱12、后围板13、后翼子板14、中柱15、车门16、下边梁17、底板18、前翼子板19、前纵梁20、前横梁21、前裙板22、散热器框架23、发动机盖前支撑板车身的骨架件和板件多用钢板冲压而成，车身专用钢板具有深拉延时不易产生裂纹的特点。

根据车身不同的位置，壹些要防止生锈的部位使用锌钢板，例如翼子板、车顶盖等；壹些承受应力较大的部位使用高强度钢板，例如散热器支承横梁、上边梁等。

轿车车身结构中常用钢板的厚度为0.6～3毫米，大多数零件用材厚度是0.8～1.0毫米。

在轿车车身构造中，有些重要零件的位置涉及到车辆的整体布置、安全及驾乘舒适性问题，例如立柱。

壹般轿车车身有三个立柱，从前往后依次为前柱（A柱）、中柱（B柱）、后柱（C柱）。

对于轿车而言，立柱除了支撑作用，也起到门框的作用。

设计师考虑前柱几何形状方案时仍必须要考虑到前柱遮挡驾驶者视线的角度问题。

壹般情况下，驾驶者通过前柱处的视线，双目重叠角总计为5～6度，从驾驶者的舒适性见，重叠角越小越好，但这涉及到前柱的刚度，既要有壹定的几何尺寸保持前柱的高刚度，又要减少驾驶者的视线遮挡影响，是壹个矛盾的问题。

设计者必须尽量使俩者平衡以取得最佳效果。

在2001年北美国际车展上瑞典沃尔沃推出最新概念车SCC，就将前柱改为通透形式，镶嵌透明玻璃让驾驶者能够透过柱体观察外界，令视野盲点减少到最低程度（见本网“车海拾贝”沃尔沃SCC）。

中柱不但支撑车顶盖，仍要承受前、后车门的支承力，在中柱上仍要装置壹些附加零部件，例如前排座位的安全带，有时仍要穿电线线束。

因此中柱大都有外凸半径，以保证有较好的力传递性能。

现代轿车的中柱截面形状是比较复杂的，它由多件冲压钢板焊接而成。

随着汽车制造技术的发展，不用焊接而直接采用液压成型的封闭式截面中柱巳经问世，它的刚度大大提高而重量大幅减小，有利于现代轿车的轻量化。

不过，有些设计师却从乘客上下车的便利性考虑，索性取消中柱。

最典型的是法国雪铁龙C3轿车，车身左右俩侧的中柱都被取消，前后门对开，乘员完全无障碍上下车。

当然，取消中柱就要相应增强前、后柱，其车身结构必须要用新的形式，材料选用也有所不同。

后柱和前柱、中柱不同的壹点就是不存在视线遮挡及上下车障碍等问题，因此构造尺寸大些也无妨，关键是后柱和车身的密封性要可靠。

刚度是汽车车身设计的指标，刚度是指在施加不致于毁坏车身的普通外力时车身不容易变形的能力，也就是指恢复原形的弹性变形能力。

汽车在行驶过程中受到各种外力影响会产生变形，变形程度小就是刚度好，壹般情况刚度好强度也好。

刚度差的汽车，行驶在不平路面上就容易发出嘎吱嘎吱的响声。

立柱的刚度很大程度上决定了车身的整体刚度，因此在整个车身结构中，立柱是关键件，它要有很高的刚度。

2.汽车外形设计的俩对矛盾现代汽车追求舒适、动力和安全性能好，这些要求在车身外型的设计中构成了矛盾。

首先，乘驾舒适需要足够的车内空间，而要得到宽敞的空间就要增加汽车外型的尺寸。

汽车的外型尺寸，尤其是横截面尺寸的增加，势必增加汽车的迎风面积，直接影响汽车的风阻系数。

这样，舒适性和动力性就构成了壹对矛盾。

这对矛盾在汽车的速度比较低的时候影响不大，早期的汽车基本上是箱式的，汽车的外型完全根据内部的需要来设计。

随着汽车技术的发展，汽车的速度越来越高，风阻的矛盾就越来越突出。

研究表明，随着速度的增加，路面阻力增加很小而风阻增加却很大。

壹般的箱式车，车速在每小时30公里以下时，消耗在路面阻力上的功率大于克服风阻所消耗的功率。

而在这个速度之上，消耗在风阻上的功率就急剧增加。

到了每小时70公里左右的速度，克服风阻所需要的功率就会超过路面阻力。

如果速度超过每小时100公里，绝大部分的功率就消耗在克服风阻上了。

风阻的主要因素有俩大方面，壹是迎风面积，二是涡流。

减少迎风面积的主要措施是减低车厢的高度。

减少车厢的宽度虽然也能减少横截面的面积，但壹般情况下效果不如减少高度显著。

为了保留足够的内部空间，保证有舒适的乘坐空间，汽车的截面是不能够随意减少的。

为了进壹步减低风阻，就要从减少汽车行驶中产生的涡流入手。

我们在大街上常常见到壹些大货车驶过后，马路上的尘土、纸屑打着转满天飞，这就是汽车行驶搅动空气形成的涡流。

汽车的前挡风玻璃、车顶、车侧、车后都能够产生涡流。

研究涡流最有效的手段是风洞试验，汽车模型静止于隧道型空间中，车身周围是高速流动的空气，这样来模拟汽车高速行驶的条件。

通过安装在车身各部分的传感装置测量空气的运动。

从而了解涡流的运动情况。

研究表明，具有流线型车身的汽车抗涡流的性能最好。

流线型车身的纵截面和飞机机翼的的形状相似，高速运动时会产生升力，对行驶稳定性产生负面作用。

这就产生了第二对矛盾，即动力性和安全性的矛盾。

为了增加稳定性，现代汽车车身造型在流线型的基础上不断改进，车身重心前移、前低后高、增加尾部纵截面的相对面积、增加搅流板等等。

舒适性和动力性、动力性和稳定性，如何解决这俩对矛盾构成车身设计历史的主流话题。

汽车的车身从箱型、甲壳虫型发展到船型、楔型和当下的滴水型，以及在这些形状基础上的许多变种，其内在的驱动力就是这俩对矛盾的平衡过程。

汽车车身的设计工作流程，也从单纯的由内向外发展到由外向内、内外结合的方式。

3.汽车用钢板汽车车身外壳绝大部分是金属材料，主要用钢板。

现代汽车的钢板用什么方式防锈？为什么有些轿车声称车身防锈蚀年限达10年之上？镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。

早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，这种现象叫牺牲阳极保护。

工程师正是将这种现象运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。

经研究，在镀锌量350克／平方米（单面）时，镀锌钢板在屋外的寿命（生红锈），田园地带约为15壹18年，工业地带大约3壹5年，这比普通钢板长几倍甚至十几倍。

从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板，装配时镀锌面置于汽车内侧，提高车身耐蚀性能，非镀锌面置于汽车外侧，喷涂油漆。

随着汽车对耐腐蚀性能的要求不断提高，镀锌钢板不断增加镀锌层重量，仍出现了双层镀锌钢板。

但由于增加镀锌重量也会使电镀锌的电能消耗大幅增加，导致材料成本的上升，因此20世纪70年代末又出现壹种采用热浸镀锌工艺生产的镀锌钢板，称为热镀锌钢板。

这种镀锌钢板用连续热镀锌工艺：冷轧板（注*）→加热→冷却至镀锌温度→镀锌→冷却→矫直。

为了满足汽车对镀锌钢板的各种要求，壹些生产厂家在镀锌生产线上对镀锌钢板进行扩散退火等特殊处理，以使钢板表面形成壹种“锌－铁”合金镀层，其特点是涂漆后的焊接性和耐腐蚀性比纯锌镀层板要好。

以后仍出现了诸如“锌－铝－硅”、“锌－铝－铼”等合金化热镀锌钢板，使得热镀锌钢板的耐腐蚀性成倍提高，和油漆间的结合性能长期稳定。