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汽车构造:车身基本构成

时间:2023-10-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:图4-2 承载式车身结构图4.1.2.1 汽车车身的类别1.非承载式车身构成非承载式车身的汽车有一刚性车架,是一个事先做好的骨骼框架(底盘),又称底盘大梁架。半承载车身的结构与非承载式车身基本相同,也是属于有车架式的。半承载式车身与非承载式车身不同的是壳体与车架共同承受载荷。

汽车构造:车身基本构成

通常按承载形式的不同可将汽车车身分为非承载式车身、半承载式车身和承载式车身三类,其中承载式车身汽车生产得最多、使用得最广泛,并且与人们的工作和生活息息相关,如图4-2所示。

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图4-2 承载式车身结构图

4.1.2.1 汽车车身的类别

1.非承载式车身构成

非承载式车身的汽车有一刚性车架,是一个事先做好的骨骼框架(底盘),又称底盘大梁架。在此基础上安装动力(发动机、变速器等传动系统)单元,车身等总成部件都是用悬架装置固定在车架上,车架通过前后悬架装置与车轮连接。大部分重量和各零部件所受的力几乎全部压给底盘,而车体本身并不起主要的承载作用。这种结构通常会在大型的客车、货车、纯越野车等车型中出现。

非承载式车身比较笨重,质量大,高度高,一般用在货车、客车和越野车上,也有部分高级轿车使用,因为它具有较好的平稳性和安全性。如图4-3所示。

非承载式车身,说白了就是悬架不是直接连在车身上,而是连在车架上,车架上面再扣上一个车身。比如巡洋舰牧马人、悍马H2等。这样的车身,如果你有兴趣弯下腰看看车底的话,你都会看见贯穿前后的两个大梁(而承载式车身便看不到)。它的优点就是有独立的大梁,底盘强度较高,抗颠簸性能好,此外四个车轮受力不均匀,也是由车架承担,而不会传递到车身上去,如图4-4所示。

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图4-3 非承载式车架(大梁架)

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图4-4 非承载式车底盘

它的缺点就是车身和车架是刚性连接的,在公路上行驶时,不是很平稳,会产生振动。另外遇到翻车的时候,厚重的底盘也会对相对薄弱的车身产生致命威胁(承载式车身便不会遇到这个问题,它的车身都是一体的)。现在国产低端SUV也大多使用非承载式车身,这倒不是它们定位为纯越野车的问题,问题在于技术和成本。

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图4-5 半承载式越野车

2.半承载式车身

还有一种介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构,被称为半承载式车身,如图4-5所示。半承载车身的结构与非承载式车身基本相同,也是属于有车架式的。它们之间的区别在于:车身和车架的连接不是柔性的而是刚性的连接。它的车身本体与底架用焊接或螺栓刚性连接,加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用,例如发动机和悬架都安装在加固的车身底架上,车身与底架成为一体共同承受载荷。这种形式实质上是一种无车架的承载式车身结构。因此,通常人们只将汽车车身结构划分为非承载式车身和承载式车身。半承载式车身与非承载式车身不同的是壳体与车架共同承受载荷。半承载式车身目前很少采用。

3.承载式车身

承载式车身的汽车是没有独立刚性车架的整体结构形式。车身由底板、骨架、内蒙皮和外蒙皮、车顶等组焊成刚性框架结构,如图4-6所示,只是加强了车头、侧围、车尾、底板等部位,发动机、前后悬架、传动系统的一部分等总成部件装配在车身上设计要求的位置,整个车身构件全部参与承载,所以称之为承载式车身。车身负载通过悬架装置传给车轮。承载式车身除了其固有的承载功能外,还要直接承受各种负荷力的作用。承载式车身不论在安全性还是在稳定性方面都有很大的提高,它具有质量小、高度低、装配容易等优点,高速行驶稳定性较好。但由于道路负载会通过悬架装置直接传给车身本体,因此噪声和振动较大。大部分轿车采用这种车身结构。承载式车身包括白车身及其附件,白车身通常指已经装焊好但尚未喷漆的白皮车身(Body in white),包括翼子板、发动机盖、车门、行李箱盖或背门等装配件,如图4-7所示。

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图4-6 轿车承载式车身焊接生产线上焊接成形

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图4-7 承载式车身白车身结构图

4.1.2.2 汽车承载式车身

1.车身总体构成

承载式汽车车身总体结构主要包括车身本体、车窗、车前板制件、车身内外装饰件、车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置、灯具等,如图4-8所示。

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图4-8 承载式车身轿车外形图

2.车身的结构形式

轿车车身按外形分为三厢式轿车和两厢式轿车。

三厢式轿车:是由发动机舱、乘客室、行李箱分段隔开形成相互独立的三段布置,故称之为三厢式轿车,其外形如图4-9a所示。

两厢式轿车:后部形状按较大的内部空间设计,将乘客室与行李箱同一段布置,故称之为两厢式轿车,如图4-9b所示。

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图4-9 三厢和两厢轿车外形示意图

三厢式轿车与两厢式轿车相比,抗横向风稳定性好。

3.组焊金属裸车身壳体结构

对承载式车身而言,由于整个车身都参与承载,强度较好,因此可以减轻车身的自重而无需车架,车室内空间可增大,地板高度可降低,整车的高度也可下降,有利于提高轿车的行驶稳定性和上、下车的方便性。承载式车身的制造工艺性好、生产效率高。当汽车发生碰撞时,车身具有均匀受载和将载荷扩散的能力、车身局部变形对轿车室内的影响较小,提高了安全性。承载式车身的缺点是:振动和噪声直接传至乘客,影响乘坐的舒适性;车身损坏后修复难度大。承载式车身结构如图4-10和图4-11所示。

4.含车门车身结构

轿车承载式车身通常由车身壳体、车身前后钣金件、车门及其附件等组成。车身各部分构件名称如图4-12所示。

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图4-10 轿车承载式车身结构图

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图4-11 轿车承载式车身各组成部分(www.xing528.com)

承载式轿车钣金件白板车身壳体焊接构件如图4-13所示,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”,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,一些要防止生锈的部位使用锌钢板,例如翼子板、车顶盖等;一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。轿车车身结构中常使用的钢板有两类,一类是热轧钢板:在800℃以上轧制而成的,另一类是冷轧钢板:将热轧钢板在酸洗槽内洗去氧化皮,在常温状态下由轧机轧制而成的。用得较多的板材材料有10F、08F、优质碳素结构钢、冷轧薄钢板和Q215低合金结构钢冷轧薄钢板,钢板的厚度为0.6~3mm,大多数零件用材厚度是0.8~1.0mm。车身各部分构件名称如图4-11、图4-12和图4-13所示。

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图4-12 承载式车身各部分构件名称

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图4-13 白板车身壳体焊接结构件

某些轿车为了便于安装发动机和动力传动系统以及改善安装点部位受力状况而采用副车架结构。副车架通过软垫直接连接到车身上。副车架结构如图4-14所示。

5.三厢轿车车身结构

轿车普遍采用承载式车身结构,如图4-15所示为承载式车身上典型零部件。

通常整个车身壳体按强度等级分为三段,如图4-16所示,图中A、B、C分别代表车身前部(发动机舱,通常发动机前置,属安装发动机的空间)、中部(乘客室,刚度和强度比前部和后部要好,如图4-17所示)及后部(行李箱,通常除放备用轮胎外空置,发动机后置除外)。

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图4-14 承载式轿车前、后副车架结构简图

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图4-15 三厢轿车车身结构图

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图4-16 车身强度三段式壳体示意图

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图4-17 车身壳体刚度分级受损变形情况

4.1.2.3 汽车承载式轿车车身上的三大立柱

在轿车车身构造中,有些重要零件的位置涉及车辆的整体布置、安全及驾乘舒适性问题,例如立柱。一般轿车车身有三个立柱,如图4-18所示,从前往后依次为前柱(前围支柱)、中柱(中支柱)、后柱(后支柱)。

1.中间车身

中间车身的立柱起着支承风窗和车顶的作用,一般下部做得粗大,上部的截面尺寸需要考虑驾驶视野而缩小。立柱包括前柱(A柱)、中柱(B柱)与后柱(C柱)三种。

2.车身的加强构件立柱/门槛板/地板

如图4-18所示为立柱/门槛板/地板位置及车身加强件示意图。

对于轿车而言,立柱除了支承作用,也起到门框的作用。设计师考虑前柱几何形状方案时还必须要考虑到前柱遮挡驾驶人视线的角度问题。一般情况下,驾驶人通过前柱处的视线,双目重叠角总计为5°~6°,从驾驶人的舒适性看,重叠角越小越好,但这涉及前柱的刚度,既要有一定的几何尺寸保持前柱的高刚度,又要减少驾驶人的视线遮挡影响,这是一个矛盾的问题。设计者必须尽量使两者平衡以取得最佳效果,令视野盲点减少到最低程度。

中柱不但支承车顶盖,还要承受前、后车门的支承力,在中柱上还要装置一些附加零部件,例如前排座位的安全带,有时还要穿电线线束。因此中柱大都有外凸半径,以保证有较好的力传递性能。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形的封闭式截面中柱已经问世,它的刚度大大提高而重量大幅减小,有利于轿车的轻量化。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,车身左右两侧的中柱都被取消,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。

后柱与前柱、中柱不同的一点就是不存在视线遮挡及上下车障碍等问题,因此构造尺寸可大一些,结构的关键是后柱与车身的密封性要可靠。

刚度是汽车车身的重要指标,刚度是指在施加不至于毁坏车身的普通外力时车身不容易变形的能力,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,一般情况下刚度好强度也好。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,它要有很高的刚度要求。

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图4-18 立柱/门槛板位置及车身加强件示意图

4.1.2.4 轿车车身机舱

轿车前部发动机舱、乘客室和行李箱三舱如图4-19和图4-20所示。

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图4-19 轿车车身前部发动机舱和乘客室

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图4-20 轿车车身尾部行李箱

4.1.2.5 轿车车身机舱的功用及要求

发动机机舱总成的作用是来安置汽车的发动机、变速器、转向、制动等重要总成,其作用很重要,肩负着被动安全性的重要使命,即当汽车发生意外的正面碰撞时,发动机舱会折曲变形以吸收碰撞产生的巨大能量,减少碰撞对车内外人员的猛烈冲击,起到保护车内乘员的作用。

4.1.2.6 轿车车身机舱总成结构

机舱总成由左前挡泥板总成、右前挡泥板总成、前围挡板总成、散热器前横梁总成四部分构成。承载式车身前机舱要求强度较好,其组焊结构件如图4-21所示。

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图4-21 轿车车身机舱的结构

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