车身结构（通用11篇）
车身结构 篇1
1 电泳车身剖检的目的
电泳车身剖检通过对车身进行拆解的方式检查车身内腔的电泳效果, 验证前期车身设计结构 (经涂装SE分析、优化后的结构) 的合理性;对内腔电泳效果达不到电泳防腐标准要求的区域和部件进行分析、提出优化方案, 并同相关部门协商优化、改进措施, 最终达到提高车身防腐、密封和隔振等性能的目的。
2 电泳车身剖检的主要工作内容
电泳车身剖检的主要工作内容有编制拆解计划、拆解工作准备 (安排被拆解电泳车身、拆车时间和场地、准备拆解工具等) 、涂装车身下线、拆解电泳车身、检查电泳涂层、编写剖检报告、反馈并跟踪问题等, 主要工作流程见图1。涂装挂牌抽车后调度科需重新安排增补生产能力计划。
2.1 编制剖检计划
应综合考虑车型的产量和类别 (量产车型、非量产车型、中/高端车型和低端车型) 等多方面因素编制拆解计划, 尽可能使试验结果覆盖全部车型, 达到质量全面受控的目的;非SOP (样车验证阶段) 车型可根据具体阶段制定剖检工作的频次。为有效降低剖检成本、合理利用资源, 建议尽可能将电泳拆解试验安排在车身碰撞试验之后进行。
2.2 拆解前的准备工作
拆解前的准备工作包括安排被拆解电泳车身、准备拆解所需的工具和场地、组织拆解现场的实车讲评等。安排被拆解电泳车身过程中的注意事项有以下几点。
a.质保部的拆解工作组织者应该在涂装粗密封前抽取被拆解电泳车身, 并应在生产管理部调度科确认拟抽取车身VIN信息后再抽取电泳车身。
b.将所抽车身的VIN FIS码撕下粘贴在《剖检车抽车交付记录表》上, 并将《剖检车抽车交付记录表》原件交由生产管理部确认、留存。
c.被抽车身挂牌标识后下线, 转运至剖检室, 以备剖检之用。
2.3 拆解电泳车身
电泳车身在拆解时应拆解完全, 以便于测量电泳涂层厚度和标记具体涂层膜厚数值。
2.4 编写剖检报告
剖检报告应该对车身整体剖检情况进行归纳和总结, 指出存在的问题, 并根据现场评审和讨论结果, 提出初步的解决方案。同一车型进行两次或两次以上剖检时, 需要说明每次对应测量点电泳效果的对比情况, 并提供数值波动图, 以便于直观看出改进前、后某点电泳质量的变化。
2.5 问题反馈跟踪
工艺技术人员对剖检车身电泳效果不达标的区域需进行分析, 提出解决和验证方案。如果属于车身设计结构方面的问题, 则由工艺技术人员将经两次或两次以上验证有效的解决方案反馈给设计部门, 提出设计更改建议, 以便优化或更改相应数据。
3 剖检工作对车身结构设计的意义
根据电泳车身的剖检结果, 可以对车身结构设计进行相应的改进, 从而达到提高电泳质量的目的。以下是奇瑞公司的几个具体实例。
3.1 车身A柱的结构设计
进行车身A柱结构设计时, 应尽量加大A柱的外板与中间加强板之间的距离;而且为了提升电泳效果, 中间加强板应开孔。开孔的形状可根据车型确定, 建议入门级车开圆孔、中级车开长圆孔 (长圆孔的面积大, 但小车开长圆孔会导致强度下降) ;孔径大小根据加强板型的尺寸大小和结构确定, 在满足强度要求的前提下, 孔径越大电泳效果越好。加强板的开孔位置应尽量与A柱内板的总装装配孔位置相对应 (图2) 。
3.2 车身B柱的结构设计
(1) 进行车身B柱结构设计时, 应根据B柱的实际结构尽量加大B柱的外板与中间加强板之间的距离 (图3) , 以免因外板与中间加强板的距离过小而影响B柱内部的电泳效果, 而导致B柱发生锈蚀。
(2) 应在B柱的中间加强板上开孔, 开孔位置尽量与B柱内板的总装装配孔相对应 (图4) , 以便于提高B柱内腔的电泳效果。
(3) 如果B柱中间的加强板采用了两块加强板, 则在两块加强板形成的腔体内部 (图5) 容易出现锈蚀现象。为此, 可以在两块加强板的焊接处间隔设置工艺缺口 (图6) , 以提高B柱内腔的电泳质量。
3.3 车身侧裙的结构设计
(1) 侧裙的外板与中间加强板均应设计沥液孔, 外板沥液孔和加强板沥液孔的相对位置见图7, 以提高侧裙内腔电泳效果。
(2) 侧裙外板与中间加强板之间的距离应满足堵件安装的要求, 避免发生因为两者之间的距离过小而影响堵件安装的情况发生。
(3) 车身侧裙内板应开孔 (图8) , 以便提高侧裙内腔的电泳效果及内腔注蜡的实施。
3.4 车身纵梁的结构设计
(1) 纵梁内的加强板与外板贴合面设计成锯齿状 (图9) , 可以提高贴合面的电泳效果。
(2) 车底纵梁和侧裙外板形成了腔体结构, 应考虑在侧裙外板表面开孔 (图10) , 以提升侧裙内表面的电泳效果。
车身结构 篇2
白车身模态灵敏度分析及结构优化
以白车身的3个低阶模态--第1个弹性体模态、一阶扭转模态及一阶弯曲模态对应固有频率的提高为目标,以白车身总成各板件的厚度为设计变量,得到3个重要模态固有频率对各板件厚度的灵敏度.将3个重要模态的`相对灵敏度综合考虑,在基本不对模具进行修改的条件下,通过调整“敏感”板件厚度,对白车身的结构进行优化.优化结果显示,车身模态指标及刚度有不同程度的提高,而车身质量没有明显增加.
作 者：陈昌明 肖强 CHEN Chang-ming XIAO Qiang 作者单位：同济大学,汽车学院,上海,04刊 名：山东交通学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHANDONG JIAOTONG UNIVERSITY年，卷(期)：17(2)分类号：U463.8关键词：白车身 模态 灵敏度 结构性能 优化
车身结构 篇3
关键词: 客车；有限元法；静刚度；模态特性
中图分类号：U463.82+2 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）01-0027-04
Model Building and Analysis for Body Structure of a Bus Based on ansys
ZHANG Ai-jun，TAN Ji-jin，XU Yin-sheng，GU Tong-jin
（School of Mechanical and Automobile Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）
Abstract: Built the finite element model of a bus body that bear the weight，stiffness，strength and modal characteristics were analyzed on the body. The analysis of stress and deformation was carried through in various working conditions while the bus loaded fully and to find the weak parts of the body. Valuable theoretical guidance was provided for new products designed and improved. It can save a part of the test fee.
Key words: Bus; FEM; static stiffness; modal characteristics
公交客车车身是由矩形管组成的骨架结构，由于车身起承载作用，必须要求车身结构有足够的强度和刚度以保证其疲劳寿命、装配和使用要求，同时应具有合理的动态特性以减小振动与噪声［1］。客车车身是由空间骨架、钢板、壳体和蒙皮等构成的高次超静定结构，很难求解，且各杆件的截面形状不一，杆件之间的连接点的结构形式多样化，由于在设计的初期缺乏实测数据，因此结构的分析难度很大［2］。为克服这个困难，对车身骨架结构进行力学性能分析，寻求满足工程要求的近似数值解，在计算机技术迅速发展的今天，结合实际工程实践表明，有限元法（FEM）是一种有效的数值计算方法，可在产品设计阶段就对其刚度、强度、固有振型等有充分认识，利用其计算得到的结构应力和应变，可以用来作为车身结构设计和改进的参考依据，对不足之处作及时改进，从而缩短产品开发周期，节省大量的试验和产品的试制费用，提高产品的可靠性。
1 建立车身有限元模型
1.1 建模的简化
将UG中建立的几何模型导入到ansys中，建立车身骨架的有限元模型。如实地反映车身实际结构的力学特性，尽量采用较少的单元和简单的单元形态，以保证较高的计算精度及缩小解题规模。
建立比较精准的有限元模型，要求良好的网格划分、合理的单元大小密度分布，适合的边界约束条件和载荷施加，才能最终保证计算结果的正确性，减小分析误差。影响有限元分析计算结果的可信度高低关键是：建立反映实际结构的分析模型、载荷处理、约束条件等和实际工程结构力学特性的符合程度，若有失误则会造成很大误差，严重时将使计算分析失败［3］。
该车身长14 m，空间结构复杂，为节约建模时间，建立有限元模型时需要对其作适当的简化处理：
①忽略某些对车身结构应变和应力分布影响较小的非承载构件，对相距很近而又不重合的交叉连接点用一个节点代替；对于结构上的孔、台肩、凹槽、翻边在截面形状特性等效的基础上尽量简化，对截面特性影响不大的特征予以忽略。
②将车身骨架简化为空间框架结构，对车身骨架用三维梁单元（beam188）进行模拟；对于矩形管间的连接部位，采用耦合约束。
③将空间曲梁简化为直梁，在不影响整体结构的前提下，对截面形状作一定的简化，如：把侧围、立柱等曲梁划分为若干个直梁单元。
④在有限元计算模型中，人为地用一根通过截面形心的直线来代替具有一定横截面尺寸的实际构件，以车身骨架上的空间交叉点为节点、梁柱截面为中心连线建立几何模型。
⑤由于发动机的外壳壁较厚，刚度较大，计算时将其简化为集中质量载荷。
车身是由骨架和蒙皮组成，为简化计算，忽略蒙皮的作用，近似地认为骨架承受着全部车身载荷，大都用梁单元来模拟车身骨架。经过适当简化将客车车身骨架划分为50 159个节点，43 651个单元，有限元计算模型见图1。
1.2 边界约束条件处理
车身骨架通过悬架系统与车桥连接，悬架系统对车身的强度和刚度影响较大。为了使边界约束条件符合实际工况，考虑悬架的约束作用，不能简单地采用两点支承方式，也要考虑悬架的结构形式如何。仅用螺旋弹簧来模拟钢板弹簧悬架与实际结构不符，因为钢板弹簧除了作为弹性元件外，还起到导向作用，在各个方向上均有刚度，并且在其他方向上的刚度要比垂直方向上的刚度大得多。若忽略这一情况，将会导致计算结果不正确，所以用螺旋弹簧和附加约束的方法来模拟钢板弹簧［2，3］。
本文采用螺旋弹簧（COMBIN14单元）来模拟悬架系统。两前轮约束三个平动自由度，两后轮约束Z方向上的平动自由度。前悬架与底架的连接关系的处理：限制弹簧与底架的连接节点9～14 (见图2)X，Y方向平动，三个转动自由度［4］。图2中，a表示刚性梁单元；b表示螺旋弹簧单元，1～4为整车的四个车轮接地点，5～14为车架和悬架连接节点。
2 计算数据
2.1 载荷处理
承载式车身的特点是作用于整车上的载荷主要是由车身来承担的。主要的载荷有：车身骨架自重和外加质量。外加质量包括乘客及行李、座椅、底盘各总成、发动机、变速箱、传动轴、水箱、油箱、电气设备、蓄电池以及车身上的车窗玻璃等的质量。载荷处理方式主要有以下3种：
①对于骨架自身质量和非结构质量（顶内饰、玻璃、蒙皮），按结构自身质量乘以非结构因子方式处理，ansys软件自动根据实常数将单元载荷因子的信息计入总载荷。
②对于乘客、行李及座椅质量按客车座位布置图，采用均布载荷的方式等效分配到车身骨架的各对应的梁单元上。
③对于底盘各总成的重量如发动机总成、油箱、蓄电池、方向机等，以静力等效的原则，按其实际位置以集中载荷的方式施加于相应联接部位的单元节点上。图3为公交车身所加载荷示意图。
2.2 计算工况
对结构进行静态分析，目的在于计算结构在满载工况下的应力和变形，以便进行强度与刚度的检验，对车身可能承受的最大载荷进行分析。此次计算了满载状态时的载荷工况［5］：
①弯曲工况：模拟客车在静态下或良好路面下匀速直线行驶时的应力分布和变形情况。
②扭转工况：模拟客车单轮悬空的极限受力情况，约束处理为去掉左前轮的约束，计算左前轮悬空对车身骨架结构应力应变的影响。
③紧急制动：考虑当客车以最大制动加速度0.8 g制动时，地面制动力对车身纵向的影响。
④紧急转弯：当客车以最大转向加速度0.4 g转弯时，惯性力对车身横向的影响。
3 计算结果分析
3.1 振动性能分析
客车在行驶的过程中会受到发动机、路面等多种激振影响，研究其振动特性能有效地分析客车的平顺性，优化车身结构，控制车身的模态频率和振型。模态分析可以用来分析车身的性能并对其结构的直接评价，通过有限元软件计算得到的某客车的前20阶模态频率如表1所示。
计算得到的各阶频率和振型表明，车身在按固有的频率振动时，车身骨架变形较小，该车型由外界激振而导致的破坏可能性较小。
3.2 各工况下的应力应变分析
由于发动机后置，相应的变速箱、传动轴、水箱等质量集中在底架尾部，而公交车乘客多数比较集中在空间比较大的中部，最大应力和应变多发生在底架的中部和尾部。车身骨架最大压力169.34 MPa远小于其材料Q345许用应力345 MPa，整车变形量也较小，由计算结果表明，该车身骨架结构在各种工况下的刚度符合设计要求，结构强度符合强度条件且有一定的强度储备。在弯曲、扭转工况下，车身变形如图4、图5所示，此图为放大100倍后的效果图。
①弯曲工况：最大应力值为163.44 MPa，发生在底架中段，后围产生最大变形量为18.15 mm；
②扭转工况：底架中段应力最大值为169.34 MPa，底架尾段部位相对位移最大值为18.47 mm；
③紧急制动：最大应力值为167.91 MPa，产生在底架中段；而相对位移最大值为17.75 mm，产生底架尾段部位；
④紧急转弯：底架尾段最大值为170.2 MPa，vonmiss应力分布如图6所示，顶盖产生相对最大位移为20.24 mm。
车身各部分的应力和相对位移最大值见表2，该车身前后围的所受应力比较小，底架部位应力较大，与实际载荷影响相符。顶盖相对位移较大，由于使用矩形管径较小，刚度偏小所致；后围与底架尾端相对应变比较大，由于发动机后置等因素产生。
各工况中，最大应力产生多集中在底架中段，与实际公交乘客乘车特点比较一致。
4 结论
本文通过建立车身骨架有限元模型，对其结构进行了刚度和强度的校核，计算结果表明，该车型在实际工况下，其刚度和强度满足要求。为实际工程应用提供了足够准确的车身刚度特性，以及车身结构应力分布的大致规律，为以后的车身骨架设计优化和改进工作提供帮助指导作用。对于实际道路工况中动态载荷引起的车身结构疲劳损坏，需研究车身结构在随机载荷作用下的动强度，利用有限元法来计算承载式客车车身的动态响应问题，有待于做进一步的研究。
参考文献：
［1］ 冯国胜. 客车车身结构的有限元分析［J］. 机械工程学报,1999，35(1)：91-95.
［2］严仁军，胡晖. 客车骨架结构的有限元分析［J］. 湖南大学学报，2003，(6): 38-40.
［3］ 谭继锦，张代胜. 汽车结构有限元分析［M］. 北京: 清华大学出版社，2009.
［4］ 孙军. 车身结构分析及轻量化优化设计［D］. 镇江: 江苏大学硕士学位论文，2004.
大型客车车身骨架结构分析 篇4
客车车身骨架结构是客车的关键总成,其性能的好坏直接影响到客车的安全性和舒适性[1]。本文建立了车身骨架的有限元模型,对其进行有限元静态分析与模态分析,为车身骨架的改进设计提供了参考依据。
2 客车车身骨架结构有限元模型的建立
本文选择Beam188单元生成梁单元模型,选用Mass21进行加载模拟,利用Combin14单元模拟空气弹簧。在建模中,利用短梁结构模拟焊点,最终建立的有限元模型如图1所示。
3 典型工况下的静态分析
3.1 紧急制动工况
紧急制动工况下的静态分析主要模拟客车在紧急制动时,客车车身骨架在纵向载荷及垂向载荷综合作用下的响应状况[2,3,4,5,6]。
(1)载荷与约束条件
约束前悬架装配处节点的UX、UY、UZ向自由度,约束后悬架装配处节点的UZ、UY向自由度。
(2)计算结果分析
图2为紧急制动工况下车身骨架的应力分布。从图中可知,最大应力发生在前端悬架处,大小为137.828MPa。如图3所示,前后端悬架与行李舱连接部位的应力在100MPa左右。
图4所示为紧急制动工况下车身骨架的位移分布图,车身最大变形发生在顶盖中段安装空调区域,纵向位移为3.359mm,总位移值为5.235mm。图5给出了车身骨架的纵向位移分布图,整车车身略向前倾。
图6和图7分别为紧急制动工况下车身骨架所受扭矩和弯矩的分布图。可以看出车身的前后端悬架是高扭矩区,而作用在后端悬架部位的弯矩较其它部位要高。
3.2 极限扭转工况
扭转工况主要模拟客车行驶时一轮悬空或一轮抬高的情形,由于左右车轮接地点出现高度差,客车会受到不对称载荷的作用[2,3,4,5,6]。
(1)载荷与边界条件
约束右前悬架装配处节点的UX、UY、UZ向自由度;释放左前悬架装配处节点的所有自由度;约束后悬架装配处节点的UZ向自由度,释放其它自由度。
(2)计算结果分析
图8为整车车身骨架的应力分布。在扭转力矩的作用下,行李舱与后架相连处为最大应力区,如图9所示,最大应力值达到194.708MPa。
图10为该工况下整车车身的位移分布情况。由于左前轮悬空,车身行李舱以及前端悬架产生明显的扭转变形,最大位移为17.231mm,发生在车身的左前端。
图11给出了整车车身的扭转变形,可以看出在该工况下车身变形较为严重。
极限扭转工况下扭矩的分布如图12所示,该工况下扭矩的作用略向车身前移。
从图13中可以看出,弯矩主要分布在前后端悬架处和车身的各垂向断面上。
3.3 紧急转弯工况
紧急转弯工况是模拟客车转弯时,车身骨架在横向惯性力与垂向载荷综合作用下的响应情况[2,3,4,5,6]。
3.3.1 载荷与边界条件
本文在车身骨架质心处施加0.4g大小的横向加速度模拟横向载荷。约束条件为:约束前悬架装配处节点的UX,UY,UZ向自由度;约束后悬架装配处节点的UX,UY,UZ向自由度,释放其它自由度。
3.3.2 计算结果分析
图14显示了该工况下车身骨架的应力分布。最大应力发生在车身骨架的前端悬架处,如图15所示,最大应力值为157.973MPa。
图16为车身骨架的位移分布。车身顶盖部位的位移值最大,其横向位移值为8.819mm,总位移值为9.495mm。如图17所示,可以明显地看到车身骨架的侧向弯曲变形。
图18为紧急转弯工况下,车身的扭矩分布图。图19为车身骨架所受弯矩的分布图。高弯矩区范围较大,除前后端悬架外,车身骨架的尾部和车身的中部截面部位都有较高水平的弯矩作用。
4 车身骨架的模态分析
利用ANSYS软件采用BLOCK LANCZOS法对车身骨架进行模态分析(表1),提取车身骨架的低阶模态[7,8]。
从车身骨架的模态振型可以得出,在低阶固有频率下车身骨架的振型主要表现为侧向弯曲、整车扭转、上部局部弯曲等形式。分析表明:车身低阶固有频率处于允许工作频段内,具有较好的振动特性。
5 结论
建立车身骨架结构的有限元模型,对车身骨架结构进行了三种典型工况下的静态分析和模态分析。
(1)三种工况下,最大应力均发生在车身底架总成,而车身骨架的侧窗、侧围以及尾架的应力水平都较低。
(2)车身骨架的大位移主要发生在车身顶部位,整车刚度性能较好,车身骨架具备很大的轻量化潜力。
(3)车身低阶固有频率处于允许工作频段内,具有较好的振动特性。
摘要：建立了客车骨架有限元模型,在紧急制动、极限扭转和紧急转弯工况下,对车身骨架结构进行了静态分析,得到了车身骨架结构的应力、位移、扭矩和弯矩分布情况。对车身骨架结构进行了模态分析,得到了低阶模态下的固有频率和振型。分析结果表明:车身骨架大应力主要分布在车身的底架,而其它部位的应力值都较低。车身低阶固有频率处于允许工作频段内,具有较好的振动特性。
关键词：客车,车身骨架,静态分析,模态分析
参考文献
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[4]袁竹林.客车车身结构有限元分析[D].西安:长安大学,2009.
[5]张雁冰.全承载客车车身设计分析与研究[D].杭州:浙江大学,2008.
[6]徐志汉.客车车身骨架有限元建模及及优化[D].合肥:合肥工业大学,2009.
[7]WANG Yuan,GU Yeshui.Modal Analysis of Bus Body Frame Based on ANSYS[J].Tractor&Farm Transporter,2009,36(6):58-60.
车身结构 篇5
西安市机动车车身广告设置管理办法(草案征求意见稿)
第一条【立法目的】为加强机动车车身广告的设置管理，保持良好的市容市貌，根据《西安市户外广告设置管理条例》和有关法律、法规，结合本市实际，制定本办法。
第二条【适用范围】本办法适用于本市行政区域内机动车车身广告设置及其相关管理活动。
机动车车身广告的发布、内容审查及其监督管理，依照《中华人民共和国广告法》和有关法律、法规的规定执行。
第三条【名词解释】本办法所称的机动车车身广告设置，是指利用机动车车身，采取安装、悬挂、张贴、绘制等形式，设立电子屏、灯箱、展示牌、广告彩旗、横幅、实物等设施用于发布商业广告和公益广告的行为。
第四条【管理部门】市城市管理行政管理部门是本市机动车车身广告设置行政主管部门，负责全市机动车车身广告设置管理工作。
阎良区、临潼区、长安区、高陵区、鄠邑区和市辖县的户外广告行政管理部门在市城市管理行政管理部门的指导下，负责本区域机动车车身广告设置管理工作。
开发区管理委员会可以根据市城市管理行政管理部门的委托，对开发区范围内的机动车车身广告设置进行管理。
工商、公安、交通等行政管理部门，依照各自职责，做好机动车车身广告设置相关管理工作。
第五条【允许设置车身广告的车辆】以下车辆依照《西安市户外广告设置管理条例》的规定取得行政许可后，可以设置车身广告：
(一)有固定线路的公共交通汽车;
(二)单位自有的大客车、九座以上旅游车(不含九座)和厢式货车。
前款规定以外的其他车辆不得设置车身广告。
第六条【行政许可提交的材料】需要设置车身广告的申请人，向市城市管理行政管理部门或者区、县户外广告设置管理部门提出申请，并提交以下资料：
(一)车身广告设置申请表;
(二)车辆所有权证明或使用权证明，包括车辆产权证明、使用协议等;
(三)营业执照或者其他证明主体资格合法有效的文件;
(四)车身广告设计方案、效果图等;
(五)法律、法规规定的其他材料。
第七条【许可程序】市城市管理部门或者区、县户外广告设置管理部门受理车身广告设置申请后，应当对车身广告设置申请人提交的申请材料进行审查，会同工商、公安机关交通管理等部门对车身广告设计方案进行研究，并在二十个工作日内作出决定。符合条件，准予设置许可的，由市城市管理行政管理部门核发《西安市户外(车身)广告设置许可证》。不符合条件的，不予许可，并书面说明理由。
第八条【缴纳城市空间使用费】取得车身广告设置权后，设置权人应当按照《西安市户外广告设置管理条例》的规定缴纳城市空间使用费。
第九条【车身广告设置位置】公共交通汽车车身广告的设置位置，位于机动车车身外两侧、前后轮之间、车窗以下的区域。
单位自有的大客车、九座以上旅游车(不含九座)、厢式货车的车身广告设置位置，位于车门外侧。
车厢内不得设置广告。
第十条【车身广告设置要求】在设置车身广告活动中禁止以下行为：
(一)使用反光材料;
(二)改变车辆技术参数和车辆主体颜色;
(三)设置动态、活动广告;
(四)设置音响、照明设备;
(五)设置实物广告;
(六)影响乘客安全;
(七)覆盖、遮挡发动机散热口、进风口;
(八)法律、法规规定的其他行为。
第十一条【广告内容要求】设置的车身广告应当遵守以下规定：
(一)整洁、美观，与车身原有颜色及车身相协调;
(二)画面稳定、完整，避免使人在视觉上产生眩晕和刺激感;
(三)内容真实合法，符合《中华人民共和国广告法》等法律法规的规定;
(四)画面、文字比例协调，文字部分的字体高度不得超过广告版面高度的三分之一;
(五)单位自有的大客车、九座以上旅游车(不含九座)、厢式货车的车身广告内容为单位名称和联系电话。
第十二条【特殊车辆的标识】警车、消防车、救护车、工程救险车等特种车辆可以在车身上设置执行任务的标识，但不得设置广告。
出租车车身可以设置经营单位名称和统一的监督电话，但不得设置广告。
第十三条【日常维护】车身广告的文字、图案显示不全或者出现破损、污浊、褪色、变形等影响城市容貌的情况时，设置权人应当及时维修或者更新。
第十四条【车辆年审】取得车身广告设置许可的车辆进行机动车安全技术检验时，公安机关交通管理部门应当按照法定程序予以审验。
第十五条【施行后的整改】本办法施行前已设置的车身广告，不符合本办法相关规定的，应当在本办法施行之日起一个月内改正。
第十六条【外地车辆的管理】长期在本市使用的外地车辆和在本市有固定线路或者站点的外地长途班车，应当遵守本办法。
临时进入本市(十五日以内)的外地机动车，违反本办法规定的，应当向执法人员说明情况并提供证据。情况属实的，免予处罚。
第十七条【未经许可的法律责任】违反本办法规定，未经许可擅自设置机动车车身广告的，由城市管理部门责令限期拆除，没收违法所得，并处一万元以上五万元以下罚款。
第十八条【未按位置、规格等设置的法律责任】违反本办法规定，未按照许可的位置、形式、规格等要求设置车身广告的，由城市管理部门责令限期拆除，没收违法所得，可以并处一万元以上三万元以下罚款。
第十九条【影响城市容貌的法律责任】违反本办法规定，车身广告的文字、图案显示不全或者出现破损、污浊、褪色、变形等情况的，由城市管理部门责令限期改正;逾期不改正的，处五十元以上五百元以下罚款。
车身结构 篇6
关键词：封拉门；踏板盒；车身结构
一、现状问题
（一）右侧拉门封闭，要考虑后继开发双侧拉门的需求，即现有拉门结构不能取消；
（二）原踏板盒处需要加盖封板，上方有座椅安装点，要保证座椅安装点的强度。
二、原某车拉门处结构
三、技术内容
（一）现右舵车拉门处结构：
（二）右侧封闭拉门踏板盒处结构：
1.因右侧拉门封闭，此处增加踏板盒处的地板补充板，即需要封板；
2.因左侧开拉门，座椅靠右侧排布，其上增加一处座椅安装点，故要保证座椅安装点的强度。
3.现某车型右舵车踏板盒处新增加三种冲压件，分别是：座椅安装支架、座椅安装横梁及踏板盒封板。
4.与现有技术相比有那些优点和积极效果。
优点：此结构通過模拟分析，即保证整车强度，又满足设计要求：
四、产品结构图
新增制件搭接方式：
1.座椅安装支架、座椅安装支架横梁两件采用焊接方式在车身车间焊接；
2.为了拉门内饰板安装方便，踏板盒封板采用铆接方式在装配车间完成安装。
此结构，实现了拉门的双重配置：即
1.单侧左拉门配置，增加此结构；
2.双侧左、右拉门，取消此结构；
五、结束语
车身防腐蚀结构设计研究 篇7
车身由于是基础载体, 结构复杂, 几百个零件焊接成一个整体, 出现腐蚀问题后, 特别是严重的腐蚀后, 难于维修, 更换成本较高, 不像其他的专业零件只需换装零件即可, 所以车身的防腐设计及防锈处理就显得尤为重要, 车身防腐性能成为决定车身使用寿命的重要指标。
车身的耐腐蚀是一个综合问题, 分析考虑的内容很多, 涉及产品的定位、钢板选材、磷化-电泳-中途-面漆的涂层质量标准、涂装工艺技术及发展、涂料的质量性能与研发, 同时也与车身的结构设计质量密切相关, 因为设计合理的车身结构, 将有益于制造过程中防腐措施的实施, 从而获得好的防腐性能。
本文着重讲述了车身锈蚀机理, 进行了车身容易引起腐蚀的原因分析, 提出了车身结构防腐的四个基本设计思想和具体方法, 有效的降低了车身腐蚀的设计风险。
1车身腐蚀的机理
铁的化学性质比较活泼, 在实际生活中, 空气中含有水分和氧气使铁与之发生氧化反应, 基本上经过三个步骤, 生成一种叫氧化铁的东西, 这就是铁锈。铁锈是一种疏松的棕红色的物质, 它不像铁那么坚硬, 很容易脱落。如果铁锈不除去, 疏松的铁锈特别容易吸收水分, 铁也就会烂得更快。
铁生锈的化学式为:2Fe+02+2H2O=2Fe (OH) 2 (1) 铁被氧化;4Fe (OH) 2+02+2H2O=4Fe (OH) 3 (2) 氢氧化亚铁继续被氧化;2Fe (OH) 3=Fe2O3+3H2O (3) 在空气中脱水。
2车身容易引起腐蚀的原因分析
车身一般由钢板制作成零件经过焊接而成, 车身的腐蚀即是钢铁零件的腐蚀。车身的腐蚀原因分为四种情况:
(1) 金属零件表面无涂覆层直接裸露在空气中而腐蚀 (常见于驾驶室内部支架) ;
(2) 金属表面涂覆层受外力损伤而造成裸露腐蚀 (磕碰、划伤、石击等) ;
(3) 金属表面防锈处理不当造成涂覆层质量差, 或是车身结构设计不合理, 形成了长期的恶劣腐蚀环境而腐蚀 (积尘、积液、起泡等) ;
(4) 任何金属表面及涂覆层都不能做到100%防腐, 都有生命周期。生命时间的长短, 与涂覆层自身的材料抗腐蚀性相关, 还与周围环境的恶略程度相关。
汽车行驶在户外, 大气中水分、雨、雪、路面的水等是引起车身腐蚀的重要因素。
另外, 自然界中还有几种常见的能加速腐蚀的外界环境: (1) 酸雨环境; (2) 海洋大气环境; (3) 冬雪道路上岩盐泥浆环境; (4) 高温多湿的环境; (5) 砂石飞溅的砂石路面道路。
3车身的防腐蚀设计
3.1金属的腐蚀防护主要方法、途径
(1) 改善金属的组织结构提高其防腐能力:例如在普通钢铁中加入铬、镍等材料制成不锈钢, 就能获得较好的防腐效果。但是加入防腐元素后, 金属的力学性能及成型性能也会发生明显的改变, 已经是另外一种金属了。
(2) 金属表面覆盖防腐层:其原理是在金属表面制造各种材质的保护层, 将金属产品与外界的腐蚀介质隔离开来, 从而达到防腐的效果。防腐层的材料可以是油漆涂料、陶瓷、塑料等非金属, 也可以是锌、锡、铬和镍等金属元素。
(3) 金属防腐的电化学保护法:金属电学保护法是根据原电池理论, 消除引起化学腐蚀的原电池的反应, 实现金属的防腐。
(4) 金属防腐的腐蚀介质处理法:金属腐蚀是通过腐蚀介质来完成的, 这种方法就是通过消除腐蚀介质的存在或抑制介质的腐蚀反应, 来延长耐腐蚀寿命。
3.2车身防腐结构设计方法
车身的防腐蚀方法也是通过上面几条途径的原理, 尽量规避腐蚀的原因, 提高涂覆层的防腐能力, 来实现或改善防腐的。主流的防腐方法还是车身表面覆盖防腐层法, 即镀锌、电泳、喷漆、涂胶、打蜡等。
3.2.1不易涂覆部位选择防腐性能好的材料
目前汽车行业多选用镀锌钢板来提高车身的防腐蚀能力 (一般提高寿命35%以上) 。根据瑞典腐蚀研究所的调查, 使用7～10μm厚镀锌层能够获得良好防锈效果。还有试验证明:10um/10um的双面镀锌钢板暴露在大气中, 5年才出现红锈。镀锌板常用部位:前舱、门盖、翼子板、前后轮罩区域, 及货箱内外板。
还有的直接使用铝合金材料来制作车身和货箱, 大大提高了防腐蚀能力。如奥迪A8全铝车身及我公司生产的铝合金货箱。
3.2.2利于防腐的车身结构设计
在车身结构设计合理的情况下, 将有益于制造过程中防腐措施的实施, 并保障实施质量, 从而获得好的防腐性能, 最终延长车身的使用寿命, 所以必须要从车身结构的设计入手, 提升结构设计的防腐性。
车身结构防腐的基本设计思想和方法是:
(1) 前处理和电泳时, 结构设计要能保证进液、排液顺畅, 防电磁屏蔽、积液串槽。重点是排水孔、排气孔位置、数量、大小;加强筋槽的布置。
车身底板类结构筋槽应尽量设计成上凸而不是下凹, 以尽量避免积液;如需下凹时应尽量与低处的漏液孔槽相通, 见图1。上凸设计可以防止由于无法开孔导致沥液不充分而带来的车身质量问题, 同时减少串液及原材料浪费。
门盖、底板、侧围的设计一定要在最低点开孔或在边缘包边处设计排水结构, 保证不积液。也包括白车身在吊具上运动离开液槽时的最低点尽量也要有相应的孔, 以保证排液充分。以门为例, 见图2。
车身设计应尽量避免出现密闭空腔和易于产生气穴的死设计, 以防止进液不充分和电磁屏蔽, 引发电泳效果不良。是否会产生气穴, 与电泳方式也有直接关系, 360度旋转侵涂电泳就可以避免此进液问题。
(2) 整车状态下结构设计要能阻止腐蚀介质侵入和积存, 即改善腐蚀环境。重点部位搭接缝隙处、凹形构件处、封闭结构内部。接缝开口要依照汽车行进方向和飞溅方向设计, 使之朝向水难以进入的方向。而且接缝要平整便于涂密封剂很好地密封。低凹处防止积存, 要开排液孔或导流槽。较大平面应向排水孔倾斜2.4°以上。结构上难以避免泥水滞留时, 应增加隔板或外罩, 如前后塑料轮悬、门槛护板等。
(3) 整车状态下结构设计要能减缓撞击对涂装保护层的伤害。重点是减缓下部底板防石击, 型面尽量平整见图下。其它结构不易改变之处, 应喷涂防石击涂料, 如门槛下侧面、前围板下部、底板下表面、前后轮罩处。还可以通过安装防护罩进行保护, 见图5。
在需要喷涂抗石击涂料部位, 设计时要考虑工艺的可实施行, 避免出现不能喷涂到的区域。
(4) 整车状态下结构设计要能尽量减少边角腐蚀。影响车身腐蚀最大的是各零件的边角, 由于表面张力的原因, 在尖角处涂料收缩, 易出现边角无涂料或涂膜厚度极低的现象, 所以是最先腐蚀生锈的部位。边角处理方法主要有密封胶密封、边角折边或卷边、加装防腐密封胶条、加装装饰件封闭等。
图6流水槽边缘锐角处处理:端面锐角处, 向内侧折弯翻边, 形成角R从而大幅度提高漆的附着量, 提高防腐蚀性。 (车门包边也是此法, 然后再涂密封胶密封)
图7流水槽端面采用装饰件 (塑料) 封闭;采用非金属材料流水槽防止腐蚀生锈;门洞U型胶条对门洞止口边密封防止腐蚀。
堵盖封堵孔边:车身有许多工艺孔和装配过孔, 总装都不用, 主要是排液孔和焊装工艺孔。为了隔音降噪用堵盖、赌片封堵。封闭这些孔除了是NVH密封降噪的要求外, 同时也起到了对孔边的密封防腐作用。用堵盖封堵的这些孔, 由于有一定的强度要求, 所以一般都设计在凸凹台上, 而不设计在平板上, 以保证安装质量。
结语
车身耐腐蚀是一项复杂的多学科配合, 而要达到产品相应的品质要求, 必须从整车主断面结构设计开始, 就考虑车身防腐结构的布置实施, 并结合车身现有的工艺水平, 进行同步工艺分析, 规避风险结构;才能利于制造生产, 最终保证车身防腐性能满足要求。
摘要：本文剖析了车身腐蚀的原因, 金属防腐蚀的主要方法、途径, 提出了车身结构防腐的四个基本设计思想和具体方法, 有效的降低了车身腐蚀的结构设计风险。
关键词：腐蚀,防腐层,结构设计
参考文献
[1]毛亚东, 赵远兴.钢铁在海洋环境中的腐蚀与防护[Z].
[2]李迪.汽车车身结构与设计[Z].
汽车车身结构碰撞模拟计算的研究 篇8
汽车碰撞模拟经过几十年的发展研究, 内容主要集中在汽车结构耐撞性研究、人体碰撞生物力学研究和成员约束系统及安全驾驶内饰组件的开发研究三个方面。
本文针对某公司处在设计阶段的轻型客车开展汽车结构耐撞性研究, 汽车结构耐撞性研究主要研究乘用车 (特别是轿车和微型客车) 的车身结构对碰撞能量的吸收特性, 寻求变形能量控制在一定的范围内, 在保证成员安全控件的前提下, 车身变形吸收的能量最大, 从而使传递给车内乘员的碰撞能量降低到最小, 尽可能使车内乘员所受的加速度最小。
1 有限元模型的建立
进行汽车正面碰撞的模拟计算分析首先要建立整车的有限元模型, 这是前置处理阶段的主要工作, 包括几何建模、网格划分、载荷位移、约束增加及材料定义等。建立车身有限元模型要如实反映车身结构的重要力学特性, 保证较高的计算精度。有限元分析结果可信度的高低, 直接受分析模型、载荷处理、约束条件等和实际工程力学特性符合程度的影响, 若有失误则会造成很大误差, 严重时将使计算、分析失败。选用具有复杂曲面建模功能的三维CAD软件来建立车身的几何模型, 然后通过专用数据接口将CAD模型传送到CAE软件中, 在CAE软件中完成前处理、运算及后处理。
1.1 几何模型造型
汽车碰撞仿真模型是有限元模型, 通常要得到有限元模型需要利用CAD软件建立整车的几何模型, 然后利用CAE软件进行有限元网格划分, 进而建立整车碰撞有限元模型。
该车型的开发CAD软件采用CATIA三维造型软件, 它是由法国Dassault公司开发的大型CAD/CAM应用软件, 与其他常用CAD软件 (UG、Pro/E等) 相比, 软件在曲面造型方面具有独特的优势, 因而广泛应用于航天、汽车等行业的复杂曲面造型设计中。
文中研究的车型是一款两厢式轻型客车, 该车型设计工作从效果图开始, 根据效果图建立了A面, 根据A面制作了1∶1油泥模型, 油泥评审通过后, 根据A面工作人员开始分工完成各自负责的零件数模的制作, 最后形成整车数模, CAD模型如图1所示。
1.2 网格划分
有限元的核心思想是分块近似, 故网格密度和结构离散化程度对于计算误差的影响是很大的。整体上讲, 增加网格密度确实可以减少误差, 但所需的计算成本 (计算时间、存储空间) 也会相应上升。当单元长度缩短N倍时, 单元密度和计算时间分别增加N2和N3倍。
由于CAE和CAD目的不同, CAD中许多加工和装配上的工艺细孔 (如孔、台阶、加强筋、小倒角等) 往往会增加有限元建模的难度, 如一些小台阶在划分网格时会导致单元质量不合格。这些单元不仅会影响模拟计算的精度, 而且还会在模拟计算中消耗大量的时间, 因此在建立零件的有限元碰撞模型时, 合理简化模型显得尤其重要。
要建立简化合理的零部件有限元模型, 首先必须了解碰撞分析的特点。与一般静态有限元分析不同, 碰撞分析主要是计算机构变形, 建模时主要考虑的也应是可变形部件。对汽车碰撞来说, 碰撞部位的薄壁金属是最重要的变形吸能部件 (如汽车的覆盖件、地板及纵梁等) 。其共同的特点是尺寸变化较大, 形状复杂, 承受碰撞时对外载荷及边界条件特别敏感, 结构本身的一些凸起、凹槽及开口等都会影响碰撞变形模式及载荷的传递路径。因此, 在建立上述部件的几何模型时, 必须准确反映结构的几何特征, 不能过于简化, 尤其要注意细节是保证曲面的正确过渡, 面与面之间不出现裂缝等。车身中部的一些零部件变形较小, 不是吸能的主要部分, 简化过程中则要忽略加工和装配上的细节来节省计算时间;面对碰撞过程中的一些零部件 (如发动机、变速箱等) , 其变形刚度比薄壁金属件大得多, 其在碰撞过程中的变形基本可以忽略, 可作为刚体处理。
整车有限元模型如图2所示。文中的有限元模型总共建立单元343.7万个。采用DYNA假人模型 (见图3) , 主要目的是配载及考察车辆变形量是否侵入到安全范围内;玻璃胶粘部分采用六面体hex单元点点匹配对应的壳单元网格, 材料属性为粘胶;根据车身实际情况并参考相关文献, 车架、前后围及车顶材料的屈服应力分别设置为220MPa、170MPa和185 MPa, 材料的密度7.8×103kg/m3、E值206GPa及G值79.2GPa均相同。
1.3 其他约束条件及初始参数的确定
1) 边界约束条件。
刚性墙所有的自由度均被约束。
2) 碰撞速度。
按照C-NCAP针对乘用车的要求, 对整车模型创建一个set组, 施加初始速度5km/h。
3) 接触算法。
碰撞接触算法采用LS-DYNA程序中的自动单面接触算法, 碰撞汽车与刚性墙以及汽车部件相互接触的摩擦系数均为0.15。
4) 整车仿真时间控制。
整个碰撞仿真时间为0.09s, 程序采用自动时间步长控制, 时间步长大约为0.686×10-6s。
2 车辆正面碰撞的变形模拟
2.1 求解结果
设置好的初始条件和输出控制的最终KEY文件提交给LS-DYNA求解器进行求解。
图4所示为能量比曲线, 从结果看出能量变化最大为0.47%。图5所示为附加质量比曲线, 从结果上看最大值为0.46%, 两个值都控制在了5%以下。综上所述, 此次模拟结果是成功的。
求解后车身的碰撞过程如图6所示。
通过图6可以看到, 整个碰撞过程中B柱基本保持不变形, 碰撞的变形主要发生在车身前部, 因此可以用B柱的参数来代表整车的运动参数。
整车位移和速度变化如图7所示。
2.2 仿真结果分析
1) 该车型装配有安全气囊, 安全气囊需要根据整车的碰撞后采集的数据, 在滑车试验台上进行标定, 以保证前排乘员的最大安全。前期与安全气囊设计公司进行了初步的约定, 约定在正面碰撞过程中加速度峰值在35～45g范围内, 加速度持续时间步超过100ms, 能量分布均匀, 不集中在某段时间内。整车峰值加速度为40.38g, 加速度持续时间为70ms, 且能量分布比较均匀, 因此符合设计的要求。
2) 从图6和图7来看, 碰撞过程主要发生在0～70ms之间, 70ms后由于墙面对车身向后冲击的原因, 车身有反弹倒退的运动。
3) 图8 (a) 为碰撞后底盘的变形情况, 可以看出燃油箱在碰撞过程中变形不大, 可以保证整车碰撞后燃油箱不会有燃油泄漏, 从而造成火灾, 间接伤害乘员;传动轴在碰撞后没有向乘客舱运动, 因此不会对乘员造成伤害。
4) 图8 (b) 为驾驶区地板的变形情况, 可以看出, 变形主要在驾驶员与前排乘客的中间位置, 该区域主要操纵件及通道并无乘员, 因此这部分的变形不会对乘员的生命安全造成直接的伤害。
3 结论
通过模拟计算途径, 对某轻型客车结构正面碰撞刚性墙以进行了模拟仿真, 几何仿真结果分析, 得出如下结论:
1) 在完全正面碰撞情况下, 该车具有良好的结构耐撞性, 发动机舱变形较大, 乘客舱变形较小, 乘员的生存空间基本上没有受到威胁。
2) 在正面碰撞中车内驾驶区地板有少许上翘变形情况, 主要原因是在碰撞过程中发动机与变速箱产生了后移, 挤压车内地板向上翘起。建议在后续的改进过程中, 酌情考虑发动机和变速箱后部的缓冲结构及缓冲空间。
3) 通过正面碰撞模拟分析看到, 碰撞回弹前的最大结构变形、碰撞回弹时间及碰撞动能减少到最低值的时间均在70ms前, 此结论为安全气囊初步标定提供理论依据。
参考文献
[1]刘翰东.《客车结构安全要求》GB13094新旧标准对比分析[J].客车技术与研究, 2010, (1) :52-54.
[2]徐颖侠.客车车身正面碰撞有限元分析及改进[C].合肥:合肥工业大学, 2008.
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[5]沈楠.BMW X1NCAP五星夺冠碰撞测试[J].汽车与安全, 2010, (2) :28.
汽车白车身焊装夹具结构设计综述 篇9
关键词：焊装,夹具设计,生产规划,定位元素
汽车工装夹具是伴随着汽车行业的兴起而迅猛发展的一个新兴行业。汽车的焊装夹具是整车四大工艺之一焊装工艺中的重要装备, 焊装夹具的设计水平直接关系到白车身总成的焊接质量和生产节拍。另外据统计, 在汽车焊接流水线上, 真正用于焊接操作的工作量仅占30%~40%, 而60%~70%为工件的上件夹紧工作。合理的设计焊装夹具是保证焊接质量、提高劳动生产率、减轻工人劳动强度、降低车身制造成本的根本途径。因此, 提高焊装夹具的设计质量, 缩短设计周期, 降低设计成本, 对新车型的开发、提高流水线生产节拍都具有非常重要的意义。
1 白车身焊装夹具设计一般方法
分析汽车焊装工艺特点:
汽车车身的组成零件主要由外覆盖件、内覆盖件和白车身整体骨架件组成。一般来说, 覆盖件钣金厚度在0.8~1.2mm以内, 车身骨架件一般由1.2~2.5mm的钢板材料制作而成, 它们大多为薄板件, 从焊装夹具设计的角度来看, 可以归纳出如下特点:
(1) 钣金件结构相对复杂, 三维设计有一定难度。
汽车白车身大部分是由薄板冲压件经过焊装, 最终形成的空间壳体, 为了达到车身造型美观的效果, 同时又保证壳体具有符合要求的刚度, 白车身零件大多采用拉延成型工艺, 其空间结构比较复杂。
(2) 钣金件刚度小, 容易变形
虽然钣金件在前期设计的时候考虑过保证一定的刚度, 但它相对机加工件来说刚度受它的板材厚度, 结构形状影响, 相对就比较小。另外, 单个的白车身件因为刚性较差, 在转移, 拿取, 运输等方面很容易变形, 只有经过焊装总成后, 整体刚度才会提高。所以总的来说, 钣金件比较容易变形。
(3) 以空间三维坐标标注尺寸
汽车车身产品图以空间三维坐标来标注尺寸, 为了表示覆盖件在汽车上的位置和便于标注尺寸, 我国的汽车车身一般每隔200mm或400mm划一坐标网线 (也简称车线) , 3个坐标的基准是:前后方向 (x向) ——以汽车前轮中心为0, 往前为负值, 向后为正值;左右方向 (y向) ——以汽车对称中心为原点, 面向车行驶方向, 向右为正, 向左为负;上下方向 (Z向) ——以纵梁上平面为0, 往上为正值, 往下为负值。车线图及整车参考方向简图如图1, 图2所示。
1.2 分析焊接方法
汽车白车身焊接中主要使用电阻焊和CO2保护焊, 针对具体的零件选择合适的焊接方法。
1.3 选择定位基准
分析车身数据, 根据数据中的相关基准孔, 定位夹紧信息, 确定所要设计的焊装夹具相关信息, 确保夹具的设计基准与零件的设计基准一致, 便于后续的检验及分析改进。
1.4 夹具结构方案选择
这一部分主要包括定位方案选择, 确定辅助支撑方式, 夹紧方案选择, 其他部分结构形式的选择, 以及结构经济性分析。
1.5 具体的夹具结构设计
在确定了基准以后, 根据零件的焊接方法, 及零件结构特点选择合适的夹具结构, 并对主要夹具零件加以设计。
2 焊接夹具设计必需满足的要求
2.1 夹具设计要满足定位和焊接的要求
对于焊接夹具的设计, 首先必需满足对零件定位的要求保证良好的焊接质量。因而在设计的时候, 就必需严格按照主机厂提供的数模及定位夹紧信息 (RPS) 去设计。其次要满足焊接的要求。汽车白车身是经过焊接, 将各单件, 总成通过焊装后而形成。所以满足焊接要求是夹具设计比较重要的要求。要达到这一要求也即是必需考虑焊接操作高度, 焊钳的通过性以及操作者位置等因素的要求。焊接操作高度是指工人站立位置到焊枪操作把手的高度。考虑到操作者高度会有不同, 我们一般取操作者身高为175cm, 焊钳立放的操作在200-1500mm范围内。焊钳通过性主要是指焊钳不能和夹具干涉, 各压紧块要避开焊钳;操作者的位置主要取决于焊枪的分布, 一般来说, 我们会根据零件结构和RPS信息来设置操作位置实现焊接, 在最利于焊接操作的位置设置操作者位置;当一个零件需要实现两侧焊接时, 我们有必要将夹具改为旋转结构, 这样就便于操作者更快更方便地焊接。满足焊接必需考虑防止零部件错放问题。具体的如图3后围板, 及图4后围板在夹具上的夹紧状态示意图。
如图4所示, 针对实际工作中遇见的某车型的后围板焊接夹具, 后保险杠安装支架其左右两件在夹具上的定位孔位置及大小完全一致, 而上件的左右两件区别较小, 这就造成工人操作上可能产生误操作, 将两件放错, 在量产的时候放错将造成后围板大量报废或是返修, 经济损失较大, 针对这一夹具问题, 我们判定夹具结构必须加以改进, 在右件定位孔附近增加防错结构, 让零件在放错的情况下无法夹紧, 作为一种被动保护, 从而保证焊接工作的正确进行。
2.2 夹具设计要满足汽车生产的规划要求
夹具的设计要满足汽车生产的规划要求。生产的节拍, 焊点的分配, 车身各零部件的焊接工艺流程, 夹具在生产车间的位置分布, 这些对生产规划来说都比较重要。因为我们设计的夹具是为了最终的汽车生产而设计的, 无论是试制还是量产, 它都必需满足生产规划的要求。当夹具设计与规划的中的一些因素有冲突的时候, 我们要能够及时地同他们部门沟通, 在条件允许的情况下, 各自做出适当的更改以满足夹具设计和生产规划的要求, 从而最终将工作干好。
3 夹具设计的定位元素
3.1 定位销
定位销是用于零部件定位的重要元素。在设计车身零件的焊接夹具时, 通常我们会设计一组由一个圆形定位销和菱形销组成的定位销组来进行定位, 保证在焊接过程中零件定位的精度, 和放取件的方便性。定位销我们根据使用形式可分为固定销, 伸缩销, 和摆动销。我们将使用方式为固定安装的销称为固定销。因为固定销易于安装, 并且制造加工比较方便所以在夹具设计时常常会使用到。但它的数量也不能太多。因为我们知道, 零部件都是通过销孔和定位销的销体接触, 形成定位。当一个零部件上的固定销太多时, 虽然在短期内易于保证精度, 但是由于定位销太多, 钣金件加工质量一致性难于保证, 而设计时设计的定位孔和销的公差范围比较小, 造成工人焊接上件, 和焊接完取件不方便, 经过多次的拿取操作后会造成定位销的磨损, 定位销的刚度也会受一定影响, 从而影响定位精度。因此, 我们设计的时候, 一套夹具的固定销数量一般不超过两个。伸缩销和摆动销也是用的比较多的一种定位销。当一套夹具需要多个定位销时, 而固定销的数量又受到限制, 我们就考虑设计时增加伸缩销或者摆动销。当然, 改变销的结构形式也需考虑零件的结构, 和预留的操作空间, 不能与零件有干涉。当定位销由于受到零件结构限制而不是水平的, 而是带有一定角度或者垂直于BASE板, 考虑到取放件的便易性, 我们也应将定位销设计成摆动或伸缩的。
3.2 定位块及压块
定位块和压块在夹具设计中也用的比较多, 他们分别起定位和压紧作用。定位块主要用于对面的定位, 它能保证一些重要的型面和功能面的尺寸。在设计的时候, 我们要根据工艺上要求的RPS并结合自己的经验来设计定位块的结构形式进行定位块的设计。压块主要是用于保证零件的压紧。它的设计主要考虑因素是能不能在保证压紧零件的同时, 又能保证焊枪良好的操作性。它的结构形式因而也会因为零件和其他夹具结构体的形式而不同。
结语
汽车白车身焊装夹具设计不仅涉及到夹具设计的基本理论和方法, 他同时与车辆工程, 车辆理论的相关知识密切相关。我们在设计焊装夹具的时候, 不仅要考虑夹具结构是否能满足准确定位零件, 我们还得考虑我们的夹具是否能保证重要功能尺寸, 在优先保证我们需要控制的尺寸的情况下, 满足其他的定位精度。要做到这一点, 我们就需要了解RPS的设置经验, 白车身零件的总装相关用途。另外, 对于在夹具设计中使用的定位销, 定位块和压紧块等元素也必需根据经验和相关标准进行分类选取和设计, 保证零部件的质量要求, 保证最大程度地满足生产要求。
参考文献
[1]杨握拴.汽车装焊技术及夹具设计[M].北京:北京理工大学出版社出版社, 1997.
[2]李丽霞.LG-1汽车车身焊装系统夹具的开发[D].天津:天津大学硕士学位论文, 2007 (07) .
车身结构 篇10
1 车身覆盖件
车身覆盖件是汽车车身的主要零件, 影响着汽车的美观程度, 因此质量要求比较高。
1.1 覆盖件外板
覆盖件外板主要包括顶盖、发动机罩外板、行李箱盖外板、前后门外板、前后翼子板、侧围外板等。这类外覆盖件的结构特点如表1[1,2]。
车身覆盖件外板使用要求及对应材料性能指标如表2。
(1) 钢板表面质量
车身覆盖件外板位于车身外表, 是车身造型的重要组成部分, 它直接决定车身外观的质量。因此, 对白车身覆盖件外板的表面质量要求很高, 一般轿车覆盖件外板外表面质量要达到FD水平, 粗糙度一般为Ra0.6～1.3μm, 同时钢板具有非时效性或非时效时间限制。
(2) 成形性
车身覆盖件外板冲压成形特点及对材料的性能要求如表3。
四门三盖 (前后车门、行李箱盖、发动机罩盖和顶盖) 的外板属于浅拉延成形件, 主要材料性能指标是伸长率和屈服伸长 (或称屈服平台) , 伸长率是零件拉延成形的需要, 而屈服伸长是因为表面件不允许产生滑移线;其重要指标是n值, 因为浅拉延件多处或大曲面均处于拉-拉应变 (如图1) , n值高有利于整件变形均匀化, 从而减轻零件成形后的面缺陷, 同时有利于零件形状的稳定性。
侧围外板和前后翼子板主要为胀形-拉延变形方式 (如图2) , n值、r值、屈服强度和伸长率是成形主要影响因素。高的n值、高的r值、低屈服强度和高的伸长率有利于零件冲压过程的稳定性。
(3) 抗凹性
抗凹性反映汽车覆盖件使用性能的重要特性。覆盖件的抗凹性取决于材料的屈服强度、成形件厚度, 以及零部件刚度 (与弹性模量、曲率有关) 等。研究表明, 钢板硬化指数n值也间接影响零件的抗凹性, n值越大, 板材成形性越好, 成形时塑性变形均匀, 覆盖件厚度方向变薄比较均匀, 产生缺陷较少[3～7]。目前, 为提高汽车覆盖件外板的抗凹性, 多采用烘烤硬化钢制造覆盖件外板。如一汽轿车生产的奔腾B50的四门、顶盖、前翼子板及行李箱外板材料均为烘烤硬化钢, 发动机罩外板材料为镀锌的烘烤硬化钢板。
(4) 抗腐蚀性
汽车覆盖件外板在使用过程中存在腐蚀问题, 它不仅破坏了汽车的外观, 还直接影响到汽车质量和寿命。避免和减缓腐蚀的措施很多, 除了优化设计、喷涂油漆、防腐工艺处理等, 选择耐腐蚀性优良的钢板材料也是解决腐蚀问题的方法[8]。目前, 车身覆盖件外板可采用镀锌板。
1.2 覆盖件内板
覆盖件内板主要包括发动机罩内板、行李箱盖内板、前后门内板等。图3分别为ASTRA汽车车门内板、行李箱盖内板和发动机罩盖内板结构[9]。
内板的主要作用为增强框架, 一般与外板通过翻边连接, 并涂有减振和密封胶, 如图4。内板多采用冲压成形, 多数内板冲有起加强作用的冲压筋, 又多冲孔洞和窝穴, 用以装附件[10]。
覆盖件内板的性能要求以及对应的材料性能指标如表4, 由于覆盖件内板对总成刚性起到增强作用, 形状也相对复杂。通过增加冲压筋等结构设计来提高内板刚度, 因此对钢板冲压成形性有要求, 高的r值和高的伸长率有利于内板的冲压成形。
2 车身构架
汽车的安全性是衡量汽车好坏的重要指标。为了达到结构安全性的要求, 各国都有强制性的标准。如我国的GB 11551乘用车正面碰撞乘员保护、GB 17354汽车前后端防护措施、GB 20071汽车侧面碰撞的乘员保护等;欧洲的正面碰撞试验法规ECE R94和侧面碰撞法规ECE R95;美国的正面碰撞法规FMVSS 208和侧面碰撞法规FMVSS214。为满足法规要求, 设计时应注意两个方面的要求。一是汽车的前后部结构, 尤其是前部结构要尽可能多地吸收撞击能量, 使作用于乘员上的力和加速度降到规定的范围内;二是控制受压各部件的变形过程及形式, 防止发动机舱内的部件 (如发动机和变速器等) 过多地侵入乘员厢, 导致乘员受伤害[11]。车身构架是车身安全设计的基础, 在一定程度上起着至关重要的作用。图5为ASTRA轿车车身构架[9]。
轿车车身构架结构复杂、零件种类繁多, 各零件的功能要求、材料性能要求各不相同。依据零件的功能和结构, 将车身构架零件大致分类如下。
2.1 底板总成
底板总成为零件焊接而成。对于承载式车身有强度、刚度要求高, 地板厚度为0.7～1.0 mm、门槛为1.5 mm, 地板冲有较深的加强筋, 以提高其整体刚度的要求。构成底板总成的零件形状复杂, 种类繁多, 功能特点和使用材料不同;成形方式涵盖了拉延、胀形、弯曲、扩孔等形式, 目前底板可采用拼焊板制造。为了适应拼焊板冲压生产的需要, 焊接过程需考虑焊接冶金质量、焊缝几何形状 (以防对成形性的不利影响和避免对模具的破坏) 、热应变值、焊缝和热影响区的韧性、焊接生产率等。拼焊板采用的焊接方法有激光焊、电阻焊、非真空电子束焊、氢弧焊、电磁感应焊等。激光焊焊道窄, 强度较高;滚压焊和氩弧焊焊道较宽, 强度略低, 但都稍高于母材;但这几种焊接工艺的焊缝对拼焊板的综合影响都相近[12～14]。图6为Skoda轿车底板总成[15]。以下对典型零件进行分析。
(1) 纵梁
纵梁是底板总成的重要零件, 它在车身结构安全性设计中具有代表性, 它不仅为汽车中许多重要功能零件提供安装点, 在汽车行驶中承受由地面传递过来的复杂的激振和动载荷, 同时作为主要的吸能元件在整车碰撞中扮演着至关重要的角色[11]。纵梁一般采用强度级别为200～590 MPa的高强度钢如HSIF、HSLA、DP等, 同时也可采用TWB。为达到碰撞时产生压溃式变形, 以吸收更多的能量, 设计时通常会预先设计一个薄弱区域, 如设计凹凸台, 以便引导纵梁在碰撞中产生需要的压溃式变形。图7为奔驰E级轿车前纵梁[16]。
纵梁的成形采用冲压工艺, 成形方式一般为胀形-拉延或弯曲。图8为小红旗轿车后纵梁零件成形的应变分布曲线。该零件的拉-压和拉-拉应变分布比较对称, 属于胀形-深拉成形类, 但拉-压和拉-拉应变值均不大。
(2) 支架类零件
支架类零件大多属于弯曲件。以红旗轿车侧支架为例, 它属于典型的弯曲件 (结构如图9) , 沿零件纵向为一大曲率半径弯曲, 横向有一小曲率弯曲, 纵横两个弯曲叠加构成该件的复杂性, 同时四周有法兰边, 增加了冲压成形的困难。
图10为侧支架成形的应变分布曲线, 大曲率半径弯曲类似胀形成形工艺, 因此产生拉-拉应变, 但数值不大, 而侧壁弯曲受法兰边的影响, 产生拉-压应变。该件所用材质为St14, 厚度0.8 mm。
2.2 结构加强件零件
在汽车车身中, 结构加强件的种类多、数量大, 主要起到加强结构强度和刚度的作用。其性能要求与对应的材料性能指标如表5。
结构加强件多为弯曲成形件, 对材料的要求为低的屈服强度, 以保证零件成形后的弹性恢复, 确保零件形状的稳定性和良好的装配性, 而屈服强度低时, 降低了零件成形的初始抗力, 有利于零件的成形;其他重要指标是伸长率, 因为弯曲部位属于平面应变, 伸长率高有利于平面应变值的增加。
2.3 安全结构件
(1) A、B柱
轿车的A、B柱是车身十分重要的结构件, 要求采用强度级别很高的材料, 属于汽车车身所用材料强度级别最高的零件之一。由于A、B柱相对而言形状复杂, 多采用冲压成形, 但是对于高强度钢, 在冲压过程中存在较大的回弹, 因此冲压成形性较差。近几年发展起来一种新的成形技术——热冲压成形[17,18]。目前, 热冲压成形钢 (MnB钢) 在欧美和日本主要汽车制造企业已经开始使用, 有很多汽车的A、B柱采用这种成形方式生产, 如大众Polo V、奔驰E级车、斯柯达YETI等。但是由于这种工艺设备比较昂贵, 在国内并没有得到广泛的应用。
(2) 前后保险杠和车门防撞梁
设计汽车前后保险杠时需解决以下矛盾。
a.要求保险杠刚度高, 碰撞时具有小的变形量, 同时碰撞行人时, 对行人要有缓冲保护;
b.要求防撞梁尽可能减轻质量, 但是又要提高其高速碰撞性能;
c.要适应汽车前端的造型设计, 但又必须达到国际或国家的标准要求;
d.在原材料不断涨价的时候, 要尽可能降低成本。
为满足上述设计要求, 目前多采用对防撞横梁、吸能块及吸能盒的系统整体开发, 协调各组件的尺寸、位置、相对硬度、能量吸收模式等, 以达到最佳的防撞吸能效果。图11为保险杠整体开发组件。
保险杠横梁多为等截面零件, 目前多采用超高强度或者先进高强度钢制造, 可以采用辊轧成形技术。辊轧成形具有以下优点。
a.辊轧成形可以利用近乎100%的原材料, 材料利用率比冲压成形高很多。
b.辊轧成形生产线可以实现在线冲孔、焊接、滚弯及切断, 从而大大降低半成品的废品率, 提高生产效率。
c.辊轧工艺可以完成对超高强度钢材 (1 500MPa) 的成形加工。
d.辊轧工艺有效控制超高强度钢在成形过程的回弹, 保证了精准的制成品。
目前, 国内的辊轧技术可以制备最高1 200 MPa的保险杠横梁, 如上海通用汽车的B型保险杠横梁采用1 000 MPa以上的钢板辊轧成形。车门的防撞杆也可采用这种工艺制备, 如一汽-大众第六代Golf车门防撞杆, 1 200 MPa的钢板辊压成形, 然后激光拼焊。除了这些高强度钢板, 铝合金也可应用于保险杠横梁, 如Opel ASTRA汽车的前后保险杠横梁就采用6系铝合金制造。
3 车身用材料发展趋势
3.1 钢铁材料
汽车减轻质量、节能、提高安全性、降低排放等方面的要求, 使汽车用钢板向着更高强度的方向发展, 同时要制造复杂形状零件, 又要求钢板具有较高的塑性。因此, 先进高强度钢的发展趋势是同时具有高强度和高伸长率。图12给出了汽车用常规钢种和先进高强度钢种强度与伸长率关系。国外钢铁企业十分注重先进高强度汽车钢板的开发研究, 近年来DP钢、TRIP钢、CP钢和MART钢等在汽车部件上的用量明显增加, 第二代、第三代先进高强度TWIP、淬火分配钢等钢种的开发与商业化生产正在积极探索中。随着国内汽车工业的发展, 对于优质汽车用钢的要求越来越高, 需求量也越来越大。国内钢铁及汽车企业应及时掌握国内外先进高强度汽车钢板的发展动向, 适时进行产品开发及应用技术的研究工作, 使我国汽车用钢达到世界先进水平[19,20]。
3.2 轻金属合金
车身结构 篇11
随着全球能源紧缺与环境恶劣等问题日益突出, 人们越来越重视节能减排, 并在一定程度上形成了共识。电动客车利用电力驱动, 不仅实现了能源利用的多元化, 而且作为城市绿色公共交通工具之一, 越来越受到人们的青睐。
承载式大客车的客车车身骨架是整车的基础, 车身的骨架由一系列各种截面形状的钢管构成的复杂空间结构, 此骨架结构承担了客车的载荷。电动公交客车与传统能源公交车在车身结构以及布置方式等方面存在诸多不同, 通过有限元分析方法对电动客车进行车身结构刚度强度分析, 可以缩短客运企业的研发周期, 有效降低成本。
车身结构有限元模型的建立
为了能够正确反应客车受力的情况, 需要建立起与原结构等效的有限元模型。有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性, 因此选用恰当的单元、合理的划分网格就是这一阶段的重要任务。
有限元模型简化
在建立该客车结构的有限元模型时, 尽量避免使问题过于复杂, 应在保证模型尽可能反应实际结构的基础上, 对模型进行一些必要的简化。因此根据实际情况和工作站中计算机的求解能力对客车车身骨架有限元模型进行如下的简化:
1.忽略一些小尺寸结构, 如:小孔、开口、翻边等;忽略一些非承载构件, 如:方向机支架、挡风玻璃等;
2.忽略车身蒙皮。研究表明客车蒙皮对车身结构的强度具有加强作用, 忽略蒙皮后的计算结果更安全;
3.客车车身骨架横纵梁焊接处采用节点合并的方式进行焊接的模拟;
4.将空间曲梁简化为直梁处理, 如:将前、后围中存在的曲梁简化为若干小段直梁来处理;
5.对客车空气弹簧悬架系统进行简化, 建立合理的等效悬架系统, 使有限元结构的受力更加接近真实情况。
载荷处理
客车的载荷可分为内部载荷和外部载荷, 内部载荷是客车车身骨架的自重, 外部载荷是作用在电动客车车身骨架结构上的载荷, 分为以下两种:
1.集中载荷。当外部载荷的作用范围较小时, 可将这种载荷作为集中载荷来处理, 如电池组、电机、变速箱、方向机总成的重量都是以集中载荷的形式加载在车身骨架上的, 本文采用CONM2单元来模拟加载。采取在质心坐标处建立质量单元, 然后RBE2单元与加载的杆件相连接的方式处理。
2.均布载荷。当外部载荷作用范围较大时, 可将这种载荷作为均布载荷来处理, 如乘客的载荷、顶置空调的载荷等。本文采用平均质量点直接加载在相应的节点上的方法处理。
车身结构有限元的分析
本文的研究对象是轻量化设计后的城市电动客车, 日常使用路况良好, 所以通过对比该电动客车轻量化设计前后的结构, 对满载弯曲工况、左前轮悬空工况、紧急制动工况进行有限元分析, 分析该客车车身骨架的强度和刚度是否满足要求。
满载弯曲工况
整车加载及约束如下:
优化改进建议
经对比分析, 在满载工况下, 轻量化后车身在满载弯曲工况、左前轮悬空工况以及紧急制动工况的对比中, 变化相差不大, 在合力范围内。根据两模型左前轮悬空工况对比及分析, 底架前段连接梁和侧围骨架一斜撑应力较大。通过合理调整设计结构, 延长连接梁50mm, 延长后应力对比如下图所示, 最大应力由391Mpa降至为204Mpa。
增加斜撑壁厚1m m, 计算结果对比如图4-2所示, 加壁厚前最大应力为391.750Mpa, 对其斜撑增加1mm壁厚后, 最大应力为262.564Mpa, 效果明显。