车身设计第一章概述.docx

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车身设计第一章概述

第一章车身概论

汽车是一种以自身动力驱动，不依靠轨道和架线，具有四个或四个以上车轮，驾驶室与车厢一体或固装在同一车架上，能在道路上行驶的轮式交通运输工具，以及由此派生出来的具有其他特殊用途的无轨自动车辆。

随着国民经济的不断发展，汽车已成为当前极为重要的交通运输工具。

我们身边的汽车随处可见。

同时，我们也知道，汽车工业对其它各行业发展的带动作用也非常突出。

要想使汽车工业真正成为我们的支柱产业，就必须掌握汽车设计的各项技术。

汽车的普及和发展促进了经济的发展和社会的现代化，带动了一系列产业的地技术革命，如冶金、机械、电子、化工、石油塑料、玻璃、橡胶等。

在扩大汽车服务领域和满足各方面多样化要求的前提下，作为汽车上三大总成之一的车身，已后来居上越来越处于主导地位。

据统计，客车、轿车和多数专用汽车车身的质量约占整车自身质量的40％～60％；货车车身质量约占整车自身质量的16％~30％；其各车型的车身占整车制造成本的百分比甚至还略超过以上给出的上限值。

因此，仅从这个意义上来衡量汽车车身，其经济效益也远远高于其它两大总成。

轿车的车身约占整车总成本的1/2~1/3，是轿车产品商品性的重要标志。

所谓车身，直观地说就是人们无论在车内还是车外一眼就能看见的那部分，它包括发动机舱、乘坐舱、行李舱和车窗、车门等。

它是汽车上载人或载物的容舱。

车身应给驾驶员提供便利的工作条件，给乘员提供舒适的乘坐条件，保护他们免受汽车行驶时的振动、噪声、废气的侵袭以及恶劣气候的影响，并保证完好无损地运载货物且装卸方便。

轿车车身上的一些结构措施和设备还应有助于安全行车，并能减轻事故的后果。

车身应保证汽车具有合理的外部形状，在汽车行驶时能有效地引导周围的气流，以减少空气阻力和燃料消耗。

车身应有助于提高汽车的行驶稳定性和改善发动机的冷却条件，并保证车身内部良好的通风。

轿车车身还应该是一件精致的综合艺术品。

随着社会对节能和环保的日益重视，如果从节能、节材（两者都与汽车的轻量化有关）等几方面来考虑，则车身的潜力更大。

技术对社会生产的发展起着巨大的推动作用，国内、外车身制造和装配等工艺流程都应用了大量的尖端科技，机械化和自动化程度可以达到很高，但是仍有两化无能为力而又必须由手工操作来完成的部分（特别是车身的内、外装饰和附件的装配等）。

例如，国外很多车身制造厂对焊接件和车身板金件，都逐个进行手工打磨抛光和补焊。

很多高档轿车更是以手工作为卖点，由此可见，手工细作往往是保证优质产品的重要一环。

因此，从整个车身来看，又堪称为技术密集型和劳动密集型相结合的产品。

综观世界汽车工业沿革，我们可以看出，现代汽车是沿着“底盘”－“发动机”－“车身”逐步发展完善过来的。

这个发展过程在很大程度上取决于当时的科学技术水平和物质生活条件。

汽车与人们的日常生活息息相关，为了适应各种不同目的和用途乃至车辆的更新换代等，汽车都会有所变化，而其关键则在于车身。

因此，车身工程是汽车工业中最年轻而又发展最迅速的一个分支。

车身技术一直是我国汽车工业中的薄弱环节。

而轿车发展的关键主要就在车身技术上。

国内、外汽车生产的实践也不断表明：

整车生产能力的发展取决于车身的生产能力；汽车的更新换代在很大程度上也决定于车身；在基本车型达到饱和的情况下，只有依赖车身改型或改装才能打开销路。

凡此种种都说明，汽车工业发展到今天成为重要的支柱产业，而重中之重非车身莫属，因此，国家非常注重车身技术的引进和研发。

1-1车身的特点

一、车身的涉及面

车身是汽车上的三大总成之一，但除了在整车总布置时受制约于汽车上的其它总成外，外形、制图与结构设计计算方法、制造与装配工艺以及所采用的材料等方面均与其它总成相差较大。

汽车车身受到质量或空间的限制。

其涉及面之广早已远远超出一般机械产品的范畴，如：

车身造型艺术、内部装饰、取暖通风、防振隔音、密封、照明、座椅设计、人体工程等方面；车身材料有逐渐扩大非金属化的趋势；车身零部件的加工方法也是各式各样的（如：

冷冲压、各种型式的焊接、喷漆、电镀、塑料成形等）。

由此可见，汽车车身的设计与制造需要综合运用各种不同领域的知识。

二、车身造型

我们对汽车最直观的了解来自于车身造型，也就是我们所说的汽车外形。

在汽车已成为一种普及的现代化交通工具的今天，它动感的造型再加上装饰和色彩，既可以美化市容、点缀大自然环境，又能给人以美的享受和强烈的精神感染。

这一点从人们对概念车的热衷就能够感觉出来。

汽车车身造型是随着汽车工业的发展而逐渐发展起来的。

如今，它已由最初的对汽车车身那种附加的美化工作逐步地发展成为探讨车身的整体艺术形象、研究和利用各种日新月异的材料的装饰性能及其生产方式的学科，同时还需权衡车身造型对整车结构、性能和工艺的影响。

世界各国汽车（特别是轿车）车身造型的流行式样不断更新和变换，但总能找出其共同的基本趋势。

车身造型的发展与车身的生产方式、使用要求以及时代特征等都有密切关系。

轿车车身的发展过程最富有特色、最具直观感的首先是车身外形的演变，它经历了具有里程碑意义的5个代表阶段，分别是厢形车、甲壳虫形车、船形车、鱼形车和楔形车。

一般来说，汽车更新换代（主要是车身）大体上为8～10年一个周期。

从世界各发达国家各种车型车身的造型演变过程可以看出，各国在车身造型上均有其特点，即通常所谓的风格（Style）。

三、车身材料

通常，我们在进行车身设计时，往往习惯于追求强度这个因素，但是仅靠提高车身强度是远远不够的，汽车是在大自然的各种气候条件和复杂工况下运行的，长期的使用实践表明，锈蚀常常是降低车身使用寿命的主要因素。

因此，金属材料的防锈具有极为重要的经济价值。

试验表明，镀锌钢板具有良好的防锈蚀性能。

1972年美国汽车工业开始大量采用镀锌钢板。

国外汽车车身镀锌钢板的镀锌层厚度一般为7.5－10μm。

热镀锌钢板的制作工艺简单，钢板从450℃的镀锌槽中通过即被镀上一层金属锌。

这种特制钢板的价格仅比普通钢板高10％左右，但耐锈蚀能力却大为提高。

以非金属材料代替部分金属材料，在金属材料中又以非铁（有色）金属取代部分钢铁，如今已成为材料应用的总趋势。

例如，宝马汽车公司新推出的一款概念车就采用布面车身，能够变形，给人耳目一新的感觉。

就非金属材料而言，以国产EQ240型货车为例。

该车所用非金属材料制成的零件约有400多种，大概占整车零件总数的10％。

如按质量估算，其非金属材料的总质量约536kg，占汽车自身质量的12.5％。

美国洛克威尔（Rockwell）公司的塑料分部研制了一种新型的轻型货车车身，其整体式发动机罩、翼子板、车门和驾驶室等都是用玻璃钢成形板制成的，从而使整车质量减少约227kg。

轿车碰撞试验研究表明，乘客室必须具有足够的刚性，以确保撞车时乘员的生命安全，而车辆的前部和后部相对于乘客室来说则应富有一定挠性，以起到吸能缓冲保护乘客室的作用，因此，轿车的前、后保险杠均趋向于采用复合材料（如聚氨酯或聚丙烯等）。

从国外汽车车身用材的发展来看，为了轻量化以及提高安全性和舒适性，非金属材料的用量逐年有所增加。

1-2车身及其名词术语

一般来说，车身包括白车身及其附件。

白车身通常系指已经装焊好但尚未喷漆的白皮车身（Bodyinwhite），此处主要用来表示车身结构件和覆盖件的焊接总成，此外尚包括前、后板制件与车门，但不包括车身附属设备及装饰件等。

参照相关国家标准，车身覆盖件通常指覆盖车身内部结构的表面板件，车身结构件则系支撑覆盖件的全部车身结构零件的总称。

车身结构件和覆盖件焊（或铆——如大客车车身）接在一起即成为车身焊（铆）接总成，该总成必须保证车身的强度和刚度，它可以划分为地板、顶盖、前围板、后围板、侧图板、门立柱和仪表板等分总成。

车身前板制件一般是指车头部分的零部件，包括水箱框架和前脸、前翼子板、挡泥板、发动机罩以及各种加强板、固定件等。

下面我们来看P6的图1-8。

1-3车身的承载类型和构造

汽车的品种很多，车身的形式各异，新老结构型式交织在一起，难以确切下定义和予以统一命名，往往容易造成混淆，这样就给人们分门别类去认识它和研究它带来一定的困难。

尽管一般也可按用途（例如：

轿车、大客车、货车和专用汽车车身等）和所用材料（如金属、非金属和钢木混合等）来进行分类，从结构和设计观点按车身承载型式来分类是较为明确而又合理的。

按承载型式不同，可将车身分为非承载式、半承载式和承载式三大类。

一、非承载式（有车架式）

非承载式也称为有车架式。

车架是跨装在汽车前、后轴上的桥梁式结构，其主要结构型式归纳起来不外乎框式、脊梁式和综合式等三大类。

框式又可以划分为边梁式和周边式两种。

货车（除微型货车外）与在货车的三类或二类底盘基础上改装成的大客车和专用汽车以及大部分高级轿车（出于对舒适性的要求），都装有单独的车架。

此时车身系通过多个橡胶垫安装在车架上，当汽车在崎岖不平的路面上行驶时，车架产生的变形由橡胶垫的挠性所吸收，载荷主要由车架来承担，因此，这种车身结构应是不承载的。

但实际上，由于车架并非绝对刚性，所以车身仍在一定程度上承受着由车架弯曲和扭转变形所引起的载荷。

（一）框式车架

1．边梁式（或梯形）车架

此式车架结构便于安装车身（包括驾驶室、车箱或其它专用车身乃至特种装备等）和布置其它总成，有利于满足改装变型和发展多品种的需要，所以被广泛采用在货车、大多数专用汽车和直接利用货车底盘改装的大客车以及早期生产的轿车上。

2．周边式车架

周边式车架实际上是适应轿车车身地板从边梁式派生出来的，目的主要在于尽量降低地板高度。

其最大特点是：

缓冲臂具有一定程度的弹性变形，可以吸收来自不平路面的冲击和降低车内的噪声。

此外，由于车架中部的宽度接近于车身地板的宽度，从而既提高了整车的横向稳定性，又减小了车架纵梁外侧装置件的悬伸长度。

这种型式车架的缺点是结构复杂而且成本较高，所以仅广泛采用在高级和中级以上的轿车上。

（二）脊梁式车架

这种车架主要是由一根位于车身对称中心线上的较粗的纵向钢管和若干根横向悬伸托架所构成，其特点是具有很大的抗扭刚度，结构上容许车轮有较大的跳动空间，便于装用独立悬架，因此被采用在某些高越野性汽车上，但由于此种车架制造工艺较复杂且维修不便，故应用不广泛。

（三）综合式车架

它是综合上述两种型式而成的，多采用于轿车上。

车架的前、后端均近似于边梁式车架，中部为一短脊梁管，前、后两端便于分别安装发动机和后驱动桥。

中部脊梁的宽度和高度较大，可以提高抗扭刚度，有时也称为X形车架。

货车驾驶室是最典型的非承载式车身的实例。

非承载式车身结构的优点：

1）延长了车身的使用寿命，提高了乘坐舒适性，所以，目前此种车身结构型式仍较广泛地被采用于高级轿车上。

2）底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作。

3）由于有车架作为整车的基础，便于各总成和部件的安装，同时也易于更改车型和改装成其它用途的车辆，所以，货车和专用汽车以及非专业厂生产的大客车长期保留有车架。

4）发生撞车事故时，车架还可以对车身起到一定的保护作用。

缺点：

l）由于设计计算时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度，从而导致整车自重力增加。

2）由于底盘和车身之间装有车架，使整车高度增大。

3）车架是汽车上最大而且质量最大的零件，所以必须具备有大型的压床以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。

二、半承载式

半承载式是一种过渡型的结构，车身下部仍保留有“车架”，不过它的强度和刚度可稍低于非承载式的车架，此种结构型式主要只出现在大客车上。

这种结构的主要特点是：

车身下部与底架组合为一整体，车身也能分担部分弯曲和扭转载荷。

由于此种车身结构型式还保留有底架，因此，大客车的轻量化仍受到一定程度的限制。

三、承载式（无车架式）

为了进一步减轻汽车的自重力以及使车身结构合理化，在大客车和轿车上采用无车架的承载式结构。

将承载式大客车车身分为基础承载式和整体承载式两种。

（一）基础承载式

这种结构的底部纵向和横向构件一般可采用薄壁型钢或薄板来制造。

其高度可达0.5m左右，故可充分利用车身地板下面的空间来作为行李舱，但因底部结构的截面高度较大，导致车身地板离地距离太高，因此这种型式的车身只宜采用在长途或旅游大客车上。

目前欧洲不少国家的厂家生产的大型旅游客车，其地板以下为一较强的空间框架，一般称之为格栅式（Grilletype）结构。

（二）整体承载式

顾名思义，这种结构应是整个车身都参与承载，由于车身的上、下部结构形成一个统一的整体，在承受载荷时，以强济弱，可使整个车身壳体达到稳定平衡状态。

轿车承载式车身（如图1－25和图l－26所示），其前端由两根前纵梁、前围板、两侧挡泥板、前围内侧板等形成一刚性较强的框架；车身中部系由左、右侧围（包括车门上框、门槛梁和前、中、后立柱等）和地板、顶盖、前围板、前风窗框、行李舱围板、后窗框等构成的盒形结构；其后端则由与后纵梁相焊接的行李舱地板及后轮内、外轮罩所构成。

由于改善视野性的需要，趋向于增大玻璃部分的总面积，相应地就要求减小腰线以上的立柱、门框和窗柱的截面尺寸以及采用扁平的顶盖，所以轿车承载式车身的强度和刚度通常主要由车身下部来予以保证。

在车身前部和后部均为弹性结构而中部为刚性结构的情况下，能确保乘员安全。

按照这种刚性匹配方案设计制造的汽车称为安全汽车。

承载式车身的主要缺点在于：

1）由于取消了车架，振动和噪声将直接传给车身，因此会大大恶化乘坐舒适性。

2）改型较困难。

从节能、轻量化和降低车高的角度出发，展望轿车车身结构的发展趋势，似乎应是承载式车身，但是对于美国、日本、德国、法国、意大利、英国和苏联等发达国家，近年来他们生产的轿车结构分析的统计表明，即使是整体承载式车身，其前端和后端大多数仍加装副车架（Subframe）如图1－32所示，或是前端装有副车架（图1-33），后者也称为短车架或部分式车架（Stubframe），这主要是为了改善乘坐舒适性的缘故。

因此，严格说来，这类车身似应归之于半承载式。

1-4车身设计的主要因素、设计要求及原则（轿车）

一、决定车身设计的主要因素

1、车身造型

车身造型是车身设计中确定产品形象的过程，一般包括市场调查、车型比较、了解用户对车身外观的审美要求（如外形、色彩、样式等），造型，外形构思，模型制作等。

车身造型对产品参与市场竞争有着重要的作用，是各汽车生产公司产品竞争的重要内容。

2、车身布置型式

影响车身设计中布置型式的因素，主要有发动机及传动系的布置型式（FF型、FR型、RR型）和车身布置型式（紧凑型、多用途旅行车等）。

3、新材料、新工艺的应用和车身结构的发展

新材料、新工艺的应用促进了车身结构的发展和车身的轻量化，给车身结构设计提供了方便。

车身构件的大型化、成型技术发展带来了车身表面的平整化，减少了车身的结构件数，提高了车身的刚性，进一步实现车身结构的轻量化。

非金属材料的应用，带来了车身结构设计的变革，使车身外形设计具有更大的造型自由度，提高了安全性。

4、电子控制技术的应用

电子控制技术应用于车身设计，改变了驾驶操纵形式和操纵结构的外观，提高了车辆的自动控制能力。

5、计算机技术的应用

从车身设计手段来看，CAD/CAE/CAM技术的发展，创造了更高的设计效率，能够提供多种车型方案。

6、空气动力学的研究及应用

在车身外形设计中，如何应用空气动力学原理来塑造车身形体以成为车身造型设计主要考虑的方面。

7、人体工程学的研究及应用

人体工程学的研究及应用是改进汽车使用性能的最直接的措施，特别是对驾驶条件及乘用环境的改进尤为显著，是进行车身室内布置设计的理论依据。

8、安全问题、公害问题和车身抗腐蚀方面的法规和标准

近年来，关于车辆的安全性、公害限制和车身抗腐蚀方面的法规和标准已经成为车身设计必须考虑的因素。

反过来，这些标准和法规促进了车身结构、新材料、新技术的不断发展，也促进人体工程学的进一步研究与发展。

二、车身设计要求

1、车身结构强度必须能够承受在其整个使用寿命内可能达到的所有静力和动力载荷；

2、车身布置必须提供舒适的室内空间、良好的操纵性和乘坐方便性以及对大自然影响的抵御能力；

3、车身必须具有良好的对车外噪声的隔音能力；

4、车身的外形及布置必须保证驾驶员和乘员有良好的视野；

5、车身材料必须是轻质的，以使整车重量降低；

6、车身外形必须具有低的空气阻力，以节省能源；

7、车身结构和装置措施必须保证在汽车发生事故时对乘员提供保护；

8、车身结构材料必须来源丰富、成本低，所选择的材料必须能够实现高效率的制造和装配；

9、车身结构设计和选材必须保证车身在整个使用期间满足对冷、热和热腐蚀的抵抗能力；

10、车身材料必须具有再使用的性能；

11、车身的制造成本应足够低。

三、设计原则

1、车身外形设计的美学原则和最佳的空气动力特性原则；

2、车身内饰设计的人机工程学原则；

3、车身结构设计的轻量化原则；

4、车身设计的“通用化、系列化、标准化”原则；

5、车身设计符合有关的法规和标准；

6、车身开发设计的继承性原则。