20汽车车身结构与设计毕业论文设计.docx

1、20 汽车车身结构与设计毕业论文设计毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：汽车车身结构与设计姓 名： 、 编 号： 、 、技术学院 年 月 日、技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 、 专业 汽车运用技术 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 汽车车身结构与设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 、 系（部）主 任 、 年 月 日、技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录机械工程 系 汽车运用技术 专业，学生 、 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 汽车车身结构与

2、设计 专题（论文）题目： 汽车车身结构与设计 指导老师： 、 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 、 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 、技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 、 专业 汽车运用技术 年级 08级 毕业设计（论文）题目： 汽车车身结构与设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日 毕业设计（论文）及答辩评语： 摘要随着中国加入世界贸易组织，中

3、国的汽车工业开始融入全球的竞争之中，入世成为中国汽车工业的巨大推动力量，使它的发展进入了一个全新的时期同时，也将面临严峻的考验。在如此激烈的市场竞争中，若想占有一席之地，就必须具有过硬的产品质量，先进的技术水平，才能不断地发展自己，巩固自己，才能适应新形式的需要，在发展中立于不败之地，因此，如何在设计阶段提高车身制造质量在当前就显得尤为重要。本文就目前的汽车车身的发展现状，进行有关车身的探讨和研究，并从车身造型演变及发展现状，车身概述，车身外形的设计方法等方面对汽车车身进行了阐述和分析，并进行了相关的设计与构思。以期达到对汽车车身更好的探讨和理解。关 键 词：车身概述，发展现状，车身设计,功能

4、设计论文类型：毕业设计ABSTRACTWith Chinas accession to the World Trade Organization, Chinas auto industry began to integrate into the global competition among the WTO to become a huge driving force for Chinas auto industry, its development has entered a new period, but also will face a severe test . In such a

5、fierce market competition, if you want a place to be with excellent product quality, advanced technology in order to continue to develop their own, to consolidate themselves in order to adapt to new forms of need, in an invincible position in the development of Therefore, how the body manufacturer i

6、n the design phase to improve the quality of the current is particularly important. In this paper, the development of the current status of the car body, and the relevant body of research and development from the evolution and status of body shape, body outlines, body shape design methods, are descr

7、ibed on the car body and analysis, and the correlations The design and concept. To achieve a better body of the car and understanding.KEY WORDS: Body outlines, development status, body design, accessories designDissertation Type: Graduation目录 绪论汽车造型的演变及发展现状一部好的汽车特别是高档次的轿车给人们的第一印象即是它的外表汽车车身,因而其背后的汽车车

8、身制造工程技术尤为重要。从19世纪末到20世纪初期，汽车设计师把主要精力都用在了汽车的机械工程学的发展和革新上。到了20世纪前半期，汽车的基本构造已经全部发明出来后，汽车设计者们开始着手从汽车外部造型上进行改进，并相继引入了空气动力学、流体力学、人体工程学以及工业造型设计(工业美学)等概念，力求让汽车能够从外形上满足各种年龄、各种阶层，甚至各种文化背景的人的不同需求，使汽车成为真正的科学与艺术相结合的最佳表现形象，最终达到最完善的境界。汽车造型师们把汽车装扮成人类的肌体。例如：汽车的眼睛-前照灯；嘴进风口；肺-空气滤清器；血管油路；神经一电路；心脏一发动机；胃-油箱；脚轮胎；肌肉-机械部分。力

9、图将一个冷冰冰的机械注入以生命，使之具有非凡的艺术魅力，给人以美感。汽车车身形式在发展过程中主要经历了马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔形汽车等。马车型汽车我国古代早有“轿车”一词，是指用骡马拉的轿子(图1-9)。当西方汽车大量进入中国时，正是封闭式方形汽车在西方流行之时。那时汽车的形状与我国古代的“轿车”相似，并与“轿车”一样让人感到荣耀。于是，人们就将当时的汽车称为轿车。最早出现的汽车，其车身造型基本上沿用了马车的形式，因此称为“无马的马车”英文名Sedan就是指欧洲贵族乘用的一种豪华马车，不仅装饰讲究，而且是封闭式的，可防风、雨和灰尘，并提高了安全度。18世纪这种

10、车传到美国后，也只有纽约、费城等少数大城市中的富人才有资格享用。1908年福特推出T型车时，车身由原来的敞开式改为封闭式，其舒适性、安全性都有很大提高。福特将他的“封闭式汽车”(Closedcar)称为Sedan。著名的福特T型车是马车型汽车的佼佼者。箱型汽车美国福特汽车公司在1915年生产出一种不同于马车型的汽车，其外形特点很像一只大箱子，并装有门和窗，人们称这类车为“箱型汽车”。因这类车的造型酷似于欧洲贵妇人们用于结伴出游和其他一些场合的人抬“轿子”式轻便座椅，所以它在商品目录中被命名为“轿车”。甲壳虫型汽车1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车

11、身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。从20世纪30年代流线型汽车开始普及到40年代末的20年间，是甲壳虫型汽车的“黄金时代”。船型汽车1945年，福特汽车公司重点进行新车型的开发，经过几年的努力，终于在1949年推出了具有历史意义的新型V8型福特汽车。因为这种汽车的车身造型颇像一只小船，所以人们称它为“船型汽车”。福特V8型

12、汽车的成功之处不仅仅在于它在外形设计上有所突破，而且它还首先将人体工程学的理论引入到汽车的整体设计上，取得了令人较为满意的结果。所谓人体工程学，就是用科学的方法解析的形体和能力，设计与之相吻合的机械与器具。船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车，并且还较好地解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。现在，福特公司的那种具有行李箱的四门四窗的轿车，已被全世界确认为轿车的标准形式。鱼型汽车为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从汽车背部

13、形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察，会发现鱼型汽车的背部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。另一方面，鱼型汽车是由船型汽车演变而来的，所以基本上保留了船型汽车的长处，诸如车室宽大，视野开阔，车身侧面的形状阻力较小，造型更具有动感，乘坐舒适等，这些都远远地超过了甲壳虫型汽车的性能。另外，鱼型汽车还特别地增大了行李舱的容积，所以更适合于家庭外出旅行等使用。正因为如此，鱼型汽车才得以迅速地发展。但也同时存在着一些致命的弱点：一是由于鱼型车的后窗玻璃倾斜得过于厉害，致使玻璃的表面积增大了一至二倍，强度有所下降，产生了结构上的缺陷

14、；二是当汽车高速行驶时汽车的升力较大。鉴于鱼型汽车的缺点，设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼型鸭尾式”车型。楔形汽车“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型楔形。这种车型就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。第一次按楔形设计的汽车是1963年的司蒂倍克阿本提，这辆汽车在汽车外形设计专家中得到了极高的评价。1968年，通用公司的奥兹莫比尔托罗纳多改进和发展了楔形汽车，1968年又为凯迪拉克高级轿车

15、埃尔多所采用。楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空气动力学)等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的快捷感。 日本丰田汽车有限公司的MR2型中置发动机跑车(尾部装有挠流板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适性恰当地予以结合，在充分考虑到以上两个关键

16、问题的基础上，努力开发人体工程学领域的新技术，以设计、制造出更完美、更优秀的汽车为目标的。总有一天，汽车驾驶室会形成带有优美曲线的“玻璃罩”。与之交相辉映的是具有几何形态的车体，透着浑圆和流线风格。那时，汽车色彩的喷涂将在鲜艳中体现出柔和感和透明感，因而会格外赏心悦目。纵观世界上车身的总体发展情况，可以看出，随着计算机技术的迅猛发展，特别是高速处理终端及工作站出现以后，计算机几何图形处理技术得到进一步的完善，从二维、三维线框已发展为三维实体造型。已形成一体化的CAD、CAM集成系统，使车身造型直接在计算机上完成，使模型加工精度大大提高，使实车碰撞试验得以用模拟性方式进行。有限元技术使车身结构设

17、计由复杂变得简单，并可对车身结构的性能进行测定和分析。事实证明这些现代化的产品开发手段有效的缩短了车身开发周期，而且极大提高了车身设计品质。此外，先进的生产工艺和高自动化的加工设备，也极好的保证了车身的制造品质。如今，轿车产品之间的竞争，从某种意义上说，主要体现在车身造型的变化上面。更新快，造型美的车型，会为产品在竞争中取胜奠定基础。为此世界各大汽车公司都开发出了自己的CAD、CAM车身外形及内饰开发系统，充分利用现代车身设计方法进行车身的研制工作。可以相信，不断更新和完善的现代化车身开发手段会促进轿车车身的产品技术水平越上一个更高的平台。汽车车身概述车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载

18、式和承载式(或称全承载式)三种。 非承载式车身的特点是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。在此种情况下，安装在车架上的车身对车架的加固作用不大，汽车车身仅随本身的重力，它所装载的人和货物的重力及其在汽车行驶时所引起的惯性力和空气阻力。而车架则承受发动机及底盘各部件的重力，这些部件工作时通过其支架传递的力以及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传来的力(最后一项对车架或车身影响最大)。 半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接。在此种情况下，汽车车身除了承受上述各项载荷外，还在一定程度上有助于加固车架，分担车架的部分载荷。承载式车身的特点是汽车没有车架，车身就作为发动机和

19、底盘各总成的安装基础。在此种情况下，上述各种载荷全部由汽车车身承受。为了减小汽车的整车质量和节约材料，大多数中级、普通级、微型轿车和部分客车车身常采用承载式结构。货车驾驶室只占汽车长度的小部分，不可能采用承载结构。没有完整的封闭构架的开式车身(敞篷车)也很难采用承载式结构。高级轿车车身如果为了提高汽车的舒适性，减轻发动机及底盘各总成工作时传来的振动及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传给车身的冲击，则可采用非承载式结构。轿车车身和货车驾驶室轿车车身和货车驾驶室都没有明显的骨架，而是由外部覆盖零件和内部板件焊接而成的空间结构。承载式车身的地钣有较完整(厚度也较大)的纵、横承力元件，其前部有两根断面尺

20、寸较粗大的纵梁，它们往往与两侧的前挡泥板和前面的散热器固定框等焊接成刚性较好的空间构架，以便直接安装发动机和前悬架等部件并承受其工作载荷。与此相反，非承载式轿车(长头式货车的情况亦相同)的车身前部就较薄弱，其车前件通常不是焊接在车身壳体上，而是用螺钉相互连接起来并安装在车架上。 发动机盖 发动机盖(又称发动机罩)是最醒目的车身构件，是买车者经常要察看的部件之一。对发动机盖的主要要求是隔热隔音、自身质量轻、刚性强。发动机盖的在结构上一般由外板和内板组成，中间夹以隔热材料，内板起到增强刚性的作用，其几何形状由厂家选取，基本上是骨架形式。发动机盖开启时一般是向后翻转，也有小部分是向前翻转。向后翻转的

21、发动机盖打开至预定角度，不应与前档风玻璃接触，应有一个约为10毫米的最小间距。为防止在行驶由于振动自行开启，发动机盖前端要有保险锁钩锁止装置，锁止装置开关设置在车厢仪表板下面，当车门锁住时发动机盖也应同时锁住。车身构件组成：车顶盖车顶盖是车厢顶部的盖板。对于轿车车身的总体刚度而言，顶盖不是很重要的部件，这也是允许在车顶盖上开设天窗的理由。从设计角度来讲，重要的是它如何与前、后窗框及与支柱交界点平顺过渡，以求得最好的视觉感和最小的空气阻力。当然，为了安全车顶盖还应有一定的强度和刚度，一般在顶盖下增加一定数量的加强梁，顶盖内层敷设绝热衬垫材料，以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。行李箱盖行

22、李箱盖要求有良好的刚性，结构上基本与发动机盖相同，也有外板和内板，内板有加强筋。一些被称为“二厢半”的轿车，其行李箱向上延伸，包括后档风玻璃在内，使开启面积增加，形成一个门，因此又称为背门，这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。如果采用背门形式，背门内板侧要嵌装椽胶密封条，围绕一圈以防水防尘。行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链，铰链装有平衡弹簧，使启闭箱盖省力，并可自动固定在打开位置，便于提取物品。翼子板翼子板是遮盖车轮的车身外板，因旧式车身该部件形状及位置似鸟翼而得名。按照安装位置又分为前翼子板和后翼子板，前翼子板安装在前轮处，因此必须要保证前轮转动及跳动时的最大极限空间，

23、因此设计者会根据选定的轮胎型号尺寸用“车轮跳动图”来验证翼子板的设计尺寸。后翼子板无车轮转动碰擦的问题，但出于空气动力学的考虑，后翼子板略显拱形弧线向外凸出。现在有些轿车翼子板已与车身本体成为一个整体，一气呵成。但也有轿车的翼子板是独立的，尤其是前翼子板，因为前翼子板碰撞机会比较多，独立装配容易整件更换。有些车的前翼子板用有一定弹性的塑性材料(例如塑料)做成。塑性材料具有缓冲性，比较安全。前围板前围板是指发动机舱与车厢之间的隔板，它和地板、前立柱联接，安装在前围上盖板之下。前围板上有许多孔口，作为操纵用的拉线、拉杆、管路和电线束通过之用，还要配合踏板、方问机柱等机件安装位置。为防止发动机舱里的

24、废气、高温、噪声窜入车厢，前围板上要有密封措施和隔热装置。在发生意外事故时，它应具有足够的强度和刚度。对比车身其它部件而言，前围板装配最重要的工艺技术是密封和隔热，它的优劣往往反映了车辆运行的质量。汽车身外形设计方法综述车传统手工设计方法简介一般认为，在计算机辅助系统没有引入汽车设计之前，汽车的车身设计属于传统设计方法阶段。此阶段的设计过程可用如图3-1所示的流程图进行描述。图3-1传统手工设计流程图设计人员劳动量大，产品光顺性不好。另外，在设计汽车其它的零件，比如发动机、底盘等时也存在类似车身设计中存在的一些问题。不过传统车身设计在传统设计方法中，车身的整体布局，包括外形曲面构成、色彩、外饰

25、等在绘制效果图时已基本确定，由模型制作人员根据造型师的效果图制作缩比例油泥模型(通常是1：5)，这是一个反复观察与修改的过程，需要造型师、模型制作人员、美工人员甚至销售人员等的共同参与，因此，对相关人员的素质、经验等要求很高。即使在目前新车型的车身开发中，这两个步骤也是必需的，因这为整个产品的风格和基调构建了一个大的框架。设计人员根据模型手工绘制车身图纸和模具加工图纸，这完全是一个机械制图的过程。显然，以这种手工方式，首先在车身外形光顺性方面很难达到令人满意的程度，因为对光顺性的评价缺少一个可量化的标准，主观随意性较大。其次，当车身外形尺寸或形状有极小的改动时，相关的制图工作都要重新制作，不可

26、避免地会延长开发周期(传统车身开发周期是35年左右)，设计人员的工作量虽非常大，但很多时候是在做一些重复性的工作，导致成本居高不下且不利于提高同一系列后继车型的开发速度。总之，在传统的方法中，人与产品的交互式修改极为不便，车身设计周期长方法中缩比例模型制作这一手段却保留下来，通常以制作1：5的外形与内饰模型，来寻求和验证最优的外形和内饰布局，经反复修改后再制作1：1比例模型。 现代车身设计方法简介上世纪70年代以来，随着计算机辅助几何设计和计算机图形学的迅速发展，车身设计过程中部分或全程引入计算机辅助系统(CADCAM软件)，在计算机中构建车身三维数字化模型，以“所见即所得的”交互方式完善设计

27、方案，是现代车身设计方法的主要特点。其基本流程如图3-2所示。图3-2现代车身设计流程图在绘制效果图阶段，可手工绘制也可利用计算机辅助软件绘制，具体根据设计师个人情况而定，但使用计算机绘制可更快捷地构建车身数字模型并使修改工作更方便。而使用手工绘制再制作缩比例模型和l：l主模型，再以三坐标扫描或激光扫描的方式在计算中构建车身数字模型，这是更常用的一种方法，因为以这种方式制作模型更能直观地表达出设计师的风格理念。这实际上就是一个逆向设计的过程。简单地说，逆向工程就是指将已有的产品模型转化为计算机中的数字化工程设计模型的过程，相当于是一种仿制，具有开发周期短、设计精度较高、便于进行结构设计分析等优

28、点，在车身设计过程中应用很广泛。著名的CATIA、IMAGEWARE、UG等软件都提供了强大的逆向设计功能。车身数字模型建立后可共享，有利于各部门实现并行工作，从而大大缩短设计周期，而且用于车身设计的各种CADCAM 系统都能够根据三维实体模型自动生成二维的车身图纸和用于数控加工的代码，同时当三维模型发生任意微小的改变时，系统都会自动地修改与之相关的图纸和数控代码。目前使用广泛的计算机辅助软件以CATIA最著名，它是由法国达索公司与IBM联合开发的一套CADCAMCAE软件，功能极为强大。cATI提供有完善的CLASS A(A级曲面，此名称也是由达索首先提出)构建功能。CLASS A曲面 ，简

29、单地说就是指车身外形、仪表板、内饰件等对曲面质量要求较高的一类部件的曲面，即光顺性要求较高的一类曲面，既要表面光滑、连接过渡光滑满足空气动力学原理以大幅减少空气阻力，又要保留外形的美观。这里所指的A级曲面光顺性的概念从数学上可简单定义为：曲线二阶几何连续，没有多余拐点，曲率变化均匀，应变能较小。对曲面而言，至少是G2连续的(曲率连续)，也即两曲面沿公共连接线处在所有方向都具有公共的法曲率。车身外形不同的曲面片在拼接时，要求光滑过渡，至少满足G2连续，甚至G3连续。CLASS A曲面是以B样条方法来描述，节点向量采用累加弦长参数化法；曲面在 ， 方向上次数在3次到7次之间，最高不大于9次。实际设

30、计中可从以下几个方面来评价A级曲面质量：曲面的设计精度、曲面的内部质量、曲面的连续性、曲面整体协调性、曲面满足车身结构设计及车身制造要求。正因为在计算机中能如此方便、高效地构建CLASS A曲面，才让车身实体造型日益精确和迅速，设计人员能够构造出更逼近于现实、曲面质量更高的车身三维模型。在计算机中不但可以对车身外观及内饰建立数字模型，而且可以对发动机、底盘等其它零部件建立模型，并直接进行有限元分析、结构设计分析、甚至虚拟装配、虚拟风洞试验等，使得设计人员可以在计算机中构建虚拟的电子样车并进行试验，能在实际生产前预先发现设计中存在的问题，提高了效率，降低了成本。通常各零件模型分类存放在大型数据库

31、中，以后对车型做改进时可直接到数据库中匹配类似的零部件，修改其相关参数即可满足要求，无需重新设计，非常有利于车型的系列化，生产商应对迅速变化的市场的能力也强得多。据宇通公司统计，通过在CATIA V5系统中集成了各车型的数据资料，尽管这几年宇通的客车车型增多了，但总体的零部件数量却下降了30 。如果有客户提出订单和个性化需求到达研发部门后，产品设计研发部门只需要对以前产品中某个模块进行修改，各车型就可以适应客户需求，组合出一种适应用户需求的产品来。随着计算机辅助软件功能的进一步提高，现代车身设计越来越体现出模块化、自动化、虚拟化的趋势。未来的发展会强调以下3个方面：1)目前计算机不能自动追踪当前的产品流行风格和消费者的喜好，这需要设计师在市场调研的基础上，激发个人和团队的灵感来定位整车风格。未来在构建大型数据库的同时，应使计算机辅助软件具有一定的造型风格的创意、生成、评价能力。设计人员提出造型的模糊要求，计算机可基于专家知识库、人工神经网络原理，充分利用大型数据库中的造型方面的知识和素材， 自动生成多个造型方案以供设计人员选择和做进一步的修改，从而为造型设计师提供更广阔的思维空间。当然，造型设计人员应及时了解竞争对手的的状况和顾客的喜好，不断添加新的素材、方案等到计算机系统的数据库中。2)目前的CADcAMCAE等辅助设计软件还不能为设计人员提供一个完全虚拟化