《汽车车身设计之初级.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车车身设计之初级.docx（7页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、轿车车身上的三大立柱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，人们一听到某个名称就知道它是属于车上的哪一部分，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
2、 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，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。一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
3、案时还必须要考虑到前柱遮挡驾驶者视线的角度问题。一般情况下，驾驶者通过前柱处的视线，双目重叠角总计为5 6 度，从驾驶者的舒适性看，重叠角越小越好，但这涉及到前柱的刚度，既要有一定的几何尺寸保持前柱的高刚度，又要减少驾驶者的视线遮挡影响，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。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可以透过柱体观察外界，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，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
4、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1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，因此构造尺寸大些也无妨，关键是后柱与车身的密封
5、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，一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。车身外型设计的两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
6、的迎风面积，直接影响汽车的风阻系数。这样，舒适性与动力性就构成了一对矛盾。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。一般的箱式车， 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。而在这个速度以上，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
7、两大方面，一是迎风面积，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，但一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，汽车的截面是不可以随意减少的。为了进一步减低风阻，就要从减少汽车行驶中产生的涡流入手。我们在大街上常常看到一些大货车驶过后，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、车后都可以产生涡流。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
8、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与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，即动力性与安全性的矛盾。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。舒适性与动力性、动力性与稳定性，如何解决这两对矛盾构成车身设计历史的主流话题。汽车的车身从箱2型、甲壳虫型发展到船型、楔型和现在的滴水型 ，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两对矛盾的平衡过程。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、
9、内外结合的方式。汽车风阻的五个组成部分车身造型设计是一门很大的学问，其中重要的内容就是风阻问题。平常说的风阻大都是指汽车的外部与气流作用产生的阻力。实际上，流经汽车内部的气流也对汽车的行驶构成阻力。研究表明，作用在汽车上的阻力是由5 个部分组成的。一、外型阻力 ，指汽 车前部的正压力和车身后部的负压力之差形成的阻力，约占整个空气阻力的58% ；二、干扰阻力 ，指汽车表面突出的零件，如保险杠、后视镜、前牌照、排水槽、底盘传动机构等引起气流互相干扰产生的阻力，约占整个空气阻力的14% ；三、内部阻力，指汽车内部通风气流、冷却发动机的气流等造成的阻力，约占整个空气阻力的12% ；四、由高速行驶产生的
10、升力所造成的阻力，约占整个空气阻力的7% ；五、空气相对车身流动的摩擦力，约占整个空气阻力的9% ；针对第一、二种阻力，轿车车身应该尽量设计成流线型，横向截面面积不要太大，车身各部分用适当的圆弧过渡，尽量减少突出车身的附件，前脸、发动机舱盖、前挡风玻璃适当向后倾斜，后窗、后顶盖的长度、倾角的设计要适当。此外，还可以在适当的位置安装导流板或扰流板。通过研究汽车外部的气流规律，不仅可以设计出更加合理的车身结构，还可以巧妙地引导气流，适当利用局部气流的冲刷作用减少车身上的尘土沉积。针对第四种阻力，要设法降低行驶中的升力，包括使弦线前低后高，底版尾部适当上翘，安装导流板和扰流板等措施。一部分外部气流被
11、引进汽车内部，可能会在一定程度上减少了外部气流对汽车的阻力，但气流在流经内部气道时也产生的摩擦、旋涡损失。研究汽车内部的气流规律，可以尽量减少内部气阻，有效地进行冷却和通风。利用气流分布规律，还可以巧妙地把发动机的进气口安排在高压区，提高进气效率，减少高压区附近的涡流，同时把排气口安排在低压区，使排气更加顺畅。细心的读者可能已经注意到了，上面的论述用了很多非限定性的词汇，如 适当 就用了五次。有的读者可能希望用一些确切的数字来表述，如后倾的角度、圆角的半径等等。这里牵涉到车身设计的整体概念。风阻是建立在汽车整体结构上的概念，某型号车的最佳几何参数，在其他型号上是不适用的。一个小小的改动往往对整
12、体产生很大的影响， 正所谓牵一发而动全身。 技术书籍上的数据都是在严格规定的试验条件下，对特定范围的汽车进行测试的结果。离开了这些前提条件，数据就是荒谬的。本网特约（ 2001 年 12 月 15 日）3车身主要构件在轿车车身上的三大立柱一文中有一幅车身结构件图，上面列出了轿车车身各部分部件的位置和名称。该文介绍了前柱、中柱和后柱，本文继续介绍其它主要部件。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
13、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
14、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
15、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，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4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
16、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。车顶盖车顶盖通常分为固定式顶盖和敞篷式顶盖两种，固定式顶盖是常见的轿车顶盖形式，属于轮廓尺寸较大的大型覆盖件，车身整体结构的一部分。它具有刚性强，安全性好，汽车侧翻时起到保护乘员的作用，缺点是固定不变，无通风性，无法享受到阳光及兜风的乐趣。敞篷式顶盖一般用于档次较高的轿车或跑车上，通过电动和
17、机械传动移动部分或全部顶盖，可以充分享受阳光和空气，体验兜风的乐趣。缺点是机构复杂，安全性和密封性较差。敞篷式顶盖有两种形式，一种称为 “硬顶 ”，可移动顶盖用轻质金属或树脂材料做成。另一种称为“软顶 ”，顶盖用篷布做成。目前新型敞篷车多用硬顶形式，例如著名的标致 206CC 跑车。按动电钮使后行李舱盖向后揭开，顶盖自动折叠并随支柱（车厢后柱）的摆动而向后移动，移至行李舱处降下，降入行李舱内，然后合上行李舱盖，此时整车成为一辆敞篷车。硬顶式敞篷车的各部件之间配合相当精密，整个电控操纵机构比较复杂，但由于采用硬性材料，恢复车厢顶盖后的密封性较好。而软顶敞篷车由篷布及支撑框架构成，将篷布及支撑框架
18、向后折叠就可以获得敞开式车厢。由于篷布质地柔软，折叠起来比较紧凑，整个机构也相对简单，但密封性及耐用性较差。固定式顶盖和敞篷式顶盖有各自的优缺点，可不可以去除缺点而保留两者优点？设计师想出了一个折中的办法，在固定顶盖上开窗口，即“天窗 ”，既可保持固定顶盖的优点，又可在一定程度上获得敞篷效果，两者兼顾，还可增加厢内光线。这种方式受到汽车消费者的欢迎，在20 世纪 80 年代后，开天窗的轿车迅速流行起来。一般来说，天窗主要由玻璃窗、密封橡胶条和驱动机构组成。开启的形式一般分为外滑板式、内滑板式及倾斜式。外滑板式的玻璃窗在顶盖上面滑动；内滑板式的玻璃窗在顶盖下面与篷顶内饰衬之间滑动；倾斜式的玻璃窗
19、前端或后端向上倾斜呈开启状态；目前多采用后两种形式。滑板式驱动机构由支架导轨、驱动电动机、减速齿轮器、离合器、钢索带、位置传感器及限位开关构成。整个驱动机构装置在车顶前面，由钢索带动玻璃窗在导轨上移动。当驱动机构工作时，限位开关可检测出玻璃窗全开、全闭、倾斜向上等状态，为防止发生玻璃窗移动时受阻导致电动机超负荷运转，还设置了超载保护离合器。1 支架、 2 内遮阳板、 3 玻璃窗、 4 驱动电动机、 5 控制机构、 6 钢索顶盖天窗设计中最重要的问题是防漏水。天窗内侧应设流水槽和嵌有密封橡胶条的框架，从缝隙漏入的水5通过流水槽和排水管流出车外。移动玻璃窗一般为褐色，可反射阳光，内则设有遮阳板，打
20、开遮阳板后光线可射入车厢。 （轿车的车门对于大小客车而言，车门是一个非常重要的部件。现代汽车的车门，其作用已经不仅仅是 “门 ”，它是一种标志。以小汽车为例，车门可作为汽车用途的标志，用于公务用途的轿车都是四门，用于家庭用途的轿车既有四门也有三门和五门（后门为掀起式） ，而用于运动用途的跑车则都是两门。若是大客车，车门可作为衡量客车等级和先进性的标志，例如现代豪华客车门多用外摆式门，普通客车多用折叠式门。对于轿车而言，车门的质量直接关系到整车的舒适性和安全性。如果车门的质量差，制造粗糙，材料单薄，就会增加车内噪声和振动，让乘坐者感到不舒适和不安全。因此，购车者在挑选轿车的过程中，要十分注意车门
21、的制造质量。轿车车身由各种各样的骨架件、板件和部件组成，其中车门是车身中工艺最复杂的部件，它涉及到零件冲压、零件焊接、零部件装配、总成组装等工序，尺寸配合和工艺技术都要求严格。车门是一个活动物体，其灵活性、坚固性、密封性等一些缺点很容易被人发现，难以 “蒙”过去。因此，生产商对车门的制造质量是十分重视的，车门质量的高低，实际上也反映了生产商的工艺制作水平。轿车门由门外板、门内板、门窗框、门玻璃导槽、门铰链、门锁及门窗附件等组成。内板装有玻璃升降器、门锁等附件，为了装配牢固，内板局部还要加强。为了增强安全性，外板内侧一般安装了防撞杆。内板与外板通过翻边、粘合、滚焊等方式结合，针对承受力不同，要求
22、外板质量轻而内板刚性要强，能够承受较大的冲击力。设计师在设计车门时，要充分考虑车门关门时的变形程度。用多大的力量去关门时变形程度的测量，欧洲和美国都有相应的法规标准和试验方法。按照美国的试验方法（ FMVSS），是用一直径为 12 英寸（ 304.8 毫米）的园柱体，由一液压装置将它压向固定于车身本体的车门，观察车门变形与受力的情况。车门铰链是由铰链座和铰链轴组成。它应当转动灵活，不滞涩，不会发出杂音，在汽车期望使用寿命内，应能保持其功能。车门的开启角度以75 度为基础，不应当与车身有任何干涉。门锁是重要的安全件。门锁由两个零件构成，一个零件固定在车门上，另一个零件固定在车身上，通过门闩阻止车
23、门向外打开，通过简单的杠杆运动或压揿按钮的动作将它们脱开。门锁必须工作可靠，在一定的冲击力作用下不会自行脱开。车门要求密封性好、防尘、防水、隔音。除了车门与车身之间尺寸配合要合理外，重要的还有镶嵌或粘贴在车框与车门上的密封条。密封条是一种截面呈中空形状的橡胶制品，它的柔软性使得它具有填塞间隙大6小不一空间的作用，当间隙大时对密封条挤压小，当间隙小时对密封条挤压大，密封条的质量直接影响车门的密封性。从开关车门可以大致判断出车门的质量 。一个质量比较好的车门， 它使用的材料、 制作工艺是严格要求的，反映到使用上，就感觉出一种 沉甸感，厚实感 ，关闭时有一种低沉的 “嘭”声发出来，好象车厢里的空气被压缩似的。如果车门比较单薄，则有一种轻盈感，关闭时会发出清脆的“嘭 ”声，与前一种明显不一样。7