客车车身结构及其设计eahi.docx
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1、第章客车车车身结结构及其其设计车身结构构及其分分类客车与轨轨道交通通车辆是是现代社社会中运运输旅客客的主要要交通工工具。在在我国,客客车是指指在设计计和技术术特性上上用于载载运乘客客及其随随身行李李的商用用车。由由于其载载客量大大,占地地面积小小,在我我国应用用广泛。客车由由发动机机、底盘盘、车身身和电器器设备等等几大部分分构成。作为客车的重要组成部分,车身的设计越来越受到重视,客车车身主要由骨架结构和蒙皮结构两部分组成。在客车结结构中,车车身即是是承载单单元,又又是功能能单元。作作为承载载单元,由由车身骨骨架与底底架或车车架(小小型客车车车身壳壳体与车车架)组组成的车车身结构构,在客客车行驶
2、驶中要承承受多种种载荷的的作用。作作为功能能单元,车身应该为驾驶员提供便利的工作环境,为乘员提供舒适的乘坐环境,保护他们免受车辆行驶时产生的振动噪声和废气等的侵袭,以及外界恶劣天气的影响;同时在交通事故中,可靠的车身结构和乘员保护系统有助于减轻对乘员和行人造成的伤害;此外,合理的车身外部形状,以便客车行驶时能有效地引导周围的气流,提高车辆的动力性、燃油经济性和行驶稳定性,并改善发动机的冷却条件和车内通风。因此,客车车身对客车产品的设计制造有着十分重要的影响。5.1.1、客客车车身身定义在中,客客车车身身的定义义为:具具有长方方形的车车箱,主主要用来来装载乘乘员和随随身行李李。5.1.2、客客车
3、车身身分类方方法由于客车车品种繁繁多,所所以车身身的分类类形式也也是多种种多样的的。常见见的分类类方法有有按客车车的用途、承承载形式式和车身身结构进行行分类。、按用途途分类按客车的的用途可可分为城城市客车车、长途途客车、旅旅游客车车和专用用客车四四类。()城市市客车城市客车车是为城城市内公公共交通通运输而而设计和和装备的的客车,如如图所示示。这种种车辆设设有座椅椅及乘客客站立的的区域,由于乘客上下频繁,所以车厢内地板低、过道高、通道宽、座椅少、车门多,车窗大,并有足够的空间供频繁停站时乘客上下车走动使用。按运行特点,城市客车分为市区城市客车和城郊城市客车。为了满足大、中城市公共交通的需要及环保
4、要求,城市客车正逐步向大型化、低地板化、环保化、高档化和造型现代化等方面发展。()长途途客车长途客车车又称公公路客车车,是为为城间旅旅客运输输而设计计和装备备的客车车,如图图所示。由于旅旅客乘坐坐时间较较长,这这类客车车必须保保证每位位乘客都都有座位位,不设设供乘客客站立的的位置。为了有效利用车厢的面积,座椅布置比较密集,而且尽可能的提高座椅的舒适性,座椅质量都比较好。长途客车车厢地板高,地板一般设计成凹形,这样有利于提高车身的抗扭刚性,地板下面设有存放行李物品的行李舱。为了提高整个车身的刚度,这类客车的车门少,且多布置在前轴之前。对于高速公路上的快速客运车辆,要求具有更高的可靠性、行驶安全性
5、、乘坐舒适性和高速行驶性能等。图 城市市客车图 长途途客车图 机场场摆渡客客车()旅游游客车旅游客车车是为旅旅游而设设计和装装备的客客车,其其与长途途客车的的设计原原则基本本相近,但但在外观观和舒适适性等方方面比长长途客车车好,车车内设施施及附件件设备也也更豪华和和高档。为使观光方便,旅游客车的视野一般较开阔。中高档长途客车和城郊城市客车均可作为旅游线路客运车辆使用。()专用用客车专用客车车在其设设计和技技术特性性上只适适合于需需经特殊殊布置设设计后才才能载运运人员的的车辆。这类客车与长途客车类似,但可无行李箱。一般有学校客车、机场摆渡客车、采血车和会议客车等款式。它们根据特定要求,按专门规定
6、的设计标准和用途来制造。图所示的是厦门金龙联合汽车工业有限公司的一款型号为的机场摆渡车。、按承载载形式分分按车身承承载形式式,客车车车身结结构可分分为非承承载式、半半承载式式和承载载式三大大类。非非承载式式和半承承载式车车身结构构都是属属于有车车架式的的,而承承载式车车身则属属于无车车架式的。从从设计的的角度看看,这类类分法是是比较合合理的。按承载形式对车身结构进行分类,表征了不同形式的车身结构的组成以及车身制造工艺过程中的差异。()非承承载式客客车车身身非承载式式车身(图图)是指指在底盘盘车架上上组装而而成的车车身结构构形式。这这类车的底盘有有较强的的车架,车车身骨架架是通过过多个橡橡胶衬垫
7、垫或弹簧簧沿车身总长长安装在在车架上上的。车身骨骨架与车车架弹性性连接,安安装在车车架上的的车身对对车架的的加固作作用不大大,车架架是支承承全车的的基体,承承受着安安装在其其上面的的各个总总成的各各种载荷荷;车身只在在很小程程度上承承受由车车架弯曲曲和扭转转所引起起的载荷荷,所以以严格说说来,车车身并非非完全不不承载。车架的振动通过弹性元件传到车身上,由于弹性元件的挠性作用,大部分来自路面的振动和冲击能被减弱或消除,在坏路行驶时可以对车身起到保护作用。在我国客客车发展展的初期期,其车车身通常常由专业业化车身身厂家生生产,然然后安装装在现成成的货车车底盘车车架上。国国内的轻轻型客车车,其绝绝大部
8、分分都是这这种非承承载式车车身壳体体结构,一一般是在在货车三三类底盘盘(包括括一部分分进口轻轻型货车车底盘)或或者在专专用客车车底盘上上直接改改装车身身。该车车身结构构形式具具有传统统底盘车车身结构构的优点点:)连接车车身和车车架的橡橡胶衬垫垫或弹簧簧可以起起到一定定的缓冲冲、隔振振和降低低噪声的的作用,车厢内噪音低,缓冲隔振性能和乘坐舒适性较好;)底盘与与车身可可以分开开以后再再组装成成一体,便于生产装配及在同一底盘上安装不同的车身,简化了装配工艺,便于组织专业化生产;)有车架架作为整整车的基基础,便便于在汽汽车上安安装各总总成和部部件;)安全性性能由底底盘加强强,遇到到撞车事事故时,车车架
9、可以以对车身身起到一一定的保保护作用用,车厢厢变形小小。基于上述述优点,非非承载式式车身形形式在现阶段段我国轻轻型客车车的设计中应应用广泛泛。但其其在结构构上也存在明明显的缺缺陷:)在设计计时候没没有考虑虑车身参参与承载载,而是是由底盘盘单独承承载,所所以必须须保证车车架的强强度足够够大以满满足设计计要求,这这样就使使得整车车的质量量增大,不不符合车车身轻量量化的设设计趋势势;)车架的的存在使使得车身身地板高高度的降降低受到到一定的的限制,不不适合城城市客车车地地板板化的趋趋势;)车架纵纵梁是大大型零件件,其制制造需要要大型锻锻压设备备、装焊焊夹具及及检验等等一系列列昂贵复复杂的生生产设备备;
10、)底盘结结构调整整不易,改改进成本本高,开开发周期期长;)客车质质心高,高高速行驶驶时稳定定性较差差。图 非承承载式客客车的底底盘及车车身()半承承载式客客车车身身半承载式式车身就就是车身身与车架架刚性连连接,车车身部分分承载的的结构形形式。其其结构特特点是底底盘仍保保留有车车架,车车身通过过焊接、铆铆接或螺螺钉与车车架作刚刚性连接接,是一一种介于于非承载载式车身身和承载载式车身身之间的的车身结结构。它它的车身身本体与与底架(此此时的车车架也可可称之为为“底架”)用焊接接或螺栓栓刚性连连接,将将车身骨骨架侧壁壁立柱与与车架纵纵梁两侧侧的外伸伸横梁或或牛腿连连接在一一起,加加强了部部分车身身底架
11、而而起到一一部分车车架的作作用,故故车身也也可以分分担一部部分弯曲曲和扭转转载荷,例例如发动动机和悬悬架都安安装在加加固的车车身底架架上,车车身与底底架成为为一体共共同承受受载荷。半承载式式车身结结构的优优点是结构简简单,对对车辆进进行改装装容易,可可以适当当地降低地地板的高度;同时车车身部分分参与了了承载作作用,可可在一定定程度上上减弱底底架的强强度和刚刚度,减减轻客车车的自身重重量。但由于于保留有有底架,半半承载式式车身还还是一种种过渡结结构,车车身地板板的高度受受底架的的限制而而难以很很大的降降低;整整车的轻轻量化仍仍受到一一定的限限制;车车架纵梁梁的制造造需要大大型锻压压设备、装焊夹具
12、及校验等一系列昂贵复杂的生产设备;此外,底盘的结构调整也比较繁琐,改进成本高,开发周期长。图所示是是典型的的半承载载式客车车车身结结构,一一般是在在现有的的客车专专用底盘盘(其车车架由两两根前后后直通的的纵梁与与若干横横梁、等等组成)上上将车架架用若干干悬臂梁梁加宽并并与车身身侧壁立立柱刚性性连接,使使车身骨骨架也承承担车架架的一部部分载荷荷。图客车半半承载式式车身顶灯地板板;换气气扇框;顶盖横横梁;顶顶盖纵梁梁;前风风窗框上上横梁;前风窗窗立柱;前风窗窗中立框框;前风风窗框下下横梁;前围搁搁梁;车车架前横横梁;前前围立柱柱;后风风窗框下下横梁;后围搁搁梁;后后围裙边边梁;侧侧围窗立立柱;车车
13、轮拱;斜撑;腰梁;侧围搁搁梁;侧侧围立柱柱,侧围围裙边梁梁;上边边梁;车车架横梁梁;门立立柱;车车架悬臂臂梁;门门槛;车车架纵梁梁()承载载式客车车车身应用在客客车上的的全承载载车身技技术是高高档豪华华客车制制造技术术中的重重要项目目。该技技术是德德国凯斯斯鲍尔公公司于上上个世纪纪年代首首创,将将飞机制制造的整体化化框架结结构技术术应用于于客车生生产,并通过过严格的的碰撞试试验,性性能优越越,使客客车具有有经济、安安全和舒舒适等优优点,尤尤其适应应高速长长距离客客运。在在传统技技术条件件下,客客车产品品达到低低地板、轻轻量化、配配置人性性化、低低排放、环环保化、乘乘客空间间大等种种种要求求越来
14、越越难,而而全承载载车身技术术的出现现,适应应了时代代的要求求.目前,全全承载车车身技术术已应用用到多家家客车生生产厂的的客车产产品上,引发了国内客车制造业的一场技术变革。承载式车车身就是是无独立立车架的的整体车车身结构构形式,其其结构构构特点是是底盘不不是传统统的冲压压成型铆铆接车架架式结构构,而是是由矩形形钢管构构成的格格栅式结结构。底底架、前前围、后围围、左右右侧围、车车顶六大大片组成成全承载载式车身身。车身身采用封封闭环结结构,由由于没有有车架,故故可降低低地板和和整车高高度。载载荷由整整个车身身承受,车身上下下部结构构形成一一整体,在承受载荷时,整个车身壳体可以达到稳定平衡状态。在具
15、有较大的抗扭刚度的格栅式结构的底架上,配置发动机、前后桥等总成,可以保证各总成正确的相对位置关系。承载式车身除了其固有的乘载功能外,还要直接承受各种负荷。图奔驰大大客车的的承载式式车身侧窗立柱柱;顶盖盖纵梁;顶盖横横梁;顶顶盖斜撑撑;上边边梁;前前风窗框框上横梁梁;前风风窗立柱柱;仪表表板横梁梁;前风风窗框下下横梁;前围搁搁梁;后后风窗框框上横梁梁;后风风窗框下下横梁;后围加加强横梁梁;后围围立柱;腰梁;角板;侧围搁搁梁;斜斜撑;底底架横格格栅;侧侧围裙边边梁;裙裙立柱;门立柱柱;门槛槛;底架架纵格栅栅图所示是是奔驰大大客车的的承载式式车身结结构,其其底架是是薄钢板板冲压或或用型钢钢焊制的的纵
16、横格格栅,以以取代笨笨重的车车架。格格栅是高高度较大大(约)桁桁架结构构,因而而车身两两侧地板板上只能能布置坐坐席,而而坐席下下方高大大的空间间可用做做行李舱舱,故适适用于大大型长途途客车。整整体承载载式车身身结构的的特点是是所有的的车身壳壳体构件件都参与与承载,互互相牵连连和协调调,充分分发挥材材料的潜潜力,使使车身质质量最小小而强度度和刚度度最大。承载式车车身的优优点是:)车身结结构在设设计时就就进行了了有限元元分析和和计算,优优化了车身结结构,使使得车身身重量降降低,结结构强度度与刚度度提高;) 简化化构件的的成型过过程,提提高材料料利用率率;)整车重重心低,高高速行驶驶稳定性性较好;)
17、 加工工不需要要大型的的冲压设设备,便便于产品品改型和和系列化化,容易易实现多多品种系系列化生生产。)被动安安全性好好,承载载式客车采采用的格格栅式结结构,能能使整车车在受力力时将力力迅速分分解到全全车各处,按照欧欧洲的客客车被动动安全测测试,这这种结构构能够在在汽车翻翻滚及相相撞时,保保证乘客客的安全全空间。但采用全全承载式式车身也也存在一一些不足足和现实实问题需需要解决决。首先先,由于于取消了了车架,来来自道路路的负载载会通过过悬架装装置直接接传给车车身本体体,而车车厢本身身又是易易于形成成引起空空腔共鸣鸣的共振振箱,因因此噪音音和振动动较大,恶化了乘坐舒适性,因此对隔振降噪的设计要求较高
18、,使得成本和质量都会有所增加。其次是需要严格控制下料精度,承载式车身主要采用小截面方管焊接结构,需要重点控制下料尺寸、角度以及下料后弯折的加工精度,下料的准确度关系到小总成乃至车身焊接总成的准确度。最后,需要严格控制焊接变形和焊接应力。全承载式车身相对于半承载式和非承载式车身,其焊接工作量明显增加,焊接接头的数量也成倍增加。由于其结构特点导致整车骨架对接头处焊接质量更加敏感,因此需要研究焊接工艺,提高焊接水平,更加严格的控制接头处的焊接质量。根据客车车车身上上部和下下部受力力程度的的不同,承载式客车车身又可分为基础承载式和整体承载式两种,其受力原则简图如图所示。) )图承载式式客车车车身受力力
19、原则简简图)基础承承载式 )整体体承载式式基础承承载式这种承载载车身形形式是将将车身侧侧围腰线线以下部部分,包包括窗台台以下到到地板的的侧壁骨骨架和底底部结构构,设计计成强度度和刚度度较大的的主要承承载件,车车顶则设设计为不不参与承承载的部部分,这这样窗立立柱就可可以适当当缩小尺尺寸。基基础承载载式车身身结构底底部的纵向和和横向构构件一般般采用薄壁壁型钢或或薄板来来制造。其其高度可可达左右右,可充充分利用用车身地地板下面面的空间间来作为为行李舱舱整体承承载式整体承载载式车身身就是整整个车身身的全部部构件都都参与承承载。其其车身的的上下部部结构形形成一个个整体,在在承受载载荷时,以以强济弱弱,可
20、使使整个车车身壳体体达到稳稳定平衡衡状态。如果可以从理论分析和结构上进行优化设计,发挥材料的最大承受限度,就可以设计出等强度的空间栅格结构,使车身质量达到最轻而强度和刚度最大。、按车身身结构分分类根据车身身结构上上的差异异,可将客车车车身分分为薄壳壳式、骨骨架式、复复合式、单单元式和和嵌合式式结构等几几种。()薄壳壳式结构构薄壳式车车身结构构无较强强的独立立骨架结结构,构构成车身身整体的的是板块块式构件件,蒙皮皮也参与承承载,是是飞机机机身薄壳壳结构的的移植和和运用。图为一一薄壳式式车身结结构的客客车,其其骨架采采用截面面为带凸凸缘的型型钢材,强强度和刚刚度较弱弱,必须须依靠牢牢固铆接接在骨架
21、架上的外外蒙皮来来予以加加强,因因此,把把这种结结构一般般称之为为应力蒙蒙皮结构构。其具具有质量量轻、材材料消耗耗小、生生产率较较高及易易于改型型等优点点。但是是窗立柱柱较粗,侧侧窗开口口的大小小受到限限制;车车身外表表面裸露露的铆钉钉,既是是锈蚀源源,又影影响美观观,同时时表面也也不平顺顺,刚性性差。图客车的的薄壳式式车身结结构薄壳式客客车车身身的底部部由优质质钢板冲冲压而成成,一般般加焊了了贯通式式纵梁和和横向的的局部加加强结构构,以保保证车身身具有良良好的承承载能力力和安装装发动机机及底盘盘各总成成。这种种车身结结构形式式广泛应应用于轻轻型客车车上。()骨架架式结构构这种车身身结构的的骨
22、架是是由抗扭扭刚度很很大的异异型钢管管构成的的,车身身不依靠靠外蒙皮皮加强,外蒙皮皮主要起起装饰作作用。骨骨架型钢钢多采用用性价比比高的碳碳素结构构钢,其其中应用用比较广广泛。如如图所示示,在组组焊成的的独立骨骨架上装装配车门门、车窗窗、侧窗窗顶盖和和地板等等,结构构应力主主要由车车顶骨架架、底骨骨架和侧侧围骨架架承担,由于不不依靠外外蒙皮的的加强,可可以采用用张拉蒙蒙皮,这这样就可可以保证证客车外外表面平平整光顺顺。骨架式车车身结构构可以分分为六大大片,分分别是顶顶骨架、 左右侧侧围骨架架、前围围骨架、后后围骨架架和底骨骨架,这这六大片片通过焊焊接等连连接方式式合成整整体空间间骨架。这种车车
23、身结构构具有承承载能力力好,整整体强度度高,窗窗立柱较较细,侧侧窗开口口大且视视野开阔阔等优点点,广泛泛地应用用于大客客车车身身。但焊焊接工艺艺较复杂杂,改型型不容易易。图骨架式式客车车车身图复合式式车身骨骨架()复合合式结构构复合式车车身结构构是将薄薄壳式和和骨架式式两种结结构融为为一体的的一种车车身结构构。在受受力较少少的部位位用薄壳壳式结构构,而受力大大的部位位则采用骨骨架式结结构。图图所示的的是日本本三菱汽汽车公司司生产的的一款复复合式车车身的客客车,该该车的前前后围为为薄壳式式结构,第第二立柱柱与最末末立柱之之间为框框架结构构。同时时采用内内蒙皮结结构,解解决了外外蒙皮上上铆钉多多的
24、问题题。复合合式车身身结构比比薄壳式式车身结结构弯曲曲刚度高高,质量量有所减减轻,比比骨架式式结构的的生产效效率高。()单元元式结构构单元式车车身结构构是采用用纵向构构件将若若干个由由地板横横梁、立立柱、顶顶横梁等等构成的的环箍单单元连接接起来,形形成一种种独特的的车身结结构。图图所示的是是公司生生产的客客车车身身,它由由个长度为为左右的的可以互互换的单单元体和和前后两两个单元元体组成成,每个个单元体体的两端端用贯通通的矩形形材料密密封。横横向构件件均为压压制件,在在焊接架架上组焊焊成独立立的单元元件之后后,再送到流流水线上上进行组组装。图公司的的单元式式结构客客车车身身()嵌合合式结构构嵌合
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