客车车身结构

2024-08-17

客车车身结构（精选八篇）

客车车身结构篇1

节能、环保和安全是汽车工业发展中所面临着的三大主要问题, 油耗和排放是影响这些的重要因素。大量数据研究表明, 整车质量的大小与油耗密切相关, 因此在满足整车各项性能指标的基础上对其进行轻量化是十分有必要的。就客车来说, 车身质量占整个客车质量的比重很大, 通常为了满足其强度的要求车身骨架强度会出现局部富余的情况, 这将进一步导致车身质量的偏大。而我们国家的客车车身往往存在质量偏大的情况, 甚至于存在有些结构刚度强度富余的情况。

大量研究表明, 汽车质量每降低10%, 油耗降低6-8%, 排放降低4-10%。而车身是客车三大总成之一, 占整个客车总质量的40%-60%, 由此可见影响整车轻量化的主要因素是对车身的轻量化。目前, 汽车轻量化的主要途径有以下两种, 一是采用轻量化材料, 例如采用高强度钢, 铝镁合金等新材料, 在满足刚度强度的情况下, 使得质量更轻;二是利用CAE技术进行客车结构的优化, 使得材料分布和各零部件布局更加合理, 在满足要求的情况下, 最大限度的减重。文章就是基于拓扑优化的某客车车身结构设计, 从而到达优化减重的目的。

1 拓扑理论简介与拓扑模型的建立

1.1 拓扑理论简介

拓扑优化 (Topology) 作为一种概念性的数学方法, 是将一定设计空间内的连续体离散成有限单元网格, 为每个离散单元附上合适的材料属性, 给定合适的约束条件, 利用Opti Struct自身的近似优化算法-根据结构自身的传力路径对材料分布进行重新布置, 来完成设计人员给定的设计目标。

对于以往传统的设计, 设计人员往往是凭借自身的设计经验对整个设计过程进行把控的, 而现在完全可以以拓扑优化的方法为基础, 参考拓扑结果对整个产品的设计进行全新的把控, 从而更加有效的设计出工艺与技术条件均达标的最佳产品。

借助于Hyper Works软件分析平台, 利用Opti Struct对该客车的顶盖和侧围进行必要的拓扑优化分析。以拓扑结果为基础, 充分考虑到实际的工程规范要求, 设计人员对车身结构进行二次的优化设计并进行有限元分析计算, 最终在满足整车性能的基础上得到最优的设计, 从而达到车身结构性能优化与轻量化的目的。

1.2 拓扑模型的建立

工程领域的优化一般都涉及三个重要因素-设计变量、目标函数和约束条件, 拓扑优化数学模型的建立就是以这三个因素为基础的, 具体可以将其数学模型表述为:

设计变量:

目标函数:

约束函数:

式中, gj (X) 表示不等式约束函数;m为不等式约束的数目;hi (X) 表示等式约束函数;l为等式约束的数目。

以拓扑优化设计理论为基础, 参考实际工程规范要求建立合适的拓扑优化设计空间。设计人员在拓扑优化设计空间内布置材料的时候还必须考虑到客车的基本功能、性能和装配等实际情况的要求, 车门及车窗的位置不发生变化, 对一些关键部位着重考虑 (对整车弯曲刚度影响较大的车身侧围, 在侧翻过程中保证车身结构不会过大变形而导致车内生存空间变小的车身顶盖) 。本次拓扑优化的设计空间确定为车身的侧围部分区域以及盖顶, 以原始车型的数模为基础构建出的车身局部拓扑优化模型如下图1所示。

2 分析工况说明

2.1 强度分析

作为车身设计的一般性的载荷工况, 强度分析的结果可以用于评估客车的结构强度性能。在进行强度分析的时候, 必须充分考虑客车车身结构的布局以及悬架系统的几何外形, 再结合提取的载荷计算表格, 进行分析。对于多种工况的强度分析通常会根据工程设计人员的实际经验以及对整车性能参数的把控给出适当的加权因子, 再结合基础车型的应力水平, 来对客车的总体强度进行评估。此次应力分析采用静力学的方法, 以G作为标准载荷的方式来考核客车的车身强度。具体工况如下:

0.85G前向制动工况:客车在水平路面急停的时候要承受一定的惯性载荷, 此处以0.85G向前惯性载荷模拟客车满载状况下在水平路面上的紧急停车情况, 考察车身的应力分布情况。考虑到车身悬架的实际情况来进行有限元模型的加载, 通过RBE2模拟出前后悬架的支撑点 (即RBE2的主节点) , 并且对左侧前后悬架处的RBE2主节点约束其1、2、3自由度, 对右侧前后悬架处的RBE2主节点约束其2、3自由度, 再对客车的整体施加X方向的0.85G惯性力。在这种载荷作用下, 客车主承载结构上的最大应力值应低于材料的屈服极限。

0.5G左转向工况:在实际客车转弯的时候客车要承受一定的侧向惯性载荷, 此处以0.5G的侧向惯性力来模拟客车左转弯情况, 考察车身的应力分布情况。考虑到整车的实际运行情况来进行有限元模型的加载, 通过RBE2模拟出前后悬架的支撑点 (即RBE2的主节点) , 并且对左右后悬架处的RBE2主节点约束其1、2、3自由度, 对左右前悬架处的RBE2主节点约束其2、3自由度, 再对客车的整体施加Y方向的0.5G惯性力。在这种载荷作用下, 客车主承载结构上的最大应力值应低于材料的屈服极限。

2.2 刚度分析

弯曲工况:良好路面上正常匀速行驶的客车其车身主要承受弯曲载荷, 在此工况下分析车身骨架结构相应的变形用以评价其弯曲刚度。具体的约束及加载方式如下:对左前轮支撑点约束其3自由度, 右前轮约束其2、3自由度, 左后轮约束其1、3自由度, 右后轮约束其1、2、3自由度。此处主要考虑的是客车的动力总成重量以及座椅、乘客的重量。这些重量以集中载荷的方式施加到相应的节点上。对于测量点的选取直接关乎到计算分析结果的可信度, 此处的测量点严格按照工程实际规范进行选取, 通常在客车底盘纵梁底面选取若干均匀分布点, 用测量点的最大位移来评价其刚度特性。弯曲刚度EIZ可通过测量点的最大位移计算得出:

式中, δi是测点的Z向变形量 (单位:m) ;Xi是前悬支撑点到测点的距离 (单位:m) ;L是前后悬支撑点距离 (单位:m) ;P是施加的载荷 (单位:N) ;a是前悬支撑点至加载点的距离 (单位:m) , b=L-a。

扭转工况:客车在低速通过不平路面的时候会出现车轮悬空的危险状况, 扭转工况就是模拟这一情况的, 具体表现为三个车轮着地一个车轮悬空。在这种状况下, 车速较低, 惯性较小, 车身的受力特性完全可以当作是静态的。车身模型的具体约束及加载条件如下:约束左右两侧后悬架安装点1、2、3自由度, 左右两侧前悬架安装点通过MPC的方式约束, 同时任选一侧前悬在其安装点处施加一定的竖直方向的力 (即沿Z方向的力) 以此获得30000Nm的转矩。测量点的选取依旧严格按照工程规范选取, 通常在客车底盘纵梁底面选取加载面对应点以及沿纵梁均匀分布若干测量点。扭转刚度GJ是通过加载面所对应的纵梁底面Z向的变形量来计算的。

式中, δL是左纵梁上的测点Z向变形量 (单位:mm) ;δR是右纵梁上的测点Z向变形量 (单位:mm) ;T是施加的载荷 (单位:Nm) ;Xi是后悬支撑点到测点的距离 (单位:m) ;Bi是左右对称测点的间距 (单位:m) 。

3 拓扑优化计算和结果分析

3.1 拓扑优化计算

以已经构建好的拓扑优化设计结构模型为基础, 结合客车的各种性能要求所需要满足的工况, 施加相应的载荷, 此处主要涉及到两个强度工况, 两个刚度工况。以客车顶盖及其侧围为设计变量, 以确定好的局部拓扑优化设计空间的质量比 (mass fraction) 0.2~0.3为约束条件, 同时施加对称约束, 以加权应变能最小min (wcomp) 为目标函数完成拓扑优化计算的前处理工作。在模型测试没有问题的基础上通过Opti Struct提交计算, 为保证拓扑结果的完整性, 将相应的迭代次数增加为200次, 经过若干次迭代之后可以得到在以上四种工况之下的拓扑优化结果, 如图2, 3所示。

3.2 优化结果分析

拓扑优化作为概念性的优化设计方法, 可以在设计空间里面寻找到材料的最优布置, 为设计人员提供全新的设计方案和最优的材料分布方案。经过拓扑优化之后, 车身材料的布置会更加清晰的呈现在我们面前, 以拓扑的结果指导我们进行梁的结构特征的选择以及其位置的布置。轻量化并非只是质量越小越好, 它同时还得保证车辆的其他性能, 比如模态, 碰撞, 强度, 疲劳, 刚度以及相关的法律法规。而且对于整个车身结构的设计, 还应该充分的考虑到其制造的可行性以及生产成本的可控性问题, 尤其是对于新的车身结构所带来的这些相应问题尤为突出。结合拓扑优化的结果对车身结构进行可行性的调整, 确定新的设计方案, 如图4所示。

4 有限元仿真分析结果验证

参考市面上钢材的规格以及性能参数, 更新模型中的相应的材料和属性, 再计算出新的车身结构的强度、刚度指标, 对比优化前后的各指标变化情况, 如表1所示。

对比表1中客车车身优化前后各种性能指标参数, 可以看出, 客车车身的减重效果特别明显, 具体表现为质量减少了348kg, 占原有车身结构质量的8.98%。在优化过程中对材料进行重新调整与布置使得刚度富余的情况大大减小, 从而在一定程度上导致车身整体刚度的减小, 但仍在满足性能要求的范围之类。至于两个强度工况, 0.5G右转向工况其最大应力值降低, 而0.85G前制动工况其最大应力值稍有所增加, 不过都小于材料的许用应力, 满足强度要求。

5 结束语

结合实际工程规范要求以及客车车身本身所具有的整体性能要求, 参考拓扑结果, 优化设计出新的车身结构。对新车身的结构进行分析, 对比优化前后所涉及到的各性能指标参数, 结果表明, 在满足性能要求的情况下, 客车车身减重效果明显, 从而进一步印证了拓扑优化设计方法的可行性和有效性。

参考文献

[1]徐梓雯.基于局部拓扑优化的客车车身轻量化研究[D].吉林:吉林大学, 2013:1-53.

[2]范文杰, 范子杰, 桂良进, 等.多工况客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究[J].汽车工程, 2008, 30 (6) :531-533.

[3]张焱, 姚成.客车车身骨架结构优化设计与先进技术应用[J].客车技术与研究, 2007 (2) .

[4]郭立群;商用车车架拓扑优化轻量化设计方法研究[D].吉林大学, 2011.

[5]周云郊.基于刚度与模态分析的客车结构轻量化研究[J].机械设计与制造, 2010, 7:117-119.

客车车身色彩设计浅说篇2

随着我国国民经济的高速增长，城市公交和长途公路运输得到高速发展，同时随着客户审美水平、个性化要求的进一步提高，客户特殊要求图案、企业专有图案越来越多，车身图案已成为一个产品的重要卖点之一，性能优良，造型新颖，图案美观，色彩鲜艳的客车越来越受到欢迎。各客车厂商在提高产品附加值方面的投入越来越大，客车的外形与色彩也成为厂家竞争的焦点之一。

1.色彩设计的基本规律

光色并存，有光才有色。色彩感觉离不开光。由于反射光的波长不同，人们对色彩的感觉也不同。

1.1 色彩的冷暖感

我觉得色彩的冷暖感是最重要的一点。色彩本身是没有温度的、不能感受冷暖的，只有人的器官触觉才能感知冷热。色彩的冷暖是借用了器官感觉的词语，是绘画中的情感结合实际生活中的情感产生的出将入相上。人们看到色彩就会有遐想，看看到蓝色的海洋、绿色的树荫、紫色的冰川就会产生凉爽的感觉，所以我们将接近黑、蓝、绿、紫的颜色称为冷性色，看到橙色的阳光、黄色的果实、红色的火焰就会有温暖的感觉，所以将接近黄、橙、红等的颜色称为暖性色。暖色使人兴奋、积极；冷色使人冷静、消极。

1.2色彩的进退感

即所谓前进色和后退色。比如使红、黄、蓝、绿色客车与观察者保持等距度，在观察者看来，似乎红色和黄色客车要近一些，而蓝色和绿色客车要远一些。因此红色和黄色称前进色，蓝色和绿色称后退色。前进色视认性较好。明度越高的暖色感觉在放大，显得近；明度低的冷色感觉缩小，显得深远。

1.3色彩的胀缩感

将相同车身涂上不同的颜色，会产生体积大小不同的感觉。如黄色感觉大一些，有膨胀性，称膨胀色；蓝色和绿色感觉小一些，有收缩性，称收缩色。膨胀色的视认性较好。一般明度高的色显大，明度低的色显小。

1.4色彩的轻重感

人们看到黑色就想到钢铁、煤炭，就会感到重；看到白我叉想到白云、棉花，就会感到轻。一般，明度高而纯度低的色彩感觉柔软，深暗的色彩显得坚硬；浅淡色感觉轻，深色感觉重。

1.5色彩的疲劳感

一般暖色调比冷色调的色彩易使人疲劳，色彩多，图案复杂亦使人疲劳。

2.车身色彩用色的一般原则

2.1座位客车与城市客车

座位客车要求比较高，在公路上运行，它就是一道亮丽的风景线。所以现在大部分座位客车车身整体面漆都采用金属油漆或珍珠漆，在阳光下观察有一种透亮、明亮的感觉，它的色调比素色漆丰富，给人以高档的感觉。比如11.8米座位客车样车就采用金属蓝，再配以淡黄、中黄、淡蓝的简单线条及公司标语，显得大方，明快，给人一目了然的感觉。而城市客车因主要在市区行驶，用色主要是素色漆，以明快为主，让人易辨别，但最好不要用红色，减少人的不安与烦燥感。如常州公交的客车，整车面漆均采用白色，线条从下到上为车身旁板一半淡绿，再配以“常州公交”公司标志，重心稳健，简洁大方，直接传达给大众一个环保的理念。

2.2南方与北方客车的用色

南方夏季炎热，车身色彩以蓝色调和绿色调为主，比如蓝、淡蓝、淡绿等，给人以较快、凉爽之感。北方冬季寒冷，选择红色调与黄色调为主，比如桔红、大红、黄色等，能给人以温暖、亲切感。比如深圳公交所定的客车，就以进口蓝色为面漆，再配以白色的干线巴士的字样，在标志中以黄色，显得这个车简洁，但又不乏单调，在前、后乘客门边上喷上白色的“上、下”车标志，以红边勾边；前围白色字样与色彩丰富的标志的结合，而显得明快。再比在北方城市，而很暖色调用的比较多，比如辽宁所购一台座位车，采用了进口大红色为面漆再配以黄色的线条，象征座位车的速度很动感，车在飞扬，让人们在寒冷的冬季里，也感觉到春天的温暖，并且富有一定的现代感。

2.3色彩的配合

色彩的配合分为色彩的对比和色彩的调和。色彩之间相互映衬、排斥、吸引现象，即调和色，能够给人比较深刻、舒适、恬静的印象，极具装饰意境，如广州所购一台座位车，色彩设计就是使用调和色，车身两侧最下面的深兰色向上渐变至淡蓝色，色相相近，富有层次变化，使车时感受到恬静、舒适宜人的感觉；色彩之间差异较大时，会形成对比，即对比色。如红与绿、黄与紫、蓝与橙。对比色应用的好，会使画面更加生动、明快。香港车整车采用淡黄色，中间线条为紫色，线条上再配上白色字样，形成冷、暖的对比，让人感到这样也很明快，并不乏生动。

2.4车身色彩的种类

车身色彩的种类不宜过多，一般2-3种为宜，如果种类过多，一定要使用调和色，避免看起来零乱、缺乏整体感。主色调的面积要大纯度要低，次要面积要小而纯度高，能够体现出层次和重点，使用灰色，可以搭配大多色彩，使人产生典雅之美。如车间混合动力车，整车采用金属银灰，但下裙边加一条深蓝色线条，再配一条窄的黄色线条，前后保险杠为深蓝色，侧窗顶上配一条深蓝色线条，整车图案让人感觉简洁大方，而又不乏单调，体现城市客车的乘客流动量大的特色。

2.5色彩的设计、图案的设计与车身造型要协调统一

在创意时，每个色彩、图案都应具备自身的特色，要有别具一格的效果。在设计时可借助一定的参考对象，但不能照抄照搬，而要结合每个车身造型特点。要与车身外形相结合，遵循上轻下重、前轻后重、均齐平衡的原则。客车图案、色彩设计不仅要使车身增加美观，还要设法弥补外形的某些不足。例如风窗玻璃嫌小时，在玻璃下沿加一条稍宽些的亚光黑色条子，以达到风窗的大方；当车身偏短时，采用一些长的水平方向的线条，避免使用垂直方向的线条，采用些动感的色彩。

2.6车身色彩的纯度配合

为了使车身造成重心低而稳的感觉，车体上部的色彩纯度要低，下部彩条的色彩要以深色为主，纯度要高。如天津车，上部窗框用纯度低的黑色作窗边线，下部用纯度高的湖蓝色块，并设计成箭头状，使车身产生不动亦动的动感及前进的感觉，从而使客车平稳轻快，使人心理上得到满足。

3.结语

随着客车行业的竞争日趋激烈，客户审美水平、个性化要求的进一步提高，车身图案已成为一个产品的重要卖点之一。在客车的车身色彩及图案造型设计工作中，要不断创新，完善创作方法，理顺设计思想，并不断借鉴学习新工艺、新材料，熟悉掌握工艺美术专业知识，虚心向前辈同行、向工程技术人员学习，努力提高各项工作及业务专业水平，为公司的发展及客车行业的发展贡献一份微薄的力量！

微型客车车身结构设计新特点篇3

近年来,微型客车汽车市场增长较快,增幅大于其他品种,国内各汽车企业加大汽车产量,并重点在主销车型提高产能,要求有些车型实现超大批量生产,但却暴露出生产线的产能不能满足新的市场要求的问题,超大批量生产往往受限于当初的规划产量,尤其是产品结构的设计,因为早期的产品结构不适合大批量生产,不能简单地通过复制生产线模式达到提高产量目的。下面以某微型客车年度开发为例.阐述当前的车身结构设计新特点。

某微型客车作为上汽通用五菱汽车股份有限公司的支柱产品,从2002年投放市场以来车身结构基本没有更改,通过几年的实际生产,呈现出越来越多车身结构方面的问题,随着产量越来越大,车身生产线已经成为继续提高产能的瓶颈。

2 车身结构新特点形成

在该车近年的年度车型开发中,其目标之一是解决原车开发时遗留下来与当前实际生产不适应的车身结构问题,要求车身结构做到结构简单、容易制造、质量稳定及性能可靠。

该车车身开发重点在车身后部的结构改进,涉及的零件有后侧围内板、后侧围外板、顶盖后横梁、D柱、后轮罩等,这些零件的结构对生产线的产能及质量稳定至关重要。下面分开进行叙述。

2.1 后侧围与顶盖后横梁搭接结构改进

如图1所示,原车侧围后部①与顶盖后横梁③一般都通过连接板②搭接,侧围①和后侧角连接板②需在专门的工装夹具上焊接成侧围分总成,再通过总拼工位与顶盖后横梁③焊接起来①。

存在的问题:

(1)由于此区域位于转角处,结构复杂,连接板的型面难与和侧围很好地贴合,零件在工装上定位也困难,因此容易存在尾门进水的风险。

(2)多个零件在转角处搭接,易造成搭接边翘曲变形,导致尾门胶条卡不紧,也是漏水的主要因素。

(3)另外,常因零件搭接配合不好,较大影响车身的外观质量。

针对此处的复杂结构,通过CAE拉深成型分析手段,优化设计,取消了后侧角连接板,使侧围①与顶盖后横梁③直接搭接,简化了此处结构(见图1和图2)。

新设计结构优点:

(1)由于取消了连接板,车身侧围生产线减少了专门的焊接工位及工装夹具,精简了生产线,仅需总拼焊接一道工序,大大地降低侧围线焊接难度,排除了侧围生产瓶颈。

(2)搭接结构的简单、可靠,消除了尾门漏水风险,同时也降低了焊接成本,提高车身质量,特别适合大批量生产要求。

(3)本方案还重新设计了搭接位置,大大降低了侧围拉深成型的板材利用率。

2.2 车身D柱结构改进

原车的D柱单薄,有大方孔,且后灯定位及安装孔分布在两零件上,导致后门框刚度低,后灯定位精度差(见图3)。

新设计的D柱采用整体、封闭结构,后灯定位和安装孔都在一个零件上,使车身模态获得大幅度提高,彻底解决了路试车在后灯处的车身开裂TIR问题,并大大提高了后灯的位置精度(见图4)。

2.3 后侧围上内板结构改进

原车后侧围上内板结构分散,把属于侧围的功能拆分到前护板、后护板上(见图5)。

存在问题:

(1)导致后侧围封板安装孔分散在后侧围上内板、前护板、后护板3个零件上,制造上无法保证安装孔尺寸精度。

(2)导致前护板、后护板的零件材料利用率大为降低,违反了低成本设计宗旨。

针对上述问题,重新开发后侧围结构,将后封板安装孔由原来分散在3个零件上改为全部设计在后侧围的内板上,稳定了安装孔尺寸。同样,取消了喇叭安装板,把喇叭安装功能集中在侧围上,保证了零件结构的整体性,减少了焊接量。另外,侧围设计大大提高了前护板、后护板的零件材料利用率(见图6)。

2.4 后侧围内板定位系统改进

如图7、图8所示,原车后侧围内板在侧围工装通过缺口定位,定位精度低,造成内外板不稳定的错位。新车后侧围内板设计了圆孔作主定位孔,有力保证了定位精度。从实施情况可见,内外板位置达到很稳定状态,从而提高了侧围总成质量。

2.5 共用件设计

在该车开发时就考虑将一些重要零件用在该平台的扩展车型上,以降低成本、缩短开发周期及减少开发风险.并促使工艺提前考虑生产共线方案,保证了平台车型共线生产可行和可靠,充分发挥了生产线生产能力。

3结语

客车车身骨架五大片结构及制作工艺篇4

客车车身骨架五大片焊接结构件按大的总成可分为:前围骨架总成、后围骨架总成、左、右侧围骨架总成、车顶骨架总成。现代客车的主要曲线体现在这5个总成各自的构成特点上。

1.1 前围总成构成 (不带驾驶室结构)

一般有左右门立柱总成、前风挡下横梁总成、左右二立柱总成、雨刮器支撑立柱总成、方向管柱总成、前保险杠上横梁总成、前大灯支撑梁和支架、雨刮器电机支架、前风挡上横梁、前围与顶盖连接件及一些固定内饰的小件等其中带弧度的件一般有风挡上下横梁 (单面弧居多) 、左右门立柱 (双面弧或三围弧居多) 和灯支撑梁 (单面弧或双面弧居多) 和保险杠上横梁 (单面弧居多) 。

1.2 后围总成构成

一般有后围左右立柱总成、后风挡上下横梁、左右仓门立柱总成、后仓门上横梁总成、后大灯支撑梁和支架、后保险杠上横梁、尾横梁总成 (也可设计在底架尾段总成上) 、后围与顶盖连接件及一些固定内饰的小件等其中带弧度的件和前围总成中有相似功用的件弧度维数相同, 不同的只是弧度大小、矩形管管型和长短不同。

1.3 侧围总成构成

侧围总成分左、右两片, 若不带中门左右两片小件可基本对称, 否则部分件不对称。构成一般有司机门后立柱总成、乘客门后立柱总成、侧窗立柱、仓门立柱、侧窗上下纵梁、仓门上下纵梁和侧窗下纵梁与仓门上纵梁之间的加强车身支撑蒙皮的斜撑、左右倒车镜支架、门框梁, 另外再补加一些固定内饰的小件、固定侧窗玻璃的挡条、支撑仓门的支架和侧进气罩总成 (顶进气时不加) 等。

侧围与前后围弧度比较, 一般弧度为单面弧且弧度值大、易成型, 为了体现亮丽的曲线, 一般在侧窗的最前和最后部分会有造型弧, 这部分件一般都有双面弧 (侧围弧和造型弧组成) 。

1.4 顶盖总成构成

一般结构有两种, 一种是单层, 一种是双层, 采用哪种样式主要取决于客户对内饰的要求, 如果客户要求内饰整体, 外观豪华, 长条型顶灯与内饰过渡无明显界限, 则用双层, 一般双层顶用于10m以上的城市公交类客车。单层顶盖用于普通造型的城市公交和旅游类客车较多。单层顶盖一般有大顶贯穿横梁、边纵梁、前后拱顶支撑梁、带空调的要有固定空调部分的件、天窗支撑梁、内饰支架、灯支架、风道固定板、电视机支架等。双层顶盖与单层结构类似, 不同点在于多一部分构造内层结构的框架。

2 焊接结构件的制作工艺分析

2.1 焊接结构件中各小件的制作工艺分析

车身骨架五大片焊接结构件中, 各小件根据原材料不同, 制作工艺可分为两类:冲压件和矩形管。

(1) 冲压件制作工艺

结构复杂冲压件的工序一般有:落料→冲孔→冲成型→预成型→成型, 有的首道工序要仿形割如倒车镜支架, 有的要激光下料如电视机支架。结构简单的只需要其中的某一个或几个工序就可完成, 除直接落料的钢板按通用工艺文件规定执行外, 其余的每种冲压件都必须按各自的工艺卡执行。

(2) 矩形管制作工艺

矩形管可分为直料、斜料和弯料3种加工工艺。矩形管下料前必须除去表面油脂, 这样能减少焊接气孔等焊接缺陷, 同时能减少焊接烟尘对作业场所的污染。油基清洗剂易燃, 安全性较差, 现在倾向于水基清洗剂。为提高效率、降低劳动强度, 有的单位已采用超声波振动脱脂。除油后需要保持矩形管在一定时间内不生锈。直料工艺最简单下料前不要计算尺寸可直接下料去毛刺, 设备一般采用带式锯床, 公差一般为0~-1mm。斜料工艺在下料前要查余弦和正弦值表计算首刀下料尺寸, 一般斜料角度有3种:余角、补角、双面角。设备一般用盘式锯床、弓式锯床, 长度公差一般为0~-1mm, 角度公差为±1°。弯料工艺为:下料→弯曲→校正→切角→去毛刺。下料前要根据弯料的弧度进行预放毛坯料长度, 一般放料原则是按单件外轮廓尺寸最大值再减去2mm。前围左右立柱弧度是多维的空间弧, 有一面弧度同侧围大弧, 校正样板可借用侧围的, 一般可采用分段压弯再拼焊成整体校正, 分段一般在风挡的下横梁中间处。设备一般采用液压校正机进行手工控制压形, 边压弯边靠样板调整吻合度。前后围横梁圆弧半径一般属渐变值不是确定值, 一般设备采用液压仿形弯管机及数控弯管机。侧围和后围左右立柱弧度一般为单面弧, 且弧度很大一般圆弧半径有6m、8m、8.5m、10m、12.5m、15m和25m几种, 弧度特点一般是中间是直线段, 两头搭配不同的圆弧半径。设备一般采用液压校正机。顶盖弧度较深, 圆弧半径一般为定值, 常用6m、7m。设备一般采用冲压模具预压弯后采用液压校正机进行手工控制压形。对于圆弧半径特别小的、强度要求不高、用量不多开模具不经济的情况下可以采用:砂轮机割口再焊接校正、用适当的斜料对接成要求的弧度、加热手工弯曲校正等方法。一般弯料弧度与样板的吻合度为0~-2mm。

2.2 焊接结构件各总成的制作工艺分析

(1) 焊接结构件的材料和焊接设备

客车车身骨架五大片焊接结构件的材料是由各种矩形钢管、型钢和表面无镀层的低碳钢板焊制的, 采用弧焊工艺。国内客车厂通常采用半自动CO2焊机焊接, 高档客车采用氩气和CO2混合气体保护焊, 其焊接的熔滴过渡形式是呈氩弧状的喷射过渡, 电弧燃烧稳定, 飞溅小, 焊缝冲击韧性好, 表面平整、美观。

(2) 焊接结构件各总成制作过程和工装

一般客车厂把车身骨架五大片各个总成事先预制好, 再在总拼夹具中组焊。全承载车身焊接必须在工装上进行, 才能控制各部件的相对位置尺寸, 有效控制焊接收缩, 提高工作效率。左/右侧骨架可采用“人”字形立式工装, 也可采用卧式固定工装。不同的工装各具特点, 立式工装节省摆放面积, 但需配置电动升降台或踏台;卧式工装占用面积较大, 操作相对简单。前围骨架总成结构较复杂, 一般为空间结构, 其夹具为固定式。由于车顶骨架具有较大的空间曲线, 一般采用卧式固定工装。工装一般由夹具体、定位单元、夹紧单元组成。夹具体可以采用铸件, 也可以采用型材焊接。工装制造过程一般是先按图纸尺寸焊接好, 检验合格后, 再将产品放在焊接平台上搭建用于固定和限位产品总成中各构件的限位支架和支撑梁。工装材料一般采用焊管和冷轧板, 结构多采用靠模 (块) 式, 配以少量手动夹紧器。夹具要求定位准确, 确保尺寸公差, 连接牢固, 成品不得有明显变形等影响产品质量的缺陷。工装设计合理, 尽量通用, 其它同系列车型可通过活动管卡在此工装上完成。

一台车身骨架需要5套工装:前后围工装、前挡玻璃样架 (凹凸两个一套) 、后挡玻璃样架 (凹凸两个一套) 、侧围左右片工装 (图2) 、顶盖工装 (图3) 。

(3) 焊接结构件各总成制作工分析

制作骨架五大片各总成前要对矩形管进行预加工磷化孔和扳边工艺处理。磷化孔工艺要求:车顶骨架总成各纵梁或横梁侧表面有孔的矩形管 (如车顶穿线孔等) , 分别在孔位相对应的矩形管正下表面中心位置打直径为8mm的工艺孔。车顶骨架总成开口向上的U形槽或U形折弯件, 分别在相对应的下表面中心位置打直径为8mm的工艺孔。侧围骨架门立柱, 仓门立柱, 前、后围左右立柱总成表面有孔 (如穿线孔、空调冷凝水管孔等) 的矩形管, 若下表面密封的, 分别在其下表面打直径为8mm的工艺孔。窗立柱表面有孔 (如穿线孔、空调冷凝水管孔等) 的矩形管, 分别在在其根部内表面打一个8mm的工艺孔。扳边工艺要求:焊接后需要打磨的矩形管端口需要进行扳边处理, 扳边长度为3-4mm, 扳边深度为2-3mm。矩形管壁厚小于3mm时, 根据截面宽度和厚度不同的矩形管, 要使用不同规格的扳边器, 保证扳边的有效宽度。矩形管壁厚大于等于3mm时开坡口。

在所有准备工作完成后, 进入制作骨架五大片各总成阶段, 该阶段的大体制作过程是:焊接各总成中的小总成→搭焊外形框架→点焊重要尺寸框架→加焊易变形部位的工艺斜撑→点焊连接件→配焊固定车身装配件的支架补焊内饰件→加焊→校正→打磨。前后围焊接的重要尺寸一般为前后围风挡框和后仓门框尺寸, 另外像前后大灯、前后保险杠支撑梁和支架、前后仓门铰链和支架都要配焊。侧围主要控制门、侧窗、仓门和辊压蒙皮处骨架的高度, 另外注意门限位螺钉的焊接尺寸, 如果前脸蒙皮是铁皮覆盖件则限位螺钉的焊接尺寸要比前脸蒙皮是玻璃钢覆盖距车身外表面的尺寸大6~8mm。顶盖主要控制天窗和固定空调部分结构的尺寸, 另外就是过线孔和空调孔的开设, 一般这些孔都在制作单件时就预加工好。

3 结构和工艺性分析

目前, 国内外客车结构均与前面介绍的相似, 而制作工艺的区别很大。国内比较, 各客车厂产量规模不同, 制作工艺差异很大。主要有以下3种:

(1) 焊接结构件中的各零部件均为纯手工制作。优点:设备投入少, 劳动力成本低, 厂房占用面积少, 适应多品种小批量生产;缺点:劳动力数量相对较多, 质量不高, 不适应大批量生产, 质量波动。

(2) 焊接结构件中的各零部件均为机器制作。优点:劳动力数量相对较少, 质量高, 适应大批量生产, 质量稳定;缺点:设备投入多, 固定资金多, 厂房暂用面积大, 不适应多品种小批量生产。

(3) 焊接结构件中的各零部件部分为手工制作部分为机器制作。优点:劳动力数量适中, 质量有一定保证, 适应批量不稳定的生产, 质量想对稳定;缺点:自动化水平不高, 员工收入水平差异大, 管理难度加大。

究竟采用哪种制造工艺主要根据自身情况选用。

国外先进国家的客车焊接结构件的制作工艺精细, 产品质量高, 工艺自动化水平高, 产品设计能引导市场, 批量大, 厂房布置合理和设备先进等。目前国内与先进国家客车车身制造工艺的差距很大, 主要原因是在资金投入和技术力量方面不足。通过不断加大资金投入和引进国外先进技术, 国内客车车身制造工艺会逐渐缩小差距甚至可能超越国外先进国家水平。

参考文献

客车车身结构篇5

关键词：结构优化设计,汽车车身,轻量化,拓扑优化,尺寸优化

1 引言

随着人们对汽车安全性、舒适性和环保性能要求的提高, 越来越多的功能设备被安装到汽车上, 直接增加了汽车的质量与油耗, 提高了汽车尾气排放量。从汽车产品的整个生命和周期看, 油耗费用是生命和周期总费用的主体, 占汽车生命周期费用的71%, 对用户而言, 降低油耗费用以节约运行成本是迫切的要求。据统计, 汽车每减轻其总质量的10%, 油耗可降低6%~8%[1]。客车车身质量占总质量的25%~30%, 车身制造成本占整车制造成本的比重超过50%。因此, 客车车身轻量化对整车的轻量化有着重要意义。

车身轻量化的目的在于确保车身强度、刚度和模态等结构特性要求的前提下, 减轻车身骨架的质量。车身轻量化不仅可以减少钢材使用和燃油消耗, 减少污染排放, 提高车速, 改善汽车起动和制动性能, 而且可以有效减少振动和噪声, 增加汽车和道路的使用寿命。

实现车身结构轻量化主要有两个途径:一是选用强度更高、重量更轻的新材料, 例如铝合金、高强度钢材等;二是设计更合理的车身结构, 使零部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以及对车身零部件进行结构和工艺改进等。第一种途径在目前看来是车身轻量化的主流, 针对规模化生产的需要, 已有很多轻质材料应用于车身制造工业, 如高强度钢、铝合金和碳纤维等。第二种途径是利用有限元法和优化设计等方法对车身进行结构分析及优化设计, 以减小车身骨架和车身钢板的质量。这两种途径又是相辅相成的, 必须采取材料替换和结构改进相结合的方法, 才可能在保证汽车整体质量和性能不受影响的前提下, 最大限度地减轻各零部件的质量。

2 国内外研究现状

自1973年石油危机以来, 世界各汽车厂在汽车上进行的轻量化研究进展较为明显。目前主要采用的轻量化措施有以下几种。

(1) 使用新材料实现车身轻量化

1) 使用密度小、强度高的有色合金材料, 如镁铝合金。

2) 使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢。

3) 使用塑料聚合物、陶瓷等非金属材料。

(2) 结合有限元法与结构优化设计, 对零部件进行结构优化

目前, 结构断面优化的理论和方法已比较成熟, 形状优化有了很大发展, 人们已经把研究重点转向拓扑优化等更高层次的结构优化问题。

结构拓扑优化放方法目前有解析方法和数值方法。解析方法不大适合工程应用, 工程应用中常采用数值方法。连续体结构拓扑优化设计具有2个不同的求解体系, 国内学者主要研究在于局部应力约束下的强度拓扑优化设计, 而国外研究主要围绕全局体积约束下的刚度拓扑优化展开。

在汽车轻量化结构优化设计中已普遍采用拓扑优化方法。YANG[2]等研究了基于有限元软件MSC.Nastran的汽车车身、底盘、焊点位置等的拓扑优化问题。Wang[3]等利用有限元法与拓扑优化方法对汽车车身的加强筋部分进行了优化, 通过优化设计, 在既定成本下汽车车身的整体刚度能够得到充分的提高。Ferdricson[4]等对拓扑优化设计在汽车设计中的应用作了综述, 重点介绍了车身设计中的拓扑优化进展。Eom[5]等对车身焊点配置进行了拓扑优化, 在确保车身整体刚度要求的情况下, 得到焊点最佳位置, 使得焊点数量最少。石琴等[6]在结构设计的开始阶段引入拓扑优化理论, 先对结构进行布局优化, 以获得较合理的初始结构方案, 再通过结构参数优化设计, 得到满足其强大和刚度及设计工艺要求的最优结构。杨树凯[7]等用变密度法建立汽车支架结构拓扑优化数学模型, 利用有限元法进行了结构拓扑优化设计。高云凯等[8]把拓扑优化设计理论引入某电动改装车的承载式车身设计, 实现了多工况、多状态变量条件下的拓扑优化设计, 确定了车身的最佳结构方案。陈茹雯[9]等利用基于有限元法的拓扑优化设计车身大骨架的拓扑结构, 经优化后的各项特性参数指标均有不同程度提高。

可见, 拓扑优化正成为车身轻量化设计中结构优化的重要手段, 更广泛的应用还有待进一步研究。

3 结构优化技术在车身设计中的应用

结构优化设计方法已经被逐渐引入到汽车结构设计过程中。但大多数的工作主要集中在结构尺寸优化方面。结构优化设计的研究分为三个层次:结构尺寸优化、结构形状优化和结构拓扑优化。结构尺寸优化是在结构布局已经确定的情况下进行的, 因此产生的效果是被限定在布局之内。连续体拓扑优化的最大优点是能在不知道结构拓扑形状的前提下, 根据已知边界条件和载荷条件确定出较合理的结构形式。因此在工程设计的初始阶段中非常有意义。它不涉及具体的结构尺寸设计, 但可以提出最佳形状设计方案。由于结构拓扑优化设计在设计的初始阶段即被引入, 所以与结构尺寸优化和形状优化相比可以获得更大的经济效益。

(1) 结构优化技术

优化问题的一般模式:

目标:minφa (p) ;

约束:φa (p) ≤0;

设计空间:p1≤ps≤pu。

其中, φ是系统响应, 通常为车身结构总质量或总体积。p是设计变量。

拓扑优化是在一定空间区域 (骨架结构或连续体) 内寻求材料最合理分布的一种优化方法。它的目标是根据一定的准则, 在满足各种约束条件下, 在结构上开孔、打洞, 去除不必要的构件和材料 (即结构的构建布局和节点连接关系的变化) , 使结构在规定意义上达到最优, 表现为“最大刚度”设计。由于拓扑优化设计自由度大, 所以通常用于设计初期和概念设计阶段。

形貌优化时一种形状最佳化的方法, 它可以用来设计薄壁结构的强化压痕, 用来减轻结构的重量, 同时又能满足强度、频率等要求。

尺寸优化是指通过改变单元厚度、截面参数、弹性和质量属性, 从而改善结构的特性如降低设计重量、减小应力、提高频率等。它是目前国内外广泛使用的一种结构优化设计方法。

(2) 结构优化技术在客车车身轻量化中的应用

在产品开发设计过程中引入拓扑优化、形貌优化、形状优化和尺寸优化, 能够节约设计时间, 缩短产品开发周期, 节约成本。

如上所述, 结构优化技术由于其自身的优越性, 在汽车车身轻量化设计中应用广泛。一个典型的大客车车身骨架结构, 如图1所示, 优化流程如下。

1) 整体需求 (载荷及设计空间条件) 。

2) 设计空间及载荷确定。

3) 划分网格, 建立有限元模型, 如图2所示。

) 进行拓扑优化, 生成全局优化结构, 如图3所示。

5) 建立基于拓扑优化结果的CAD模型, 如图4所示。

6) 重新生成细化的网格, 如图5所示。

7) 尺寸优化 (目标函数为一阶固有频率) , 如图6所示。

8) 得到最终的有限元模型, 如图7所示。

经过拓扑优化和尺寸优化后的整车骨架结构满足刚度和模态性能的要求, 同时质量得到了显著的降低, 轻量化效果明显。

4 结语

汽车零部件结构优化设计在不影响零部件的强度和性能的基础上, 通过设计质量轻的产品达到降低汽车制造成本的目的。结构优化通常分为尺寸优化、形状优化、拓扑优化和结构类型优化。其中尺寸优化和形状优化已经比较成熟, 但对结构优化所起的作用有限。结构拓扑优化是一种根据约束、载荷及优化目标而寻求材料最佳分配的优化方法, 主要应用在产品开发的初级阶段, 是一种概念性设计, 对最终产品的成本和性能有着决定性影响。

随着车身结构轻量化的要求越来越高, 结构优化技术尤其是拓扑优化技术必将得到更为广泛的应用和研究。

参考文献

[1]J Benedyk.Light Metals in Automotive Application[J].Light Metal Age, 2000 (58) :34-35.

[2]YANG RJ, CHUANG Ching-Hung, CHE Xiangdong, et al.New application of topology optimization in automotive indus-try[J].International Journal of Vehicle Design, 2000, 23 (1-2) :1-15.

[3]Wang Liangsheng, Basu Prodyot K, Leiva Juan Pablo.Auto-mobile body reinforcement by finite element optimization[J].Finite Elements in Analysis and Design, 2004, 40 (8) :879-893.

[4]Fredricson, Harald.Structural topology optimization:An appli-cation review[J].International Journal of Vehicle Design, 2005, 37 (1) :67-80.

[5]Eom J.S, Ju B.H, Choi N, et al.Optimization on the spotwelded configuration of vehicle components considering thestructural performance[J].Key Engineering Materials, 2006, v326-328Ⅱ:957-962

[6]石琴, 洪洋, 张雷, 等.拓扑及参数优化方法在专用汽车车架结构设计中的应用[J].机械设计, 2005, 22 (12) :30-32.

[7]杨树凯, 朱启昕, 吴仕赋.基于有限元技术的汽车支架拓扑优化设计研究[J].汽车技术, 2006 (3) :16-18.

[8]高云凯, 孟德建, 姜欣.电动改装轿车车身结构拓扑优化分析[J].中国机械工程, 2006, 17 (23) :2522-2525.

客车车身结构篇6

客车车身骨架是由薄壁异型管焊接而成的空间结构,作为整车的一个重要的组成部分,在客车的运行过程中,车身承受着各种载荷作用,其结构的安全可靠性对整车性能有着重要影响。因此,客车车身在结构上应具有足够的强度和刚度以满足其使用要求[1]。

随着有限元理论的发展,基于计算机的CAE技术在客车车身的研发当中获得广泛应用,并成为常用的分析手段之一[2]。本文以某半承载式客车的车身结构作为研究对象,应用Hyper Mesh有限元软件对其结构进行静力学分析,为该车身的改进设计提供参考依据。

1 车身有限元模型的建立

1.1 模型的简化

为了准确地分析客车车身结构的力学特性,在建立车身骨架的有限元模型时,需要根据实际情况对其作适当的简化处理[3]。本文采取了以下简化措施:1)省略非承载件,如前后挡风窗和左右风窗玻璃、车门、座椅等;2)忽略蒙皮的应力加强作用;3)车身骨架结构的纵横梁焊接采用合并节点的方式进行模拟。

1.2 有限元模型的建立和处理

将客车车身的CAD模型导入到Hyper Mesh软件中,对几何模型进行抽取中面、几何清理、网格划分等操作,从而建立有限元模型[4]。

该车身骨架是由薄壁异型钢管焊接而成,采用具有一定厚度的板壳单元可以准确地模拟结构的力学性能[5]。网格划分以四边形单元为主,为了保证计算精度,选择单元大小为10mm。车身材料为Q235钢,材料参数如表1所示。钢板弹簧的力学性能采用刚性梁单元和弹簧单元组合的形式模拟[6],车架上的连接以点焊的方式模拟。模型经过离散后得到587990个节点,590306个单元,370个焊点。客车车身结构有限元模型如图1所示。

2 载荷处理与工况选择

2.1 载荷处理

该客车车身主要承受以下载荷作用:

1)车身骨架自身质量,可以由软件根据设定的材料密度自动算出。

2)乘客(包括座椅、地板及随身行李)质量2227Kg,前挡风窗玻璃质量50Kg,按照实际布置位置以均布载荷的方式施加到对应位置的单元上。

3)发动机和变速器质量650Kg,车顶空调机组210Kg,以集中载荷的方式施加到模型相应位置的质量点上[7]。

2.2 工况选择

客车行驶工况比较复杂,为全面了解该车身结构在实际工况下的应力和变形情况,本文主要通过水平弯曲工况、单侧车轮上升的极限扭转工况进行有限元仿真计算。

1)弯曲工况:主要模拟客车在平坦路面匀速直线行驶时车身结构的应力分布和变形的情况[8]。此时四个支撑点的自由度全部被约束。

2)扭转工况:主要模拟客车行驶在崎岖不平路面时单侧车轮上升时的极限扭转情况。本文通过分别在左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂直方向施加200mm的强迫位移实现。

3 各工况计算结果、强度分析及结构改进

3.1 弯曲工况计算结果

弯曲工况下该车身结构的应力分布如图2所示。由应力云图可以看出,弯曲工况下车身结构的高应力区位于后钢板前后吊耳之间的底架横梁与车架连接处。其中最大应力发生在右后钢板前吊耳附近的底架横梁与车架连接点,大小为373MPa。高应力区域如图4所示。

3.2 扭转工况计算结果

本文分别计算了各车轮上升时扭转工况下的应力,通过分析比较,左前轮上升200mm时的应力和变形较其它情况大,现考虑最不利情况,以左前轮上升200mm时的扭转工况为例具体分析,此时车身结构的应力分布如图3所示。

由应力云图可以看出,左前扭转工况下车身结构的高应力区也是位于右后钢板前后吊耳之间的底架横梁与车架连接处。高应力区域如图5所示。

3.3 强度分析与结构改进

该客车车身采用Q235钢制材料,材料的疲劳极限为160MPa[9],屈服极限为235MPa,为保证结构具有一定的安全裕度,根据相关企业规范,取动载系数1.5,安全系数1.3,根据以上应力结果可知,弯曲工况和扭转工况应力均超过了材料的许可应力。

由以上两个工况计算结果可以看出,整个车身结构的应力不大,但是后钢板前后吊耳之间的两根底架横梁的应力已经超出了安全范围,这是由于两根横梁位于板簧安装位置,无法安装牛腿,形成悬臂梁结构造成的。为了提高该处的结构强度,有以下两种改进方案:1)将这两根横梁分别向前后挪,离开板簧的安装位置,添加牛腿。2)将这两根横梁的厚度由2mm变为4mm。通过对方案2)的再次计算,改进后的高应力区应力明显减小,达到材料的安全范围,满足了强度要求。

4 刚度分析

刚度是反映车身结构力学性能的另一重要指标,刚度的大小可以由结构的变形大小来衡量。本文通过计算弯曲和左前扭转工况下底架横梁的扭转角以及左前扭转工况开口件对角线变形量来分析车身刚度。底架各横梁编号如图6所示,计算得扭转角如表2所示。左前扭转工况开口件对角线变形情况如表3所示。

由表2和表3可以看出,弯曲和左前扭转工况下,底架各横梁的变形很小,抵抗弯扭变形的能力足够大。前挡风窗的对角线变形量偏大,这是由于建立有限元模型时没有考虑车身蒙皮的作用,而实际上蒙皮参与受力,对结构的变形有一定的影响,所以出现变形值偏大的现象也是正常的。乘客门、后门这两个开口件的变形在安全范围之内,在刚度上满足使用要求。

5 结束语

本文通过Hyper Mesh软件对某半承载式客车车身进行计算,分析应力和变形情况,对该车身结构的强度和刚度作出可靠性判断,针对结构设计不合理之处提出了改进方案,为原车身的改进提供了理论依据,同时对其它车型的结构设计具有一定的参考作用。

摘要：利用HyperMesh软件建立某半承载式客车车身有限元模型,计算车身结构在弯曲和扭转工况下的应力分布和变形情况,分析结构的强度和刚度,并提出改进方案,为原车身的改进提供理论依据。

关键词：客车,半承载式车身,有限元,强度分析,刚度分析

参考文献

[1]于国飞,基于有限元的全承载式客车车身强度刚度分析[J].客车技术与研究,2010(4).

[2]张德平,客车车身骨架有限元分析[J].客车技术与研究,2008(3).

[3]陈玉杰.客车车身结构概念设计中的优化分析[J].机械,2007(12).

[4]张胜兰,郑冬黎,等.基于HyperWorks的结构优化设计技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[5]王得刚,李朝峰,李鹤,等.基于HyperMesh的车身模态分析[J].机械制造,2008.6.

[6]吕昌.基于虚拟样机试验平台的车架动态特性分析[D].南京航空航天大学,2008.

[7]王海霞,汤文成,钟秉林,等.CJ6121GCHK型客车车身骨架有限元建模及结果分析方法研究[J].汽车工程,2001,21(1):33-36.

[8]刘向征,艾松树,杨荣山.有限元分析在改进客车骨架设计中的应用[J].客车技术与研究,2008(2):17-19.

客车车身的涂装工艺篇7

涂装前的表面处理工艺

涂装是客车耐腐蚀和装饰的最经济而有效的方法, 而涂装前的表面处理 (又称前处理) 的好坏又是直接影响涂层使用寿命和装饰效果的重要环节。涂装前处理的目的是去除底材表面的油污、锈蚀等异物, 提供适合于涂装的清洁表面, 能显著提高涂膜附着力和耐腐蚀能力。

涂装前处理的工艺流程很多, 可根据具体情况, 如厂房条件即空间位置大小、工件材质 (冷轧板、热轧板、镀锌板、铝合金、玻璃钢等) 、工件表面状况 (锈蚀、防锈油、杂物) 、生产批量以及质量要求等选择。不同的生产厂家采用的流程不尽相同。但客车生产的整体流程及质量要求基本相同, 前处理流程一般有以下两种:一是制件前处理。客车制件主要包括总装部分自制件、底盘部分自制件, 不进行整车前处理的厂家, 还包括车身骨架及蒙皮件。制件材质主要为冷轧板和热轧板。为避免腔式结构存液, 需提前打流液孔。二是整车前处理整车前处理是将整个车身浸入槽液中进行表面处理, 目前已有不少厂家采用。

全承载结构的骨架总成, 漆前表面处理有两种方法:一是用喷淋方法进行脱脂、磷化和水洗等, 并在喷淋室内进行热风吹干, 化学工作液可以循环使用, 同时加以测定调整;二是直接用专用清洁剂擦净, 凡是滑架异型管, 基本上做到无锈蚀, 轻微的锈斑可以通过机械除锈方式清除。车身蒙皮材料主要采用电镀锌钢板、热镀锌钢板以及合金铝板和工程塑料。由此需用多种漆前处理方式, 如清洁剂擦净、机械打磨等。不论采用何种方式, 其目的是确保涂装工艺的稳定, 获得优质的磷化膜和表面洁净度。

涂底漆工艺

根据对膜厚的要求喷涂2～3遍底漆 (可以是铁红或浅灰色) , 一般对底漆的膜厚要求控制在20～30c m之间, 6～8m车的单车耗用基本上为4～6k g左右 (如若是搅拌车则在4～5kg左右) , 喷涂完毕后根据干燥要求采用烘干或自干工艺进行干燥。

漆前表面处理和涂底漆是涂层的基础, 它们的质量优劣直接影响车身的耐腐蚀性和使用寿命。长途客车的底漆涂装, 其产品结构的特点和生产的批量, 决定了它只能用间歇式喷涂方式, 车身骨架工艺为喷底漆→烘干→喷面漆→烘干。底漆、面漆均为水性涂料, 属于低温烘干型。涂膜厚度不同部位分别为50μm、150μm, 特殊部位达到600μm。喷涂采用高压无空气喷涂机, 骨架与蒙皮的接触焊接面, 焊接前均需要喷涂导电锌粉底漆来防腐。蒙皮底漆分两步喷涂, 铝板面要喷铝板底漆, 以增强结合力, 再喷涂蒙皮底漆, 均为双组分涂料, 底漆膜厚100～120μm。喷涂采用增压罐空气喷涂机。涂膜固化后, 用机械打磨机水磨, 以求平整光滑。

刮磨原子灰工艺

由于客车生产厂家不可能和轿车生产厂家一样, 整车一次冲压成形, 所以只能采取焊接法拼装整车, 如此工艺不可避免地会出现焊缝、焊接点和整车平面高低不平的现象。故要采用原子灰来将车身凹凸不平处及明显划痕处进行填刮, 调整整车表面平整度。要注意的是对于刮灰量大的地方, 第一次刮灰不能太厚, 待第一次原子灰干燥后, 才能刮第二道, 如此往复直至表面平整过渡圆滑为止。原子灰的用量视车身平整度而定。

在原子灰刮涂前, 要涂刷隔离涂料。原子灰与底材、底漆、中涂层的附着力以及刮涂性、打磨性、耐磨性是十分重要的。如果底漆质量差或未干透, 原子灰易将底漆咬起, 从钢板上剥离下来。为减少腻子层在固化过程中的体积收缩, 原子灰虽能涂厚, 但以分几次涂刮为好。原子灰的成本较高, 应尽量少留打磨余量。

涂中涂层工艺

为封闭底涂层并为面漆创造平滑且结合力良好的底层, 增强面漆层的光亮度、鲜映性和丰满度, 采用“湿碰湿”工艺喷涂一层干膜厚度为35～45μm的中涂层, 用刮快干腻子和细砂纸湿打磨等方法消除中涂层显现出来的涂层缺陷。填堵中涂上的砂眼和纸纹所用的快干腻子, 应选用丙烯酸快干腻子, 不宜用硝基腻子, 因其日久收缩, 会留有斑印。中涂后, 车身内表面喷涂防声、防裂阻尼涂料, 以提高车身的舒适性和耐蚀性。

根据膜厚要求或车身需填充部位的多少喷涂2～3遍中涂, 一般要求膜厚在30～40μm之间, 中涂在喷涂过程中不应有流挂或喷涂不均匀现象, 一般6～8m客车中涂使用量6～9kg左右 (如若是搅拌车在12kg左右) , 喷涂完毕依照干燥要求, 或自干或烘烤干燥。

补灰和打磨工艺

对粗糙的底漆、高低不平的原子灰用80～120目砂纸进行打磨, 原子灰填刮几次, 打磨也需进行几次;打磨分手工打磨和机械打磨, 同时还分干磨和水磨。打磨要求是直至车身表面平整光滑无灰尘。用原子灰填补沙眼、针孔、砂痕;原子灰干燥后再用400～600目水砂纸进行整车打磨 (或水磨) , 要注意的是不应打穿中涂层, 如若打穿则应用原子灰进行修补, 打磨结束应保证整车光滑平整、清洁。

喷涂面漆工艺

由于汽车市场竞争日益激烈, 各汽车厂家为了给客户留下良好的第一印象, 对面漆的涂装效果都相当重视。面漆根据喷涂效果可喷涂二三道, 甚至四道, 膜厚不得低于40μm, 面漆最终的喷涂效果要求是面漆不露底, 不流挂, 无针孔、桔皮、颗粒、起泡等现象。一般6～8m车面漆使用量在6～8k g左右 (如若是搅拌车在12kg左右) 面漆施工完毕, 各厂家依照干燥条件, 或自干或烘烤干燥。

涂焊缝密封胶和喷车底涂料工艺

车身内外蒙皮焊接后, 所有焊缝都需压涂密封胶, 以保护焊缝和钢板的端面, 使车身具有良好的气密性、水密性和耐腐蚀性。这个工序要采用高压挤胶枪。车身整个底板下表面喷涂一种常温固化、具有弹性且耐蚀性优良的底板涂料, 其目的是减轻行驶时的恶劣环境对车身造成早期损坏。

涂面漆的彩条工艺

根据客户要求, 画出不同图案线条, 用胶带纸、报纸贴盖不需喷涂第二种颜色面漆的表面, 将需喷涂第二种颜色面漆表面用800目水砂纸轻轻打磨, 提高彩漆附着力, 去除灰尘、杂物等;其他施工要求相同于面漆的涂装。长途客车的面漆颜色有多种, 面漆层可分为基础主色和彩条色, 一般先喷主色面漆, 再喷彩条色面漆。如果两种颜色在一起或较接近, 则喷涂一种颜色待彩条干燥后才能喷涂另一种颜色彩条。如果有四五种颜色, 需烘两三次, 这样既费时又费能源。为节能和提高工效, 在高温烘干涂装体系中, 主色面漆可选用烘烤型, 彩条色面漆可选用双组分的烘干面漆, 有的选用粘贴型彩条及标志。

结语

涂装工艺是一个不断更新发展的技术领域, 随着客车企业对涂装工艺研究的不断深入, 并针对其产品质量要求进行原因分析和完善质量的改进措施, 将使客车涂装工艺质量不断地提高。

客车车身骨架电泳工艺孔设计篇8

1 电泳工艺孔分类

电泳工艺孔按功能分为3类:排液孔、排气孔、防电磁屏蔽孔。

1.1 排液孔

排液孔开制于零件拼装到整车后的最低位置, 用以排出零件内腔的液体, 防止在电泳生产线不同工序间产生窜液及零件内腔无法排出的积液。

1.2 排气孔

开制于零件拼装到整车后的最高位置, 作用为浸槽时排出零件内腔的气体, 防止形成气腔;在出槽时保证零件内腔与外界大气相通, 顺利、彻底地排液。

1.3 防电磁屏蔽孔

开制于零件的非端部位置, 用以减少零件腔体的金属屏蔽作用, 以保证零件内腔表面能够泳上符合厚度要求的漆膜。钢管类零件的防电磁屏蔽孔开制在钢管中部, 延钢管纵向均匀分布。

2 电泳工艺孔开制原则

车身骨架、底盘车架总成中, 对存在完全封闭或部分封闭腔体结构的零件, 均需要设计电泳工艺孔。零件上的电泳工艺孔一般会存在一个孔同时具备几种功能的情况, 如所有工艺孔兼具防电磁屏蔽的功能, 而部分防电磁屏蔽孔又承担排气孔的功能;工艺孔设置合理与否是确保进入骨架内腔的液体能否及时流出、不产生串槽, 确保电泳槽液稳定、提高电泳漆泳透力、满足内腔涂膜性能的关键因素。本文对开孔的位置、尺寸进行规范 (正常在1 min内型钢内腔的液体应能完全流出) 。

a.工艺孔开制不能影响车身骨架和底盘车架结构可靠性。如果工艺孔开制影响了结构强度, 导致结构不能够满足可靠性要求时, 需对结构进行局部加强或改进结构形式, 直至满足可靠性要求。

b.工艺孔开制不能影响车身附件等其它相关零部件的安装。应减小对车身密封性能的影响, 同时尽可能与各类穿管孔、穿线孔合并设计。

c.工艺孔设置应以保证车身骨架和底盘车架总成各钢管零件排液顺畅、内部无气孔形成、内外表面电泳漆膜厚度符合要求为最终原则。

3 电泳工艺孔孔形及规格

钢管上的电泳工艺孔一般分为U形孔和圆形孔。U形孔开制在钢管端部, 圆弧相对边为开口边, 开口朝向钢管外。圆形孔开制在钢管中部。

3.1 开制在钢管端部直边的U形孔

开制钢管端部直边的U形孔的尺寸等参数按图1和表1的规定设计。

3.2 开制在钢管端部斜边的U形孔

开制在钢管端部斜边的U形孔尺寸等参数应按图2和表2的规定设计。

3.3 开制在钢管中部的圆形孔

开制在钢管中部的圆形孔的尺寸等参数应按图3和表3的规定设计。

4 电泳工艺孔开制位置设计规范

4.1 钢管端部U形孔开制位置及设计要求

4.1.1 端部为平切口的直钢管

a.U型孔开制在钢管端部相对的两个面上, 孔的一端呈开放形式, U型孔的对称中心线与所处钢管表面的纵向中心线重合, 如图4所示。

b.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边平行于整车XY面, 钢管的端部U形孔必须处于钢管上下表面或最接近平行XY面的两个相对表面上。

注:避免采用截面积小于20 mm×20 mm的钢管 (可采用角形件或槽形件代替) ;未在表中列出的其它截面规格矩形管, 参照表中最接近的截面规格执行;非矩形截面的异形钢管 (如P型钢管) , 按其截面最大外廓尺寸, 参照表中最接近的截面规格执行

c.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边垂直于整车XY面或与其夹角为80°~90°时, 对端部U形孔所处的表面按如下原则确定:避开有蒙皮或封板的表面;若钢管端部与相邻钢管焊接接头为“┳”或“┛”型焊接, 则该钢管端部U形孔应处于角焊缝切口边所处表面, 避开平焊缝切口边所处表面。

d.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边与整车XY面有夹角, 且夹角<80°时, 其两端U型孔分别开制于钢管最高和最低位置切口边所处的表面及其相对表面上。

4.1.2 端部为斜切口的直钢管

a.切口角度 (锐角) 大于80°时, 该切口视同为平切口, 按4.2.1的要求执行。

b.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边平行于整车XY面, 钢管端部U形孔必须处于钢管上下表面或最接近平行XY面的两个相对表面上。此时, 若钢管的上下表面为非矩形表面, 则端部U形孔如图5所示;若钢管的表面为矩形表面, 则端部U形孔如图6所示。

c.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边垂直于整车XY面, 或与XY面有夹角, 其两端U形孔分别开制于钢管最高和最低位置切口边所处的表面及其相对表面上, 如图7所示。

d.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边与XY面有夹角, 且同一切口面周边各条切口边高低位置相同或相近时, 对端部U形孔所处表面确定:首先要避开有蒙皮或封板的表面;若钢管端部与相邻钢管焊接接头为“┳”或“┛”型焊接, 则该钢管端部U形孔应处于角焊缝切口边所处表面, 避开平焊缝切口边所处表面。

4.1.3 不规则形状切口的钢管

对于不规则形状切口的钢管, 按照钢管拼装到整车后其端部最高和最低位置切口边所处的表面开制U形孔。

4.1.4 弧杆件类钢管

弧杆件类钢管按其拼装到整车后, 其端部最高和最低位置切口边所处的表面开制U形孔。若弧杆件两端口切口边不处在该零件的最高 (最低) 位置, 如顶盖骨架横梁弧杆件 (底架元宝梁弧杆件) , 则需通过该钢管中部的圆孔位置设计来弥补内腔通气 (排液) 的需要, 见4.2.5。

4.1.5 钢管端口封闭情况

对于钢管拼装到整车后, 端口不完全封闭的情况 (端口的全部或一部分为非封闭状态, 并能够起到通气和排液的作用时) 的处理:a.若钢管端口为完全非封闭状态, 则该钢管对应的端口无需开制U形孔;b.若钢管端口为部分非封闭状态, 则该钢管端部端口对应的非封闭区域所靠近的表面上无需开制U形孔。

4.1.6 侧围骨架窗立柱端部不开孔

由于整车结构对侧围骨架窗立柱的焊接强度要求较高, 在窗立柱的端部不开U形孔, 窗立柱内腔的通气和排液通过在与其焊接的上下纵梁对应位置处开制圆形孔, 使窗立柱与上下纵梁内腔联通而实现, 纵梁中部圆形孔开孔位置与立柱端部内腔对准, 如图8所示。

4.1.7 有特殊结构强度要求的钢管

对钢管结构强度有特殊要求的部位, 钢管端部不适合开孔时 (开孔后对端部焊接强度有较大影响) 可参照4.1.6的方法进行设计。

4.1.8 有与圆孔之间最小间距限制的钢管

钢管端部的U形孔如果与最靠近它的圆孔之间的最小间距 (图9 L值) ≤30 mm, 则不开制钢管端部的U形孔。

4.2 钢管中部圆形孔开制位置及设计要求

a.圆形孔中心点应与所处钢管表面的纵向中心线重合。

b.圆形孔开制在钢管相对的两个表面上, 单面开孔间距≯500 mm, 两相对面上的孔双面贯通均匀分布, 如图9所示。

c.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边平行于整车XY面, 钢管中部开孔应处于钢管的上下表面或最接近平行XY面状态的两个相对表面上。

d.若钢管拼装到整车后, 其纵向棱边垂直于整车XY面, 或与XY面有夹角, 对钢管中部开孔所处面应避开有蒙皮或封板的表面。

e.弧杆件类钢管由于空间方向多变, 按照4.2.1和4.2.2的要求开制中部圆形孔, 开孔所处面应符合电漆工艺孔开制原则。但需注意:若弧杆件两端部的U形孔不处在该零件的最高 (最低) 位置, 如顶盖骨架横梁弧杆件 (底架元宝梁弧杆件) , 则应保证至少一个中部圆形孔处于零件的最高 (最低) 位置, 以起到内腔通气 (排液) 的作用。

f.对于本身结构形状为对称型式的零件, 电泳工艺孔的布置应尽可能对称分布, 以保证在合件、分总成、总成拼焊时的一致性。

4.3 对半承载底盘车架副梁钢管孔开制的特殊要求

由于车架副梁钢管截面大, 纵向长度长, 按以上电泳工艺孔开制方法不能满足排液时间和内腔漆膜厚度的要求, 故做如下规定:

a.车架副梁钢管不开制任何电泳工艺孔 (即端部不开制U形孔, 中部不开制圆形孔) 。

b.车架副梁钢管两端不封口, 以保证排液。

c.对车架副梁钢管两端端口与车身骨架合装后未封闭连接的, 需设计专用非金属堵头, 在电泳之后安装堵头以密封副梁钢管端口, 实现对其内腔的防腐作用。

5 结束语

客车骨架工艺孔设计的合理性对整车电泳后零部件及总成质量有很大的影响, 也是保证骨架内腔泳漆效果的关键;当然还需要综合考虑电泳漆的泳透力、电泳参数控制及涂装设备维护等因素。只有这样才能改善骨架内腔区域的电场分布, 提高电泳漆泳透力和车身内腔防腐性能。

摘要：对客车整车电泳工艺孔的设计是保证车身骨架内腔泳漆质量的关键环节, 本文从车身骨架电泳工艺孔开制原则、孔形规格、孔形位置等方面进行了规范分析, 为客车电泳实施提供帮助。

关键词：客车,骨架,电泳,工艺孔

参考文献

[1]常丽萍.浅析汽车车身结构对前处理和电泳工艺的影响[J].上海涂料, 2011 (8) .