汽车车身结构与设计

1、汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计 第一章第一章 车身概论车身概论 车身的特点；车身的特点； 车身及其名词术语；车身及其名词术语； 车身的承载类型和构造车身的承载类型和构造 “三化三化”问题问题 在扩大汽车的服务领域和满足各方面多样化要求的前提在扩大汽车的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量约占整车自身质量的40%-60%,40%-60%,货车车身质量约占整车

2、自身货车车身质量约占整车自身 质量的质量的16%-30%,16%-30%,其各车型的车身占整车制造成本的百分比甚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。量汽车车身，其经济效益也远远高于其它两大总成。 由于汽车与人们的日常生活息息相关，为了适应各种不由于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，其关键在于车身。因同目的和用途乃至车辆的更新换代等，其关键在于车身。因 此，车身工程是汽车工业中最年轻而又发展最迅速

3、的一个分此，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。支。 古董车(ANTIQUE):1900年之前 古董车(ANTIQUE):1930之前 古董车(ANTIQUE):1930之前 量产车(PRODUCTION):1930之后 量产车(PRODUCTION):1930之后 量产车(PRODUCTION):1930之后 量产车(PRODUCTION):1930之后 量产车(PRODUCTION):1930之后 现代汽车:1980之后 现代汽车:1980之后 现代汽车:1980之后 现代汽车:1980之后 甲壳虫甲壳虫 19331933年德国的波尔舍博士设计了一种类似甲壳虫外形的年德国

4、的波尔舍博士设计了一种类似甲壳虫外形的 汽车。波尔舍最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使汽车。波尔舍最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使 其成为同类车中之王，其成为同类车中之王，“甲壳虫甲壳虫”也成为该车的代名词。也成为该车的代名词。 由于第二次世界大战的原因，甲壳虫型汽车直到由于第二次世界大战的原因，甲壳虫型汽车直到19491949年年 才真正大批量生产，并以一种车型累计生产超过二千万才真正大批量生产，并以一种车型累计生产超过二千万 辆的记录畅销世界各地。辆的记录畅销世界各地。 甲壳虫甲壳虫 车身的特点车身的特点 1 1 车身造型艺术车身造型艺术 2 2 内部装饰内部装饰 3 3 取暖通风取

5、暖通风 4 4 防震隔音防震隔音 5 5 密封密封 6 6 照明照明 7 7 座椅设计座椅设计 8 8 人体工程人体工程 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 材料趋势材料趋势 金属金属-非金属非金属 目前车身使用的材料目前车身使用的材料 金属金属 低碳钢低碳钢 一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或 钢板，用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农钢板，用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农 机具等。优质低碳钢轧成薄板，制作汽车驾驶室、发动机具等。优质低碳钢轧成薄板，制作汽车驾驶室、发动 机罩等深冲制品；还轧成棒材，用于制作强度要求不高机罩等深冲

6、制品；还轧成棒材，用于制作强度要求不高 的机械零件。低碳钢在使用前一般不经热处理，碳含量的机械零件。低碳钢在使用前一般不经热处理，碳含量 在在0.150.15以上的经渗碳或氰化处理，用于要求表层温度以上的经渗碳或氰化处理，用于要求表层温度 高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 低碳钢由于强度较低，使用受到限制。适当增加碳钢中低碳钢由于强度较低，使用受到限制。适当增加碳钢中 锰含量，并加入微量钒、钛、铌等合金元素，可大大提锰含量，并加入微量钒、钛、铌等合金元素，可大大提 高钢的强度。若降低钢中碳含量并加入少量铝、少量硼高钢

7、的强度。若降低钢中碳含量并加入少量铝、少量硼 和碳化物形成元素，则可得到超低碳贝氏体组够其强度和碳化物形成元素，则可得到超低碳贝氏体组够其强度 很高，并保持较好的塑性和韧性。很高，并保持较好的塑性和韧性。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 镀锌钢板镀锌钢板 电镀或热镀一层约电镀或热镀一层约5-125-12微米的金属锌的钢板，有防腐蚀微米的金属锌的钢板，有防腐蚀 的作用，在建筑、家电、汽车中应用比较广泛。的作用，在建筑、家电、汽车中应用比较广泛。 镀锌板的价格仅比普通钢板高镀锌板的价格仅比普通钢板高10%10%，耐腐蚀能力却提高，耐腐蚀能力却提高 了几倍。了几倍。 19371937年美国建立

8、了第一条连续热镀锌带钢生产线，年美国建立了第一条连续热镀锌带钢生产线，19421942 年在美国建成了第一条连续电镀锌带钢生产线，从进入年在美国建成了第一条连续电镀锌带钢生产线，从进入 工业性生产至今已有工业性生产至今已有160160多年的生产历史。多年的生产历史。 热镀锌产品广泛用于建筑、家电、车船、容器制造业、热镀锌产品广泛用于建筑、家电、车船、容器制造业、 机电业等，几乎涉及到衣食住行各个领域。近年来，世机电业等，几乎涉及到衣食住行各个领域。近年来，世 界镀锌钢板需求量不断增加，产量增长也很快，在美、界镀锌钢板需求量不断增加，产量增长也很快，在美、 日等钢材生产大国，热镀锌钢板在钢材中所

9、占比例已高日等钢材生产大国，热镀锌钢板在钢材中所占比例已高 达达13%-15%13%-15%。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 镀锌钢板镀锌钢板 我国热镀锌生产发展一直处于滞后状态。我国热镀锌生产发展一直处于滞后状态。2020世纪世纪5050年代年代 到到6060年代陆续建成了年代陆续建成了1313条单张钢板熔剂法热镀锌机组，条单张钢板熔剂法热镀锌机组， 但因产量低、成本高、质量差、污染环境、经济效益差但因产量低、成本高、质量差、污染环境、经济效益差 等缺陷已先后停、转产。从等缺陷已先后停、转产。从2020世纪世纪7070年代末，我国才开年代末，我国才开 始建造大型宽带热镀锌机组。始建造

10、大型宽带热镀锌机组。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 铝合金铝合金 纯铝的密度小（纯铝的密度小（=2.7g/m3=2.7g/m3），大约是铁的），大约是铁的 1/31/3，熔点，熔点 低（低（660660），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性， 易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料， 在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已 大量应用。主要合金元素

11、有铜、硅、镁、锌、锰，次要大量应用。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要 合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑 性好性好 采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%50% 以上。以上。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 非金属非金属 塑料塑料 塑料的主要成分是合成树脂。树脂这一名词最初是由动塑料的主要成分是合成树脂。树脂这一名词最初是由动 植物分泌出的脂质而得名，如松香、虫胶等，目前树脂植物分泌出的脂质而得名，如

12、松香、虫胶等，目前树脂 是指尚未和各种添加剂混合的高聚物。树脂约占塑料总是指尚未和各种添加剂混合的高聚物。树脂约占塑料总 重量的重量的4040100100。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 塑料的优点塑料的优点 1 1 耐化学侵蚀耐化学侵蚀 2 2 具光泽，部份透明或半透明具光泽，部份透明或半透明 3 3 大部分为良好绝缘体大部分为良好绝缘体 4 4 重量轻且坚固重量轻且坚固 5 5 加工容易可大量生产，价格便宜加工容易可大量生产，价格便宜 6 6 用途广泛、效用多、容易着色、部分耐高温用途广泛、效用多、容易着色、部分耐高温 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 塑料塑料- -玻璃钢玻璃

13、钢 玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制 品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树 脂作基体材料的一种复合材料。脂作基体材料的一种复合材料。 相对密度在相对密度在1.52.01.52.0之间，只有碳钢的之间，只有碳钢的1/41/51/41/5，可是拉，可是拉 伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级 合金钢相比。合金钢相比。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 橡胶橡胶- -橡胶密封件橡胶密封件 橡胶，同塑料、纤维并称为三

14、大合成材料，是唯一具有橡胶，同塑料、纤维并称为三大合成材料，是唯一具有 高度伸缩性与极好弹性的高分子材料。高度伸缩性与极好弹性的高分子材料。 橡胶的最大特征首先是弹性模量非常小，而伸长率很高。橡胶的最大特征首先是弹性模量非常小，而伸长率很高。 其次是它具有相当好的耐透气性以及耐各种化学介质和其次是它具有相当好的耐透气性以及耐各种化学介质和 电绝缘的性能。某些特种合成橡胶更具备良好的耐油性电绝缘的性能。某些特种合成橡胶更具备良好的耐油性 及耐温性，能抵抗脂肪油、润滑油、液压油、燃料油以及耐温性，能抵抗脂肪油、润滑油、液压油、燃料油以 及溶剂油的溶胀；耐寒可低到及溶剂油的溶胀；耐寒可低到6060至

15、至8080，耐热可，耐热可 高到高到180180至至350350。橡胶还耐各种曲挠、弯曲变形，。橡胶还耐各种曲挠、弯曲变形， 因为滞后损失小。橡胶的第三个特征在于它能与多种材因为滞后损失小。橡胶的第三个特征在于它能与多种材 料进行并用、共混、复合，由此进行改性，以得到良好料进行并用、共混、复合，由此进行改性，以得到良好 的综合性能。的综合性能。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 车身制造技术车身制造技术 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 车身技术的发展特点车身技术的发展特点

16、 车身及其名词术语车身及其名词术语 一般来说，车身包括白车身及其附件。一般来说，车身包括白车身及其附件。 白车身：通常系指已经白车身：通常系指已经装焊好装焊好但但尚未喷漆尚未喷漆的白皮车身的白皮车身（Body Body in whitein white 车身覆盖件：指覆盖车身内部结构的表面板件，车身结构件车身覆盖件：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。则系支撑覆盖件的全部车身结构零件的总称。 车身焊车身焊( (铆铆) )接总成接总成：车身结构件和覆盖件焊接在一起，该总成：车身结构件和覆盖件焊接在一起，该总成 必须保证车身的强度和刚度，它可以划分为必

17、须保证车身的强度和刚度，它可以划分为地板、顶盖、前围地板、顶盖、前围 板、后围板、侧围板、门立柱和仪表板等分总成。板、后围板、侧围板、门立柱和仪表板等分总成。 1-31-3车身的承载类型和构造车身的承载类型和构造 按承载型式之不同，可将车身分为非承载式、半承载式和承按承载型式之不同，可将车身分为非承载式、半承载式和承 载式三大类载式三大类. . 一、非承载式一、非承载式( (有车架式有车架式) ) 货车货车( (除微型货车外除微型货车外) )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用汽车以及大部分高级轿车( (出

18、于对舒适性的要求），都装有单独的车架，此时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，顾名思义，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，顾名思义， 这种车身结构应是不承载的。这种车身结构应是不承载的。 非承载式也称为有车架式。分为非承载式也称为有车架式。分为框式、脊梁式和综合式框式、脊梁式和综合式等三大类。框式又可等三大类。框式又可 以划分为边梁式和周边式两种。以划分为边梁

19、式和周边式两种。 ( (一一) )框式车架框式车架 ( (二二) )脊梁式车架（中梁式车架）脊梁式车架（中梁式车架） ( (三三) )综合式车架综合式车架 非承载式车身 优点：1）最大优点就是车身强度高，钢架能够提供很强 的车身刚性，也有利于提高安全性，对于载重车和越野车 来说这一点非常重要。2）悬挂对路面颠簸的反馈在车内 的感觉要轻微很多，这是因为有些车的车身和底盘之间采 用降低振动的方法连接在一起，所以在走颠簸路面时更平 稳舒适一些。3）车身底盘分开装配，有助于简化工艺， 也便于改装的需要。 缺点：1）非承载式车身比较笨重，质量大，2）汽车质心 高，高速行驶稳定性较差。3）车架的加工比较复

20、杂，生 产成本较高。 二、半承载式二、半承载式 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。 承载式车身的汽车没有刚性车架，只是加强了车头、 侧围、车尾、底板等部位，发动机、前后悬架、传动系统 的一部分等总成部件装配在车身上设计要求的位置，车身 负载通过悬架装置传给车轮。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力的作用。 根据大客车车身上、下受载程度之不同，又可以将承 载式大客车车身分为基础承载式和整体承载式两种。 三、承载式三、承载式( (无车架式无车架式) ) ( (一一) )基础承载式基础承载式 这种结构将车身侧围腰线以下部分

21、（包活窗台梁以下到地 板的侧壁骨架和底部结构)设计成车身的主要承载件，顶盖则 考虑为非承载件，因此，窗柱截面可以减细。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， 但因底部结构的裁面高度较大，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。 日本生产的日野HINO , 欧洲各国流行的大客车(如德 国生产的尼奥普兰Neoplan ,法国生产的雷诺Renault等)均可 归属此种类型。 ( (二二) )整体承载式整体承载式 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

22、体，在承学载荷时，以强济弱，可使整个车身 壳体达到稳定平衡状态。 英国利兰( Ley-landl)公司生产的National与皇家 虎王Royal Tiger Doyen、美国通用汽车公司GMC生产的 RTS型等大客车车身部可归属此种类型。 轿车承载式车身轿车承载式车身 承载式车身的主要缺点承载式车身的主要缺点 1 1）由于取消了车架，来自传动系和悬架的振动和噪声将直）由于取消了车架，来自传动系和悬架的振动和噪声将直 接传给车身，而车厢本身又是易于形成引起空腔共鸣的共接传给车身，而车厢本身又是易于形成引起空腔共鸣的共 振箱，因此会大大恶化乘坐舒适性，为此，必须采用大量振箱，因此会大大恶化乘坐舒

23、适性，为此，必须采用大量 的隔声防振材料，从而成本和质量都会有所增加。的隔声防振材料，从而成本和质量都会有所增加。 2)2)改型较困难。改型较困难。 碰撞试验碰撞试验 NCAP NCAPNCAP是英文是英文New Car Assessment ProgramNew Car Assessment Program的缩写，的缩写，即新车即新车 碰撞测试碰撞测试。 这是最能考验汽车安全性的测试。这些法规中公认最为严这是最能考验汽车安全性的测试。这些法规中公认最为严 格的，是欧盟实施的格的，是欧盟实施的EURO-NCAPEURO-NCAP测试。测试。 测试包括正面和侧面碰撞两部分，正面碰撞速度为测试包括

24、正面和侧面碰撞两部分，正面碰撞速度为6464公里公里/ / 小时，侧面碰撞速度为小时，侧面碰撞速度为5050公里公里/ /小时。测试的成绩通过由五小时。测试的成绩通过由五 个星级表示，星级越高表示该车的碰撞安全性能越好。个星级表示，星级越高表示该车的碰撞安全性能越好。 碰撞试验碰撞试验 C-NCAP 20082008年年6 6月月2121日晚，央视二套日晚，央视二套经济半小时经济半小时一档名为一档名为“C-C- NCAPNCAP真相真相”的节目引起汽车业内一场轩然大波。的节目引起汽车业内一场轩然大波。 节目质疑了节目质疑了C-NCAP(ChinaC-NCAP(ChinaNew Car Asse

25、ssment New Car Assessment ProgramProgram：中国：中国新车碰撞测试新车碰撞测试) )创办单位创办单位天津的中国天津的中国 汽车研究中心汽车研究中心( (以下简称：中汽研以下简称：中汽研) )，以国家科研单位和非，以国家科研单位和非 盈利组织身份，通过商业手段，给国内各大汽车生产厂商盈利组织身份，通过商业手段，给国内各大汽车生产厂商 发放发放C-NCAPC-NCAP汽车安全星级评定认证。公开挑战号称国内最汽车安全星级评定认证。公开挑战号称国内最 权威的汽车安全星级评定标准的公正性。权威的汽车安全星级评定标准的公正性。 “三化三化”问题问题 标准化标准化, ,

26、系列化系列化, ,通用化简称为通用化简称为”三化三化”. .”三化三化”是我国现行的一项很重要的技术是我国现行的一项很重要的技术 政策政策。 标准化是指将产品标准化是指将产品( (特别是零部件特别是零部件) )的质量的质量, ,规格规格, ,性能性能, ,结构等方面的技术指标结构等方面的技术指标 加以统一规定并作为标准来执行加以统一规定并作为标准来执行. .我国的标准已经形成一个庞大的体系我国的标准已经形成一个庞大的体系, ,主要有主要有 国家标准国家标准, ,行业标准等行业标准等. .为了与国际接轨为了与国际接轨, ,我国的某些标准正在迅速向国际标准我国的某些标准正在迅速向国际标准 靠拢靠拢

27、. .常见的标准代号有常见的标准代号有GB,JB, ISOGB,JB, ISO等等等等, ,他们分别代表中华人民共和国国家他们分别代表中华人民共和国国家 标准标准, ,机械工业标准机械工业标准, ,国际标准化组织标准国际标准化组织标准. . 系列化是指对同一产品系列化是指对同一产品, ,在同一基本结构或基本条件下规定出若干不同的尺寸在同一基本结构或基本条件下规定出若干不同的尺寸 系列系列. . 通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中尽量采用同一结构和尺通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中尽量采用同一结构和尺 寸的零部件寸的零部件. . 量产车(PRODUCTION):19

28、30之后 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 材料趋势材料趋势 金属金属-非金属非金属 目前车身使用的材料目前车身使用的材料 金属金属 低碳钢低碳钢 一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或 钢板，用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农钢板，用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农 机具等。优质低碳钢轧成薄板，制作汽车驾驶室、发动机具等。优质低碳钢轧成薄板，制作汽车驾驶室、发动 机罩等深冲制品；还轧成棒材，用于制作强度要求不高机罩等深冲制品；还轧成棒材，用于制作强度要求不高 的机械零件。低碳钢在使用前一般不经热处理，碳含量的机械零件。低碳钢在使用前一般不经热处理，碳含量 在在0.150.15以上的经渗碳或氰化处理，用于要求表层温度以上的经渗碳或氰化处理，用于要求表层温度 高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。 车身技术的发展特点车身技术的发展特点 镀锌钢板镀锌钢板 我国热镀锌生产发展一直处于滞后状态。我国热镀锌生产发展一直处于滞后状态。2020世纪世纪5050年代年代 到到6060年代陆续建成了年代陆续建成了1313条单张钢板