城市客车车身骨架设计说明书

目录第一章绪论1.1课题分析及设计定位………2.1.2我国客车工业得发展………41.3国外客车的技术现状………4第二章骨架结构分析

2.1客车车身结构分析…………62.1.1非承载式车…………72.1.2半承载式车…………82.1.3承载式车身…………9

2.2发展形式……………………10第三章骨架主要尺寸的确定3.1车身骨架形式………………123.2结构形式……………………123.2.1右侧围骨架设计………133.2.2左侧围骨架设计………133.2.3右侧围骨架设计………143.2.4后围骨架设计…………153.2.5顶盖骨架设计…………16第四章骨架强度、刚度分析

4.1车身结构受载分析…………164.2质心高度计算及轴荷的分配分……………174.2.1空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算………………184.2.2满载状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算………………184.2.3整备质量利用系数……………………194.2.4轴距选择及轴荷分配…………………204.3车身结构件对刚度的影响及分析…………214.3.1扭转刚度分析…………224.3.2弯曲刚度分析…………244.4客车车身结构件分类………26第五章设计技术评价与分析

第六章存在的问题与解决途径第七章车身骨架制造工艺过程7.1矩形管下料…….……………28

7.2成形…………297.3车身骨架的焊接……………307.3.1骨架的焊装方法………317.3.2车身骨架五大片的组焊………………327.3.3整车骨架联装组焊……………………327.4蒙皮制作及与骨架的焊装…………………337.5车身骨架与底盘的焊接……………………347.6防锈蚀措施…………………347.6.1涂装前表面预处理……………………347.6.2车身防锈………………35

致谢………………35

参考文献…………36第一章绪论1.1课题分析与定位

当今客车的发展日新月异。例如，每年的德国法兰克福世界客车展览会上均汇集了世界客车领先企业的顶尖产品（德国的奔驰公司、尼奥普兰公司、曼公司，瑞典的沃尔沃公司、斯堪尼亚公司等）；他们今天展示的全新造型的新产品极有可能就是明天客车外形的发展趋势。21世纪对各种大、中型客车发展的希望是，在安全、方便、快捷的基础上更舒适和环保，并且充分体现以人为本的要求；具体表现在，除了“三低”（低污染、低消耗、城市客车低地板）和“三高”（高比功率——良好的动力加速性、高安全可靠性、高舒适性）以及外观优美、座位合适、价格适中外，在综合性能方面还应该有新的发展趋势；其中包括，新技术（控制整车的各个方面均由计算机技术实现，代用燃料发动机，为改善制动性能和操纵性能而形成的标准设备，装有永磁式缓速器的传动系统）、适应市场要求的新材料，新工艺（提高车身涂装工艺标准，逐步实现产品生产的模具化）。

欧洲是世界商用车的中心，拥有诞生世界第一客车的荣耀；在客车诞生100多年的今天，依然引领客车工业的方向——从发动机到变速箱、从底盘到车身；其ECER66安全标准正成为世界标准。欧洲大型客车的主要特点是，全承载式车身，发动机功率大、扭矩高，且发动机转速呈下降趋势（当前用柴油机的最大转速平均为1190r/min）；其中，约80％以上的产品采用空气悬架。这使客车的行驶速度加快，加速性、爬坡性、可靠性增强，经济性、环保性能、安全性更好；侧倾刚度、行驶平顺性、舒适性均有明显提高。目前，它的技术先进性主要表现在以下4个方面。

①节能技术——采用铝、镁合金、塑料，减小客车车身质量；研制风阻系数小的客车外形，尽可能地降低客车的空气阻力；设计使用天然气、甲醇、乙醇等新能源的客车。

②环保技术——改用无铅汽油和电子喷射式汽油机；安装废气处理装置；客车零部件的材料采用可回收利用的。

③安全技术——应用计算机仿真技术预示客车多方位碰撞的安全性、翻车时顶盖的强度和刚度、保证乘车人员生存空间的车身结构等；外，增加安全附加装置和采用高新技术产品，如安全带、安全气囊、防抱死制动统（ABS）、加速防滑系统（ASR）、自动差速锁装置（ASD）、缓速器。

④底盘技术——采用三段式底盘（半承载式）和无车架式底盘（承载式），使底盘布置形式呈“柔性化”，以适应各种匹配要求。

自20世纪70年代以来，中国客车经历了近40年的发展；引以自豪的是，国产客车基本占据全部国内客车市场，没有出现国外客车大批量拥入中国市场的现象。据统计，近年来的客车年产销量均在8万多辆，2005年的全国从事旅游运营的大中型客车达60多万辆。国产客车的各大型龙头企业已具有相当先进的设备和工艺方式、完善的管理经验和与之配套的营销网络，在设计、研制、生产方面具备了一整套完善的技术力量保障措施，能够研制和生产不同档次、不同类型的客车、客车底盘、总成；例如，厦门金龙、郑州宇通、苏州金龙、扬州亚星等大型客车厂家。国产客车能够取得如此成就，其主要原因在于，国产客车在经历了改装、仿制、技术引进、中外合资的历程后，使中国客车工业的整体水平得到极大的提高和客车的整车质量得到稳步发展，缩小了与国外先进客车的差距。

尽管如此，与国际上先进的客车工业相比，目前仍然存在差距。例如，豪华式客车的制造主要以组装方式进行。这就需要，尽快地自主开发出国产的全承载式车身；迅速增强零部件企业的自主研发能力和扩大它的生产力，使零部件企业的发展与整车企业的发展相匹配；进一步提高客车工业采用数字化设计和制造的整体水平，使新型客车和准高速车身的结构设计彻底摆脱传统的经验设计技术路线。只有这样，我国才能开发出具有国际先进水平的客车产品，才能真正地具有客车工业的核心竞争力。

近年来，随着改革开放的深入发展，我国的国民经济有了长足的进步，人民的生活水平有了很大的提高，各城乡的经济都有了较高的发展，因而作为现代的代步工具就广泛的进入到我们的生活中来，特别是城市中，城市客车的发展非常的迅速。加之现在城市中的人口越来越多，迫于解决城市的交通问题方便出行，提高生活质量与效率，必须适当的增加公交车。还有就是宽大的公路也为城市客车的发展提供了基本的条件。1.2我国客车工业的发展我国客车工业自20世纪60年代开始起步，经过改装、仿制、技术引进和中外合资阶段，发展到今天，已经基本形成了高、大、中、轻、微多种型式和档次的产品格局。日前，我国客车产品不仅基本适应公路客运和道路状况的要求，而且在1987年实现出口，现在我国的客车产品已出口到世界28个国家和地区。

我国客车企业在十几年前主要是依靠一汽集团、东风公司的载货汽车底盘改装客车。由于计划经济时期底盘为稀缺资源，使“亚星”、“黄海”和“长江”等客车企业下决心进行车身与底盘的一体式自主开发，从而使国内客车企业取得了今天这样的独立地位。客车不同于轿车产品，非大批量生产，因而要采用差异化策略；客车的零件互换性比轿车好，可以采用“搭积木”式的生产方式，利用国内外的优秀零部件总成“作拼盘”，匹配出最好的产品。江淮集团老总左延安将这一生产方式总结为“买全球，卖全球”。可以说，正是这种生产方式，使我国客车工业在汽车零部件基础还很薄弱的情况下，做到了客车产品在车身设计和总成配置上已与国际接轨。在2002年北京车展上，观众们惊讶地看到，我国大客车产品的档次、配置不仅优于载货汽车，而且采用了许多轿车上的技术。ABS、ASR、空气悬挂、电涡流缓速器、大功率低排放发动机、“前盘后毂”制动系统等这些目前只有在技术引进的载货汽车上才能看到的配置，在我国高档客车中已经把它们列为“标配”。甚至有一些高档客车上的配置，例如，定速巡航控制系统、智能化车内气候集成控制系统等，在很多高档轿车上也十分鲜见。汽车行业专家承认，衍生于载货汽车基础上的客车产品，在技术档次上大大超过它的先辈。1.3国外客车技术现状欧洲的客车技术水平和科研能力居世界的首位，中国客车企业引进客车技术也集中在欧日两大系列。全球比较著名的客车及客车底盘生产企业有：德国的奔驰、曼、凯斯鲍尔、尼奥普兰；法国的雷诺；意大利的依维柯(菲亚特集团)；瑞典的沃尔沃和斯堪尼亚；匈牙利的伊卡露斯和日本的五十铃、日产柴和日野等。由于客车行业具有产量低、品种多的特点，所以自动化水平都不是很高，一般客车厂年产量基本保持在2000辆的水平。在上述厂家中，德国的大中型客车技术在世界上一直保持领先地位。欧洲大中型客车的主要技术特点是：发动机功率大、扭矩高，且发动机最大扭距转速有下降的趋势(目前，欧洲大客车用柴油机最大扭矩转速平均为1190r/min)，这使得车辆行驶速度更快，加速性、爬坡性和可靠性更强，经济性、环保性能及安全性更好。1.1节能技术1.1.1采用先进技术充分利用电子控制、共轨系统等高新技术改进柴/汽油发动机及其燃烧系统。减小客车自身质量，采用铝、镁合金材料和塑料；利用CAD(计算机辅助设计)；采用粘接等新工艺、新技术。尽可能降低客车的空气阻力。经测试，风阻系数为0.2的新车与0.4的新车相比较，以120km/h的车速行驶，前者燃油经济性比后者改善25%，节油效果十分明显。发达国家设计的客车外形，其风阻系数在0.4左右，有的已达到0.3接近一般轿车的水平，而且还有进一步降低的趋势。1.1.2开发使用新能源的客车目前，欧日汽车行业及相关行业已成功开发的客车发动机新能源主要有:天然气、甲醇、乙醇等；正在试验的新能源有:丙烷、沼气、植物油、电能、太阳能等。德国、意大利、日本和瑞典等研制的压缩天然气公共汽车均已上市。1.2环境保护技术欧共体及美国、日本制定了越来越严格的噪声、排放标准。为了使汽车产品达到新的环保法规的要求，目前，国外主要汽车公司一般采用以下措施：（1）改用无铅汽油和电子喷射式汽油机、共轨系统柴油机；（2）安装排气后处理装置；（3）逐步使用新型能源：天然气、复合动力、燃料电池生物柴油等；（4）采用可回收利用的材料来制造客车的零部件。1.3安全技术为达到越来越严格的交通安全法规，欧洲汽车公司在提高客车的主被动安全性方面采取了以下措施:（1）增加安全附加装置：如安全带、安全气囊；（2）采用高质量的制动元件，如多套独力的制动系统以及性能优良的盘式制动器，以提高客车的制动性能；（3）广泛采用高新技术产品，如ABS、ASR和ASD（自锁差速器）以及缓速器。现在有些国家的安全法规规定旅行客车必须安装ABS系统；（4）利用先进的试验手段和计算机模拟技术对多方位碰撞的安全性，翻车时顶盖的强度、刚度以及保证乘车人生存空间的车身结构等进行研究，同时采用强度高，抗变形且质量小的新材料，以提高整车的抗碰撞能力；（5）提高客车内饰的阻燃能力，安装发动机火灾报警器，力争将火灾造成的损失降低到最低程度；（6）采用声光车距报警装置、雷达扫描防碰撞报警系统、疲劳驾驶报警装置、自动行驶导向系统等高新技术的电子产品，以全面提高客车的安全防护能力。1.4低地板技术用于城市公共交通的城市客车，其设计制造特点就是要方便市民。从方便性考虑，低地板技术已成为国外城市客车的主要技术特点。随着高龄人口的快速增长，特别是在日本，实践证明低地板客车具有很高的经济效益和社会效益。当然，低地板客车作为城市客车，应将提高安全性、舒适性、方便性放在同等重要的位置。第二章骨架结构分析2.1客车车身结构形式分析客车车身骨架是由底架、左/右侧围骨架、前/后围骨架及顶盖骨架六大片骨架经组焊蒙皮而成，是一骨架蒙皮结构。根据客车车身承受载荷程度的不同，可把客车车身概括地分为半承载、非承载、全承载式三种类型。2.1.1非承载式车身非承载式车身是指在底盘车架上组装而成的车身，系车架的一种，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，载荷主要有车架承担（见图4.1）。这种车身结构应是不承载的。但实际上，由于车架并非绝对刚性，所以车身在一定程度上还是要承受由于车架弯曲和扭转引起的载荷。可分为框式、脊梁式、综合式三大类。非承载式车身的优点：1）除了轮胎和悬架系统对整车的缓冲吸振作用外，挠性相交点还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架所受的扭转变形和降低噪音的作用，既延长了车身的使用寿命，又提高了乘坐的舒适性；2）底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作；3）由于有车架作为整车的基础，这样便于汽车各总成和部件的安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途的车辆；4）发生撞车事故时，车架还可以对车身起到一定的保护作用。其缺点是：1）由于设计计算时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的刚度和强度，从而导致整车自重力增加；2）由于底盘和车身之间装有车架，使整车高度增大；3）车架是汽车上最大而且质量最大的零件，所以必须具备有大型的压床及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。图4.1非承载式车身2.1.2半承载式车身半承载式车身是一种过渡性结构，将车身与车架刚性相连，车身承担部分载荷，从而适当减轻车架质量（如图1.2）。车身骨架（立柱）的下端与底架纵梁两侧悬伸的横梁（俗称牛腿）刚性相连。这种结构的特点是：车身下部与底架组合为一整体，车身也能分担部分弯曲和扭转载荷。但由于保留底架，大客车的轻量化受到一定限制。图4.2半承载式车身2.1.3承载式车身为进一步减轻自重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。根据大客车车身上、下部受载程度的不同，又分为基础承载式和整体承载式两种。（图4.3）(b)图4.3大客车承载式车身示意图a)基础承载式b)整体承载式2.1.3.1基础承载式这种结构是将车身侧围腰线以下部分设计成主要承载件，车顶则考虑为非承载件。这种结构的底部纵向和横向构件一把可用异形钢管、薄壁型钢或薄板制造，高度可达500㎜以上，因此，车身地板下面的空间可以用作行李舱，然而这种结构的地板离地距离大，适用于长途客车和旅游客车。根据国内外车身发展现状，基础承载式主要使用格栅式车身骨架（基础承载式），它的特点是：1）该结构系由截面尺寸相近的冷弯形钢杆件所组成，易于建立比较符合实际结构的有限元计算模型，从而可以提高计算精度；2）容许设法变动杆件数量和位置，有利于调整杆件中的应力，从而可以达到强度设计的目的；3）作为基础承载间的格栅底架具有较大的抗扭刚性，可以保证安装在其上的各总成的相对位置关系及其正常工作；4）在承载相同的情况下，冷弯型钢的成本比无缝钢管约低40%-60%；冷弯型钢可以定尺或倍尺供应，故可提高材料利用率；以冷弯型钢代替钢板冲压件，即可简化构件的成型的过程，又能节省部分冲压设备，同时也便于大客车的改型与系列化，为产品多种生产创造了条件。2.1.3.2整体承载式这种结构整个车身都参与承载，又名为全承载式车身结构。车身的上、下部结构构成一个统一的整体，在承受载荷时，会自动调节、以强济弱，使整个车身壳体达到稳定平衡状态。通过理论分析和结构上深入研究，发挥材料的最大性能，设计成强度的空间结构，从而使车身的质量最轻而强度和刚度最大。整体承载式主要缺点：1）由于取消了车架，来自传动系和悬架的振动噪声将直接传给车身，除车厢本身又是易于引起空腔共振箱，因此会大大恶化乘坐舒适性。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；2）改型比较困难。据统计，客车车身的质量约占整车质量的40%-60%，车身成本的百分比有的已经超过来了50%。因此，车身设计技术的先进与否不仅影响汽车本身的结构性能，而且还对汽车的节能降耗有直接的影响。从车身轻量化和车身疲劳强度方面来考虑，车身开发中人存在着相当多的关键技术亟待研究解决。正因为如此，我国在“九五”期间就将车身开发技术列为重点攻克的课题之一。大客车车身骨架是大客车的主要承载部件，是整车的基体。其结构性能的好坏直接关系到这个车的使用性能。在结构上要求其满足汽车总布置的要求；强度上要求其能受静载荷和运动中所受到的各种动载荷；它必须具有足够的弯曲刚度和扭转刚度，以使车身骨架和装于其上的其他总成和部件在汽车运行的多种工况下，不致产生过大的变形而损坏或破坏汽车正常的工作条件；另外在满足上述条件的情况下，车身骨架质量要尽量轻，以达到节能节材的目的，并易于高速行驶。因此，在保证其各种使用性能的前提下，使之重量最小，是车身设计中日益关心的问题是实现车身轻量化，降低成本，提高整体承载能力的主要途径。2.2发展趋势现代客车车身结构一般分为应力蒙皮和骨架承载式两种型式。欧洲一般采用无车架式底盘与骨架结构车身相结合的结构方式。骨架部分承受载荷，外蒙皮只起装饰作用。这种结构的侧窗开口可以很大，立柱很细，质量很轻，车身外观华丽，且便于进行结构计算，缺点是改型困难，设备投资大，焊接工艺复杂。今后的发展趋势是桁架式车身。欧洲大客车车身大量采用型材及各种异型材。为了减少异型材的品种规格,有的部位采用局部加强的办法,如门框、轮胎罩等部位，这种趋势在BENZ公司最为明显。北美地区大客车多采用承载式整体结构。该结构没有底盘车身之分，由每一段格栅片组焊而成。具有足够的刚度和强度，还能有效地降低影响客车寿命的振动和噪声。趋势见表1.1在我国，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布的《机动车运行安全技术条件国家标准》(送审意见稿)的第11章第3款“车身部分”的规定：“卧铺客车及用做公路客车的双层客车，其车身应为全承载整体式框架结构。”由公安部和工信部联合下发的《关于进一步加强道路机动车辆生产一致性监督管理和注册登记工作的通知》(以下简称《通知》)，也要求“自2011年1月1日起，新申报《公告》的卧铺客车车身应为全承载式框架结构。”车身结构发展表1.1分类变化车身结构单一非承载式→半承载式、全承载式（无车架）蒙皮装配铆→点焊结构材料冲压式→型材骨架式大量采用轻金属和非金属材料骨架结构框架式→桁架式车窗铝型材推拉式→粘接全密封式全承载车身具有众多优点。如：1）安全性更高全承载框架结构车身的底架，不是冲压成型的铆接车架式结构，而是由矩形钢管构成的格栅式结构。这种底架与前围、后围、侧围、车顶组成全承载车身。车身采用封闭环结构，由于没有车架，故可降低地板和整车高度。这种设计使整个车身都可参与载荷。因为上下部结构形成了一个整体，在承受载荷时，整个车身壳体达到稳定平衡状态。在具有较大抗扭刚性格栅式结构底架上配置发动机、前后桥等总成，可以保证各总成相对位置始终正常。2）更节油全承载车身的自重比同长度的非全承载客车要轻，真正做到了低入口，为客车动力传动系统的合理匹配提供了空间。因为重量轻，所以整车油耗降低。据测算，车身重量每减轻1吨，车辆百公里油耗可降低2升到3升。全承载车身一般都可为整车减轻1~3吨重量，对于营运客车来说，仅此一项降低的营运成本就十分可观。采用全承载式车身的客车可以降低整车重心高度，减少迎风面积，再加上有更多空间可以进行合理的外形设计，从而减小了空气阻力系数，使客车空气阻力变小，由此减少了燃油消耗。全承载车身（图2.4）还为更合理匹配动力传动系统提供了前提。动力传动系统是提高燃油经济性的重要途径，采用全承载车身的客车，一方面可以进一步优化发动机系统与附件系统(如空调等)的匹配，另一方面可以优化发动机与传动系统(变速器、主减速器)的匹配。通过这两方面的优化，可使客车在运行中提高燃油经济性。为提高客车被动安全性能、降低用户使用成本、更加节能环保，当今封闭环骨架结构的全承载式车身，已成为大型客车的主流形式。它在大大提升车身与底架的整体刚度与强度的同时，还相应降低了车体重量，达到甚至超过了世界最强车身强度标准的客车翻滚强度要求，保证了整车发生翻滚后，仍然保有足够的乘员生存空间。用于事故发生后的便于乘员离开车体的安全门、安全天窗，也都已有足够的安排。车身前围多采用的拱形结构，也是抵抗正面碰撞、分散撞击受力、减少撞击变形的有效办法。人性化，智能化和绿色环保化将是今后公路客车发展的主要趋势，而其他发展趋势还包括：采用更低的地板设计，方便小孩、老人及残疾人上车；更加注重人性化设计，带来舒适的乘坐环境；前后围蒙皮玻璃钢等非金属材料的使用，实现了造型细部化；部分车型顶盖采用玻璃钢材料，使整车的外形更平整；镀膜薄钢板的防腐效果较好，表面美观等等。图2.4全承载客车骨架三维结构图第三章骨架主要尺寸参数的确定3.1车身骨架形式汽车车身壳体按结构形式可分为骨架式、半骨架式和无骨架式三种。

骨架式车身壳体:具有完整的骨架(或构架)，车身蒙皮固定在装配好的骨架上。

半骨架式车身壳体:只有部分骨架(如单独的支柱、拱形梁、加固件)，部分骨架彼此直接相连或者借助蒙皮板相连。

无骨架式车身壳体:没有骨架，而利用蒙皮板相互连接时所形成的加强筋来代替骨架。3.2结构形式设计3.2.1右侧围骨架设计右侧围上根据设计开设了前乘客门，后乘客门，结构比较复杂。根据总布置的要求，风窗净高度定为1210mm，净宽度为1310mm和1050mm。前、后门的净宽度分别为850mm和1040mm，净高度为1915mm。考虑车轮的尺寸，确定轮拱立柱开度为1180mm，轮拱的上横梁距侧围最底端788mm。前门立柱，侧风窗立柱将与顶盖横梁、底架对接构成封闭环结构，作为车身结构中强度刚度很大的承载单元，所以该部分的骨架选用截面尺寸较大的矩形管——50*50*1.75mm。侧窗上纵梁要与顶盖焊接，同时要起到窗上止口梁作用，故选用50*50*1.75mm的型材。腰梁是侧围的主要承载部件，选用50*50*1.75mm的型材。在前部选用50*50*1.75mm的型材制成与前围右立柱进行对接焊接，后部也选择50*50*1.75mm的矩形钢与后围右立柱焊接。在侧窗下挡板处为提高强度加斜撑，尺寸为40*40*1.75mm。在轮拱处同样也安以这样的斜撑。（如图3-1）图3-1右侧围骨架总成图3.2.2左侧围骨架设计左侧围的结构较右侧围简单，不需要开设乘客门，或者司机门。左侧围的结构与材料主要从与右侧围对应的角度考虑，前部与前围连接的部分也比照右侧围，选择50*50*1.75mm的型材，后部与后围连接的部分则选择50*40*1.75mm的型材。风窗立柱是整个封闭环的一部分，为强度考虑相应选用50*50*1.75mm。腰梁是左侧围骨架的主要承载单元，选用50*50*1.75mm的矩形管型材。侧片上纵梁与右侧对应选用50*50*1.75mm。轮拱的开度尺寸也与右侧围保持一致，轮拱立柱开度为1040mm，轮拱的上横梁距侧围最底端788mm。风窗的上下沿梁与右侧围保持一致，设计成50*50*1.75mm的矩形钢焊接的结构。轮拱立柱选用尺寸为40*40*1.75mm的型材，因为轮拱立柱间距较大，在其间加角度为45度，尺寸为30*30*1.75mm的斜撑，与右侧围结构对应。（如图5-2）图3-2左侧围骨架总成图3.2.3右侧围骨架设计前围的左右立柱要与左右侧围骨架的第一立柱相焊接，由于这两根立柱的受力较大，断面尺寸选择50*50*1.75mm，该两立柱的曲线与侧围的曲线一致。前围骨架上需黏贴前风窗玻璃，风窗上下横梁的曲线保持一致。该组横梁从设计上保持一致的，采用50*50*1.75mm的矩形钢焊接的结构。前围上横梁的曲线与顶盖的曲线一致，尺寸与顶盖横梁一致，选用50*50*1.75mm的型材。下横梁的尺寸根据保证保险杠和前大灯的安装位置的原则来确定，选择50*50*1.75mm的矩形钢。为保证强度，在前围上横梁和上风窗上横梁以及下风窗上横梁和中间横梁之间加装辅助纵梁，尺寸为40*40*1.75mm。为安装前大灯，在下风窗下横梁之下设置了辅助立柱，以及安装钢板。（如图3-3）图3-3前围骨架总成图3.2.4后围骨架设计后围骨架的设计要根据客车的尾部附件安装等进行。根据总布置的要求，在后围骨架上要开具发动机舱门，空调散热格栅，以及后风窗等结构，所以做出相应的设计。后围的左右立柱要与左右侧围骨架的后立柱相焊接，由于这两根立柱的受力较大，断面尺寸选择50*50*1.75mm，该两立柱的曲线与侧围的曲线一致。后围骨架上需黏贴后风窗玻璃，后风窗上下横梁的曲线与风窗玻璃保持一致。该组横梁从设计上保持一致的，采用50*50*1.75mm的矩形钢管与50*50*1.75的矩形管焊接的结构。后围上横梁的曲线与顶盖的曲线一致，尺寸与顶盖横梁保持一致。以上结构从设计上和前围相似。后围下横梁，中间第一和第二横梁从设计上保持一致，采用50*50*1.75mm的矩形管。后风窗侧边梁的位置确定风窗的尺寸，以及辅助立柱1、辅助立柱2均的采用50*50*1.75的矩形钢型材。为了使发动机发生故障时，便于取出，故将发动机舱下横梁与保险杠下横梁断开用螺栓连接。（如图3-4）图3-4后围骨架总成图3.2.5顶盖骨架设计顶盖骨架上需安装一个安全窗及空调管路和顶灯等结构。顶盖横梁将与左侧风窗部分纵梁，门立柱和底架等结构构成封闭的骨架环单元，是车身主要的承载结构，故其截面尺寸选的较大，为50*50*1.75mm，并采用整体的结构，相应的，顶盖纵梁就需要采用断开式的结构。纵梁从结构上保持同一性，采用40*40*1.75mm的矩形钢管。顶盖骨架需做成弧形从而保证其力学性能。（如图3-5）图3-5顶盖骨架总成图第四章车身骨架强度刚度计算4.1车身结构受载分析理论分析和实践都表明，大客车车身不开门一侧侧壁的抗弯刚度是很大的。在前、后轴中间开门会使侧壁的抗弯刚度大大减小。因此，尽量避免在轴间开门的方案是可取的。使用实践，点算和电测的结果都表明：大客车车身骨架的最薄弱环节是在轴距范围内的乘客门立柱上角及其临近窗立柱的上下角。实践还表明，大客车车身骨架损坏的最大危险应力是由于车身受扭时产生的斜对称载荷所引起的。众所周知，斜对称载荷之所以危险是因为由薄壁杆件（特别是开口截面）构成的超静定空间结构受扭时，其个别杆件急剧变形所致，当薄壁杆件两端被刚性固定而产生约束扭转时，将会使正应力增大。现在来定性分析大客车车身受扭的情况：当大客车在崎岖不平的路面上行驶而使车身受扭时，由于剪力流q汇总以后所形成的阻力会使顶盖侧边梁（俗称上大边）相对于腰梁产生位移，这时，窗立柱和门立柱都将承受纵向弯曲变形，当变形量达到一定限度时便会在侧窗上、下角和车门上角产生横向裂纹，这种损坏现象已为大量的使用实践所证明。窗立柱和门立柱还会不会产生左、右横向弯曲变形呢？理论分析和使用实践都表明不会出现这种现象。因为诸立柱只有在汽车以较高车速急转弯时的情况下，站立乘客用手支撑在立柱或窗上框时才能使立柱受到横向的压力。现在来看看由于汽车急拐弯时人手压在立柱上的离心力究竟有多大，用弹簧拉力计随车实测的结果表明，当大客车急拐弯时（此时最大离心加速度≤0.4g，否则汽车将会侧翻过去），人手作用在立柱上的瞬时最大压力一般不会超过体重的30%。所以，相对来说，窗立柱的横向抗弯刚度是绰绰有余的。综上所述可见，大客车在行驶过程中，车身立柱只考虑其承受纵向弯曲载荷就够了。4.2质心高度计算及轴荷的分配在整车设计方案确立后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数(包括：空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度；满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等)进行估算，为整车性能计算和总成设计提供依据。各总成质量，可通过样件实测得到，亦可参照同类车型样件实测值修正得到。各总成质心位置可通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计得到，然后在整车总布置图上确定其质心相对于前轮中心的纵向位移(一般规定在前轮中心后为正值，在前轮中心前为负值)以及空载状态下的离地高度；和满载状态下的离地高度。一般整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时应考虑到前、后轮胎和悬架相对满载状态的垂直变形的影响；空载状态下各总成质心纵向位置相对满载状态的变化忽略不记ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>余志生</Author><Year>2000</Year><RecNum>458</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>458</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90xasd95f0pxx5esfx4p2z5wd0f0wwsassr5">458</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>余志生</author></authors></contributors><titles><title>汽车理论</title></titles><dates><year>2000</year></dates><publisher>机械工业出版社</publisher><isbn>7111020766</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"余志生,2000#458"7]。4.2.1空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算整车整备质量(自重)按下式计算：=(6-1)式中：——用估算整车整备质量的全部总成数量(总成的划分可根据实际况由设计人员自定)——整车装备质量，kg。空车后轴荷按下式计算：=(6-2)式中：——轴距，mm；——空车后轴荷，kg。空车前轴轴荷按下式计算：(6-3)式中：——空车前轴荷，kg。按下式计算：(6-4)式中：——空车质心高度，mm。4.2.2满载状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算整车最大总质量(总重)按下式计算：（6-5)式中——用于估算整车最大总质量的全部总成和负载的数量(一般在整车整备质量基础上加上乘员和最大装载质量)。满载后轴荷按下式计算：(6-6)式中：——满载后轴荷，kg。满载前轴荷按下式计算：=（6-7）式中：——满载前轴荷，kg。满载质心高度按下式计算：（6-8）式中：——满载质心高度，mm。4.2.3整备质量利用系数汽车的整备质量利用系数是汽车的装载量与整备质量之比，即：（6-9）它表明单位汽车整备质量所承受的汽车装载质量。显然，此系数越大表明该车型的材料利用率越高和设计与工艺水平越高。因此，设计新车型时在保证汽车零部件的强度、刚度及可靠性与寿命的前提下，应力求减轻其质量，增大这一系数值。4.2.4轴距选择及轴荷分配轴距的选择要考虑它对整车其他尺寸参数、质量参数和使用性能的影响。轴距短一些，汽车总长、质量、最小转弯半径和纵向通过半径就小一些。但轴距过短也会带来一系列问题，例如车厢长度不足或后悬过长；汽车行驶时其纵向角振动过大；汽车加速、制动或上坡时轴荷转移过大而导致其制动性和操纵稳定性变坏；万向节传动的夹角过大等。因此，在选择轴距时应综合考虑对有关方面的影响。当然，在满足所设计汽车的车厢尺寸、轴荷分配、主要性能和整体布置等要求的前提下，将轴距设计得短一些为好。汽车的轴荷分配是汽车的重要质量参数，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。因此，在总体设计时应根据汽车的布置型式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分配。汽车的布置型式对轴荷分配影响较大，例如对载货汽车而言，长头车满载时的前轴负荷分配多在28％上下，而平头车多在33％～35％。对轿车而言，前置发动机前轮驱动的轿车满载时的前轴负荷最好在55％以上，以保证爬坡时有足够的附着力；前置发动机后轮驱动的轿车满载时的后轴负荷一般不大于52％；后置发动机后轮驱动的轿车满载时后轴负荷最好不超过59％，否则，会导致汽车具有过多转向特性而使操纵性变坏。在确定轴荷分配时也要考虑到汽车的使用条件。对于常在较差路面上行驶的载货汽车，为了保证其在泥泞路面上的通过能力，常将满载前轴负荷控制在26％～27％，以减小前轮的滚动阻力并增大后驱动轮的附着力。轴荷分配对前后轮胎的磨损有直接影响。为了使其磨损均匀，对后轮装单胎的双轴汽车，要求其满载时的前后轴荷分配均为50％，而对后轮为双胎的双轴汽车，则前后轴荷可大致按1／3和2／3的比例处理。当然，在实际设计中由于许多因素的影响，上述要求只能近似地满足。在确定汽车的轴荷分配时，还要考虑汽车的静态方向稳定性和动态方向稳定性。根据理论分析，汽车质心位置到汽车中性转向点的距离s对汽车的静态方向稳定性有决定性的影响。这个距离可由下式计算得到：（4-10）式中，—分别为汽车质心离前、后轴的距离。和取决于轴荷分配，，（4-11）—两个前轮的轮胎侧偏刚度之和，N/rad；—后轮的轮胎侧偏刚度之和，N/rad；—汽车全部轮胎的总侧偏刚度之和，N/rad；当时，亦即当时，汽车质心位于中性转向点之前，汽车具有不足转向特性，汽车静态的方向稳定性较好。反之，当时，汽车具有过度转向特性。此时存在着一个临界车速，低于此车速时，汽车的行驶时稳定的，高与此车速，则汽车就不能稳定行驶。在汽车设计时一般希望汽车具有适度的不足转向特性。为此，要很好地匹配上述参数，使汽车动态方向稳定性的条件是：(4-12)式中：K—稳定性因素；v—汽车车速（m/s）；L—轴距（m）。4.3车身结构件对刚度的影响及分析车身刚度主要是指弯曲刚度和扭转刚度。在分析过程中将车身结构件对车身刚度影响的评价指标分为绝对评价指标和相对评价指标。绝对评价指标是指该结构件对车身刚度影响的绝对数值大小，相对评价指标是指对于同一单位质量的结构件对车身刚度影响的大小,即刚度对该结构件变化反应的灵敏程度。客车车身骨架结构由前后围、顶盖和左右侧围五大部分组成。在分析过程中将整车车身结构分为以上五个部分进行。该车车身前、后围为内置金属骨架的玻璃钢件,分析中选取玻璃钢蒙皮为分析对象。车身顶盖上三排对称的纵梁从里到外定义为中间纵梁、侧边纵梁和两边纵梁来分析。车身侧围选定所有斜撑件为一组,因为该车侧围为应力蒙皮,将蒙皮单独分析。将顶盖的上大边和侧窗下的长纵梁定义为侧窗上下长纵梁分析。五部分中独立考虑的结构件,如表4-1所示。表4-1客车车身分析所选结构件质量比重部件名称部件总质量/kg部件总质量占整车质量百分比/%变化质量/kg部件质量变化占整车质量百分比/%顶盖部分顶盖蒙皮190.007.72190.007.72中间纵梁14.400.5814.400.584侧边纵梁40.901.6640.901.66两边纵梁37.301.5137.301.51侧围部分所有斜撑件26.401.0726.401.07*侧围窗柱37.351.527.500.304*窗体上下长纵梁114.004.6222.800.925侧围蒙皮116.004.72116.004.72前围部分前围玻璃钢件23.000.93323.330.933后围部分后围玻璃钢件56.502.2956.502.29注：*表示该方案是对所选结构减弱20%后分析；其余表示该方案是对所选结构完全去除后分析4.3.1扭转刚度分析不同分析方案车身扭转工况下的分析结论如表4-2所示。通过表4-2的分析结果可以看出,客车车身各结构对整车扭转刚度的影响如下：1)横向布置的结构件对扭转刚度的影响明显高于纵向布置的结构件。2)前、后围玻璃钢件对整车扭转刚度的影响非常大,这是由于客车车身结构近似一个六面体,没有前后围结构的客车车身犹如一个两头没有封口的盒子,显然会大大降低整车扭转刚度。3)对整车扭转刚度的影响最大的车身结构件是侧窗立柱。而客车在静弯曲和扭转工况中车身的大应力点也大都集中在车窗立柱与上下纵梁连接处和车门立柱上角。由于目前大客车造型多为直角的大侧窗,车窗立柱的数量很难增加,如在本车中车窗立柱的质量仅占整车结构件质量的少许。因而在车身设计中要处理好车窗立柱与上下结构的连接,避免应力集中,造成强度破坏。4)顶盖骨架对整车扭转刚度的影响很小,而且越靠近顶盖中部,结构件对刚度的影响越小。6)顶盖及侧围蒙皮对整车扭转刚度的影响相当大,分别使整车扭转刚度提高33.4%和23%。而且其质量占车身构件总质量也分别达到7.72%和4.72%,这对设计中提高整车扭转刚度有很大的意义。7)侧围贯穿前后的侧窗上、下纵梁作为纵向构件对整车扭转刚度的影响也很显。表4-2车身各结构件对车身扭转刚度的影响方案结构调整部位轴间扭转角轴间扭转角变化量轴间扭转钢度轴间扭转刚度变化量0原车结构0.514481215728.91顶盖蒙皮0.7469110.23243142725.3-72003.53792中间纵梁0.513274-0.00121215653.2-75.68435.33侧边纵梁0.512841-0.00164214742.6-986.27124.14两边纵梁0.5159070.001423213466.1-2262.7260.75斜撑件0.522020.007539212012.9-3716140.86*侧围窗柱0.5280760.013595209815.3-5913.597887*窗体上下长纵梁0.5292120.014731208889.3-6839.543008侧围蒙皮0.657350.142969165894.1-49834.74309前围玻璃钢件0.5402280.025747202563.7-13165.2572.410后围玻璃钢件0.559540.045059201225.9-14502.9256.7注:*同表14.3.2弯曲刚度分析不同分析方案下车身弯曲工况的分析结论如表4-3所示。由表4-3的分析参显示,客车车身各结构件对车身中部的弯曲刚度影响描述如下：1)客车车身结构窗框以上的结构件变弱时,纵梁中部处的变形量反而变小。由于发动机后置的大客车后悬长,而且后部发动机以及乘员的质量相对集中,其弯曲工况的主要变形区域也在后悬。由侧围的弯曲变形图6-1可以看出,顶盖变形时,在后桥区的第四侧窗立柱犹如一个支点。当顶部结构件变弱时,由于后悬处变形加大,而顶盖部分并没有直接的载荷作用,从而拉动顶盖中部有一个向上的趋势,而顶盖部分的上升也带动了纵梁中部向上移动,使纵梁中部的变形量变小。2)客车车身结构窗框以下的结构件变弱时,纵梁中部处的变形量变大。但从数据看出,除了侧围蒙皮之外,侧围构件对变形的绝对影响都很小。由此可见,对于半承载式的客车车身结构,车身的抗弯能力主要还是底架结构提供。表4-3车身各结构件对整车弯曲刚度的影响方案结构调整部位中间最大挠度中间最大挠度变化量后悬最大挠度后悬最大挠变化量0原车结构-0.9263400-13.4078001顶盖蒙皮-0.83024-0.0961-5.06-16.06582.658139.92中间纵梁-0.92303-0.00331-2.3-13.4150.0072553侧边纵梁-0.90917-0.01717-4.2-13.48050.727517.84两边纵梁-0.9214-0.00494-1.32-13.4730.0652517.55斜撑件-0.90047-0.05268-9.8-13.64730.239590.76*侧围窗柱-0.89944-0.0269-35.86-13.54980.142189.37*窗体上下长纵梁-0.78281-0.14353-62.95-13.6860.278251228侧围蒙皮-1.14410.2177618.77-15.3861.97825170.59前围玻璃钢件-0.948510.022179.64-13.46350.0557524.210后围玻璃钢件-0.76946-0.15688-27.77-13.8910.4832585.53)前、后围玻璃钢蒙皮对车身中部弯曲刚度基本无影响。但由于去除之后,质量分布变化,也对车身中部变形产生了作用。4)客车车身的纵向布置的结构件对车身的弯曲刚度的影响大于横向布置的结构件的影响。从表4-3的分析参数,显示,对于弯曲工况中客车车身各结构件对车身后悬部弯曲刚度影响的描述如下：1）客车车身的所有构件对车身的后部的弯曲刚度都有增强作用。车窗立柱对后悬挠度绝对值影响最大；2）对后悬挠度绝对值影响大的结构件包括底架纵梁、侧围蒙皮、顶盖蒙皮、侧围斜撑、车窗上下长纵梁及后围玻璃钢蒙皮；3）客车车身纵向布置的结构件对车身的弯曲刚度的影响大于横向布置的结构件的影响。图6-1侧围骨架弯曲变形图4.4客车车身结构件分类通过上述分析,根据客车车身各结构件对车身刚度的贡献,把客车车身的结构件分为三类（表4）,不同类的结构件在车身中所起到的作用不同,在车身结构初步设计中要分别进行考虑。表4-4客车车身结构件分类类型分类结构件名称弯曲刚度扭转刚度A类件顶盖蒙皮、侧围蒙皮、后围玻璃钢蒙皮顶盖蒙皮、侧围蒙皮、后围玻璃钢蒙皮、前围玻璃钢蒙皮、侧窗上下长纵梁B类件侧窗立柱、侧围斜撑、侧窗上下长纵梁侧窗立柱、侧围斜撑C类件顶盖纵梁（所有）、前围玻璃钢蒙皮、顶盖纵梁（所有）A类件：这类车身结构件的相对评价指标和绝对评价指标都很高。相对评价指标高说明车身刚度对该类结构件的变化反应敏感比绝对评价指标高,说明该类结构件对车身刚度数值影响大,在车身总质量中所占的比例也相当大。在客车车身结构设计中,改变这类车身结构件的数量和连接布置形式是提高客车车身刚度的主要手段。例如将侧围的张拉蒙皮改为应力蒙皮就可以极大地提高车身的弯曲和扭转刚度。B类件：这类车身结构件的相对评价指标极高而绝对评价指标较低。相对评价指标极高说明车身刚度对这些结构件的变化反应非常敏感绝对评价指标较低,说明占车身总质量的比例小,对车身刚度数值影响不大。极高的相对评价指标意味着它在车身中是一高应力部件,也是说它是一个危险部件。在车身结构设计中,对这类结构件应格外加以重视,虽不要求它们对整车的刚度有大的改善,但它们的布置和尺寸变化往往是车身强度失效的根源。C类件：这类车身结构件的相对评价指标和绝对评价指标都较低。在车身结构设计中只需考虑它们的功能要求。第五章设计评价分析在本次毕业设计中，车身骨架采用半承载式，车身承受部分载荷，尽量采用封闭环，从而减少了应力集中。同时，本骨架基本上能够满足总布置的要求。由于是第一次自己做骨架的设计，自己的知识在某些方面还有很多的不足，因此本次设计的骨架存在着各种各样的问题需要去解决，例如，根据经验和市场上现有同型车骨架的有限元分析结果，有些地方受力较大，只是采用了结构加强的方法来提高承载能力，没有采用合理先进的方法使结构优化，未能顺应客车骨架设计发展趋势而实现车身轻量化设计等等。由于时间和条件的限制，以及本人的水平有限，只是采用传统算法对骨架强度和刚度进行计算。骨架使得有些设计方面没有考虑到，有些考虑的很简单，所以这个骨架还有很大的改进空间。第六章存在的问题与解决途径在本次毕业设计中，充分体现了城市客车的特点。车身骨架采用整体承载式，车身承受全部载荷，能发挥材料的最大性能，使车身的质量最轻而强度和刚度最大。而顶盖，侧围，底架构成了多个封闭环，减少了应力集中，增强了承载能力。本骨架在能够满足总布置的要求下，通过在强度薄弱处增加斜撑，而不是增加截面尺寸，既增强了强度，又减轻了骨架总体质量。由于是第一次自己做骨架设计，专业知识在某些方面准备不足，因此本次设计的骨架存在着各种各样的问题，例如:各段梁的尺寸和形状与实际情况不尽相符，有待进行进一步的实践摸索；有个别地方考虑的并不全面，只是片面地凭着感观在绘图及进行强度计算使用的是古典方法，对曲杆简化成直杆计算，而不是用先进的Ansys进行分析，以致计算结果可能误差较大。所以此设计应该还有很大改进空间。第七章车身骨架制造工艺过程本设计车身骨架采用矩形管组焊结构,具有强度高、重量轻的优点。侧围及顶盖均采用通长横梁贯穿,既增加表面平整度,又减少吊运过程中的变形。顶盖边弧度采用小圆弧过渡,这在近几年客车行业是非常流行的。车身侧围蒙皮采用冷张拉工艺,顶两侧蒙皮采用滚压工艺,以提高车身平整度。侧窗采用整幅粘贴结构,保证乘客能够有足够的观景效果,同时在前后部开有通风窗,保证室内空气流通,减少疾病的传递,玻璃采用绿色环保颜色,防止太阳紫外线的辐射,能很好地保护乘客。车身骨架一般采用矩形钢管焊接而成。对于半承载式和全程承载式车身，它与车架或车身底架一起承受全部载荷的作用（即使是非承载式车身），车身骨架也要承受一定载荷的作用，对于强度和刚度有一定的要求。车身骨架的强度除了决定于车身骨架结构形式和矩形钢管截面尺寸外，还受到焊缝质量和焊接头处应力集中的影响。而车身骨架出现的早期断裂，多发生在焊缝上或焊缝附近。保证焊缝质量，减小接头处应力集中，可有效地防止车身骨架的早期断裂。在车身装配中，车身骨架是车身的基础。它的尺寸、形状和误差直接影响车身装配件的安装。因此，必须对它的尺寸和变形进行严格的控制。客车车身骨架壁厚小于2㎜，骨架焊接采用二氧化碳气体保护焊，（用二氧化碳气体保护焊，减少热影响区，也减少了金属受热变形和整个骨架的焊接变形。）在焊接胎具上组焊而成，其制造过程包括矩形管下料→成形→车身骨架各大片（前围、后围、左侧围、右侧围和顶盖骨架）的组焊→车身骨架各大片联装组。7.1矩形管下料矩形管下料一般采用锯片切割机切割和矩形管冲断模剪切两种方法。目前，国内使用手动送给的砂轮锯片切割机，基本上能满足生产需要，但存在着嗓音大，粉尘污染严重，切口毛刺多等缺陷。所在，需要寻找矩形管切断工艺新方法。因此，产生了利用矩形管冲断模剪切矩形管工艺。矩形管冲断模是利用剪切原理剪切矩形管的。矩形管在切割刀、活动凹模和固定凹模共同作用下被剪切切断。矩形管冲断模剪切速度快，没有环境污染，经济效益好，但矩形管剪切断面容易产生变形。因此，减小剪切断面变形是冲断模剪切工艺的关键。矩形管的剪切切断过程：矩形管的放置有水平放置和对角放置两种形式。由于放置位置不同，其剪切过程各有特点。对于对角放置的矩形管，剪切过程包括形成切口、剪切矩形管上两边和剪切下两边三个阶段。在冲载力的作用下，切割刀刀尖在矩形管上冲出与切割刀厚度等长的切口。切割刀与活动凹模刃共同作用，剪切矩形管上两边。此时，活动凹模的主要作用是夹持矩形管，减小剪切断面的变形，活动凹模刃对材料的剪切作用比较小。在这个阶段中，与切割刀厚度等宽的废料在切割刀的作用下，向内弯曲。随着剪切过程的进行，切割刀和固定凹模刃共同作用，剪切矩形管下两边。此时，固定凹模刃对材料的剪切作用很大，并且在外侧支承剪切断面，使剪切断面不产生变形。剪切断面变形包括局部产生凹陷和剪切断面被压扁两种情况。通过剪切过程的分析，可以知道剪切断面变形产生在形成切口和剪切上两边阶段。在剪切矩形管上两边阶段中，通过减小切割刀夹角β，可有效地减小剪切断面变形。所以，剪切断面变形主要产生在形成切口阶段。剪切断面的变形决定于矩形管的支承刚度、剪切速度和冲载力等因素。矩形管支承刚度大，切割刀尖锋利，剪切速度快，冲我力小，剪切断面变形小。矩形管的支承刚度与矩形管放置位置和切口的位置有关。矩形管对角放置的支承刚度比水平放置大；水平放置的矩形管，切口在两侧的支承刚度比切口在中间的大。7.2成形矩形管的弯曲成型是异形构件加工中最重要、最复杂的一道工序。其加工方法多种多样，有手工压形、滚压成形、模具压形和弯机管弯形等方法。1）手工压形这种加工方法灵活，适用范围广，对一些三维或多曲率组合的管件比较实用，但效率低，人工量大，曲线不光滑，难以大批量生产。2）滚压成形这种加工方法非常适合单一曲率构件的加工，经滚压后的构件曲线光滑，但同样存在效率低，一根构件需多次滚压才能成形的缺点。3）模具压形特点是效率高，适合批量生产，缺点是对管件的材质要求高，回弹要一致，同时对不同曲率的管件，需制作不同的模具，模具投入量较大，模具确定后，压制不同批次的材料，回弹不一，难以调整。4）弯机管弯形上述三种工艺对于加工曲率半径大的构件比较适合，而对于一些小曲率半径的构件，就显得力不从心，或难以适应大批量生产，先进的数控弯机管就能达到这类构件的要求。客车顶盖骨架中的顶横梁便是一个典型构件。使用数控弯管机可一次加工完成，该机床由微机控制，油路系统装有液压伺服阀，X向和Y向均装有位移传感器，在弯形中保证两个方向的位移量符合全成曲线的坐标值，如有不对，计算机能及时得到反馈进行调整。Y方向的值越大，表示弯曲率越大，反之越小。该机自动化程度高，效率高，应用范围广，能适应各种不同曲率的构件，以及多曲率组合的构件，不需投入大量的模具，使用方便，弯出的构件与样板的贴合度一般不大于2㎜。由此，在矩形管的弯曲程度不同时，弯曲成型的方法也有所区别，对于弯曲半径小（R=200～300㎜）的矩形管弯曲件，一般多采用弯管机弯曲成型；对于弯曲半径大于500㎜的矩形管弯曲件，一般采用弯曲模压制成型。7.3车身骨架的焊接客车车身骨架合装是国内客车生产厂家大批量生产时普遍采用的生产工艺,也是提高生产线生产效率的主要途径,分为五大总成合装和六大总成合装两种形式。五大总成合装是指将客车车身前、后围骨架总成,左、右侧围骨架总成和大顶骨架总成分别在地面胎具上组合焊接后,在合装胎具上将它们组装在一起。六大总成合装是指在五大总成合装基础上,将地板骨架同时合装。合装多数是在批量生产线的第一工位进行。因此,合装的质量、生产效率直接影响到整个生产线的效率。六大总成合装有如下优点:1）有利于生产线柔性化生产,日产能可提高20%左右；2）减少了因焊接引起的骨架总成焊接部位的局部变形；3）车身骨架的平直度明显提高,不校直即可达到技术要求；4）提高了地板骨架组焊的精度和组焊的生产效率；因此本设计决定采用六大总成合装。多数厂家合装的工艺是左、右侧围骨架总成分别以窗上纵梁为定位基准点,其具体工序是:1)将左、右侧围骨架总成立放固定到合装胎具的左右固定座上；2)将左右固定座推进到车身宽度尺寸后合装胎具座固定；3)将地板骨架总成与左右侧围骨架的连接；4)将大顶骨架用吊车吊起来,转运并水平固定；5)将大顶骨架总成与左右侧围骨架用焊接或铆接方式进行连接；6)将前后围骨架总成与左右侧围骨架总成和大顶骨架总成进行连接,组成车身整体骨架。在左右侧围骨架总成上。整车结构由左、右侧,前、后围和顶骨架五大片先用组焊胎具分别组焊,然后与底盘底架组焊成一体。本设计采用五大片总成合装工艺。其合装顺序可按照以下两种方式进行布置:1)固定左(右)侧围骨架总成→固定大顶骨架总成→固定前(后)围骨架总成；2)固定左(右)侧围骨架总成→固定前(后)围骨架总成→固定大顶骨架总成。实际生产中,第一种工序布置较第二种工序布置更有利于员工操作。在此工序中,合装胎具在生产中主要起的作用是:①定位；②固定左、右侧围骨架；③保证车身总宽度。车身骨架是保证车身强度和刚度而构成的空间框架结构，车身骨架的焊装就是骨架从构件的散件到部件、分总成再到总成的制造过程。车身骨架一般是采用矩形棺材，用二氧化碳气体保护焊，在组胎具焊接而成的空间结构。焊缝质量和焊接变形主要取决于焊接规范参数的选择。骨架尺寸和形状的误差决定与组焊胎具的精度、骨架构件的精度和焊接变形的控制。车身骨架组焊后需要检验和整形。车身骨架的组焊是先进行各大片的组焊然后五大片联合组焊，形成整车车身骨架。从焊装工艺和变形控制方面来看，骨架五大片应为封闭结构，这样在各大片组焊时骨架的变形能得到最有效的控制减小定位误差和五大片联装组焊时的焊接变形，减小骨架移动时变形。并且骨架五大片联装组焊时，焊缝少，容易施焊，装配间隙比较容易保证，平面内焊接收缩变形方向基本一致。7.3.1骨架的焊装方法CO气体保护焊亦称CO电弧焊，是50年代中期发展起来的一种新的焊接技术，目前我国在机车车辆制造、汽车制造、船舶制造等方面应用十分普遍，也是客车制造行业的主要焊装方法。之所以应用普遍是由于CO电弧焊具有许多优点：①焊接成本低。②生产效率高。③焊接质量高。④适用范围广。⑤这是一种明弧焊接法，可以观察到电弧和熔池，便于监视和控制，不需要清渣。车身骨架采用CO气体保护焊焊接。焊缝质量对骨架强度有重要影响，焊接规范参数的选择，是影响焊缝质量的关键。影响焊缝质量的焊接缺陷有未焊透，焊缝加强高过大、气孔和金属飞溅严重。而焊接规范参数合理的选择能有效的防止和减小焊接的缺陷，获得良好的焊接工艺性。7.3.2车身骨架五大片的组焊骨架构件在组焊胎具上定位、夹紧和焊接，组焊成骨架各大片。骨架组焊质量包括焊缝质量和骨架变形程度。自此，组焊时应注意减小焊接变形和减少焊接缺陷。1）合理选择焊接规范参数。骨架构件在组焊胎具上组装时，焊缝应保留0.3～0.5㎜的装配间隙，这样有利于减小焊缝加强高，加大焊缝的熔深。避免了为加大焊缝熔深而增大焊接电流，使焊接变形和热影响区增大。并注意焊丝质量对焊缝机械性能的影响。关于焊接规范参数的选择，对焊接变形和焊缝质量的影响。2）胎具的夹紧力。组焊胎具加紧装置主要作用是防止骨架结构的角变形和扭曲变形。对其平面收缩变形，如任其自由收缩变形，有利于减小焊件的残余应力，提高车身骨架的疲劳强度。因此，胎具的夹紧力应适当。3）如果各大片骨架能划分成若干个小组焊件组焊，不但能缩短生产周期，利于新车型开发，而且可以使那些不对称的或收缩力较大的焊缝能自由收缩，而不影响骨架组焊精度，从而减小了焊接变形。4）选择合理的焊接顺序。合理的焊接顺序能使骨架的焊接变形和残余应力达到最小，焊接顺序的选择要根据具体骨架结构，在控制整个骨架误差的条件下，保证骨架配合部分的精度，而适当降低非配合部分的精度。5）对焊缝的加强高进行打磨。焊缝加强高不仅影响骨架的外观质量，也降低骨架的疲劳强度。磨去焊缝的加强高，可以降低接头的应力集中。打磨方向应与接头受力方向一致。如果焊缝内部没有显著的缺陷，接头的疲劳强度可以提高到和母材强度相同。7.3.3整车骨架联装组焊整车骨架联装组焊质量主要决定于骨架五大片的正确定位。骨架的定位形式有内定位和外定位两种。内定位采用内定位架定位，外定位采用组装胎定位。内定位架为前后各一个，分别横向安装在车架前后桥附近，侧围骨架组焊高度和整车宽度由内定位架定位，但对前后围骨架没有直接定位作用。内定位架使用方便，结构简单，但骨架合装定位误差大，组焊精度差。骨架五大片组装胎是一种理想的工艺装备。左右侧围骨架由合装夹具定位夹持，在液压系统操纵下，左右移动，使侧围骨架与车架或车身底架横梁对齐，在相应部位进行预焊。前后围骨架也安装在合装夹具上，移动完成合装定位，在侧围和前后围骨架连接处进行预焊。然后吊入顶盖总成，进行预焊。整车骨架合装后，进行CO2气体保护焊焊接。利用组装胎组焊整车骨架，组焊精度高，质量好。7.4蒙皮制作及与骨架的焊装车身蒙皮是覆盖在客车车身骨架外表面的构件，通常分为前围蒙皮、后围蒙皮、顶盖蒙皮和侧围蒙皮四部分，一般焊接在骨架上。整个车身蒙皮采用冷张拉预应力点焊接技术。车身蒙皮的制作受其采用的材料、蒙皮与车身骨架