1、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4 1.3 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92.2 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17 4.2.1空车状态下整车质量、轴荷分
2、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21 4.3.1 扭转刚度分析224.3.2 弯曲刚度分析24 4.4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.287.2 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
3、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、
4、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 ECE R66 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/mi
5、n）；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。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。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。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
6、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。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
7、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
8、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
9、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
10、，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
11、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
12、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
13、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、
14、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，
15、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
16、 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
17、：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
18、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
19、载式两种。（图4.3）(a) (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
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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
26、。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13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
27、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，
28、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
29、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
