中型客車車身結構的設計

中型客車車身結構的設計,中型,客車,車身,結構,設計 摘 要 中型客車車身是客車最重要的部分，直接影響其他設備的型號和功能，是設計客車的基礎。本文以人機工程學為基礎和行業(yè)設計標準，對客車車身結構進行的設計，提高客車的安全性能、舒適性、符合人們的審美觀和人機工程學、具有人性化的設計要求。 根據(jù)客車設計原則和設計要求，研究了中型客車的車身結構特點，主要從車身的承載方式選擇、發(fā)動機安放位置、車身外形輪廓、客車左右側圍和前后圍、客車頂蓋、車身底盤結構、駕駛艙和乘客座椅等方面進行車身結構設計。通過研究類型的優(yōu)缺點，確定最符合設計要求的型號。并通過遺傳算法確定出最優(yōu)的設計方案。 設計完成后，對車身骨架進行力學分析和強度校核，通過公式計算，確定最優(yōu)的車身骨架的結構形式，完成骨架結構尺寸的設計，驗算車身骨架的額定載荷能力和結構變形，最終驗證結果符合汽車安全性的要求。 關鍵詞：中型客車；車身結構設計；車身骨架 I ABSTRACT The medium bus body is the most important part of the passenger car and directly affects the models and functions of other equipments. It is the basis for designing passenger cars. This article based on ergonomics and industry design standards, the bus body structure design, improve the safety performance and comfort of passenger cars, in line with people's aesthetics, with humane design requirements. According to the design principles and design requirements of passenger cars, the characteristics of the body structure of medium-sized passenger vehicles were studied, mainly from the selection of the bearing mode of the body, the position of the engine, the outline of the body, the left and right side and front and rear sides of the passenger car, the top cover of the passenger car, the chassis structure of the vehicle, and driving Cabin and passenger seats and other aspects of the body structure design. By studying the advantages and disadvantages of the type, determine the model that best meets the design requirements. And through the genetic algorithm to determine the optimal design. After the design is completed, mechanical analysis and strength verification are performed on the car body skeleton, and the structural form of the optimal car body skeleton is determined through formula calculation. The size of the carcass structure is designed, the load capacity of the car body frame and the structural deformation are checked, and the final verification result is obtained. Meets the requirements of automotive safety. Key word: Medium passenger car；Body structure design；Body frame II III 目錄 第 1 章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 車身設計順序 1 1.3 國內(nèi)外中型客車的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.4 客車生產(chǎn)工藝 3 1.5 本文研究方法和目的 4 第 2 章 車身總體規(guī)劃 6 2.1 車身組成 6 2.2 車架的作用 6 2.3 車身的設計原則 7 2.4 車身設計要求 7 2.5 車身型式分類 7 2.6 發(fā)動機布置方案 10 2.7 車身設計和規(guī)劃 11 2.8 車身設計評價體系 12 第 3 章 車身結構設計 13 3.1 車身骨架構件截面形狀類型 13 3.2 結構形式設計 13 3.3 車身內(nèi)部尺寸確定 16 3.4 其它功能的設計 17 第 4 章 車身骨架強度計算 18 4.1 車身結構受載分析 18 4.2 車身骨架強度計算 18 4.3 轉向節(jié)強度計算 23 4.4 計算結果 25 第 5 章 總結和展望 26 5.1 總結 26 5.2 展望 26 參考文獻 27 致 謝 28 中型客車車身結構的設計 第 1 章 緒論 1.1 引言 現(xiàn)代的中國的主要矛盾已經(jīng)轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發(fā)展之間的矛盾。其中中型客車是人民生活的重要組成部分，與人民的生活息息相關，中型客車隨人民的需求的變化而不斷改變和發(fā)展自己。中型客車以由原來的安全，便捷，經(jīng)濟性的發(fā)展式，并在此基礎上向舒適、環(huán)保、個性化的方向轉變，更能體現(xiàn)出以人為本和人性化的設計要求。 當我們看到汽車時，首先會注意到它的外形，往往外形帥氣、漂亮、線條流暢的汽車最能抓住大眾的眼睛。客車的外觀是成品形狀的設計范圍，和工程技術設計是有很大的區(qū)別，他主要的目標是使產(chǎn)品體現(xiàn)他的物質(zhì)價值和精神價值，既可以使用他的功能和便利，還具有審美的功能。 客車車身結構設計是將現(xiàn)代的工程技術和未來人們的審美價值觀聯(lián)系起來，使成品工程技術與外觀藝術的高度統(tǒng)一，乘客與客車的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，客車與環(huán)境的和諧統(tǒng)一，成為人們的表達思想的代號。 9 1.2 車身設計順序 圖 1.1 中型客車 車身設計的程序可以定義為高效率進行車身設計的步驟： 1） 設計計劃。根據(jù)市場供求關系、甲方工藝文件、行業(yè)規(guī)定、公司內(nèi)的現(xiàn)有條件等來設計產(chǎn)品功能指標、類型、尺寸、外形、自身質(zhì)量和載客量，品質(zhì)標準、目標成本、舒適性、安全性和可靠性等主要目標。在此基礎上繪出整車的總布置草圖 2） 構思設計。在整車總布置草圖的基礎上，進行創(chuàng)造性的設計構思，根據(jù)各種算法進行方案設計，從中選出最能符合本次設計的要求的一個方案。 3） 仿真設計。根據(jù)設計方案和要求，利用仿真軟件進行模擬實驗 4） 模擬設計。制作縮小比例的模型，以觀察他的立體造型效果。 1.3 國內(nèi)外中型客車的發(fā)展現(xiàn)狀 1.3.1 國外客車發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)在客車發(fā)展速度很快。在德國法蘭克福舉辦的一次會議中，德國奔馳公司，奈普蘭公司，曼恩，瑞典沃爾沃，斯堪尼亞等企業(yè)；他們今天展示的新產(chǎn)品很可能將成為明日公交車形態(tài)的發(fā)展趨勢。 21 世紀各中型客車發(fā)展的愿望是：以由原來的安全，便捷，經(jīng)濟性的發(fā)展式，并在此基礎上向舒適、環(huán)保、個性化的方向轉變，更能體現(xiàn)出以人為本和人性化的設計要求。價格適中，綜合表現(xiàn)應有新的發(fā)展趨勢；包括新技術（控制車輛的各個方面都是通過計算機技術實現(xiàn)的替代燃料發(fā)動機，以提高制動性能和裝卸性能和標準裝備的形式， 配備永磁緩速器的驅(qū)動系統(tǒng)），以滿足市場要求新材料，新工藝（標準汽車涂裝工藝，逐步實現(xiàn)模具生產(chǎn)）。 在早期歐洲生產(chǎn)了世界上第一輛客車；今天的歐洲它仍然領導著客車行業(yè)的發(fā)展標準，從動力系統(tǒng)到變速系統(tǒng)，從支撐部件到整體框架，其 ECE R66 安全標準已經(jīng)成為全球行業(yè)標準。西歐中型客車的結構布局是全軸承車身，動力系統(tǒng)強大，輸出轉矩大，但轉速不高（目前柴油機最高轉速為 1190r / min）；約 80％的產(chǎn)品使用空氣懸浮液。這使得公交車速度，加速度，坡度，可靠性提升， 性價比，環(huán)保性能，安全性更出色；側向剛度，乘客的舒適性得到很大提高， 現(xiàn)代的客車應用技術顯示在以下四個地方。 1） 節(jié)能技術。汽車的材料多選用鋁鎂合金和塑料，對于客車輕量化有重要作用。研發(fā)具有小風阻系數(shù)的造型，降低客車的空氣阻力，以增大推力比。 2） 環(huán)保技術。 轉用無鉛汽油和電子噴射汽油發(fā)動機；廢氣處理設備的安裝；客車零件使用的材料是可回收的，動力系統(tǒng)多采用天然氣，甲醇，乙醇等新能源客車，有利于保護環(huán)境。 3） 安全技術。 應用計算機模擬技術預測轎車多位置碰撞的安全性，轎廂頂蓋的強度和剛度，以及居住者居住空間的身體結構；附件增加安全性并采用安全帶，安全氣囊，防抱死制動系統(tǒng)（ABS），加速撬裝（ASR）系統(tǒng)，自動差速鎖裝置（ASD）等高科技產(chǎn)品，速度慢。 4） 采用三級底盤（半軸承）和無軌車底盤（軸承類型）的底盤技術使底盤的布局“靈活”，以滿足各種匹配要求。 1.3.2 國內(nèi)客車發(fā)展現(xiàn)狀 自 20 世紀 70 年代以來，國內(nèi)企業(yè)在現(xiàn)代客車領域不斷成長。已經(jīng)基本占 領國內(nèi)客車市場，并沒有出現(xiàn)外國客車擠入中國市場的現(xiàn)象，這是值得驕傲的。據(jù)統(tǒng)計，近年來客車年銷量超過 8 萬輛。2005 年，中國有大中型客車 60 多萬輛， 國內(nèi)企業(yè)具備了與世界先進企業(yè)同等層次的生產(chǎn)設備和制造工藝流程，健全的的管理模式和成熟的銷售模式，在設計、開發(fā)、生產(chǎn)方面與他們一道，擁有一整套完善的技術力量保護措施，開發(fā)和生產(chǎn)不同型號和不同種類的客車，例如廈門金龍，鄭州宇通，蘇州金龍，揚州亞星等大型客車制造商。國內(nèi)客車能否取得這樣的成績，主要原因在于國內(nèi)客車經(jīng)過改裝，通過改進工藝和技術轉讓， 和國外企業(yè)進行合資，使中國客車行業(yè)的整體水平是客車整車水平的大幅度穩(wěn)定發(fā)展，與國外先進客車的差距。 但與國際先進客車行業(yè)相比仍有差距。例如，豪華轎車的制造主要是組裝。這就要求盡快開發(fā)國產(chǎn)的全軸承體；加快零部件企業(yè)自主研發(fā)能力，擴大生產(chǎn)能力，使零部件企業(yè)發(fā)展與整車企業(yè)發(fā)展相適應；為進一步提升客車行業(yè)數(shù)字化設計制造的整體水平，新一代客車和高速客車車身段的設計，傳統(tǒng)體驗設計技術路線已經(jīng)不能滿足新一代客車的發(fā)展需要，加快融入國際先進的設計理念。只有這樣，中國才能開發(fā)出國際先進水平的客車產(chǎn)品，才能真正具備公交行業(yè)的核心競爭力。 近年來，隨著改革開放的進一步發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)總值不斷擴大，國民的生活越來越好，旅游業(yè)也漸漸興盛起來，人們愿意度假旅游。大多數(shù)旅游景點都圍繞著一個大城市。例如，兵馬俑在西安附近，景點雖然屬于城市，但離市中心還有一定距離，所以大城市之間的旅游和交通問題反映出來，旅游就是要發(fā)揮那種快樂的心情，而且旅游環(huán)境對旅游者來說是舒適的旅行情緒有很大的影響。這對公路和旅游客車的乘坐舒適性提出了很高的要求，也刺激了旅游客車行業(yè)的發(fā)展。隨著生活水平的提高，長途汽車將會有更多的需求。 1.4 客車Th產(chǎn)工藝 客車生產(chǎn)部分共設有六大管理模塊，12 個小的管理模塊及若干個工作小組，組織機構設置情況如圖 1.2 客車成產(chǎn)工藝。 1.4.1 焊裝生產(chǎn)工藝流程 生產(chǎn)方式與我廠大致相同，都是采取半自動化流水作業(yè)。焊裝生產(chǎn)采取雙線平行生產(chǎn)，每條生產(chǎn)線有九個生產(chǎn)工位（根據(jù)車的長短不同，線上可擺放 10-12 臺車）。兩條焊裝生產(chǎn)線的最前端兩個工位之間設有 4 個打磨、修正、小件焊接工位。焊裝生產(chǎn)線實際擁有生產(chǎn)工位 22 個，交車緩沖工位 4 個，焊裝車間實際可存車 28-30 臺。 生產(chǎn)線上的主要設備有：六面體合攏包胎兩套、MAGOMIG 焊機 56 臺、 MAGOMIG403W 氬弧焊機兩臺、單面點焊機 8 臺（實際上用 4 臺）、2。5 噸單 梁吊車 4 臺、車體舉升裝置兩套。生產(chǎn)線上采取兩班工作制，每班有 60 名員工， 兩班次共有員工 120 名。產(chǎn)量：日產(chǎn) 10-11 臺車生產(chǎn)節(jié)拍：3 個小時。 1.4.2 涂裝生產(chǎn)工藝流程 圖 1.2 客車生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝流程：整車磷化清洗、烘干、骨架螺絲孔保護、骨架噴底漆、烘干 骨架涂膠、整車骨架注醋、頂蓋兩側轉角蒙皮粘接、側圍骨架蒙皮粘接、開輪孔包邊、檢測蒙皮平整度、粘接輪罩、發(fā)動機倉玻璃鋼件、前后覆蓋件粘接及裙門研裝、底盤管網(wǎng)安裝、蒙皮除油及管路保護、蒙皮噴底漆、烘干、刮膩子及車內(nèi)涂膠、除塵整形、噴車外表面中涂、烘干、車外表面保護、噴車內(nèi)飾漆、烘干、頂蓋蒙皮粘接、地板研裝 、地板鋪裝、地板粘接膠固化、地板下部縫隙涂膠、地板上部縫隙灌膠、粘接后輪罩膠板、地板打磨、地革鋪裝、地革焊接、座椅滑道安裝、出廠前交檢各部位生產(chǎn)工位分布情況如下：涂裝生產(chǎn)20 個工位、蒙皮粘接及內(nèi)飾件前后覆蓋件粘接 6 個工位、底盤管網(wǎng)安裝 6 個工位、地板研裝 2 個工位、地板鋪裝及打磨 8 個工位、地革鋪裝 5 個工位、地革焊接 2 個工位、座椅滑道安裝 2 個工位、出廠交檢 4 個工位。涂裝共有生產(chǎn)工位 55 個，緩沖工位 12 個。涂漆采取三班工作制，每班 30 人，地板、地革鋪裝采取三班工作制，每班 30 人。其他生產(chǎn)工序采取兩班工作制。涂裝共有生產(chǎn)員工 380 人。 1.5 本文研究方法和目的 本文主要根據(jù)人機工程學思想，結合安全性和舒適性的設計目的，設計出符合現(xiàn)代人觀念的產(chǎn)品，是產(chǎn)品更具競爭力，在具體表現(xiàn)上，除“三低”（低污染，低消耗，低地臺城市客車）和“三高”（高功率，高動態(tài)加速，高安全可靠，高舒適性）外，還具有外形美觀并具有流行性的外觀、結構安全性能高、結構 更合理并擴大客車室內(nèi)空間。并采用新技術和新工藝，滿足市場對客車產(chǎn)能的需求。在目前的工業(yè)中，客車車身設計過程比轎車設計有所簡化，主要的設計方法如下三點： 1) 客車外形效果的評判標準，設計主要集中在車頭和車尾，其中車頭比較復雜主要包括前臉與駕駛區(qū)，復雜的曲面也多集中車頭和車尾。 2) 客車中間的車身大約占客車百分 75 左右，其造型為縱向均勻變化的直線段，大部分零部件都已標準化或系列化。 3) 本論文主要的設計任務主要集中在車頭和車位兩部分，車身段需要和前后車頭車尾相稱。在設計時根據(jù)行業(yè)設計規(guī)范和制造工藝，按照整車的控制尺寸（中型客車的總長總寬、總高、軸距、前懸、后懸等）和總布置方案（如發(fā)動機前置和后置等）進行設計。 第 2 章 車身總體規(guī)劃 2.1 車身組成 客車種類繁多，類型復雜，但是其結構形式千篇一律，客車車身結構一般由應力蒙皮和骨架軸承兩部分組成，有時也會利用無底盤和骨架結構體聯(lián)合的結構類型。但是一般由基本部件組合而成：一般有車身本體、門洞、門框、腰線、風窗框、車門、艙門、門窗框、車身骨架等。車身本體由功能件與覆蓋件焊接和鉚接而成，結構一般固定不易拆解；腰線位于側窗的下部。車身骨架主要保證車身的強度和寬度，通過前后造型特點形成空間框架。 2.2 車架的作用 圖 2.1 車身示意圖 車身框架應該具有一個固定的剛度和強度，當剛度沒有達到具體條件時， 容易產(chǎn)生變型,這種變型一般發(fā)生在車身的門窗，車窗框架，發(fā)動機艙蓋和行李箱口處，并且會使車窗玻璃損壞，車門卡住打不開，也會有客車發(fā)生低振動頻率導致車架剛度下降，也會產(chǎn)生結構共振和響動，會降低了連接結構的強度。此外，框架內(nèi)其他零件的相對位置關系也會受到牽連，結構強度不夠，導致構件產(chǎn)生早期裂縫和疲勞斷裂。在客車制造過程中，車身的裝配精度需要提高， 其尺寸和形狀誤差會影響裝配精度的提高。因此，在客車制造過程中必須嚴格控制尺寸和變型。 1） 在正常使用條件下，框架總成需要保證縱梁等部位的強度和剛度，從而不會發(fā)生變形和開裂。 2） 車架具有保持其上的零部件位置的穩(wěn)定性的作用。 3） 調(diào)整在發(fā)動機的安裝孔和支架上安裝孔的部件，調(diào)整制動線、熱風線、線路束、輸油管的分布。 車架圖 2.3 車身的設計原則 中型客車根據(jù)要求采用半體式車身，根據(jù)半框架車身承受部分負荷的特點以其框架來適當降低質(zhì)量，因此在車身框架設計中，優(yōu)先級是關鍵的車身框架強度和剛度，并且也順應車身布局，適應環(huán)境以及市場等級的要求，因此在設計時應遵守以下要點： 1)為了保證車架的強度和剛性，滿足整個車身的骨架情況。如果有干涉， 就需要重新開始設計過程。 2） 在設計過程中，要考慮減少難度和制造過程的時間，降低汽車的開發(fā)成本。 3） 優(yōu)化設計用來減少車身重量； 4） 在設計骨架組件的結構時，應充分考慮它需要滿足連續(xù)變形的要求，節(jié)約資源，擴大產(chǎn)出比例。 5） 在總體布局和強度條件下，盡量減少成本，提升經(jīng)濟收益。 2.4 車身設計要求 在各種各樣的設計工藝中，設計基礎是必要的和不可缺少的東西。 由于沒有設計可以猜測，車身框架設計也必須有相應的設計基礎： 1） 根據(jù)底盤圖給出的主要參數(shù)完成車架設計； 2） 根據(jù)車身的總體布局和有關尺寸完成車身框架設計； 3） 滿足甲方提出的要求，規(guī)定和工藝文件； 4） 根據(jù)工藝文件和底盤總布置圖，確定車架結構類型和尺寸參數(shù)（軸距、前懸、后懸及左右縱梁外寬、縱梁高度）； 5)根據(jù)發(fā)動機的位置，設計了安裝在橋上的發(fā)動機安裝孔的位置。冷卻系統(tǒng)設置了水箱容器和通風風扇的安裝位置?？諝膺^濾器的支架的安裝由進氣系 統(tǒng)控制,消音器支架由排氣系統(tǒng)組件控制它的安裝位置,空調(diào)組件則設計了壓縮機腿的安裝位置. 6）根據(jù)前后懸架總成的位置擺放來設計后懸架鋼板支架的位置、減震器的安裝位置、緩沖塊或空氣彈簧支座的安裝位置、穩(wěn)定桿支撐件的安裝位置、推力桿支座的安裝位置等。 (7)根據(jù)管理系統(tǒng)的裝配，確定了安裝轉向機的位置、角向轉向架托架安裝位置，以及中縱臂支架安裝位置的位置，以確定轉向架的位置;底盤的設計是根據(jù)底盤的一般結構設計的。 2.5 車身型式分類 乘用車在各個地方都有使用，不同類型、不同形式的客車種類繁多。隨著人工智能的發(fā)展和數(shù)字化化工廠的應用，工程技術日趨成熟，結構日趨完善。新型客車與傳統(tǒng)汽車混合在一起，分類相同，可根據(jù)軸承形式進行劃分?；旧暇褪沁@三個種類：承載式、非承載式和半承載式。 2.5.1 非承載式車身（有車架式） 非承載式客車的車身焊接在底盤底座上。這是一個傳統(tǒng)的框架。在車體和框架之間放置許多橡膠墊。當汽車在崎嶇的道路上行駛時，橡膠墊的靈活性吸收了底盤的振動，而底盤則被置于主要負荷之下。在實際中，由于框架的剛性剛度結構，框架的彎曲和扭轉所引起的載荷必須由主體承擔。 如圖 2.2 圖 2.2 非承載式車身 非承載式車身有很多特點，其中優(yōu)點有下面幾個： 1） 通過輪胎和懸架系統(tǒng)對整車進行緩沖，柔性交叉點也可以輔助緩沖，適當?shù)匚哲嚰艿呐まD變形和降噪，提高汽車的使用壽命，提高乘客的舒適度。 2） 可以對車身結構進行拆裝，使裝配過程得以簡化，并能組織專業(yè)化協(xié)同，如底盤和車身。 3） 車架可作為車輛生產(chǎn)的基礎和依據(jù)，便于車輛的生產(chǎn)和設計，而且維修保養(yǎng)容易。 4） 當客車碰撞時，高強度車架對車身安全具有一定的保護作用。這種結構也有他的缺點： 1） 這種車身不具有承載能力，所以需要保證車架具有有足夠的剛度和強度來適應客車的需要，所以就需要增加鋼板厚度，所以整個車的重量會增加； 2） 車架介于底盤和車身之間，在無形中提高了客車高度； 3） 車架過于笨重，其形狀復雜，在加工制造過程中需要精度高，加工范圍廣， 程序復雜的設備和機床。增加了制造成本，不利后續(xù)型號的發(fā)展。 2.5.2 半承載式車身 半承載是在非承載結構中發(fā)展的，吸收了非承重型的優(yōu)點，改善了其缺點， 將車身連接到車架上，車身可以承載一部分重量，減輕了車架的重量。車身框架（李竹）的下部與底架縱梁兩側懸掛梁（牛腿）相連。這一結構的特點是車身下部和底架的組合，這是由于李竹抵抗彎曲和扭轉造成的變型。車架還是沒 有取消，客車的重量并沒有得到根本性的改變。 圖 2.3 半承載式車身 2.5.3 承載式車身 加大對汽車的輕量化的設計，以及使車身結構符合模塊化的設計理念，需要簡化和優(yōu)化客車的結構，在客車采用無車架的結構形式。根據(jù)客車上下部分不同的受載程度，將其分為基礎承載式和整體承載式兩類。 圖 2.4 基礎承載式圖 2.5 整體承載式 （1）基礎承載式 基礎結構的主要承重部件是腰部以下的身體部位和腰部以上的非腰部。軸承區(qū)域的縱向和橫向結構部分可由異形鋼管、薄壁鋼或薄板構成，高度約為500mm。因此，身體下部可以設計成行李區(qū)，遠離地面，適合于長途客車和旅游客車。 目前市場上占有率很高，車身骨架以格柵式為主，它的特點是： 1） 這種車身由很多相同尺寸的冷彎形鋼桿件搭建而成，容易進行模擬仿真和有限元計算，從而有利于設計的準確性； 2） 根據(jù)客戶需要和特殊行業(yè)，可以對支撐桿件數(shù)量和位置進行調(diào)整，有利于進行個性化和柔性化的設計，滿足不同客戶的需要； （2） 整體承載式 整體承載式可以理解為整體承受載荷。車身是由一個統(tǒng)一的總體。當受到壓力時，車身會自動調(diào)節(jié)，使整個車身保持穩(wěn)定和平衡。通過理論分析和深入研究結構，采用數(shù)字仿真技術進行設計，合理選擇材料，使材料發(fā)揮最大性能， 設計出高強度的產(chǎn)品結構，設計出質(zhì)量最輕的車身，而且具有最大的強度和剛度。 整體承載式種結構優(yōu)點很多但也有缺點： 1) 這個結構已經(jīng)消除了車架，傳輸電纜和懸架的振動將直接導致車身，隔間，導致腔室的共振，在隔間里將產(chǎn)生噪音和振動，以及乘客的舒適會受到影響。因此，車身制造的成本將大大增加.因為必須要用大量的隔音和耐久性材料。 2.6 發(fā)動機布置方案 發(fā)動機的布局對客車車身的總體布局起到了主導作用。例如，在發(fā)動機驅(qū)動的后置發(fā)動機的傳統(tǒng)布局中，當發(fā)動機上升到地面上方時，頭部的面積非常差，并且在軸距范圍內(nèi)設置乘客門，從而使車身的剛度大大減弱。驅(qū)動軸在地板下穿過，這樣地板就離開了地面。此外，發(fā)動機的噪聲、排氣和噪聲可以被車中人所聽到,并影響乘客的舒適度。 19 圖 2.6 發(fā)動機前置 臥式發(fā)動機中置方案，雖然節(jié)省了大量的面積，也可以設計在前軸前面。發(fā)動機維修困難是一個比較棘手的問題，因此對發(fā)動機可靠性的要求非常高。另外，發(fā)動機冷卻不好,地板高度難以降低，發(fā)動機噪聲、排氣、熱、振動等因素可進入車輛以及發(fā)動機前。因此，這種安排不能在公交車上推廣。 圖 2.7 發(fā)動機中置 發(fā)動機有兩種方法。后置的缺點是發(fā)動機的冷卻方式苛刻，需要加強散熱器的設計，還需要遠距離操作。但是隨著動力系統(tǒng)的改進和光機電一體化技術的發(fā)展，上述問題可以獲得解決。在發(fā)動機的橫向設置中，發(fā)動機的動力系統(tǒng)通過變速器軸以對角線的形式從變速器傳遞到致動器。這種結構更緊湊，但結構更復雜，傳輸效率更低。發(fā)動機的位置設置在公共汽車后部。擴大車廂面積， 降低車身高度，解決了發(fā)動機的噪音、振動、尾氣和熱量進入車內(nèi)，有利于合理設計轉動軸和方便維修。與此同時，公共汽車尾部的穩(wěn)定性和乘坐的舒適性得到了提高,這是由后軸懸架質(zhì)量和非懸掛質(zhì)量比的增加引起的。因此，近年來已經(jīng)建立了發(fā)動機后置式汽車。 （a）發(fā)動機橫置 （b）發(fā)動機縱置 圖 2.8 發(fā)動機后置 2.7 車身設計和規(guī)劃 本文采用了全承載結構和后裝式發(fā)動機橫向安裝，其中車身骨架是主要承載部分。車身骨架的設計是車輛設計的優(yōu)先事項，其性能與汽車的性能直接相關。在設計方面，結構必須符合車輛的總體布局。強度的受靜態(tài)載荷和各種動載荷的影響。它還必須有一定的抗彎剛度和扭轉剛度。確保車身上的車架和部件和設備在車輛運行中不會造成過大變形，或損壞車輛正常行駛。在上述條件的基礎上，還需要對骨架進行輕量化的設計，以達到降低成本的目的，還要適 合高速度的工況下行駛。 運用整體載技術，根本改變汽車的整車結構，在結構設計上就為汽車減輕了很大重量，在傳動系統(tǒng)的配合下，提高汽車安全性能并延長了客車的額定使用時間。 在設計客車車架時，不僅要合理安排零件的合理布置，還要考慮車身的可維護性、可靠性和可制造性，以及車身對底盤的影響，如縱梁的結構、位置等。以及內(nèi)外梁的連接方式、主干的尺寸、地板的高度和通道的寬度以及驅(qū)動。駕駛區(qū)域和座位的位置，門的數(shù)量和位置。 圖 2.9 車身整體規(guī)劃 2.8 車身設計評價體系 在車身設計完成后由相關設計人員參加對車架圖紙的評審，主要審核以下內(nèi)容： 1） 車架的結構是否合理，車架的強度是否能滿足 2） 發(fā)動機及其附屬車架縱梁上的安裝孔及牛腿安裝孔是否合理，有無削弱車架強度 3） 橫梁的位置是否與底盤組件和車身結構（前、中、后門和側柱）相匹配。 4） 制動管路、暖風管路、電線束、油路等管線在車架中的走向是否合理及穿線管是否合適 5） 底盤組件是否有可能干擾相關組件，如減速器或傳動軸的裝卸空間是否足夠？零件設計是否滿足框架的可制造性，便于維護和可靠性。 第 3 章 車身結構設計 3.1 車身骨架構件截面形狀類型 3.2 結構形式設計 3.2.1 客車車身設計 綜合各種因素，本文采用發(fā)動機后置，發(fā)動機擺放位置位橫向的設計方案， 不根據(jù)設計方案確定車身總體尺寸 1）客車尺寸 8900×2450×380mm 均在 GB1589－2004 汽車外輪廓范圍內(nèi)。 2）軸距 4700mm 3）前輪距：1810mm，后輪距 1792； 4）前懸：1350mm，后懸：2850mm 5）接近角：17 度 離去角：8 度 圖 3.1 客車外形尺寸 3.2.2 左右側圍 通過對總體布置參數(shù)的綜合分析，門柱受力大，需要使玻璃保持穩(wěn)定，并且貼近玻璃。因此，有必要選擇截面尺寸為 的矩形鋼門柱。75 毫米，同 時底架的外支撐梁需要與前門柱焊接，選擇相同的截面——。75 毫米， 制造工藝與前壁右側相同，曲線與前圍對稱。側窗柱之間的距離為。為了保證封閉環(huán)，門柱直接與車輪拱柱對齊，使得第一窗口的寬度為 。在安裝窗立柱和斷面時，要特別注意玻璃的位置，避免發(fā)生干涉，把窗立柱的 斷面尺寸選擇為，窗立柱與側窗在安裝時，需要使窗立柱的內(nèi)側與側窗下部梁的對齊安裝，窗立柱的外側與下部分梁有 10mm 的距離，用于 安裝玻璃部件。側窗的下側梁是側構件的主軸承單元，所以其截面尺寸需要選擇較大的 50×50×2mm 的鋼。側窗的上邊梁和頂蓋焊接而成，所使用的鋼材為50×50×1.還要避免與車輪的干涉，其中左右輪拱立柱與輪胎間距需要在 70~80mm 范圍內(nèi)，輪拱上橫梁與輪胎之間間距要保持在 110~120mm 范圍內(nèi)。同時，它與底部框架相協(xié)調(diào)。 3.2.3 車身前圍和后圍 前車架設計是根據(jù)總平面的前視圖和側視圖設計的。前柱和左柱與左、右圍圍框架的第一柱焊接，截面尺寸為 50×40×1。75mm 的板材，與前窗玻璃的曲線保持一致。不僅要在俯視圖上保持前風窗上沿梁和風窗玻璃的曲線一致， 而且還要在側視圖上兩者之間的曲線保持一致，材料的斷面尺寸為 40×30× 1.75 毫米，與玻璃窗相同。前圍的尺寸由前照燈的高度設定。在俯視圖中，它跟客車前部外廓曲線相同。材料的截面尺寸為 40×40×1。梁和橫梁 3、橫梁 2 和橫梁 1 在風窗下安裝有短立柱，以增強結構的強度，截面尺寸為 30×30×1。梁 2 與橫梁 1 之間的短立柱由前燈的寬度來設計,用來放置車燈。在擋風玻璃下面的梁和梁 2 之間的短立柱根據(jù)進氣裝置和刮水器尺寸確定。 后圍骨架應根據(jù)客車尾部的特點設計。首先設計后圍立柱，并且與左右側圍尾立柱進行焊接在一起，材料的斷面尺寸為 50×40×1.75 毫米，其曲線與客車整車側圍曲線相同。不僅在俯視狀態(tài)下，他的曲線與整個車輛的后曲線相同， 而且側視圖的曲線與后窗上方的曲線一致，并且材料的截面尺寸為 50×40×1。后窗的下橫梁和后窗玻璃的下端為 3mm 低，并平行安裝。材料的截面尺寸為50×40×1。75 毫米，其曲線與整車尾部俯視曲線相同。在后窗左右兩側設置一個橫截面尺寸為 40×30×1 的立柱。根據(jù)發(fā)動機的設計方案，設計了發(fā)動機艙 門的尺寸和位置，并將短橫梁置于發(fā)動機門的上邊緣。材料的截面尺寸為 50× 40×1。75 毫米，其曲線與客車尾部俯視曲線相同。上述三根梁都是連著的，沒有斷開,端部與后圍圍柱焊接在一起。設計的前后圍如圖 3.2. 圖 3.2 前后圍 3.2.4 車身頂蓋車頂蓋的特點： 1） 連接側面并與側面一起工作； 2） 當身體扭曲時，頂蓋主要是剪切變形； 3） 天窗，行李架，頭燈，空調(diào)，揚聲器，扶手等的開啟； 4） 用側面，前后和地板組成車廂的整個空間。 這輛車是一種中型長途汽車，有空調(diào)和頂蓋上的安全窗。因此，應該留出空調(diào)和安全窗的位置，以便可以安裝。因此，在設計頂蓋的中縱梁時，避免干涉到安全窗和空調(diào)。 頂蓋的設計比較復雜,首先，根據(jù)側窗柱的數(shù)量，首先確定頂部為六，窗柱的位置和頂部位置應相對，從而形成環(huán)式，以便于力的傳遞。由于頂帽的力大， 其截面尺寸大于板材，它們的曲線和客車頂部的曲線一致。其次，設計了空調(diào)器的位置，空調(diào)器的尺寸為 ，截面尺寸為 40× 40×1。由于行業(yè)規(guī)定，在頂蓋上布置通風窗兼安全窗的尺寸是有規(guī)定的，通風窗的尺寸為 同時留出一定的空間看裝車頂燈，并避免與行李架干涉。 3.2.5 底盤選擇 底盤選擇 s5b 客車專用底盤，底盤總長 8090mm 底盤后選長 2460mm，底盤前懸長 1830mm，底盤如圖 3.3. 3.3 車身內(nèi)部尺寸確定 圖 3.3 底盤尺寸圖 3.3.1 駕駛區(qū)布置及尺寸確定 駕駛區(qū)的設計需要參照 GB/T13053-1991 客車行業(yè)標準，與總體布置圖相結合來確定客車駕駛區(qū)的大小。為了提高總體布局水平，將駕駛員儀表板和儀表柜集成在一起，并利用現(xiàn)有的空間來確保駕駛員的安全性和視認性。儀表板的設計應以人機工程學為基礎，使設計的產(chǎn)品更加人性化、舒適。本文采用現(xiàn)代流行的柔性玻璃。玻璃鋼儀表板在碰撞時吸收能量，可以減輕司機的傷害。還需要速度表，里程表等部件的設計，經(jīng)過仿真模擬和實驗，各尺寸均符合人性化設計和安全性能的要求，如圖 3.4。 （a）正視圖 （b）側視圖 圖 3.4 駕駛區(qū)布置圖 3.3.2 乘客區(qū)布置及尺寸確定 根據(jù)設計方案和承載方式，以及考慮乘客的舒適性、安全性能，對乘客區(qū)的座椅進行設計，由于每個人的身高，體重的不同，需要設計可根據(jù)乘客需求進行調(diào)節(jié)的座椅，不僅可以前后調(diào)節(jié)座椅的傾斜角度，還可以進行上下調(diào)節(jié)， 由于車身尺寸的限制和客車經(jīng)營效益的最大化的要求，一般沒有特殊要求，這一功能不對乘客開放，需要在司機的協(xié)助下進行。此外，雙座座椅具有可以向后移動的功能，以提高乘坐舒適性。 3.4 其它功能的設計 圖 3.5 乘客座椅布置圖 客車設計是很復雜的過程，本論文只詳細研究了車身整體布局、車身底盤的設計、車內(nèi)駕駛艙的設計以及乘客座椅的設計。還有很多其他部件設計在這里不再細述，例如風窗采用夾層黏連玻璃；側窗由矩形窗和中空玻璃結構粘合而成?？蛙囬T采用外擺門。行李架是開放式結構，行李架和冷空氣通道被設置在一起，空間利用率大大增強。 第 4 章 車身骨架強度計算 4.1 車身結構受載分析 理論分析和實踐表明，對于整體承載式車身，其中整個車身中底架的彎曲強度受力最大，也是最薄弱環(huán)節(jié)。在車體中，骨架的強度是最強的，特別是在門柱、窗柱等方面。車身沒有門的那一側壁的抗彎剛度比有門的那一側大，如果要在車身中間設置一道門,側壁彎曲剛度將會大大降低。因此，最好避免在軸線之間設置開門的方案。 經(jīng)驗表明，車體框架的最大應力是由于斜向?qū)ΨQ載荷引起的。斜對稱載荷是由薄壁構件（特別是開口部分）構成的超靜定空間結構中的幾個桿的劇烈變形引起的。薄壁桿兩端固定扭轉時，正應力增大，造成較大損傷。 乘客門柱的上下部分和近鄰窗柱是中型客車車身骨架中最弱的環(huán)節(jié)。當客車在道路條件不好時，乘客會拉緊扶手、柱和窗柱，使車身承受載荷增加,因為車身是整體的，這使得載荷傳遞到車身和汽車扭轉。在采集了整個剪切流后， 對整個剪力流進行了一個匯總。該力將使頂側梁相對于裙梁產(chǎn)生一個位移。此時，窗立柱和門立柱將承受縱向彎曲變形。當變形達到一定極限時，會在車窗的上、下角和車門的上角產(chǎn)生橫向裂縫，這經(jīng)常發(fā)生在客車上。 如果公共汽車急轉彎，每一個立柱都會受到乘客對車身產(chǎn)生的側向壓力。彈簧張力的測量結果表明，當中型客車急劇轉向時，最大力加速度小于 0。直立柱上的最大瞬時壓力不會超過 30%。因此，有必要保持柱的側向彎曲剛度。 在建模中，通常從結構和使用的角度來研究負載條件。當然，在相同的工作條件下，不同構件的最大應力是不同的，因此在載荷條件的研究中，既要考慮代表性，又要考慮特殊性。 4.2 車身骨架強度計算 首先計算大客車在不平道路上行駛時前軸所受到的扭矩 M 式中 由于前輪的負荷實際上是由輪胎和懸架傳遞到汽車上的，因此有必要考慮輪胎的變形、彈簧和在車里的時間。前軸的最嚴重的工作狀態(tài)就是一個輪胎在空中的狀態(tài)（車輪上的反作用力為零），另一個則升高。H0 高度的取值是由輪 胎變形 FT 和車體扭轉長度在軸距范圍內(nèi)構成的，他的值可以由下一個類型來表示。 設不平路面上的路障高度為 h，則從理論分析上來說，它在車身上所引起的扭矩可按下式來計算： M=R×B’/2×h×nd/ h0 用公式計算的 H0 值較大，而在行駛中經(jīng)常遇到的 H 值要小得多。即使動態(tài)負載因子乘以，H*Nd/H0 的值也小于 1。 4.2.2 計算的基本思路和過程 知道了車身的扭矩 M 以后，就可以引用航空工業(yè)上對飛機蒙皮計算用的布雷-巴索公式求得車身橫截面的剪力流為 q=M/(2×A) 式中 A——車身橫截面面積。 據(jù)此可求得車身側壁窗上、下梁所受的總載荷 P 為 在如圖所示大客車車身側壁的窗立柱上將分別作用著按各自的抗彎剛度分配的力： p=pi×Ii/∑I 故個立柱上所受的彎矩分別為 pih。 首先，對未開門的左側進行研究，將所有的柱與窗的梁結合，形成一個超靜定系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^消除多余約束的方法來計算系統(tǒng)部件中產(chǎn)生的力和力矩。 在每一根立柱處切開窗上梁，可以得到靜定基本系統(tǒng)。 圖 4-1 靜定基本系統(tǒng)未知力 x 可按以下的正則方程組來計算： (4.7) a) δii 和δij 就是“單位狀態(tài)影響系數(shù)”，△ip 就是“外載荷影響系數(shù)”， δii 就是 xi 方向的位移（或轉角），這是由單位未知力 xi 所引起的,δij 是 xj 方向的位移（或轉角）,這是由單位未知力（或力矩）xj=1 所引起的，△ip 是 xi 方向的位移,這是由外力所引起的。 b) 為了計算這個方程組的系數(shù)δ和△之值，以下畫出四種工況（或狀態(tài)） 下的彎矩圖： c) 圖 4-2 工況 0 圖 4-3 工況 1 28 圖 4-4 工況 2 d) 工況 3——施加單位力矩 x3、x6、x9、x12、x15 和 x18 圖 4-5 工況 3 正則方程組各δ和△的計算公式如下 δ49=δ94=-h2/(2× E× I3)； δ76=δ76=-h2/(2× E× I3)； δ712=δ127=-h2/(2× E× I4)； (4.9)  計算結果：  表 4.1 4.3 轉向節(jié)強度計算 4.3.1 截面系數(shù)計算 取輪轂內(nèi)軸承根部處指軸為計算斷面 4.3.2 轉向節(jié)設計校核 材料 CJ6590A 40MnB s< [s ]  [s ] = 980N / mm 2 許用應力 s 查 YB6-71： b [sS ] = (0.65 - 0.75)[sb ] 4.3.3 主銷作用力計算 圖 4-7 主銷作用力計算簡圖 主銷受力計算參數(shù)見表 4.2 表 4.2 4.3.4 計算載荷 計算時，忽略主銷傾角的影響，并假定力的作用點位于主銷襯套中點。 A） Z1 、 X 1 、Y1 按表 1 取值 B） 汽車緊急制動時 力 Z1 在主銷的支承反力 S1￠ 和 S1￠ 。主銷受到 X 1 和 u 的作用，力 u 由下式求得： 力 X 1 在主銷的兩個支承上反作用力S2￠ 和S22 S S ￠ 2 力 u 在主銷的兩個支承上反作用力 3 和 3 由制動力矩 X r 的作用，在主銷的兩個支撐上產(chǎn)生反作用力S ￠ 和S 2 作用 1 r 在主銷上端的 合力（圖 14） S S ‘'’ = 4 4 = 19060.333N S = = S 2 27748.087 4.3.5 彎矩計算 在緊急制動和側滑時，主銷下支承的反作用力為最大，在越過不平路面時， 因主銷下端的作用力臂大于上端，所以只需要計算主銷下支承處的彎矩。 汽車緊急制動時 S 2 M = S × h = 10266792.22  N.mm 汽車側滑時 M = S 下 × h = 871110 . 684 N.mm 汽車越過不平路面時 S 1 M = 2 × h = 304424 .456 N.mm 抗彎斷面系數(shù)、剪切面積和主銷襯套擠壓面積的計算 A) 主銷抗彎斷面系數(shù) pD3 W = 32  = 1533.98  mm3 B) 主銷剪切面積 F = p D2 = 4  490.874  mm2 主銷襯套擠壓面積 F￠ = D × H = 1000 mm2 D:主銷外徑 4.4 計算結果 經(jīng)過大量的計算和受力分析，主要對車身骨架強度計算、主銷作用力計算、轉向節(jié)強度計算、前軸載荷計算、前橋強度計算等，汽車車身具有較強的抗沖擊能力和較大的載荷能力，符合汽車安全性設計要求。 第 5 章 總結和展望 5.1 總結 在設計的過程中，發(fā)現(xiàn)了一些問題： 1） 我的設計一點都沒有新意，在車身結構方面存在著很多細微的問題但是我都無法去解決,這是因為我的知識匱乏所引起的； 2） 我所選的材料都是型材,我不能使用鋼板去自己沖壓塑形做出想要的形狀； 3） 按照我的設計圖紙和設計方案,并不能制造出一輛真正的汽車,我的設計有很多東西都沒有提及,很多漏洞都沒有完善。 5.2 展望 我是第一次自己做客車車身結構設計,有很多東西我都是一知半解,我的能力也不太夠吧!所以我感覺有好多問題都沒有去解決掉,比如說,怎么樣去把一個車設計得更加輕巧,還有其他的毛病.但是由于時間也沒有太長,我的知識能力水平也有限,就有很多沒有考慮到的地方,我把有些事情想象的過于簡單了,其實沒有我想象中的那么容易,所以我感覺我的論文還可以有進步的空間,現(xiàn)在我集合一些我在設計中遇到的問題和感受到的一些東西提出以下幾點: 1)學習并且吸收到新型技術的精華,更加細心的去研究車身的載荷分配,還有受力分析等等等等； 2）多看看國內(nèi)外研發(fā)的一些新型材料,如果有合適的,就可以用來制造新型客車； 3)掌握更多的汽車知識,在遇到困難的時候可以自己解決 我可以想到的東西就這么多了,原諒我知識的匱乏,我知道我的設計肯定有很多東西都是有缺點的,所以懇請各位老師能對我做出批評與指正. zyh -------------------------------------------- 文獻太少，十篇以上，可以 把文獻綜述里的文獻列到這里。文獻在正文里要有引用 參考文獻 [1] 中國國家標準化管理會. 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