第五章 - - 客车车身结构及其设计 - 图文(2)

2019-01-19 17:21

其适应高速长距离客运。在传统技术条件下,客车产品达到低地板、轻量化、配置人性化、低排放、环保化、乘客空间大等种种要求越来越难,而全承载车身技术的出现,适应了时代的要求.目前,全承载车身技术已应用到多家客车生产厂的客车产品上,引发了国内客车制造业的一场技术变革。

承载式车身就是无独立车架的整体车身结构形式,其结构构特点是底盘不是传统的冲压成型铆接车架式结构,而是由矩形钢管构成的格栅式结构。底架、前围、后围、左右侧围、车顶六大片组成全承载式车身。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。载荷由整个车身承受,车身上下部结构形成一整体,在承受载荷时,整个车身壳体可以达到稳定平衡状态。在具有较大的抗扭刚度的格栅式结构的底架上,配置发动机、前后桥等总成,可以保证各总成正确的相对位置关系。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。

图5-6 奔驰O404大客车的承载式车身

1-侧窗立柱;2-顶盖纵梁;3-顶盖横梁;4-顶盖斜撑;5-上边梁;6-前风窗框上横梁;7-前风窗立柱;8-仪表板横梁;9-前风窗框下横梁;10-前围搁梁;11-后风窗框上横梁;12-后风窗框下横梁;13-后围加强横梁;14-后围立柱;15-腰梁;16-角板;17-侧围搁梁;18-斜撑;19-底架横格栅;20-侧围裙边梁;21-裙立柱;22-门立柱;23-门槛;24-底架纵格栅

图5-6所示是奔驰O404大客车的承载式车身结构,其底架是薄钢板冲压或用型钢焊制的纵横格栅,以取代笨重的车架。格栅是高度较大(约500mm)桁架结构,因而车身两侧地板上只能布置坐席,而坐席下方高大的空间可用做行李舱,故适用于大型长途客车。整体承载式车身结构的特点是所有的车身壳体构件都参与承载,互相牵连和协调,充分发挥材料的潜力,使车身质量最小而强度和刚度最大。

承载式车身的优点是:

1)车身结构在设计时就进行了有限元分析和计算,优化了车身结构,使得车身重量降低,结构强度与刚度提高; 2) 简化构件的成型过程,提高材料利用率; 3) 整车重心低,高速行驶稳定性较好;

4) 加工不需要大型的冲压设备,便于产品改型和系列化,容易实现多品种系列化生产。

5) 被动安全性好,承载式客车采用的格栅式结构,能使整车在受力时将力迅速分解到全车各处,按照欧洲的客车被动安全测试,这种结构能够在汽车翻滚及相撞时,保证乘客的安全空间。

但采用全承载式车身也存在一些不足和现实问题需要解决。首先,由于取消了车架,来自道路的负载会通过悬架装置直接传给车身本体,而车厢本身又是易于形成引起空腔共鸣的共振箱,因此噪音和振动较大,恶化了乘坐舒适性,因此对隔振降噪的设计要求较高,使得成本和质量都会有所增加。其次是需要严格控制下料精度,承载式车身主要采用小截面方管焊接结构,需要重点控制下料尺寸、角度以及下料后弯折的加工精度,下料的准确度关系到小总成乃至车身焊接总成的准确度。最后,需要严格控制焊接变形和焊接应力。全承载式车身相对于半承载式和非承载式车身,其焊接工作量明显增加,焊接接头的数量也成倍增加。由于其结构特点导致整车骨架对接头处焊接质量更加敏感,因此需要研究焊接工艺,提高焊接水平,更加严格的控制接头处的焊接质量。

根据客车车身上部和下部受力程度的不同,承载式客车车身又可分为基础承载式和整体承载式两种,其受力原则简图如图5-7所示。

a) b)

图5-7承载式客车车身受力原则简图

a)基础承载式 b)整体承载式

①基础承载式

这种承载车身形式是将车身侧围腰线以下部分,包括窗台以下到地板的侧壁骨架和底部结构,设计成强度和刚度较大的主要承载件,车顶则设计为不参与承载的部分,这

样窗立柱就可以适当缩小尺寸。基础承载式车身结构底部的纵向和横向构件一般采用薄壁型钢或薄板来制造。其高度可达0.5m左右,可充分利用车身地板下面的空间来作为行李舱

②整体承载式

整体承载式车身就是整个车身的全部构件都参与承载。其车身的上下部结构形成一个整体,在承受载荷时,以强济弱,可使整个车身壳体达到稳定平衡状态。如果可以从理论分析和结构上进行优化设计,发挥材料的最大承受限度,就可以设计出等强度的空间栅格结构,使车身质量达到最轻而强度和刚度最大。 3、按车身结构分类

根据车身结构上的差异,可将客车车身分为薄壳式、骨架式、复合式、单元式和嵌合式结构等几种。

(1)薄壳式结构

薄壳式车身结构无较强的独立骨架结构,构成车身整体的是板块式构件,蒙皮也参与承载,是飞机机身薄壳结构的移植和运用。图5-8为一薄壳式车身结构的客车,其骨架采用截面为带凸缘的U型钢材,强度和刚度较弱,必须依靠牢固铆接在骨架上的外蒙皮来予以加强,因此,把这种结构一般称之为应力蒙皮结构。其具有质量轻、材料消耗小、生产率较高及易于改型等优点。但是窗立柱较粗,侧窗开口的大小受到限制;车身外表面裸露的铆钉,既是锈蚀源,又影响美观,同时表面也不平顺,刚性差。

图5-8 客车的薄壳式车身结构

薄壳式客车车身的底部由优质钢板冲压而成,一般加焊了贯通式纵梁和横向的局部加强结构,以保证车身具有良好的承载能力和安装发动机及底盘各总成。这种车身结构形式广泛应用于轻型客车上。

(2)骨架式结构

这种车身结构的骨架是由抗扭刚度很大的异型钢管构成的,车身不依靠外蒙皮加强,

外蒙皮主要起装饰作用。骨架型钢多采用性价比高的碳素结构钢,其中Q235应用比较广泛。如图5-9所示,在组焊成的独立骨架上装配车门、车窗、侧窗顶盖和地板等,结构应力主要由车顶骨架、底骨架和侧围骨架承担,由于不依靠外蒙皮的加强,可以采用张拉蒙皮,这样就可以保证客车外表面平整光顺。

骨架式车身结构可以分为六大片,分别是顶骨架、 左右侧围骨架、前围骨架、后围骨架和底骨架,这六大片通过焊接等连接方式合成整体空间骨架。这种车身结构具有承载能力好,整体强度高,窗立柱较细,侧窗开口大且视野开阔等优点,广泛地应用于大客车车身。但焊接工艺较复杂,改型不容易。

图5-9骨架式客车车身

图5-10 复合式车身骨架

(3)复合式结构

复合式车身结构是将薄壳式和骨架式两种结构融为一体的一种车身结构。在受力较少的部位用薄壳式结构,而受力大的部位则采用骨架式结构。图5-10所示的是日本三菱汽车公司生产的一款复合式车身的客车,该车的前后围为薄壳式结构,第二立柱与最末立柱之间为框架结构。同时采用内蒙皮结构,解决了外蒙皮上铆钉多的问题。复合式车身结构比薄壳式车身结构弯曲刚度高,质量有所减轻,比骨架式结构的生产效率高。

(4)单元式结构

单元式车身结构是采用纵向构件将若干个由地板横梁、立柱、顶横梁等构成的环箍单元连接起来,形成一种独特的车身结构。图5-11所示的是GMC公司生产的客车车身,它由5~6个长度为1.5m左右的可以互换的单元体和前后两个单元体组成,每个单元体的两端用贯通的矩形材料密封。横向构件均为压制件,在焊接架上组焊成独立的单元件之后,再送到流水线上进行组装。

图5-11 GMC公司的单元式结构客车车身

(5)嵌合式结构

嵌合式车身结构(图5-12)是根据车身不同部位的受力情况,有针对性的将铝挤压型材嵌合而组成车身的侧壁。型材嵌合后将环氧树脂挤入连接处,树脂硬化后即可将铝型材牢固的粘结在一起,这种连接方式称为Rohrlok连接法。铝型材上有纵向整体式加强筋,可以用铆钉与钢质的竖框铆接在一起,因此车身强度高、质量轻且不易损坏。这种车身采用蜂窝状夹层结构的铝板制成顶盖和地板,中间填充经发泡处理的氨基甲酸乙酯。顶盖和地板再与前述的挤压铝型材侧壁构件一起构成整个车身的壳体,其装配前的各分组件如图5-13所示。嵌合式车身结构具有强度高、质量轻和寿命长等优点,适合于中型客车的车身。

图5-12 嵌合式客车车身侧壁结构及Rohrlok连接法


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