设计说明书大型城市客车车身骨架设计.docx

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设计说明书大型城市客车车身骨架设计

二○一四届毕业设计

大型城市客车车身骨架设计

学院：

汽车学院

专业：

车辆工程

姓名：

XX

学号：

22011002XX

指导教师：

张德鹏

完成时间：

2014年6月5日

二〇一四年六月

摘要

本文介绍了采用autoCAD软件设计后置发动机的大型城市客车车身骨架的设计过程。

主要阐述了国内外同类车型车身骨架结构对比与分析，以及国内外客车发展现状的分析,并且介绍了各种骨架形式、结构。

根据底盘图所给的各种参数、车身的总布置和相关尺寸来完成客车车身骨架设计，给出了车身骨架的设计过程、结构与尺寸，并且对车身骨架进行了车身受载和强度分析，并由此分析了如何实现大客车轻量化。

此外还讨论了车身骨架制造工艺，包括焊接件的制造与五大片焊接，涂装与防锈。

最后是设计评价分析说明。

本次设计的主要目的是学习如何独立的进行城市客车骨架设计，并且学会如何进行型材的选择以及如何利用，同时还有骨架设计过程中需要注意的一些问题，以及通过学习应对设计过程中出现的问题来培养自己分析问题和解决问题的能力。

关键词：

城市客车，骨架，结构，强度，工艺

ABSTRACT

Thispaperdescribedtheprocessoflargecity-bus’sframeworkdesign,usingAutoCAD.It’smainlyaboutthedifferenceofthesimilarmodelsbodyskeletonbetweenhomeandabroad,italsoshowedthebodyoftheskeletondesignprocess,structureandsize,andthestrengthofthebodyskeletonwerecalculatedaswell.AccordingtovariousparametersgiveninFigurechassis,bodysizegeneralarrangementandassociatedbusbodyframetocompletethedesign,thebodyframeofthedesignprocess,thestructureandsizeofthebodyframeweregiven.Alsothebody’sloadandstrengthanalysis,andthusanalyzehowtoimplementbuslightweight.Also,itdiscussedthebodyframemanufacturingprocessand,finally,evaluationofthatdesign.Themainobjectiveofthisdesignistodesignancity-busskeletonindependentlyandtocheckiftheintensityandrigidityareenoughusingtheclassicalframeworkofthemechanics.Whatneedtobepaidattentionsintheprocessofskeletondesignweredepicted,aswell.Andthisimprovestheabilitythatwecouldanalyzethensolvetheproblemsduringtheprocess.

Keywords:

city-bus,skeleton,structure,strength,technics

第一章绪论

1.1国内客车发展现状

1.客车企业已基本具有独立研发能力

我国的客车工业起步于20世纪70年代，经过30多年的发展和整合，现已具备了一定的技术基础。

随着国民经济的快速增长，高速公路的快速发展以及城乡间交通条件的日益改善，我国客车市场得到较大规模的发展，近10年来，通过中外合资、合作和技术引进，我国已具备了先进的客车车身和底盘制造技术,目前，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。

经过30多年的发展和国家重点改造，现已具备一定的技术基础。

随着国民经济的快速增长，我国客车市场得到较大规模的发展，大中型客车已经形成高、中、低档兼备的产品格局。

2.客车企业技术含量较高

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。

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。

3.国内开发高档客车的现状与趋势

近20年来，在国内客车市场快速成长、国外客车技术登陆我国的双重拉动下，我国客车企业不断借鉴国外客车有关技术、工艺、管理、营销乃至企业文化等方面的经验，取得了一次又一次量与质的飞跃，走过了欧洲客车工业近半个世纪才走完的路程。

从国外客车技术与我国客车市场的合作历史来看，我国客车行业需要国外客车技术的支持来实现快速发展，国外客车技术只有在我国客车市场上才能将其技术价值转变为商业价值。

国内经济近年持续稳定增长，高等级公路已相当普及，京津、沈大、沪宁、成渝等线高速公路相继开通，相应的高速豪华客车也已成批投入运营，所用车型大多为国内合资企业以进口总成组装生产的车型，也有少量整车进口的车型。

一批客车生产厂家，通过自身努力，或引进技术，或合资生产，设备工艺能力及设计研制水平都有较大提高，已开发出多种型号的豪华客车。

4.国内已具备了先进的客车车身和底盘制造技术

（1）安全性

随着主动安全性能要求的不断提高，车身前后及两侧装设的雷达、超声、红外等设备不断增多，形成了又一套辅助驾驶系统。

整车行驶状况的各种信息显示在仪表板中部的显示屏上，当这些信息数字超过预设正常允许值时，将出现红灯闪亮，进一步则是声响报警，甚至是语音报告，进而主动强制发出相关指令和执行动作，来保证行驶安全。

在被动安全性能方面，也逐渐开发生产全承载式车身，作为大中型客车的主流型式，它在大大提升车身与底架的整体刚度与强度的同时，还相应降低了车体质量，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，仍然具有足够的乘员生存空间。

用于事故发生后便于乘员离开的安全门和安全天窗，也都有较好的安排。

而车身前围采用拱形结构，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。

（2）环保性

近几年，我国柴油机技术有了明显提高，客车动力柴油化已经形成，现在许多厂家都推出了欧III柴油产品。

目前这也是国际汽车动力发展的主要趋势之一。

和汽油机相比，柴油机在功率、能耗、排放等方面有着明显的优势。

随着国家节能减排政策的实施，客车行业又兴起了一股开发电动车的风暴，各大客车厂纷纷开始推出电动客车，但是就目前我国的技术而言，在发展及推广纯电动客车方面还有很长的路要走。

在降低噪声方面，通过采用高压共轨电控喷油技术，改进缸体结构，提高整体刚性，降低最高转速，采用涡轮增压进气技术等降低发动机噪声；通过改进风扇叶形及其表面光滑度降低发动机附件的噪声；通过改善发动机舱结构实现隔声、吸声、隔热的功能；通过改进轮胎胎面花纹与切槽结构，降低轮胎滚动变形噪声；通过本身造型的流线型，车体表面的接缝间隙力求减小，加大圆弧平滑过渡。

（3）动力性、燃油经济性

动力性和燃油经济性是一个综合性能，是底盘和车身共同作用的结果。

底盘主要受发动机技术水平、发动机系统匹配、传动系匹配、传动效率等因素影响；车身部分主要受风阻系数、迎风面积等因素影响。

其中，发动机技术水平起关键性作用，高速客车的车身造型起主要作用。

我国的发动机技术还处在发展时期，加之车身设计水平还不够成熟，所以造成国产客车在动力性和经济性难以达到平衡。

5．我国与国外发达国家企业相比，其不足主要表现在以下几个方面：

（1）产品定位。

国产客车产品有两种现象，一种是产品严重同质化，各家产品都比较齐全，从小到大、造型相似，只要用户需要都可以开发生产。

另一种现象是订单式生产，用户指定大总成，客车厂按订单采购、生产。

这两种现象导致设计人员穷于应付，难于创新。

另外，很多客车厂要生产底盘，造成专业技术力量分散，无法统一协调在设计和生产类型上差异较大的两种产品。

客车厂有了分工，才可以做的更专业，更容易赶超世界先进水平。

（2）开发方式。

国内客车开发周期短，在开发过程中普遍缺少经验，缺少资金，前期试验少，开发阶段放过的问题，在生产、销售、使用过程中，其损失将逐级放大。

因此，应尽快建立严密而实用的开发程序，充分做好开发前的准备工作。

（3）产品设计。

车身附件及通用件正在向专业化方面发展，进步很快，但整车布置设计上仍不完善。

在产品设计方面，要规范化，尤其要注重细节。

（4）原材料。

中国的一些基础工业还跟不上国际水平，尤其是原材料。

涉及到与原材料有关的零部件，在总体性能上不如进口车。

因此，重要零件可以采购国外，同时，国内应加紧研制、发展，或者技术引进，让国产客车的整体水平更上一层楼。

（5）质量控制。

作为国家，强制性法规不断出台；作为企业也应该学习国外的先进管理经验，让国产汽车在质量上不在落后于欧美。

6．我国客车工业的发展

我国客车工业的发展主要是靠模仿、吸收欧洲的客车技术，众多欧洲企业与中国企业的合资、合作也加快了我们的发展。

欧洲作为世界商用车中心，有着成熟先进的客车工业体系，我们选择欧洲客车工业的模式无疑是正确的，虽然差距仍然明显，但总体上说，近几年我国客车工业的发展方式还是符合中国的实际情况的。

随着我国经济实力的增强，国际以及国内的客车市场对于豪华产品的需求应该会逐渐有所增加，国内整车以及零部件厂家应该做好相应的技术储备，以便时机成熟时能够推出适当的产品。

我们要用科学的理念来发展我国的客车工业，吸取欧洲客车工业中适合中国的方式，在吸收引进的同时还应进一步增强自主研发能力。

希望今后中国客车与国外品牌相比，不仅仅只是拥有价格上的优势，祝愿中国客车工业越来越强。

1.2国外客车发展现状

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。

在客车诞生100多年的今天，欧洲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。

1.3未来城市客车发展趋势

1.车型发展趋向国际化

（1）大容量城市客车3.7米大型城市客车和18米特大型铰接式城市客车作为快速地面公共交通（BRT）的车辆，13.7米大型城市客车载客量达130人左右，18米特大型铰接式客车载客量可达200人左右。

18米BRT城市公交客车价格约180—220万元，13.7米BRT城市客车价格约100—120万元，专门配备GPS、无线通信、电子显示、音像等。

13.7米大型城市客车也可用作特大城市主干线的运营车辆。

最近，建设部科技委城市车辆专家委员会、北京市公共交通总公司组织国内8家知名厂家合作开发了具有国内新水平的新车型，北京市公交将于2005年上半年率先使用。

（2）低地板、低入口、无障碍低地板和低入口城市客车2008年北京奥运会、残奥会及2010年上海世博会，我国特大城市、大城市交通的发展和为老龄、儿童、残障人士及广大乘客车提供人性化服务，将进一步推进我国城市客车的低地板化、无障碍化，车辆价格在45—100万元左右。

根据我国城市公交市场的现实购买力，目前低入口城市客车市场势头较好。

（3）环保型城市客车根据我国实施汽车排放新标准，欧Ⅲ排放的以柴油机、CNG、LPG、LNG发动机为动力的城市客车，将成为今后的主导车型。

这种车型的地板与地面间的高度为650毫米左右，携带空调的比例也越来越高，同时可配置自动变速箱，车辆价格在35～50万元。

　　（4）电动城市客车电动城市客车、混合动力城市客车，将从2008年起开始批量使用，并投入到奥运会运营中，车辆价格在80—150万元左右。

燃料电池城市客车正在开发研制，样车已在北京投入试运行。

（5）智能城市客车智能公交，要求公交公司的车队综合管理和车辆调度进一步信息化。

除卫星定位和移动通信设备外，要实现车载电脑和将车载电脑与其他车载装置一体化。

这种智能城市客车配备IC卡自动收费装置或读卡机、投币机，GPS，车载信息显示器LED或LCD（可实现车载内部显示、外部显示、车站显示、用户终端显示、信息文本显示、通过网站显示、通过移动电话显示），乘客下车门监视系统，车辆倒车监视系统，安全报警装置，电子控制模块（ECM），乘客信息装置，在公交车上将使用CAN总线。

2.生产方式趋向轿车化

采用现代化设计技术、国际化造型、无大梁结构和全承载式车身、轿车化底盘和智能化配置的城市客车开始进入成长期。

车辆的技术含量越来越高，地板距离地面的高度约为350～400毫米，大落差前桥、门式后桥、自动变速箱、空气悬挂、缓速器、自动集中润滑系统、电子显示路牌、ASR防侧滑装置、ABS防抱死装置（1类）、盘式制动器、制动蹄自动调整装置、音像设备等新技术、新配置在超级城市客车中得到广泛应用。

随之，将发展城市客车智能化配置，如GPS、LEC或LCD、车辆监视与安全报警装置、ECM和使用CAN总线等电子设备。

城市客车的技术含量和制造难度将会超过公路客车和旅游客车。

客车的生产方式趋向轿车化。

即设计趋向轿车化、配置趋向轿车化、生产工艺趋向轿车化。

3.经营模式趋向精细化

到2010年，地面城市公交仍是城市公交的主力军。

目前，我国城市公交车辆每年净增为1.5～2万辆左右，实际市场销量（新增量加更新量）3.5—4万辆。

根据建设部提出的特大城市公共交通在城市总出行比例达30%以上，大中城市达20%以上的目标，如北京市到2008年300公里地铁建成后，大约承担公共交通客运量的20%，地面公共交通的客运量约承担38%，地面公交客运量将增加10个百分点。

我国城市公交客车的保有量预计将达35—40万辆，市场销量未来6年预计约25—30万辆，城郊公共汽车将成为新的增长点。

市场需求的总趋势是：

走技术进步和高品质道路，走供需双赢道路，总量持续协调增加，车辆档次不断提高，车辆结构逐步合理，大型、特大型（10—18米）、中型（8—10米）、轻型（8米及以下）车辆比例中，大型、特大型可达15一20%，中型可达60一65%，轻型可达15一20%。

车辆平均价格可望在30—35万元左右。

各地城市公交企业参照建设部标准CJ/T162—2002《城市客车分等级技术要求与配置》进行招标采购，上海已出台《城市客车分等级技术要求》标准，北京正在编制《北京市公共汽车电车技术要求》标准，城市客车等级评定越来越受到社会的关注。

高级、超I级、超Ⅱ级城市客车的比例可望达到20%一25%左右，发达城市中带空调两级踏步的高级以上城市客车的比例可望达到60%一70%。

一些大城市公交企业与客车生产厂家正在建立新的战略合作关系，创新经营模式。

生产厂家粗放型经营模式风险凸现。

4.未来发展趋向集中化

城市公交的新发展，为城市客车市场带来新的空间。

自2003年起，客车行业内主流企业纷纷加盟城市客车市场，并作为主打市场之一，为我国城市客车市场的新繁荣和新发展起了积极的推动作用。

回顾我国改革开放后城市公交发展的历史过程，1985—1992年的快速发展阶段，从事城市客车生产的厂家有20多个厂家：

1993—2002年的突破性进展阶段，厦门金龙、扬州亚星、丹东黄海、沈阳沈飞、北方尼奥普兰等10多个厂家进入城市客车市场，从事城市客车生产的厂家达30多家；2003年是我国城市公交所面临的新的发展时期，宇通、苏州金龙、厦门金旅、安凯、中通、江淮、一汽客车、东风杭汽、牡丹、长城、中大、少林、友谊、桂林大宇、北汽福田等生产厂家进入城市客车市场，于是从事城市客车生产的厂家已达50多家，有的厂家还专门建立城市客车分厂，以扩大生产能力。

通过对城市公交和城市客车的历史过程的简要回顾，用发展的观点来寻找城市公交和城市客车市场的发展规律，从而理性地去对待今天，科学地去研究明天。

现在，如此众多的生产厂家，引发产能过剩，市场竞争激烈，价格战不断，减少城市客车平均利润空间。

目前，客车行业进入低利润期。

我们看到，城市公交客车市场因批量大，对客车主流企业有较大吸引力，但也要正视市场发展过程中的一些问题。

一是有的车型价格相对偏低，二是货款回笼相对滞后，三是公交客户自点菜单（配置），可能引发匹配优化问题，四是公交用户对车辆的使用要求偏高。

因此对城市客车市场需要我们理性地、务实地去对待。

对于生产企业，一是要对未来公交客车市场有正确的判断，二是要基于自身的发展实力；三是要突破企业的发展模式、把握市场切入点和营销策略，谋求新的发展。

2010年前后，客车行业由低利润期进入洗牌期，城市客车发展趋向集中，兼并、收购、重组、集团化势在必行，有可能减少生产企业20—30家。

因此客车生产企业应立足国内，走向海外。

第二章骨架结构分析

客车骨架由前围骨架、后围骨架、顶盖骨架、左侧围骨架、右侧围骨架、地板骨架组成。

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非承载式车身

非承载式车身的车架由上面很多的横纵梁构成一个矩形结构。

车架承载着整个车体，发动机、悬架和车身都安装在车架上，车架通过前后悬架装置与车轮联接。

车架上有用于固定车身的螺孔以及固定弹簧的基座。

所以从理论上说，即使没有车身，单是一个车架也是没有什么问题的。

车身的作用在于给驾驶者和乘客提供一个舒适安全的环境，以及提高美观度。

1.非承载式车身的优点

（1）车身强度高，钢架能够提供很强的车身刚性。

对于载重车和越野车来说这一点非常重要。

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。

（2）有独立的大梁，底盘强度较高。

一般用在货车、客车和越野吉普车上，也有部分高级轿车使用，因为它具有较好的平稳性和安全性。

（3）四个车轮受力再不均匀，也是由车架承担，而不会传递到车身上去。

所以SUV和越野车用的比较多。

非全承载式车身在我国客车企业里面应用非常多。

（4）车身和车架是采用弹性元件联接的，具有一定的缓冲减震作用。

在公路上行驶的时候，会感到比较平稳。

2.非承载式车身的缺点

（1）遇到危险（如翻车）的时候，厚重的底盘，也会对相对薄弱的车身产生致命威胁。

（2）重量大，车架本身就很重，而车身和车架又是两个独立的部件，所以整体重量就更大了，用的钢材多，成本也相对较高。

（3）汽车质心高。

车辆重心比承载式更高。

车架在底部，而车身是安装在车架上，那么车身的地板无论如何也要在车架之上。

图2.1非承载式车身

2.2半承载式车身

半承载式是一个过渡性结构，车身下部仍保留有“车架”，不过它的强度和刚度稍微低于非承载式，为了有所区别起见，一般可见它称为“底架”，它之所以被命名为半承载式是出于以下考虑：

让车身也分担部分载荷，以此来减轻车架的自重力。

客车车身为半承载式，有较强的车架纵梁及经“牛腿”加强的底横梁。

底横梁与立柱焊接。

蒙皮采用铆接方式与车身骨架相连，蒙皮式非应力蒙皮。

因此，车身计算模型中不考虑蒙皮参与受力，所以客车车身计算模型是一个空间杆系结构。

此外，为了保证构件连接处的强度和刚度，常在构件节点附近进行加强。

这样，在一些构件连接处就出现了比构件刚度要大得多的区域，形成所谓的“刚域”。

半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接。

在此种情况下，汽车车身除了承受上述各项载荷外，还在一定程度上有助于加固车架，分担车架的部分载荷。

图2.2半承载式车身

1-顶灯地板；2-换气扇框；3-顶盖横梁；4-顶盖纵梁；5-前风窗框上横梁；6-前风窗立柱；7-前风窗中立框；8-前风窗框下横梁；9-前围搁梁；10-车架前横梁；11-前围立柱；12-后风窗框下横梁；13-后围搁梁；14-后围裙边梁；15-侧围窗立柱；16-车轮拱；17-斜撑；18-腰梁；19-侧围搁梁；20-侧围立柱，21-侧围裙边梁；22-上边梁；23-车架横梁；24-门立柱；25-车架悬臂梁；26-门槛；27-车架纵梁

2.3承载式车身

承载式车身是汽车底盘结构的一种，其车身负载通过悬架装置传给车轮。

承载式车身具有质量小、高度低，装配容易，高速行驶稳定性好等优点，目前大部分轿车采用这种车身结构。

根据城市客车车身上、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。

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般可用异形钢管、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