汽车车身结构设计技术与方法Word格式.docx

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一般可以经过几次光顺和几次投影，以便检查交线是否是CLASSA线。

（b）当然也可以采用空间曲线光顺后与曲面相交，反复相交反复光顺的方法,相交后将交线进一步光顺新获得的边界线,然后,再将该线投影到光顺面上获得更新的边界线,重复这一过程直到使面上相投影相交获得边界线达到A级曲线要求为止,然后用最后获得的边界线作为车门边界线,并与大的光顺面相切割而得到车门外板面。

这两种方法各有优缺点,第一种方法效率高,易学易用,第二种方法可以获得比较精确的边界,但不容易光顺。

外板面设计好后,然后将锁机构等有关设计硬点特征加上去便完成了车门外板设计（详见如下图片）,较大的门外板需与内板或门侧向防撞梁采用传力胶粘接进行支承,绝不允许直接接触外板焊接,因为防止外面热变形和几何干涉变形。

车门内板就是先建立门锁,基于造型面与造型边界线硬点,预先在考虑车门密封要求,便确定好设计断面,断面便成为设计硬点,考虑门四周边界与门框之间尽可能有等距离间隙（一般10~20mm）,并由密封条将门撑起在空中,并由铰链与锁三点定位门的位置.绝不允许门与门框之间的金属接触。

并将众多设计断面摆在造型面与边界上而获得断面引导线硬点。

然后,在玻璃升降器等COPY件的数模基础上,由这些附件和相关零件考虑到造型特征的三维装配获得的若干个控制点线面（也就是设计硬点），然后未控制的区域可在满足最大刚度最轻量化等自由设计区设计原则情况下按照工艺性要求进行结构设计，开孔或起筋随结构而定，实际说它难也难，不难也不难，就是设计控制硬点先定了，然后进行结构设计。

也可参考同类型车去做,如边界卷边,沉孔设计方法,筋的形式等等基于经验和知识的自由设计区设计,也就完成了车门内板的设计。

如果将内外板及所有零部件都装配起来并检查后,就完成了全部设计工作（详见如下图片）。

原则上必须参数化建模。

如果需要两维图,用三维数模进一步绘制两维车身图。

图3.4.9车门设计断面的设计与建模

图3.4.10车门铰链等车门附件建模以便确定车门设计硬点

图3.4.11玻璃升降器及锁机构设计与建模以便确定车门设计硬点

图3.4.12车门COPY件装配建模与内板设计硬点确定

图3.4.13基于造型硬点,车门设计断面及其它设计硬点的车门内外板设计与建模

图3.4.14车门总成总装设计与建模以便检查设计硬点的满足情况和装配质量检查

2、前后保险杠设计

保险杠外曲面设计是根据造型面加特征进行,然后进行保险杠的内结构、定位与支承结构设计。

保险杠一般都是PVC塑料模具压成，或塑料注塑,还有用玻璃钢糊制，有些保险杠考虑金属支架，金属支架大家要注意的一点是大家切记，支架的结构要参照同类结构，常用5mm~15mm的螺栓，要用足够数量的螺栓，否则，它的疲劳寿命不够，虽说强度够，但它疲劳寿命不够，用不到10万公里，由于震动，它就掉下去了，所以好多车，为什么放大尺寸了，或者说不仅强度解决了，它还要考虑疲劳和寿命因素，实际我们在搞设计时强度解决了，还要考虑挠度,疲劳和寿命等多种因素，实际在进行设计时，是多因素考虑的。

可能考虑它的寿命和安全性，疲劳寿命就是考虑它长期使用不会断，不会出问题。

比如保险杠支架，因为是和车身其他件的安装，还有是塑料的安装，塑料件是要加塑料加强内板与外板在翻边处塑料焊接，一些件金属预埋进去。

支架的刚度也要考虑它会不会变形等诸多因素。

因此产品设计要尽力参考同类车型成熟产品结构即BENCHMARK研究十分重要。

图3.4.15基于造型硬点的前后保险杠外形面设计和建模

图3.4.16前保险杠结构与格栅设计和建模图3.4.17后保险杠采用塑料内加强板结构

3、前后罩（盖）的设计

罩（盖）分别为发动机罩和行李箱盖.发动机罩又分为内外板,外板是按照造型面用边界线切下加翻边的零件,内板是在满足最大刚度原则和最轻量化原则情况下进行结构优化设计。

最好是按照拓扑学原理进行内板掏空成孔状翻边设计,当然也可以使用BENCHMARK结构和设计方案，以便减轻重量增加刚度。

但除边界卷边区域10~15mm一周与外板设计成贴合外,所有内板区域设计要离开外板平面大于3~6mm,以防止制造误差产生的形状干涉,如果面积大,可以在内板的部分区域设计成可注入胶的筋和槽,用传力胶将内外板刚度加强。

传力胶是特制高硬度固化胶，有两种,一种是固体形状的特制橡胶,在油漆房中由于80度温度自动硫化成传力胶,另一种为液状胶,几个小时后会形成硬度起传力作用。

内板设计可以参考同类车型BENCHMARK结构基础上进行设计,然后进行精确的有限元分析和优化来确定。

图3.4.18基于造型硬点及设计断面硬点及自由设计区硬点的发动机罩与行李箱盖设计

4、前翼子板设计

从造型面按照分界线切割后加上必要翻边,及一些螺丝支承小翻边面和螺丝孔后的零件.造型分界线可以从油泥模型上获得造型分块线粗投影到XY水平投影面上的分块线光顺后,由这些线再反投影到前罩板的外造型面上,获得切割线,然后进一步在YZ铅垂面上进行校合,尤其校合前视图的间隙是否均匀和一致。

5、开闭件中部分零部件的设计原则和设计注意事项

（1）、车门铰链的设计原则

车门铰链是车门能符合设计者的设计思路、按照它的运动轨迹运动的保证。

如果铰链的设计出了问题那么，乘客就无法顺利地进出了，可见其重要性！

门铰链装置是确定车门与车身的相对位置，并能控制车门运动轨迹的装置，它包括门铰链和限位器。

铰链是车门和车身相联接，能够绕上下方向的同一轴线回转且相互结合部件的总称。

门铰链的技术要求：

门铰链表面应进行防腐蚀处理，并符合制造厂要求。

门铰链的最大开度角应不小于设计要求的车门开度角，门铰链的最小关闭角应小于设计要求的车门关闭角。

对于装有车门开度限位器的门铰链，其限位应可靠。

纵向负荷门铰链装置应能承受11110N的纵向负荷，不得脱开。

横向负荷门铰链装置应能承受8890N的横向负荷，不得脱开。

耐久性门铰链装置应进行10万次耐久性试验，试验后门铰链应能正常工作，并能满足4.4和4.5的要求。

门铰链的布置，布置门铰链时考虑的几个方面：

a）铰链型式的选择

铰链的选择的基础是：

要能够符合车门的旋转，符合设计时的空间要求和过行程旋转标准。

b）铰链在平面上的定位

内表面极限线是用来确定铰链在侧围部件上的位置的，上下铰链的右角都是用来定位的，此时我们就可以比较方便地确定中心线了。

ⅰ计算内表面极限线

ⅱ从内表面极限线出发，利用合适的标准铰链在后视图上给上铰链定位。

ⅲ在设计时允许的两个铰链之间的最大距离，给下铰链在后视图上给下铰链定位。

c）车门长度

车门的长度是从铰链的中心线到在侧视图上类似鱼嘴地方的中心线所测得的距离。

d）车门的开度角

车门的最大开度一般由车门的限位器来限制。

它的作用是防止车门外板与车体相碰，还必须能使车门停留在最大开度，起着防止车门自动关闭的作用。

习惯上，车门的最大开度一般在65°

～75°

，这是根据上、下车方便，上车后关门方便以及车门与车身不干涉等条件而定的。

现在常使用限制器与铰链结合在一起的结构，即采用气弹簧和连杆机构与铰链组合成一体。

在气弹簧的作用下，机构对车门产生绕固定轴O1转动的力矩M1，当车门开启到超过中间位置时，此力矩驱动车门自动打开。

为了操纵方便，车门维持在最大开度位置的力矩以20N·

m～30N·

m为宜。

前车门：

56°

-64°

后车门：

60°

-70°

有的达到75°

甚至80°

e）铰链的内外倾角分别是指铰链轴线在x=0平面上的投影与z轴之间的夹角，铰链轴线在y=0平面上的投影与z轴之间的夹角。

铰链轴线内倾角一般为0°

～4°

铰链是车门总成与车门本体的连接件之一，当车门关闭时，车门上的承力件为门锁和铰链；

打开车门时，车门的重力完全由铰链来承受!

铰链轴线的布置会影响车门的开度、门柱的尺寸以及车门开缝线的位置和形状!

在布置铰链时，应注意在结构允许的情况下，车门上下两铰链之间的距离应尽可能大!

为了避免打开车门时与其它部分干涉，铰链的轴线应尽可能外移，使其靠近车身侧面!

车门上下铰链必须布置在同一直线上，并具有内倾角和后倾角，从车的侧面看过去，一般是一条向车后侧倾的直线；

从车的正面看过去，应为一条向内倾的直线!

如图所示，先确定铰链轴线沿车身方向的尺寸变化范围（X1，X2），并在此范围内任选一值Xm，将轴线限制在与X轴垂直的平面x=Xm内，⑴在x=Xm平面内确定铰链轴线的倾斜状态：

先分别求出x=Xm平面与内外板曲面的交线C1和C2，并求出C1和C2对应的Y方向的极限坐标位置Ymin（内板投影线最左端）、Ymax（外板投影线最右端）；

⑵在X=Xm平面内通过输入直线方程y=B，B∈（Ymin，Ymax）来生成一条与Z轴平行的轴线Z1Z2；

⑶确定铰链轴线中心点的Z坐标值：

通过内板上下边框或外板上下边框求出平均位置坐标z=C，并根据它在y=B直线上求出一点O；

⑷根据铰链轴线内倾角范围θ∈（0°

），将y=B直线绕O点逆时针旋转θ角度，得到轴线位置O1O2。

根据铰链间距L（300mm，500mm），以铰链中心O为初始点，沿直线y=B确定两点D和E，使两点间线段长度为L，调整L值以及轴线外板的距离，保证在铰链宽度方向不与外板干涉的情况下，轴线尽量靠近外板的极限位置（L值确定已知时）。

若L值可以改变，则可以考虑稍微减小L值，但轴线更靠近外板（车门外板曲率较大时）。

可以通过改变最初的B值重新生成轴线O3O4或作O1O2的平行线来改变轴线到外板的距离。

当轴线位置最终确定后，根据D，E两点位置可将铰链模型正确地放入车门门腔内，待进一步运动校核及干涉检验。

f）铰链中心距

由于受到车门外形曲线的限制,一般希望上下两个铰链的跨距在350mm～500mm之间，大多保持在400mm左右。

铰链中心距／车门长度=33%或更长

例如：

铰链中心距=377.19mm

车门长度=1143.0mm

377.19／1143.0=33%

（2）、发动机罩、后行李箱的设计原则

a）舱盖在铰链处需设计成向内收口，否则打开会干涉；

b）舱盖的最大开启度需略大于处于被支撑状态时的开启度；

c）舱盖在被支撑状态时高度应满足国家标准；

d）舱盖内板设计过程中，基准主大面同外板为偏置关系，偏置距离为3~5mm，中空内板偏进15~35mm；

e）舱盖同外板连接方式，除周边的包边外，内板和外板之间还均匀分布涂胶点，涂胶处需设计凸起的特征；

f）有些舱盖表面有喷水口结构；

g）有些舱盖在内板中部位置有折弯特征，主要用途在于碰撞时保证舱盖在该处折弯变形吸能；

h）舱盖同前舱件（横梁）间、后背门和侧围之间需设有缓冲结构，如橡胶缓冲垫，用以减少路面、开闭时激励引起的震动；

i）舱盖内板结构设计不能太强，一般在发动机舱盖中部设计有一条贯穿的横筋，要保证碰撞过程中不能撞断铰链进入成客舱；

j）对于发动机罩和后行李箱盖（后背门）来说，发动机罩内板的几何形状是自由选择的。

但有几点在设计中是需要注意的：

k）由于发动机罩和后行李箱盖（后背门）的原始状态和最大开度的关系，无论是撑杆、铰链还是空气弹簧，它们所起到的都是支撑力的作用。

l）将发动机罩、后行李箱盖打开至预定的角度（一般为90º

左右），它们不应与前后风窗玻璃接触，且应保持一个约为10mm的最小间距，后背门开度角一般在75º

到90º

之间，或者以后背门打开后最低点距地面高度为1800—2200mm作为标准；

m）还应考虑到它们的加工工艺、轻量化、车身的防腐蚀和最低成本的原则。

由于发动机罩和后行李箱盖（后背门）中附件比较少，而且不需要限位，所以在设计和校核的过程中只需要校核发动机罩和后行李箱盖（后背门）在运动过程中不要与周边零部件干涉。

（3）、门锁的设计原则

门锁与上下铰链共同构成车门的三个受力点，因此要求门锁高度的理想位置居于铰链轴线中心垂直面；

门锁的位置还应保证车门的顺利开启和锁止，因此在后视图中锁舌的中心线必须与铰链轴线平行，允许误差±

1°

；

特别需要注意的是，门锁位置必须保证玻璃升降空间，不仅是门锁本体，还包括锁体上相关附件，运动拉杆机构等都要避开玻璃的运动轨迹。

在后视图中校核锁到门外板表面的空间余量。

锁扣到门内板鸭嘴口的距离在设计的时候有两种方案：

1）、当锁扣超出车门内板表面时，直接留足锁顺利开启和锁止的余量，超出锁体口边缘3mm；

2）、当锁扣不超出车门内板表面时，要求锁扣到门内板鸭嘴口的距离在超出锁体口边缘的情况下为10mm以上。

这是考虑碰撞之后车门仍能顺利打开而规定的！

（4）、门外把手的设计原则

门外把手应在后视图中显示和定位。

门把手的旋转无干涉，旋转角度应能保证锁的开关行程。

一般门外把手安装的结构中应该有三个安装点，外加一个定位销，而且把手与外表面之间必须增加减振垫，一来为了减振，二来可以起到密封的作用。

外板上的结构必须在满足门外把手安装结构、保证强度的基础上，易于冲压。

门外把手一般设计在车门外板的棱线上，门外把手在设计的时候，首先要保证本身运动部分的旋转无干涉，旋转角度应能保证锁的开关行程。

而我们一般选用厂家成熟的产品，所以考虑得更多的是它在门外表面上的安装面既要保证门把手的安装需要，又要满足车门外表面的冲压工艺性。

而且，门把手的设计开角行程要大于能让车门打开所需的行程。

（5）、玻璃升降器的设计原则：

玻璃升降器是车门设计中很重要的一个环节，它的合格与否，直接影响到车窗的开闭！

玻璃升降器在设计的过程中，关键在于安装和玻璃导轨的曲线确定。

在安装的过程，包括电机和导轨的安装位置的确定，而玻璃导轨的曲线就要由B柱和玻璃型面来决定了。

车窗玻璃在运动到最低点时与车门内板底部的距离不能小于12.0mm。

给防撞杆定位时从防撞杆边缘到外表面距离最小是5mm。

防撞杆的中心和H点尽可能的近。

确保在调整以后，车窗玻璃下降后和防撞杆有12.5mm的距离。

当把车窗玻璃降到车门窗沿中，从侧面检查限位器（扭杆，铰链螺栓，饰钉等）是否有运动干涉。

为了和外造型匹配，达到玻璃升降的平顺性，玻璃要设计为双圆环面，R=15~25km,r=1200~2000m，大客车为R=∞,r=4000~7000m；

对于玻璃升降器的布置，导轨的形状及位置是关键。

导轨的导动面必须保证与玻璃形面相一致，尽量使玻璃重心偏向导槽较长的一边，以便玻璃能平稳运动。

一般为：

前门靠后，后门靠前。

建立玻璃升降器的初步轮廓。

玻璃通过玻璃托槽的夹持可以在规定位置间上下滑动。

在这个断面中门槽空间余量和机构应进行校核。

计算玻璃的重心将决定玻璃升降器导轨的安放。

找玻璃表面的重心，将玻璃的四个边分成三段。

从每个角的第一个点，延长一条通过这些点的线形成一个三角形。

这样得到四个点并连接对角线。

则重心就是两对角线的交点。

图3.4.19互动式冲压铰链示意图图3.4.20玻璃重量中心的估算

（6）、密封条的设计原则：

各个密封条的安装位置确定；

各个密封条的详细截面图的确定与绘制；

在大多数汽车结构设计中，密封条断面结构因为车身各部件的功能结构不同有所不同，虽然零件结构不同，但搭接关系和焊接关系类似，对于不同的车在相同部位密封条的结构就有所相似了。

另外的视密封要求和结构的不同有所变化。

下面指出一些常用断面，以供参考：

图3.4.21不同结构的密封条结构形式示例

在密封条的设计的过程中，首先是断面设计：

断面中密封条的断面应该是装配状态下的，这样我们可以根据装配状态下的密封条断面进行检查和修改。

密封面应该与密封条是干涉状态，干涉不能太大，也不能太少。

一般为有效压缩尺寸的1/3~1/2，这样才能既保证了密封的效果，又不至于运动件在运动的过程中产生过大的摩擦力，如：

玻璃导槽密封条。

更值得一提的是，玻璃导槽与密封条，还有玻璃配合的时候，密封条应该和导槽的两侧面配合，底面与导槽底面应该保留一点间隙，而且玻璃与密封条之间也应保留2mm左右的间隙，以便玻璃能在导槽中顺利地上升和下降，而且能保证很好的密封性。

（7）、孔设计与螺栓关系

在开闭件的安装状态时，为螺栓和螺母开的配合孔和过孔应该满足装配要求，表中数据对于制造设备较差企业可适当放宽1mm。

螺母：

螺母规格

M4

M5

M6

M8

M10

7/16（安全带专用）

M12（细牙）

M14（细牙）

配合孔

Φ5

Φ6

Φ7

Φ9

Φ12

Φ13

Φ14

Φ16

过孔

Φ8

Φ10

Φ15

Φ17

螺栓：

凸焊螺栓规格

M12

M14

Φ4.5

Φ5.5

Φ6.5

Φ8.5

Φ10.5

Φ12.5

Φ14.5

3.4.3白车身设计

白车身结构设计分成八大片，比如前后围，两个侧围，地板，顶盖，发动机舱前横梁及前灯架,驾驶室前围板，驾驶室后挡板（挡后行李箱的板），及行李箱后围板,这8块板是8个总成，比如侧围总成所有的侧围件焊成一个总成，这8大块拼起来，所以在拼焊时，冲压件，机器人焊也好，手工焊也好，各总成焊完后，还有一个总焊，把它夹紧后，机器人或人工一起焊，工艺上能实现流水作业，轿车整个是流水化作业，车身一定是流水线的。

比如侧围总成，在侧围总拼时,B柱先焊，或A柱先焊，都有内外板，先把每一块板焊好，然后再拼到一起，有的是整个板上去，象叠塔似的，把整个总成一起固定到一个卡具上，一起焊接成一个总成，然后再把侧围和顶盖地板焊起来，地板和前围都一块块焊起来，是一块块的总成，车身重要的是分块线，分块面在哪里，控制面在哪里。

侧围，前围，后围，还有前发动机舱，驾驶室，后窗挡板，这几块板翻边处要焊接的地方，控制面是哪一个面，控制线是哪一根线，这个零件从哪分接从哪合块。

如果分块不清，工艺概念不清楚，将来没法生产，前围板是焊在侧围上的，侧围总成是先焊的，侧围总成焊好后，后焊在前围上，不能把前围件焊到侧围上，总之所有的零件都按照八大块去分块，结果接哪一块就归类到哪一块，对相应的工装就要考虑，把零件要焊在相应总成上去，是哪块就放到哪块上去，所以这是车身结构分块，这8大块总成是车身设计所要考虑的。

所以说车身复杂，分成大块，每一块里面就不复杂了，放在一起很复杂，到处是弯曲的，但是每一块拿来看，每一块都很简单，每一块都要落实到每个冲压件上去。

图3.4.22高级轿车白车身设计

图3.4.23两厢轿车白车身设计

图3.4.24中级轿车白车身设计

图3.4.25MPV白车身设计

图3.4.26跑车白车身设计

3.4.27A级轿车白车身设计

1、白车身开发流程：

图3.4.28基于BENCHMARK的白车身设计流程与过程

2、白车身件设计的基本要求：

1）白车身设计应符合造型设计的要求和效果。

2）白车身应满足技术协议中相关要求。

3）白车身应执行国家标准和企业标准。

4）白车身设计应符合总布置方案和结构尺寸应满足设计硬点要求。

5）白车身设计应满足人机工程等要求，提高舒适性。

6）在对样车充分了解的基础上，制定沿用件、新件和改制件。

7）产品设计中尽量采用系列化、标准化、通用化。

尽量采用标准件、通用件；

各种设计数据尺寸应准确无误。

8）产品设计中应考虑到加工、装配、安装调试、维修的方便性和经济性。

9）表面光顺质量：

高可见区，A级曲面，局部相切连续。

少可见区，B级曲面，相切连续。

不可见区，C级曲面，位置连续。

10）逆向工程中测绘的孔径及位置尺寸要圆整，公差和形位公差标注正确。

11）设计时，门缝的密封间隙要均匀，设计不均匀误差：

大面±

1mm,局部±

1.5mm

12）静态密封条的压缩量（可压缩部分）不大于1/2，不小于1/3。

一般在3mm—6mm之间。

门与门框的密封间隙10mm—17mnm,非密封面最小间隙大于等于6mm.

13）发动机盖板/后行李箱盖与保险杠的水平间隙在7mm-12mm.

发动机盖板/后行李箱盖与保险杠水平间隙7mm—12mm.

发动机盖板/后行李箱与灯外表面的水平间隙4mm—6mm.

发动机盖板/后行李箱与灯的饿结构间隙8mm—12mm.

3、检查分析

1）白车身设计首先检查分析拿过来的由光顺所光顺的外表面是否符合光顺要求（高可见区，A级曲面，局部相切连续。

不可见区，C级曲面，位置连续）。

2）应符合技术协议中有关造型的要求。

3）应符合相关强制性标准和法规的规定。

4）应符合总布置尺寸和设计硬点的规定及符合人机工程的规定。

5）应考虑加工，装配，维修的可行性，经济性和方便性。

6）根据光顺的外表面，分析零件的可冲压性。

4、设计要点

（1）、准备阶段

详细查阅参考样车的相关技术资料，充分了解参考样车相关技术性能及各种优缺点。

如：

所选定的参考样车在性能上、结构上、冲压工艺、焊接工艺、涂装工艺、总装工艺是否比其他车型更优越，是否符合国内（尤其是客户）的实际生产状况，以便预先确定结构及工艺的改良方案。

（2）、样车拆车阶段

伴随样车拆车过程中，应初步理解与侧围相关的车身附件，内饰，外饰，电气元件，底盘及侧围周边车身分总成相互焊接、安装、定位等关系，以便将来在做逆向和详细结构设计时心中有数，并初步完成如下技术资料文件：

1）、产品描述书

2）、明细表（初步稿）