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汽车车身主断面设计全面介绍

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天宇 发表于 2014-8-3 20:04:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
  • 车身主断面设计是汽车车身设计中的重要环节。它贯穿于整个汽车车身设计开发过程中,从车身油泥模型制作开始到车身结构设计完成的整个过程中,它是车身工程可行性分析的重要手段和指导车身结构设计的重要依据;车身主断面定义了零件之间的结构断面形式以及装配、焊接、密封、涂胶等关系。

  • 车身主断面的设计流程
     汽车车身主断面设计流程图为车身主断面和车身结构设计时,首先要选择一款合理的标杆样车,这样会给设计工作带来许多好处。
  • 选择标杆样车的原则是:

    ①车身结构形式借鉴意义较大;
   ②造型风格类同;
   ③车型、档次类同。
   为了使车身主断面和结构设计工作更加顺利、可靠地进行,一般先对标杆样车进行逆向建模,建模内容包括三维数模与二维主断面;在定义车身主断面位置时,标杆样车和新车型主断面的位置一定要协调一致。以建立的三维数模与二维主断面为依据,对标杆样车进行各种性能评价,如标杆样车的整体扭转、弯曲刚度分析,车身接头部位的刚度分析、车身门洞部位的刚度分析,车身骨架关键部位封闭断面的封闭面积、转动惯量系数的计算,这些部位主要包括:A、B、C、D柱断面、门槛断面、顶盖侧围断面、前后风挡断面等,这些部位断面的封闭面积、转动惯量系数的大小将极大地影响着整个白车身的刚度好坏。根据计算出白车身各个部位的封闭面积、材料面积、转动惯量系数的大小,就能判断出标杆样车的刚度分布状况,找出白车身刚度过剩和不足的部位,在新车型设计时,对原车刚度不足的部位进行加强设计,对原车刚度过剩的部位进行削弱设计,使新设计的车身具有一个良好的刚度分布状态。除对标杆样车进行刚度分析外,还应对标杆样车进行正碰、侧碰、追尾碰撞、低速正碰、翻滚压顶的CAE分析,根据国家碰撞法规,判断车身结构的耐碰撞性,并根据标杆样车的碰撞CAE结果,来指导新车型的车身主断面和结构设计。

     在整个车身开发流程中,车身主断面设计始于车身的油泥模型的制作过程中,在油泥模型的制作过程中,要进行油泥模型的工程可行性分析,主断面是工程可行性分析的有力工具之一。在油泥模型制作初始阶段,应在模型关键位置和危险断面,提取一些断面数据,然后输入catia汽车设计软件之中,进行相关内容的分析,如结构可行性分析、运动干涉分析、装配可行性分析、焊接可行性分析、冲压可行性分析等内容;
     
     为了更加准确地进行上述分析,可以采集车身油泥模型的表面数据,建立汽车车身CLASS-B表面模型,进行车身表面三维数据的工程可行性分析,进行初始的工程可行性分析后,就形成了第一版的新开发车型的主断面数据,并作为今后车身三维结构设计的依据;在以此车身主断面为依据进行车身三维结构设计的过程中,会发现一些结构设计不合理、实现困难甚至无法实现的问题,这样反过来就要修改有关的断面数据,使之符合三维结构设计要求,通过反复修改主断面设计和三维结构设计的相互关系,就能使主断面设计与三维结构设计匹配、协调地进行,形成用户满意的最终主断面,完成车身主断面的设计工作。

  • 主断面的位置与主断面的清单
   在进行车身主断面详细设计前,必须先定义好车身主断面的数量、相应的位置与方位,而且要充分定义好主断面所要表达的内容和主断面的排列顺序,然后形成车身主断面清单;这些内容必须与用户进行反复协商与讨论,取得共同一致的意见并形成相关的技术文件,作为今后工作的依据。
  • 车身主断面表达的内容
下面将针对汽车车身设计特点,详细介绍一下车身主断面的设计方法与所要表达的内容:
车身主断面的设计基本要素
断面基准定义
1、 因车身CLASS-A表面是呈现汽车车身外表面形状与尺寸的表面,因此,对汽车外覆盖件、外装饰件而言,外表面就是这些零件的基准面;而对内覆盖件而言,内覆盖件的设计基准面是加工该零件拉延模的凸模表面。在主断面图绘制时,要求基准面不仅有倒圆信息,而且带有理论交点信息;而非基准面不带理论交点,只带倒圆信息。

2、零件焊接面之间的圆角半径定义
图3所示是两零件焊接面之间的圆角半径定义关系图,为了使两焊接零件在圆角处不产生干涉,使焊接面能正常贴合,内外板金件的圆角一定要合理定义。当R1≤15mm时,R2=R1+2mm;当15<R1≤30mm时,R2=R1+3mm;当R1>30mm时,R2=R1+5mm。


3、门洞法兰面相关参数的定义
如图4所示是B柱断面结构图,图中L1为板金件内外板边缘线的落差值,该值应定义为1mm。理由是以侧围外板密封条安装面的边缘线为安装密封条的基准线,考虑到板金件冲压修边线制造误差和焊接装配误差,保证侧围外板、B柱内板、B柱加强板焊接后,侧围外板密封条安装面的边缘线始终是这些零件的最外缘边,避免这些板金件焊接后的边缘线参差不齐,影响门洞密封条的安装精度;L2为侧围外板门洞法兰面的宽度,该宽度一般定义为15-18mm,该尺寸主要考虑焊接要求,密封条安装要求等因素;圆角R1一般定义为3-6mm,该尺寸主要考虑冲压、焊接工艺要求与安装密封条的要求;α为B柱侧面的斜角,一般定义为大于4°,主要考虑冲压工艺要求和保证适当的断面封闭面积。  

4、前门、侧围上部、顶盖关系主断面
   前门、侧围上部、顶盖关系主断面,该主断面所表达的内容
①该断面表示侧围外板、顶盖、顶盖侧梁、顶盖侧梁加强板、顶棚、前门门框上部结构、门洞密封条、门框密封条、玻璃导槽、流水槽装饰条之间的装配关系。

②流水槽处的结构设计,该处的设计基准是侧围在流水槽处的分缝线,在侧围流水槽处的分缝线位置,做侧围断面线的切线和法线,这两条线就是设计流水槽的基准线。侧围的侧边线是根据侧围在分缝线处的法线来确定的,侧边线一般与法线往里成0-20°的角度,角度值要根据侧围断面的形状来做出判断,主要考虑的内容是该断面的封闭面积和转动惯量系数大小;同时要满足冲压工艺和焊接工艺的要求。顶盖侧的侧边线是根据顶盖在分缝线处的垂直线(Z轴方向)来确定的,侧边线一般与垂直线往外成5-10°的角度,主要考虑的内容是断面的结构尺寸、冲压工艺、焊接工艺等。汽车流水槽底边线一般考虑与侧围切线或顶盖切线相平行,这主要决定侧围和顶盖之间的位置、形状关系。流水槽底边的宽度一般要保证在22mm以上,主要决定于焊接的工艺水平(手工焊接、机器人焊接)、焊枪的直径大小(Φ13mm、Φ16mm)。流水槽深度一般定义为6-16mm,主要考虑安装流水槽装饰条的结构可行性,应与生产装饰条的供应商密切配合来完成此项工作。从人的视觉和流水槽功能看,流水槽在侧围侧的分缝线应高于在顶盖侧的分缝线0-5mm,尺寸的测量方向是沿车身整车坐标系的Z轴方向。

③侧围与前门门框上部的结构设计。侧围与前门门框上部的分缝线间隙一般定义为3-6mm,具体要根据车的档次、制造工艺水平、车型的造型风格、形状变化等综合来确定。该部位的设计基准是前门玻璃的中心面,侧围部分的分缝线。在侧围分缝线处做一条与玻璃中心线的垂直线,玻璃中心线和该垂直线作为该断面的设计基准线。该断面的关键尺寸如下:门洞密封条安装面与玻璃面平行,门框密封面与门洞密封条安装面平行,并保证相应的距离,一般定义为12-16mm,主要参考密封条的断面尺寸和密封条的压缩特性,如果采用一道密封且在门洞上密封,密封条压缩量一般定义为6mm;如果采用多道密封且门洞密封条作为辅助密封,则密封条的压缩量一般定义为3mm。门框表面与玻璃中心面之间的距离与玻璃、玻璃泥槽和滚压件的形状与尺寸密切相关。如密封条装在车门门框上,则要在侧围上合理的定义密封面,密封面的形状和密封条的压缩量,将极大地影响整车的密封性能,其压缩量一般定义为6mm。该部位的尺寸应与基准线平行方向进行标注。

④门洞密封条的安装,门洞密封条的安装槽侧壁应与侧围法兰安装面的边缘线应保持1-1.5mm间隙,侧围、顶盖边梁、顶盖边梁加强板在车门门洞上部的焊接处,法兰边宽度一般定义为15-18mm,侧围法兰边凸出顶盖边梁,顶盖边梁加强板法兰边1mm,其作用是侧围法兰边缘线作为安装门洞密封条的基准线,避免顶盖边梁、顶盖边梁加强板法兰边凸出侧围法兰边,影响外观质量与密封条的安装精度。

⑤如门结构采用滚压件窗框结构,应充分考虑造型面与滚压件的匹配与协调性,如门结构采用整体式冲压门,要充分考虑玻璃导轨、门外板、门内板所围成封闭断面的封闭面积与转动惯量系数,以确保门的整体强度与刚度。
⑥应进行95﹪、99﹪百分位男性人体模型头部包络面的分析,以确保乘客有足够的乘坐空间和相应的舒适性要求。

5、前门、后门、中支柱、后门铰链关系主断面
①该断面表示前门结构、后门结构、中支柱结构、前门锁、后门铰链、密封条之间的装配关系,该断面垂直于后门铰链轴线进行剖切。
②该断面是在完成后门运动校核的前提下进行的,运动校核包括如下内容:前门、后门之间的间隙、后门前包边处与后门铰链体之间的间隙、后门前包边处与B柱之间的间隙。后门开度一般定义在60°-70°之间;在后门开启过程中,这些间隙应大于3mm以上。
③该断面的设计基准是前、后门的CLASS-A面、门分缝线、前后门的门洞密封面;前后门洞密封面在Y轴方向应尽量保持一致,否则会影响前门护板、中支柱下护板、后门护板的造型协调性。
④前门门框与B柱、后门门框与B柱之间的所有间隙应大于8mm,主要考虑车门关闭过程中的过行程,车门使用过程中的下沉量,车门、门洞、B柱的变形等因素。门洞密封条与门护板之间的距离应大于6mm,主要考虑车门总成的制造装配误差、变形,门洞密封条的制造装配误差、变形以及车身骨架的制造装配误差、变形等因素,防止车门关闭时,密封条变形后碰到车门护板的凸尖部位,影响密封条的使用寿命。
⑤密封问题,如采用门洞单道密封,密封条装在侧围门洞法兰面上,法兰面宽度一般定义为15-18mm。法兰面宽度要考虑焊接工艺要求和密封条装配稳定性要求。侧围门洞法兰面与车门密封面之间的距离一般定义为12-16mm,其值应根据密封条的断面形状、压缩量特性等方面考虑,其密封条的压缩量为6mm;如果采用双道密封,则门洞密封为次密封,其密封条的压缩量为3mm,而门框密封为主密封,其密封条的压缩量为6mm,门框密封条的装配应满足密封条的最佳装配位置,保证密封条安装面、密封条唇与钣金件有良好的配合关系。
⑥为了确保前门内板、后门内板、B柱的冲压工艺性,车门内板的铰链安装面和锁体安装面与YZ平面(冲压方向)成3°以上角度;该断面的最大难点是协调前门锁安装面、后门铰链在B柱上的安装面、前门框密封面之间的相互关系,避免在B柱结构上产生窄深结构(深宽比大于1.5),影响B柱的冲压工艺性。该断面需要重点检查的内容是:前门关闭时,锁的切入角,锁安装在门内板上的方便性,前门里板的冲压工艺性,后门里板的冲压工艺性,B柱相应部位的冲压工艺性,锁扣的装配工艺性,后门在开启过程中,后门前包边外与B柱、后门铰链座之间的间隙(最小间隙大于3mm)值,前后门的门洞、门框密封面的位置等。
⑦由B柱内外板、B柱加强板所围成的封闭区域,应有足够的面积和转动惯量系数,以确保车身的整车刚度和防侧碰能力。

6、前门、门槛关系主断面
①该断面表示前门外板、前门内板、前门护板、侧围下门槛、门槛内板、门槛加强板、前地板、门槛外侧装饰件(塑料件)、门槛法兰焊接边处的装饰件、地毯、线束、密封条之间的装配关系。该断面采用与YZ坐标面平行的方向进行剖切。
②前门下边缘线与侧围门槛线之间的间隙,一般定义为5-8mm,该间隙值的确定主要取决于车的类型与档次、主机厂的制造工艺水平、门在使用过程中的下沉量等因素。前门门框与侧围门洞之间的周边间隙应大于8mm。防止门在用力关闭时或门下沉时,车门与周围零件产生干扰,而影响整车的使用寿命。
③密封问题。如采用门洞单道密封,密封条装在侧围门洞法兰面上,法线面宽度一般定义为15-18mm。侧围门洞法兰面与车门密封面之间的距离一般为12-16mm,其值应根据密封条的断面形状、压缩特性等方面考虑,其密封条的压缩量为6mm;如果采用双道密封,则门洞密封为次密封,其密封条的压缩量为3mm,门框密封为主密封,其密封条的压缩量为6mm。门框密封条的装配应满足密封条的最佳装配位置的要求,保证密封条安装面、密封条唇与钣金件有良好的配合关系。
④该断面的基准是车身CLASS-A面、分缝线、底板高度面,根据这些基准面和基准线,首先确定侧围门洞的法兰面的Y坐标值和Z坐标值,侧围门洞的法兰面的Y坐标值由门的CLASS-A面、门的厚度和密封间隙来确定;侧围门洞的法兰面的Z坐标面由门下缘分缝线、底板高度来综合考虑。
⑤车门门框面、侧围门洞面的定义应充分考虑这些零件的冲压工艺要求,其原则是应与该零件的冲压方向至少有4°以上的拔模角,以确保零件冲压的可行性,车门护板的周围应有5°以上的拔模角,以确保门护板的注塑工艺性。
⑥车门内板、侧围门槛部的结构应充分考虑排水、排多余漆的结构要求,这些面应与水平方向至少有5°以上的斜面,便于排水、排尘、排多余漆的要求。
⑦由侧围门槛、门槛内板、门槛加强板所围成的封闭区域,应有足够的面积和转动惯量系数,以确保车身的整车刚度和防侧碰能力。

获取断面方式:    汽车典型3D断面数据带2D断面工程图

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1024 发表于 2014-9-15 08:08:17 | 显示全部楼层
原来汽车设计是这么的难,这么的复杂。有点畏惧了。
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缺月梧桐 发表于 2014-12-2 19:09:29 | 显示全部楼层
好东西,谢谢楼主
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渣渣渣 发表于 2015-6-22 22:48:29 | 显示全部楼层
缺图啊,要是把图完善就更好了
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marshalyc 发表于 2015-8-14 23:53:01 | 显示全部楼层
最新需要这方面的资料啊。。。先看看
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wsn旺旺 发表于 2015-9-6 23:02:42 | 显示全部楼层
顶,说的挺好的,虽然我不懂~~
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佛仙人指路 发表于 2015-11-4 18:13:51 | 显示全部楼层
知道了 不错~~~
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zaqxswcde 发表于 2016-2-16 15:02:28 | 显示全部楼层
能够找到真正意义上的培训资料就有福了
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zaqxswcde 发表于 2016-2-16 15:02:30 | 显示全部楼层
能够找到真正意义上的培训资料就有福了
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小晨彬枫 发表于 2016-5-20 13:42:41 | 显示全部楼层
如果能够配上图就更完美了
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