《汽车车身结构与设计》教材同步PPT课件

《汽车车身结构与设计》教材同步PPT课件,汽车车身结构与设计,汽车,车身,结构,设计,教材,同步,PPT,课件 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化1.1.了解轿车车身轻量化的意义了解轿车车身轻量化的意义2.2.掌握轿车车身轻量化的主要途径掌握轿车车身轻量化的主要途径知识要点知识要点能力要求能力要求相关知识相关知识轿车车身轻量化轿车车身轻量化的概念、意义的概念、意义1.车身轻量化概念车身轻量化概念2.车身轻量化意义车身轻量化意义车身轻量化车身轻量化轿车车身轻量化轿车车身轻量化途径途径1.车身轻量化途径车身轻量化途径-新材料新材料2.车身轻量化途径车身轻量化途径-工艺工艺3.车身轻量化途径车身轻量化途径-结构结构车身壳体、结构件、覆车身壳体、结构件、覆盖件、盖件、车身附件车身附件汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化8.1 8.1 车车身轻身轻量化的意义量化的意义洁净化洁净化安全化安全化轻量化轻量化舒适化舒适化信息化信息化汽汽车开发的五大指标车开发的五大指标 汽车轻量化：汽车轻量化：在保证汽车强度和安全性能的前提下，采用现代设计方法和有效手在保证汽车强度和安全性能的前提下，采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料以尽可能降低汽车产品自身重量，以达到段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料以尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。减重、降耗、环保、安全的综合指标。车身轻量化是车身开发的重要指标之一车身轻量化是车身开发的重要指标之一，轻量化设计理念至始至终贯穿于整个开，轻量化设计理念至始至终贯穿于整个开发历程，并且需要在性能和成本之间取得平衡。发历程，并且需要在性能和成本之间取得平衡。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化质量占整车的质量占整车的0安全性、舒适性安全性、舒适性要求高要求高材材料众多料众多车身的轻量化对于整车轻量化举足轻重形状、结构形状、结构复杂复杂制造成本占整车的制造成本占整车的0车身质量（包括白车身和装备件）对整车质量的影响很大。车身轻量化车身质量（包括白车身和装备件）对整车质量的影响很大。车身轻量化能使悬架及传动系统的负荷减小，有利于整车轻量化要求，最终达到节能使悬架及传动系统的负荷减小，有利于整车轻量化要求，最终达到节能环保要求，同时可提高行驶平稳性和舒适性。能环保要求，同时可提高行驶平稳性和舒适性。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化高强度钢高强度钢铝合金铝合金 塑料塑料 镁合金镁合金 复合材料复合材料 密度小，强度大，吸能性好 密度小，耐腐性能好密度、强度人为可控，吸能性更好可使板厚减薄，强度刚度增加 密度更小，强度大，吸能性好新材料的应用新材料的应用轻质替代材料采用轻量化材料的原则：为保证车身的强采用轻量化材料的原则：为保证车身的强度和耐撞性，需确保更换材料后车身零件度和耐撞性，需确保更换材料后车身零件的强度和吸能能力不会减少。的强度和吸能能力不会减少。8.28.2车身轻量化的实现途径车身轻量化的实现途径汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化结构结构优化：结构拓扑优化、尺寸优化、造型优化优化：结构拓扑优化、尺寸优化、造型优化板壳厚度梁截面平面惯性矩对汽车零部件的精简和整体化、集成化尺寸优化应力分布均匀化减小质量延长寿命造型优化向承受高负荷的部位储存材料将承受低负荷的部位去除材料8.28.2车身轻量化的实现途径车身轻量化的实现途径汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化革新工艺革新工艺l液压成型工艺l激光拼焊l高强钢热成型l以塑代钢技术l微发泡工艺与轻质结构设计要求相符的与轻质结构设计要求相符的创新制造工艺创新制造工艺革新工艺拓宽汽车轻量化的可能性汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化世界几种典型轿车用材百分比世界几种典型轿车用材百分比 车名车名钢铁钢铁轻金属轻金属塑料塑料其它其它大众路波牌轿车大众路波牌轿车50.516.414.019.1奔驰奔驰E系列轿车系列轿车63.06.08.023.0奥迪奥迪A2型轿车型轿车34.028.824.612.6奥迪奥迪A6型轿车型轿车58.312.817.111.8福特新型福特新型P2000轿轿车车24.037.039.0福特福特Taurus牌轿牌轿车车66.09.025.0BMW公司公司3系轿系轿车车56.711.514.58.2.1 8.2.1 采采用新材料实现汽车轻量化用新材料实现汽车轻量化汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化 1.普通低碳钢板普通低碳钢板 1）钢板的成形性能）钢板的成形性能冷冲压钢板是以金属的塑性变形为冷冲压钢板是以金属的塑性变形为基础的加工方法。伸长率是衡量塑基础的加工方法。伸长率是衡量塑性变形能力的指标性变形能力的指标冷轧钢板：比热轧钢板冲压加工性冷轧钢板：比热轧钢板冲压加工性能好，表面美观。在汽车上应用较能好，表面美观。在汽车上应用较多多,广泛采用广泛采用0.61.0mm板厚板厚热轧钢板：在热轧钢板：在t800时轧制而成时轧制而成的，加工性不如冷轧钢板，厚度一的，加工性不如冷轧钢板，厚度一般为般为1.66.0mm之间。板厚为之间。板厚为1.21.4mm的热轧钢板主要用于车的热轧钢板主要用于车身下部构件、内护板、车门内板等，身下部构件、内护板、车门内板等，大于大于1.6mm以上的用于结构加强板以上的用于结构加强板和铰链等。和铰链等。8.2.1 8.2.1 采采用新材料实现汽车轻量化用新材料实现汽车轻量化汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化2.高强度钢板高强度钢板高强度钢板（高强度钢板（HSS）指屈服强度为）指屈服强度为210550MPa的钢板，屈服强度大于的钢板，屈服强度大于550MPa的为超高强度钢板（的为超高强度钢板（UHSS或或AHSS），是在普通碳素钢的基），是在普通碳素钢的基础上加入少量的合金元素制成。础上加入少量的合金元素制成。生产成本与普通碳素钢板相近，但其抗拉强度比普通钢板高得多，用以生产成本与普通碳素钢板相近，但其抗拉强度比普通钢板高得多，用以制造车身构件，可以明显减轻重量和造价制造车身构件，可以明显减轻重量和造价优点优点1）可减轻零件的重量）可减轻零件的重量2）加工硬化率高，吸收更多的冲击能量，用于前后纵梁等处可提高汽）加工硬化率高，吸收更多的冲击能量，用于前后纵梁等处可提高汽车的安全性车的安全性3）用于车身外部件，具有烘烤硬化性，可增强零件，提高外表面件的）用于车身外部件，具有烘烤硬化性，可增强零件，提高外表面件的抗凹陷性能抗凹陷性能主要限制：随着钢板强度级别的提高，钢板的成形性变差。主要限制：随着钢板强度级别的提高，钢板的成形性变差。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化高强度钢板及车身高强度钢板及车身【案例案例1】ULSAB-AVC项目是通过全面开发两类车型项目是通过全面开发两类车型欧洲的欧洲的C级车型（级车型（C-Class）和北美的中级轿车）和北美的中级轿车PNGV的概念设计方案的概念设计方案目标：目标：满足满足2004年安全法规，显示钢结构汽车的高安全性亮点年安全法规，显示钢结构汽车的高安全性亮点利用在利用在2004年可以获得的先进钢材和加工方法年可以获得的先进钢材和加工方法适合于大量生产适合于大量生产车身结构和闭合件等应是全钢的，钢材的供应没有问题车身结构和闭合件等应是全钢的，钢材的供应没有问题使重量最轻，成本最小化使重量最轻，成本最小化汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化【案例案例】高强度钢板及车身高强度钢板及车身ULSAB-AVC项目是通过全面开发两类车型项目是通过全面开发两类车型欧洲的欧洲的C级车型（级车型（C-Class）和）和北美的中级轿车北美的中级轿车PNGV的概念设计方案（车身结构和闭合件等是全钢的，使重的概念设计方案（车身结构和闭合件等是全钢的，使重量最轻，成本最小化）量最轻，成本最小化）（1）平台概念）平台概念1）C级和级和PNGV级两种车型共用一个平台级两种车型共用一个平台2）两种车型共用一种车身结构平台，只是车门型式不同，车身长度尺寸略有不）两种车型共用一种车身结构平台，只是车门型式不同，车身长度尺寸略有不同；强调共用一个车头。同；强调共用一个车头。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化（2）精心设计载荷路径和接头）精心设计载荷路径和接头车头的结构设计包括动力总成的布置和前端结构载荷路径布置设计车头的结构设计包括动力总成的布置和前端结构载荷路径布置设计A立柱之前的前端结构是前碰撞的主要吸能部分立柱之前的前端结构是前碰撞的主要吸能部分按照按照100%正碰和正碰和40%偏置碰撞的要求，综合精密考虑结构的载荷路径，偏置碰撞的要求，综合精密考虑结构的载荷路径，设置了斜撑盒形梁，将前围档板与抗碰撞盒上、下和下封闭地板联接在设置了斜撑盒形梁，将前围档板与抗碰撞盒上、下和下封闭地板联接在一起，传递纵梁和拐角之间的载荷。一起，传递纵梁和拐角之间的载荷。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化（3）底架前端结构）底架前端结构前碰撞能量由两根纵梁传递，每个纵梁由两段钢管拼焊液压成形前碰撞能量由两根纵梁传递，每个纵梁由两段钢管拼焊液压成形悬架支承力通过副车架传入车身悬架支承力通过副车架传入车身前碰撞载荷路径是由保险杠梁和抗撞盒传及整个纵梁前碰撞载荷路径是由保险杠梁和抗撞盒传及整个纵梁抗撞盒由两个冲压件组成盒形截面，焊在保险杠和纵梁之间抗撞盒由两个冲压件组成盒形截面，焊在保险杠和纵梁之间汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化（4）车身侧围结构）车身侧围结构没有设置门槛内的和没有设置门槛内的和A柱下段的加强板。但为补偿强度，门槛内板与柱下段的加强板。但为补偿强度，门槛内板与车身侧围外板都是用拼焊板制造车身侧围外板都是用拼焊板制造前门铰链座插入前门铰链座插入A柱，且被焊于柱，且被焊于A柱内板和车身侧围外板。底架的左、柱内板和车身侧围外板。底架的左、右门槛内板之间，用穿透的矩形横梁拉住右门槛内板之间，用穿透的矩形横梁拉住车身侧围用两根拱形管材构件传递车身侧围用两根拱形管材构件传递A柱到后纵梁的载荷柱到后纵梁的载荷在前端，载荷是从前纵梁通过前围板碰撞盒传入在前端，载荷是从前纵梁通过前围板碰撞盒传入A立柱。管材液压成立柱。管材液压成形时，管径被扩胀并轴向地伸入定位工具，然后在形时，管径被扩胀并轴向地伸入定位工具，然后在A柱接头处全面焊柱接头处全面焊接接在后端，这个侧围构件安装在作为后纵梁上部零件的后地板上，通过在后端，这个侧围构件安装在作为后纵梁上部零件的后地板上，通过一个支架和后纵梁联接。一个支架和后纵梁联接。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化（5）车身后端底架结构）车身后端底架结构后端纵梁部分由后地板、后纵梁和门槛内板及轮罩内板组成，都由拼后端纵梁部分由后地板、后纵梁和门槛内板及轮罩内板组成，都由拼焊板制作。焊板制作。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化3.表面镀锌钢板表面镀锌钢板锌具有适应性很强的耐腐蚀性能锌具有适应性很强的耐腐蚀性能随着轿车工业的发展，镀锌钢板用量逐年增加随着轿车工业的发展，镀锌钢板用量逐年增加多用于容易腐蚀的车身零件，如挡泥板（轮罩），地板等车身底部及多用于容易腐蚀的车身零件，如挡泥板（轮罩），地板等车身底部及车顶，车门板。有些轿车车身几乎全部重要冲压件都采用镀锌钢板。车顶，车门板。有些轿车车身几乎全部重要冲压件都采用镀锌钢板。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化4.铝合金在轿车上应用铝合金在轿车上应用 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化铝合金发动机气缸、离合器壳体铝合金发动机气缸、离合器壳体 大众甲壳虫玻璃增强纤维复合材料车身外壳玻璃增强纤维复合材料车身外壳 克莱斯勒CCV复合材料概念车平均油耗实际为平均油耗实际为2.99L/100km，轿车自重，轿车自重800kg世界上第一辆批产低油耗轿车世界上第一辆批产低油耗轿车 大众3升车Lupo全铝空间框架车身全铝空间框架车身(ASF)(ASF)，世界上第，世界上第一种大批量生产的全铝车身轿车一种大批量生产的全铝车身轿车 奥迪A2汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化以全铝结构件为基础，使用钛，镁以全铝结构件为基础，使用钛，镁和碳纤维等贵重材料和碳纤维等贵重材料 福特P2000广泛应用轻质材料，自重广泛应用轻质材料，自重750kg Ecobasic“3L”镁合金和复合材料的车身框架，自重镁合金和复合材料的车身框架，自重700公斤公斤 丰田ES3铝质车身铝质车身 法拉利360Modena/Spider汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化全铝车身的豪华型轿车全铝车身的豪华型轿车 捷豹XJ8全铝车身的高级跑车全铝车身的高级跑车 法拉利612-Scaglietti汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化5.塑料塑料1953年汽车上第一次使用塑料年汽车上第一次使用塑料作为汽车车身的内、外饰件的主要材料得到普及应用作为汽车车身的内、外饰件的主要材料得到普及应用纤维增强复合材料出现，塑料材料在车身上的应用正在代替钢板，纤维增强复合材料出现，塑料材料在车身上的应用正在代替钢板，用作车身的板件和结构件用作车身的板件和结构件塑料分类（按机械性能）塑料分类（按机械性能）通用塑料：用途广、产量大、价格低廉的普通塑料通用塑料：用途广、产量大、价格低廉的普通塑料工程塑料：具有一定机械强度和特殊性能的增强塑料工程塑料：具有一定机械强度和特殊性能的增强塑料如发泡聚丙烯（如发泡聚丙烯（PP）、尼龙）、尼龙汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化6.复合材料复合材料按性能分类：按性能分类：功能型复合材料功能型复合材料 结构复合材料结构复合材料按基体分类按基体分类 高分子基（高分子基（PMC）复合材料）复合材料 金属基（金属基（MMC）复合材料）复合材料 陶瓷基（陶瓷基（CMC）复合材料）复合材料按增强相的种类、形状分类按增强相的种类、形状分类 颗粒状颗粒状 层状层状 纤维增强复合材料。纤维增强复合材料。节能、轻量化：长玻纤增强材料节能、轻量化：长玻纤增强材料 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化（1）复合材料特点复合材料特点1）重量轻）重量轻例：玻璃纤维增强材料（例：玻璃纤维增强材料（GFRP，玻璃钢），密度为，玻璃钢），密度为 1.62.4g/cm3 ，制，制作车身可大大减轻重量作车身可大大减轻重量2）耐腐蚀，车身寿命长）耐腐蚀，车身寿命长特别是玻璃纤维增强材料，几乎同玻璃一样具有不生锈和耐腐蚀的能力特别是玻璃纤维增强材料，几乎同玻璃一样具有不生锈和耐腐蚀的能力3）具有高韧性和抗冲击能力）具有高韧性和抗冲击能力4）保温隔热性好）保温隔热性好除碳纤维增强材料外，复合材料导电、导热能力差除碳纤维增强材料外，复合材料导电、导热能力差5）成型性好）成型性好纤维增强材料流动性和层压性好，使车身表面可制成形状各异的曲面纤维增强材料流动性和层压性好，使车身表面可制成形状各异的曲面6）车身部件大型化）车身部件大型化用复合材料可以制造集许多单一零件和功能于一体的多功能部件，或大型用复合材料可以制造集许多单一零件和功能于一体的多功能部件，或大型整体部件整体部件7）着色性好）着色性好8）材料利用率高）材料利用率高汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化（2）车身用复合材料）车身用复合材料车身上使用最多的复合材料是玻璃纤维增强材料（车身上使用最多的复合材料是玻璃纤维增强材料（GFRP）和碳纤维）和碳纤维增强材料（增强材料（CFRP）1）GFRP的主要特点及其应用的主要特点及其应用质量轻，比强度、比刚度高，耐腐蚀性能好质量轻，比强度、比刚度高，耐腐蚀性能好汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化2）纤维增强材料（）纤维增强材料（CFRP）的特点及其应用）的特点及其应用CFRP的主要原料与的主要原料与GFRP基本相同，只是增强材料为碳纤维基本相同，只是增强材料为碳纤维而不是玻璃纤维而不是玻璃纤维与与GFRP相比，相比，CFRP密度低、抗拉强度高，耐蚀性、耐磨性密度低、抗拉强度高，耐蚀性、耐磨性好，有一定的减振和隔振性能好，有一定的减振和隔振性能CFRP材料广泛应用于汽车的各类板件、壳体件、各种支架、材料广泛应用于汽车的各类板件、壳体件、各种支架、托架和许多重要的结构件托架和许多重要的结构件汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化复合材料在车身上应用的示例复合材料在车身上应用的示例BMW CFRP 侧围骨架复合材料的框架结构 复合材料车身顶盖 复合材料备胎总成下端板块下端板块Noryl GTX 964Noryl GTX 964重量重量:2,1:2,1 kgkgTopspoilerTopspoilerNoryl GTX 964Noryl GTX 964重量重量:1,0:1,0 kgkg玻璃玻璃重量重量:4,4:4,4 kgkg举升门总成 门板内饰门板内饰PP/DilourPP/Dilour重量重量:0,8:0,8 kgkg结构结构GMT PP GF 40GMT PP GF 40重量重量:7,0:7,0 kgkg汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化 雷诺 Avantime 车身塑料件 克莱斯勒的CCV车身 通用概念车Ultralite 复合材料在车身上应用的示例复合材料在车身上应用的示例汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化 Dodge viper 跑车的碳纤维车架结构 Porsche 的碳纤维发动机罩 梅塞德斯奔驰SLR 跑车 使用了一体式碳纤维车架的Ferrari F50复合材料在车身上应用的示例复合材料在车身上应用的示例轻质高强、耐撞击，抗断裂韧性好、减振，隔音性能好、可设计性好、电性能好、耐腐蚀性能好、热性能好、工艺性能优良、老化现象是复合材料的特点，尤其是新型碳纤维复合材料性能格外优越，最具发展前景。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化8.2.2 8.2.2 采采用新工艺实现汽车轻量化用新工艺实现汽车轻量化轻质材料在减轻车身重量的同时，也对汽车工艺提出了新的要求，例如，用轻质材料在减轻车身重量的同时，也对汽车工艺提出了新的要求，例如，用新材料制造的零件进行组装结合时，就遇到了接合技术问题。采用高强度钢新材料制造的零件进行组装结合时，就遇到了接合技术问题。采用高强度钢后，材料厚度更薄，传统的后，材料厚度更薄，传统的MAG焊接工艺面临无法解决的焊接难题。焊接工艺面临无法解决的焊接难题。车身组装焊接技术主要种类车身组装焊接技术主要种类 种类种类接合技术接合技术熔融接合熔融接合MIG、MAG、CO2电弧焊、等离子焊、激光焊、缝焊、电弧焊、等离子焊、激光焊、缝焊、电子束焊电子束焊固态接合固态接合摩擦搅拌接合、摩擦搅拌点接合摩擦搅拌接合、摩擦搅拌点接合机械接合机械接合铆钉连接、铆钉铆接、压力铆接、翻边咬合铆钉连接、铆钉铆接、压力铆接、翻边咬合钎焊钎焊激光钎焊、钎焊激光钎焊、钎焊粘接粘接化学粘接化学粘接混合接合混合接合粘接点焊、粘接铆接、激光电弧粘接点焊、粘接铆接、激光电弧汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化8.2.2 8.2.2 采采用新工艺实现汽车轻量化用新工艺实现汽车轻量化1.轻量化成型工艺轻量化成型工艺-精益成型精益成型内高压成形原理图 1）管件液压成型技术）管件液压成型技术 也称内高压技术，是一种利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料也称内高压技术，是一种利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。一般用来制造空心轻体构件流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。一般用来制造空心轻体构件。金属板料液压成形原理图 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化2）热冲压成形工艺）热冲压成形工艺 将钢板加热到将钢板加热到 Ac3 点以上的点以上的 A（奥氏体）区域进行冲压成形，然后在冲模（奥氏体）区域进行冲压成形，然后在冲模中从中从 Ar3 相变点以上进行急冷。相变点以上进行急冷。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化 热冲压成形零件热冲压成形零件 1.侧门侧门 2.支架和梁支架和梁 3.各种突出梁各种突出梁 4.B柱加强板柱加强板 5.外门板外门板 6.加强板加强板 7.纵梁纵梁汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化3）注射成形技术）注射成形技术 应用注射成形技术的车门内板及仪表盘应用注射成形技术的车门内板及仪表盘 4）发泡铝成形技术）发泡铝成形技术 发泡铝是空气与铝复合而成的材料发泡铝是空气与铝复合而成的材料。向铝模具内充气或把将要发生化学反。向铝模具内充气或把将要发生化学反应的小颗粒注入铝模具，形成发泡铝的多孔组织，就能充分吸收能量，缓应的小颗粒注入铝模具，形成发泡铝的多孔组织，就能充分吸收能量，缓冲和降噪。冲和降噪。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化2.结构件优化连接工艺结构件优化连接工艺可靠连接可靠连接车身制造中常用的焊接方法及典型应用实例车身制造中常用的焊接方法及典型应用实例 焊焊接方法接方法典型典型应应用用实实例例电电阻阻焊焊点点焊焊单单点点焊焊悬悬挂式点挂式点焊焊机机车车身身总总成、成、车车身身侧围侧围等分等分总总成成固定式点固定式点焊焊机机小型板小型板类类零件零件多点多点焊焊压压床式多点床式多点焊焊机机车车身底板身底板总总成成C C形多点形多点焊焊接接车门车门、发动发动机盖机盖总总成成缝焊缝焊悬悬挂式挂式缝焊缝焊机机车车身身顶顶盖流水槽盖流水槽固定式固定式缝焊缝焊机机油箱油箱总总成成凸凸焊焊螺母、小支架螺母、小支架电电弧弧焊焊CO2CO2气体保气体保护焊护焊车车身身总总成成亚亚弧弧焊焊车车身身顶顶盖后两盖后两侧侧接接缝缝手工手工电电弧弧焊焊厚料零部件厚料零部件气气焊焊氧氧乙炔乙炔焊焊车车身身总总成成补焊补焊钎焊钎焊锡钎焊锡钎焊水箱水箱特特种种焊焊微弧等离子微弧等离子焊焊车车身身顶顶盖后角板盖后角板激光激光焊焊车车身底板身底板汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化传统工艺和激光拼焊的对比传统工艺和激光拼焊的对比 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化激光焊激光焊 激光焊汽车车架激光焊汽车车架 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化8.2.3 8.2.3 通过合理化结构实现汽车的轻量化通过合理化结构实现汽车的轻量化 1将车身划分为吸能区和刚性区将车身划分为吸能区和刚性区 吸能区能吸收部分碰撞能量，并使用剩余碰撞能量分散性地传到刚性区，而吸能区能吸收部分碰撞能量，并使用剩余碰撞能量分散性地传到刚性区，而刚性区能确保有足够的刚性和强度保护乘员不受损伤或少受损伤。刚性区能确保有足够的刚性和强度保护乘员不受损伤或少受损伤。2.增加焊点增加焊点 焊接总成在适当位置增加焊点点数、布置重要焊点来提高组件强度。以侧围焊接总成在适当位置增加焊点点数、布置重要焊点来提高组件强度。以侧围总成为例，前门洞共总成为例，前门洞共60个焊点，后门洞共个焊点，后门洞共54个焊点。个焊点。3.车身部件薄壁化、中空化、小型化和复合化，尽可能提高断面效率，减少零件车身部件薄壁化、中空化、小型化和复合化，尽可能提高断面效率，减少零件数数 4.采用承载式车身采用承载式车身汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化8.2.3 8.2.3 通过合理化结构实现汽车的轻量化通过合理化结构实现汽车的轻量化 超轻车身轻量化实现方法超轻车身轻量化实现方法 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化车身轻量化设计包含的七大要素车身轻量化设计包含的七大要素 8.3 8.3 8.3 8.3 车身轻量化设计实例车身轻量化设计实例车身轻量化设计实例车身轻量化设计实例车身结构的轻量化设计可以分为两种方法：车身结构的轻量化设计可以分为两种方法：（1）在概念设计阶段就将轻量化的思想融入到车身结构设计中，设计出全新的）在概念设计阶段就将轻量化的思想融入到车身结构设计中，设计出全新的轻量化车身；轻量化车身；（2）对现有车型的轻量化改型设计。）对现有车型的轻量化改型设计。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化前后两个碰撞吸能区 车身的刚度分配是碰撞安全性的决定因素。安全车身前后部位的刚度应低于中车身的刚度分配是碰撞安全性的决定因素。安全车身前后部位的刚度应低于中间乘坐舱的刚度。轻微事故时保险杠系统及其碰撞变形元件能吸收冲击能量，间乘坐舱的刚度。轻微事故时保险杠系统及其碰撞变形元件能吸收冲击能量，减少损失。重大事故时，乘坐舱变形应尽量小，让乘客有足够的生存空间。乘减少损失。重大事故时，乘坐舱变形应尽量小，让乘客有足够的生存空间。乘坐舱以外的部件应尽量参与变形并吸收冲击能量。坐舱以外的部件应尽量参与变形并吸收冲击能量。安全车身安全车身汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化车身结构轻量化设计方法车身结构轻量化设计方法 汽车的轻量化设计流程汽车的轻量化设计流程 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化 车门的轻量化设计示例车门的轻量化设计示例 车门是车身设计中比较特殊的部件，它在某种程度上说可以独立于车身结构之外，不受整车结构的限制。而它又是车身设计中结构最为复杂的零部件之一，设计要求比较高。故轻质车门设计具有典型性。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化轻质车门方案轻质车门方案一般车门结构一般车门结构优点：缺点：零件少、组装方便；刚性好、便于设两道密封条。压床台面和吨位大、造型受限；刚、强度要求高；难实现轻量化。内外板结构形式的车门，由薄板冲压的外板和内板翻边焊接或粘内外板结构形式的车门，由薄板冲压的外板和内板翻边焊接或粘结而成结而成。内板是车门的主要零件，冲有各种形状的窝穴、加强筋。内板是车门的主要零件，冲有各种形状的窝穴、加强筋和孔洞，以便安装附件。和孔洞，以便安装附件。内、外板式车门内、外板式车门 汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化轻量化车门结构提高刚度，降低厚度框架式车门汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化轻质车门方案零件数减少、可采用轻质材料、降低维修费用模块化车门 从结构上实现车门的轻量化有两种方法：一是降低占车门大部分面积的内板和从结构上实现车门的轻量化有两种方法：一是降低占车门大部分面积的内板和外板厚度；二是减少车门零件数量。框架式车门带有框架，框架为主要承载件，外板厚度；二是减少车门零件数量。框架式车门带有框架，框架为主要承载件，因此可降低内、外板板厚；模块化车门的零件进行模块化设计和生产，其零件因此可降低内、外板板厚；模块化车门的零件进行模块化设计和生产，其零件数量可减少。数量可减少。汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化车门设计评价标准评价试验汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化车门锁：开锁和防误锁、耐久性、承受载荷能力、互开率、耐惯性。车门铰链：运动范围阻力矩、关闭余留角、强度、垂直刚度、耐久性。摇窗机：操作方便、结构可靠、强度合适、寿命。限位器：限制车门最大开度、耐久性。.侧面防撞杆：力和能量的传递作用。外后视镜：大小、缓冲件结构、耐气候性能、耐久性能。车门设计评价标准汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化轻质车门结构的有限元分析原车门 下垂刚度应力图下垂刚度位移图扭转刚度（上）位移图扭转刚度（下）位移图窗框刚度（前）位移图窗框刚度（后）位移图检验载荷应力图汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化目前，我国汽车轻量化技术无论在理论研究方面还是在实际应用方面与目前，我国汽车轻量化技术无论在理论研究方面还是在实际应用方面与国外均有较大差距。轻量化技术的发展主要面临如下问题：国外均有较大差距。轻量化技术的发展主要面临如下问题：1.1.轻量化技术涉及众多学科的研究领域轻量化技术涉及众多学科的研究领域 2.2.汽车轻量化技术涉及众多的共性技术和前沿技术汽车轻量化技术涉及众多的共性技术和前沿技术 3.3.产产 、学、研结合不够紧密、学、研结合不够紧密 8.4 车身轻量化面临的主要问题车身轻量化面临的主要问题汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化汽车车身结构与设计多媒体教学系统汽车车身结构与设计汽车车身结构与设计机械工业出版社机械工业出版社第第8 8章章 汽车车身材料与结构轻量化汽车车身材料与结构轻量化复习与练习题复习与练习题一、简答题一、简答题1简要说明汽车轻量化的设计路线。简要说明汽车轻量化的设计路线。2简要说明汽车轻量化的途径。简要说明汽车轻量化的途径。3查阅资料，简述轻金属在汽车中的主要应用状况。查阅资料，简述轻金属在汽车中的主要应用状况。4查阅资料，简述新工艺在汽车轻量化中的主要应用状况。查阅资料，简述新工艺在汽车轻量化中的主要应用状况。二、思考题二、思考题查阅资料说明汽车结构轻量化设计的现状和意义。查阅资料说明汽车结构轻量化设计的现状和意义。三、讨论题三、讨论题举例说明现代轿车轻量化的成功实例。举例说明现代轿车轻量化的成功实例。