目錄第一章緒論1.1課題分析及設計定位………2.1.2我國客車工業得發展………41.3國外客車的技術現狀………4第二章骨架結構分析

2.1客車車身結構分析…………62.1.1非承載式車…………72.1.2半承載式車…………82.1.3承載式車身…………9

2.2發展形式……………………10第三章骨架主要尺寸的確定3.1車身骨架形式………………123.2結構形式……………………123.2.1右側圍骨架設計………133.2.2左側圍骨架設計………133.2.3右側圍骨架設計………143.2.4后圍骨架設計…………153.2.5頂蓋骨架設計…………16第四章骨架強度、剛度分析

4.1車身結構受載分析…………164.2質心高度計算及軸荷的分配分……………174.2.1空車狀態下整車質量、軸荷分配和質心高度的計算………………184.2.2滿載狀態下整車質量、軸荷分配和質心高度的計算………………184.2.3整備質量利用系數……………………194.2.4軸距選擇及軸荷分配…………………204.3車身結構件對剛度的影響及分析…………214.3.1扭轉剛度分析…………224.3.2彎曲剛度分析…………244.4客車車身結構件分類………26第五章設計技術評價與分析

第六章存在的問題與解決途徑第七章車身骨架制造工藝過程7.1矩形管下料…….……………28

7.2成形…………297.3車身骨架的焊接……………307.3.1骨架的焊裝方法………317.3.2車身骨架五大片的組焊………………327.3.3整車骨架聯裝組焊……………………327.4蒙皮制作及與骨架的焊裝…………………337.5車身骨架與底盤的焊接……………………347.6防銹蝕措施…………………347.6.1涂裝前表面預處理……………………347.6.2車身防銹………………35

致謝………………35

參考文獻…………36第一章緒論1.1課題分析與定位

當今客車的發展日新月異。例如，每年的德國法蘭克福世界客車展覽會上均匯集了世界客車領先企業的頂尖產品（德國的奔馳公司、尼奧普蘭公司、曼公司，瑞典的沃爾沃公司、斯堪尼亞公司等）；他們今天展示的全新造型的新產品極有可能就是明天客車外形的發展趨勢。21世紀對各種大、中型客車發展的希望是，在安全、方便、快捷的基礎上更舒適和環保，并且充分體現以人為本的要求；具體表現在，除了“三低”（低污染、低消耗、城市客車低地板）和“三高”（高比功率——良好的動力加速性、高安全可靠性、高舒適性）以及外觀優美、座位合適、價格適中外，在綜合性能方面還應該有新的發展趨勢；其中包括，新技術（控制整車的各個方面均由計算機技術實現，代用燃料發動機，為改善制動性能和操縱性能而形成的標準設備，裝有永磁式緩速器的傳動系統）、適應市場要求的新材料，新工藝（提高車身涂裝工藝標準，逐步實現產品生產的模具化）。

歐洲是世界商用車的中心，擁有誕生世界第一客車的榮耀；在客車誕生100多年的今天，依然引領客車工業的方向——從發動機到變速箱、從底盤到車身；其ECER66安全標準正成為世界標準。歐洲大型客車的主要特點是，全承載式車身，發動機功率大、扭矩高，且發動機轉速呈下降趨勢（當前用柴油機的最大轉速平均為1190r/min）；其中，約80％以上的產品采用空氣懸架。這使客車的行駛速度加快，加速性、爬坡性、可靠性增強，經濟性、環保性能、安全性更好；側傾剛度、行駛平順性、舒適性均有明顯提高。目前，它的技術先進性主要表現在以下4個方面。

①節能技術——采用鋁、鎂合金、塑料，減小客車車身質量；研制風阻系數小的客車外形，盡可能地降低客車的空氣阻力；設計使用天然氣、甲醇、乙醇等新能源的客車。

②環保技術——改用無鉛汽油和電子噴射式汽油機；安裝廢氣處理裝置；客車零部件的材料采用可回收利用的。

③安全技術——應用計算機仿真技術預示客車多方位碰撞的安全性、翻車時頂蓋的強度和剛度、保證乘車人員生存空間的車身結構等；外，增加安全附加裝置和采用高新技術產品，如安全帶、安全氣囊、防抱死制動統（ABS）、加速防滑系統（ASR）、自動差速鎖裝置（ASD）、緩速器。

④底盤技術——采用三段式底盤（半承載式）和無車架式底盤（承載式），使底盤布置形式呈“柔性化”，以適應各種匹配要求。

自20世紀70年代以來，中國客車經歷了近40年的發展；引以自豪的是，國產客車基本占據全部國內客車市場，沒有出現國外客車大批量擁入中國市場的現象。據統計，近年來的客車年產銷量均在8萬多輛，2005年的全國從事旅游運營的大中型客車達60多萬輛。國產客車的各大型龍頭企業已具有相當先進的設備和工藝方式、完善的管理經驗和與之配套的營銷網絡，在設計、研制、生產方面具備了一整套完善的技術力量保障措施，能夠研制和生產不同檔次、不同類型的客車、客車底盤、總成；例如，廈門金龍、鄭州宇通、蘇州金龍、揚州亞星等大型客車廠家。國產客車能夠取得如此成就，其主要原因在于，國產客車在經歷了改裝、仿制、技術引進、中外合資的歷程后，使中國客車工業的整體水平得到極大的提高和客車的整車質量得到穩步發展，縮小了與國外先進客車的差距。

盡管如此，與國際上先進的客車工業相比，目前仍然存在差距。例如，豪華式客車的制造主要以組裝方式進行。這就需要，盡快地自主開發出國產的全承載式車身；迅速增強零部件企業的自主研發能力和擴大它的生產力，使零部件企業的發展與整車企業的發展相匹配；進一步提高客車工業采用數字化設計和制造的整體水平，使新型客車和準高速車身的結構設計徹底擺脫傳統的經驗設計技術路線。只有這樣，我國才能開發出具有國際先進水平的客車產品，才能真正地具有客車工業的核心競爭力。

近年來，隨著改革開放的深入發展，我國的國民經濟有了長足的進步，人民的生活水平有了很大的提高，各城鄉的經濟都有了較高的發展，因而作為現代的代步工具就廣泛的進入到我們的生活中來，特別是城市中，城市客車的發展非常的迅速。加之現在城市中的人口越來越多，迫于解決城市的交通問題方便出行，提高生活質量與效率，必須適當的增加公交車。還有就是寬大的公路也為城市客車的發展提供了基本的條件。1.2我國客車工業的發展我國客車工業自20世紀60年代開始起步，經過改裝、仿制、技術引進和中外合資階段，發展到今天，已經基本形成了高、大、中、輕、微多種型式和檔次的產品格局。日前，我國客車產品不僅基本適應公路客運和道路狀況的要求，而且在1987年實現出口，現在我國的客車產品已出口到世界28個國家和地區。

我國客車企業在十幾年前主要是依靠一汽集團、東風公司的載貨汽車底盤改裝客車。由于計劃經濟時期底盤為稀缺資源，使“亞星”、“黃海”和“長江”等客車企業下決心進行車身與底盤的一體式自主開發，從而使國內客車企業取得了今天這樣的獨立地位。客車不同于轎車產品，非大批量生產，因而要采用差異化策略；客車的零件互換性比轎車好，可以采用“搭積木”式的生產方式，利用國內外的優秀零部件總成“作拼盤”，匹配出最好的產品。江淮集團老總左延安將這一生產方式總結為“買全球，賣全球”。可以說，正是這種生產方式，使我國客車工業在汽車零部件基礎還很薄弱的情況下，做到了客車產品在車身設計和總成配置上已與國際接軌。在2002年北京車展上，觀眾們驚訝地看到，我國大客車產品的檔次、配置不僅優于載貨汽車，而且采用了許多轎車上的技術。ABS、ASR、空氣懸掛、電渦流緩速器、大功率低排放發動機、“前盤后轂”制動系統等這些目前只有在技術引進的載貨汽車上才能看到的配置，在我國高檔客車中已經把它們列為“標配”。甚至有一些高檔客車上的配置，例如，定速巡航控制系統、智能化車內氣候集成控制系統等，在很多高檔轎車上也十分鮮見。汽車行業專家承認，衍生于載貨汽車基礎上的客車產品，在技術檔次上大大超過它的先輩。1.3國外客車技術現狀歐洲的客車技術水平和科研能力居世界的首位，中國客車企業引進客車技術也集中在歐日兩大系列。全球比較著名的客車及客車底盤生產企業有：德國的奔馳、曼、凱斯鮑爾、尼奧普蘭；法國的雷諾；意大利的依維柯(菲亞特集團)；瑞典的沃爾沃和斯堪尼亞；匈牙利的伊卡露斯和日本的五十鈴、日產柴和日野等。由于客車行業具有產量低、品種多的特點，所以自動化水平都不是很高，一般客車廠年產量基本保持在2000輛的水平。在上述廠家中，德國的大中型客車技術在世界上一直保持領先地位。歐洲大中型客車的主要技術特點是：發動機功率大、扭矩高，且發動機最大扭距轉速有下降的趨勢(目前，歐洲大客車用柴油機最大扭矩轉速平均為1190r/min)，這使得車輛行駛速度更快，加速性、爬坡性和可靠性更強，經濟性、環保性能及安全性更好。1.1節能技術1.1.1采用先進技術充分利用電子控制、共軌系統等高新技術改進柴/汽油發動機及其燃燒系統。減小客車自身質量，采用鋁、鎂合金材料和塑料；利用CAD(計算機輔助設計)；采用粘接等新工藝、新技術。盡可能降低客車的空氣阻力。經測試，風阻系數為0.2的新車與0.4的新車相比較，以120km/h的車速行駛，前者燃油經濟性比后者改善25%，節油效果十分明顯。發達國家設計的客車外形，其風阻系數在0.4左右，有的已達到0.3接近一般轎車的水平，而且還有進一步降低的趨勢。1.1.2開發使用新能源的客車目前，歐日汽車行業及相關行業已成功開發的客車發動機新能源主要有:天然氣、甲醇、乙醇等；正在試驗的新能源有:丙烷、沼氣、植物油、電能、太陽能等。德國、意大利、日本和瑞典等研制的壓縮天然氣公共汽車均已上市。1.2環境保護技術歐共體及美國、日本制定了越來越嚴格的噪聲、排放標準。為了使汽車產品達到新的環保法規的要求，目前，國外主要汽車公司一般采用以下措施：（1）改用無鉛汽油和電子噴射式汽油機、共軌系統柴油機；（2）安裝排氣后處理裝置；（3）逐步使用新型能源：天然氣、復合動力、燃料電池生物柴油等；（4）采用可回收利用的材料來制造客車的零部件。1.3安全技術為達到越來越嚴格的交通安全法規，歐洲汽車公司在提高客車的主被動安全性方面采取了以下措施:（1）增加安全附加裝置：如安全帶、安全氣囊；（2）采用高質量的制動元件，如多套獨力的制動系統以及性能優良的盤式制動器，以提高客車的制動性能；（3）廣泛采用高新技術產品，如ABS、ASR和ASD（自鎖差速器）以及緩速器。現在有些國家的安全法規規定旅行客車必須安裝ABS系統；（4）利用先進的試驗手段和計算機模擬技術對多方位碰撞的安全性，翻車時頂蓋的強度、剛度以及保證乘車人生存空間的車身結構等進行研究，同時采用強度高，抗變形且質量小的新材料，以提高整車的抗碰撞能力；（5）提高客車內飾的阻燃能力，安裝發動機火災報警器，力爭將火災造成的損失降低到最低程度；（6）采用聲光車距報警裝置、雷達掃描防碰撞報警系統、疲勞駕駛報警裝置、自動行駛導向系統等高新技術的電子產品，以全面提高客車的安全防護能力。1.4低地板技術用于城市公共交通的城市客車，其設計制造特點就是要方便市民。從方便性考慮，低地板技術已成為國外城市客車的主要技術特點。隨著高齡人口的快速增長，特別是在日本，實踐證明低地板客車具有很高的經濟效益和社會效益。當然，低地板客車作為城市客車，應將提高安全性、舒適性、方便性放在同等重要的位置。第二章骨架結構分析2.1客車車身結構形式分析客車車身骨架是由底架、左/右側圍骨架、前/后圍骨架及頂蓋骨架六大片骨架經組焊蒙皮而成，是一骨架蒙皮結構。根據客車車身承受載荷程度的不同，可把客車車身概括地分為半承載、非承載、全承載式三種類型。2.1.1非承載式車身非承載式車身是指在底盤車架上組裝而成的車身，系車架的一種，車身系通過多個橡膠墊安裝在車架上，當汽車在崎嶇不平的路面上行駛時，車架產生的變形由橡膠墊的撓性所吸收，載荷主要有車架承擔（見圖4.1）。這種車身結構應是不承載的。但實際上，由于車架并非絕對剛性，所以車身在一定程度上還是要承受由于車架彎曲和扭轉引起的載荷。可分為框式、脊梁式、綜合式三大類。非承載式車身的優點：1）除了輪胎和懸架系統對整車的緩沖吸振作用外，撓性相交點還可以起到輔助緩沖、適當吸收車架所受的扭轉變形和降低噪音的作用，既延長了車身的使用壽命，又提高了乘坐的舒適性；2）底盤和車身可以分開裝配，然后總裝在一起，這樣既可簡化裝配工藝，又便于組織專業化協作；3）由于有車架作為整車的基礎，這樣便于汽車各總成和部件的安裝，同時也易于更改車型和改裝成其他用途的車輛；4）發生撞車事故時，車架還可以對車身起到一定的保護作用。其缺點是：1）由于設計計算時不考慮車身承載，故必須保證車架有足夠的剛度和強度，從而導致整車自重力增加；2）由于底盤和車身之間裝有車架，使整車高度增大；3）車架是汽車上最大而且質量最大的零件，所以必須具備有大型的壓床及焊接、工夾具和檢驗等一系列較復雜昂貴的制造設備。圖4.1非承載式車身2.1.2半承載式車身半承載式車身是一種過渡性結構，將車身與車架剛性相連，車身承擔部分載荷，從而適當減輕車架質量（如圖1.2）。車身骨架（立柱）的下端與底架縱梁兩側懸伸的橫梁（俗稱牛腿）剛性相連。這種結構的特點是：車身下部與底架組合為一整體，車身也能分擔部分彎曲和扭轉載荷。但由于保留底架，大客車的輕量化受到一定限制。圖4.2半承載式車身2.1.3承載式車身為進一步減輕自重及使車身結構合理化，在大客車和轎車上采用無車架的承載式結構。根據大客車車身上、下部受載程度的不同，又分為基礎承載式和整體承載式兩種。（圖4.3）(b)圖4.3大客車承載式車身示意圖a)基礎承載式b)整體承載式2.1.3.1基礎承載式這種結構是將車身側圍腰線以下部分設計成主要承載件，車頂則考慮為非承載件。這種結構的底部縱向和橫向構件一把可用異形鋼管、薄壁型鋼或薄板制造，高度可達500㎜以上，因此，車身地板下面的空間可以用作行李艙，然而這種結構的地板離地距離大，適用于長途客車和旅游客車。根據國內外車身發展現狀，基礎承載式主要使用格柵式車身骨架（基礎承載式），它的特點是：1）該結構系由截面尺寸相近的冷彎形鋼桿件所組成，易于建立比較符合實際結構的有限元計算模型，從而可以提高計算精度；2）容許設法變動桿件數量和位置，有利于調整桿件中的應力，從而可以達到強度設計的目的；3）作為基礎承載間的格柵底架具有較大的抗扭剛性，可以保證安裝在其上的各總成的相對位置關系及其正常工作；4）在承載相同的情況下，冷彎型鋼的成本比無縫鋼管約低40%-60%；冷彎型鋼可以定尺或倍尺供應，故可提高材料利用率；以冷彎型鋼代替鋼板沖壓件，即可簡化構件的成型的過程，又能節省部分沖壓設備，同時也便于大客車的改型與系列化，為產品多種生產創造了條件。2.1.3.2整體承載式這種結構整個車身都參與承載，又名為全承載式車身結構。車身的上、下部結構構成一個統一的整體，在承受載荷時，會自動調節、以強濟弱，使整個車身殼體達到穩定平衡狀態。通過理論分析和結構上深入研究，發揮材料的最大性能，設計成強度的空間結構，從而使車身的質量最輕而強度和剛度最大。整體承載式主要缺點：1）由于取消了車架，來自傳動系和懸架的振動噪聲將直接傳給車身，除車廂本身又是易于引起空腔共振箱，因此會大大惡化乘坐舒適性。為此，必須采用大量的隔聲防振材料，從而成本和質量都會有所增加；2）改型比較困難。據統計，客車車身的質量約占整車質量的40%-60%，車身成本的百分比有的已經超過來了50%。因此，車身設計技術的先進與否不僅影響汽車本身的結構性能，而且還對汽車的節能降耗有直接的影響。從車身輕量化和車身疲勞強度方面來考慮，車身開發中人存在著相當多的關鍵技術亟待研究解決。正因為如此，我國在“九五”期間就將車身開發技術列為重點攻克的課題之一。大客車車身骨架是大客車的主要承載部件，是整車的基體。其結構性能的好壞直接關系到這個車的使用性能。在結構上要求其滿足汽車總布置的要求；強度上要求其能受靜載荷和運動中所受到的各種動載荷；它必須具有足夠的彎曲剛度和扭轉剛度，以使車身骨架和裝于其上的其他總成和部件在汽車運行的多種工況下，不致產生過大的變形而損壞或破壞汽車正常的工作條件；另外在滿足上述條件的情況下，車身骨架質量要盡量輕，以達到節能節材的目的，并易于高速行駛。因此，在保證其各種使用性能的前提下，使之重量最小，是車身設計中日益關心的問題是實現車身輕量化，降低成本，提高整體承載能力的主要途徑。2.2發展趨勢現代客車車身結構一般分為應力蒙皮和骨架承載式兩種型式。歐洲一般采用無車架式底盤與骨架結構車身相結合的結構方式。骨架部分承受載荷，外蒙皮只起裝飾作用。這種結構的側窗開口可以很大，立柱很細，質量很輕，車身外觀華麗，且便于進行結構計算，缺點是改型困難，設備投資大，焊接工藝復雜。今后的發展趨勢是桁架式車身。歐洲大客車車身大量采用型材及各種異型材。為了減少異型材的品種規格,有的部位采用局部加強的辦法,如門框、輪胎罩等部位，這種趨勢在BENZ公司最為明顯。北美地區大客車多采用承載式整體結構。該結構沒有底盤車身之分，由每一段格柵片組焊而成。具有足夠的剛度和強度，還能有效地降低影響客車壽命的振動和噪聲。趨勢見表1.1在我國，國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會發布的《機動車運行安全技術條件國家標準》(送審意見稿)的第11章第3款“車身部分”的規定：“臥鋪客車及用做公路客車的雙層客車，其車身應為全承載整體式框架結構。”由公安部和工信部聯合下發的《關于進一步加強道路機動車輛生產一致性監督管理和注冊登記工作的通知》(以下簡稱《通知》)，也要求“自2011年1月1日起，新申報《公告》的臥鋪客車車身應為全承載式框架結構。”車身結構發展表1.1分類變化車身結構單一非承載式→半承載式、全承載式（無車架）蒙皮裝配鉚→點焊結構材料沖壓式→型材骨架式大量采用輕金屬和非金屬材料骨架結構框架式→桁架式車窗鋁型材推拉式→粘接全密封式全承載車身具有眾多優點。如：1）安全性更高全承載框架結構車身的底架，不是沖壓成型的鉚接車架式結構，而是由矩形鋼管構成的格柵式結構。這種底架與前圍、后圍、側圍、車頂組成全承載車身。車身采用封閉環結構，由于沒有車架，故可降低地板和整車高度。這種設計使整個車身都可參與載荷。因為上下部結構形成了一個整體，在承受載荷時，整個車身殼體達到穩定平衡狀態。在具有較大抗扭剛性格柵式結構底架上配置發動機、前后橋等總成，可以保證各總成相對位置始終正常。2）更節油全承載車身的自重比同長度的非全承載客車要輕，真正做到了低入口，為客車動力傳動系統的合理匹配提供了空間。因為重量輕，所以整車油耗降低。據測算，車身重量每減輕1噸，車輛百公里油耗可降低2升到3升。全承載車身一般都可為整車減輕1~3噸重量，對于營運客車來說，僅此一項降低的營運成本就十分可觀。采用全承載式車身的客車可以降低整車重心高度，減少迎風面積，再加上有更多空間可以進行合理的外形設計，從而減小了空氣阻力系數，使客車空氣阻力變小，由此減少了燃油消耗。全承載車身（圖2.4）還為更合理匹配動力傳動系統提供了前提。動力傳動系統是提高燃油經濟性的重要途徑，采用全承載車身的客車，一方面可以進一步優化發動機系統與附件系統(如空調等)的匹配，另一方面可以優化發動機與傳動系統(變速器、主減速器)的匹配。通過這兩方面的優化，可使客車在運行中提高燃油經濟性。為提高客車被動安全性能、降低用戶使用成本、更加節能環保，當今封閉環骨架結構的全承載式車身，已成為大型客車的主流形式。它在大大提升車身與底架的整體剛度與強度的同時，還相應降低了車體重量，達到甚至超過了世界最強車身強度標準的客車翻滾強度要求，保證了整車發生翻滾后，仍然保有足夠的乘員生存空間。用于事故發生后的便于乘員離開車體的安全門、安全天窗，也都已有足夠的安排。車身前圍多采用的拱形結構，也是抵抗正面碰撞、分散撞擊受力、減少撞擊變形的有效辦法。人性化，智能化和綠色環保化將是今后公路客車發展的主要趨勢，而其他發展趨勢還包括：采用更低的地板設計，方便小孩、老人及殘疾人上車；更加注重人性化設計，帶來舒適的乘坐環境；前后圍蒙皮玻璃鋼等非金屬材料的使用，實現了造型細部化；部分車型頂蓋采用玻璃鋼材料，使整車的外形更平整；鍍膜薄鋼板的防腐效果較好，表面美觀等等。圖2.4全承載客車骨架三維結構圖第三章骨架主要尺寸參數的確定3.1車身骨架形式汽車車身殼體按結構形式可分為骨架式、半骨架式和無骨架式三種。

骨架式車身殼體:具有完整的骨架(或構架)，車身蒙皮固定在裝配好的骨架上。

半骨架式車身殼體:只有部分骨架(如單獨的支柱、拱形梁、加固件)，部分骨架彼此直接相連或者借助蒙皮板相連。

無骨架式車身殼體:沒有骨架，而利用蒙皮板相互連接時所形成的加強筋來代替骨架。3.2結構形式設計3.2.1右側圍骨架設計右側圍上根據設計開設了前乘客門，后乘客門，結構比較復雜。根據總布置的要求，風窗凈高度定為1210mm，凈寬度為1310mm和1050mm。前、后門的凈寬度分別為850mm和1040mm，凈高度為1915mm。考慮車輪的尺寸，確定輪拱立柱開度為1180mm，輪拱的上橫梁距側圍最底端788mm。前門立柱，側風窗立柱將與頂蓋橫梁、底架對接構成封閉環結構，作為車身結構中強度剛度很大的承載單元，所以該部分的骨架選用截面尺寸較大的矩形管——50*50*1.75mm。側窗上縱梁要與頂蓋焊接，同時要起到窗上止口梁作用，故選用50*50*1.75mm的型材。腰梁是側圍的主要承載部件，選用50*50*1.75mm的型材。在前部選用50*50*1.75mm的型材制成與前圍右立柱進行對接焊接，后部也選擇50*50*1.75mm的矩形鋼與后圍右立柱焊接。在側窗下擋板處為提高強度加斜撐，尺寸為40*40*1.75mm。在輪拱處同樣也安以這樣的斜撐。（如圖3-1）圖3-1右側圍骨架總成圖3.2.2左側圍骨架設計左側圍的結構較右側圍簡單，不需要開設乘客門，或者司機門。左側圍的結構與材料主要從與右側圍對應的角度考慮，前部與前圍連接的部分也比照右側圍，選擇50*50*1.75mm的型材，后部與后圍連接的部分則選擇50*40*1.75mm的型材。風窗立柱是整個封閉環的一部分，為強度考慮相應選用50*50*1.75mm。腰梁是左側圍骨架的主要承載單元，選用50*50*1.75mm的矩形管型材。側片上縱梁與右側對應選用50*50*1.75mm。輪拱的開度尺寸也與右側圍保持一致，輪拱立柱開度為1040mm，輪拱的上橫梁距側圍最底端788mm。風窗的上下沿梁與右側圍保持一致，設計成50*50*1.75mm的矩形鋼焊接的結構。輪拱立柱選用尺寸為40*40*1.75mm的型材，因為輪拱立柱間距較大，在其間加角度為45度，尺寸為30*30*1.75mm的斜撐，與右側圍結構對應。（如圖5-2）圖3-2左側圍骨架總成圖3.2.3右側圍骨架設計前圍的左右立柱要與左右側圍骨架的第一立柱相焊接，由于這兩根立柱的受力較大，斷面尺寸選擇50*50*1.75mm，該兩立柱的曲線與側圍的曲線一致。前圍骨架上需黏貼前風窗玻璃，風窗上下橫梁的曲線保持一致。該組橫梁從設計上保持一致的，采用50*50*1.75mm的矩形鋼焊接的結構。前圍上橫梁的曲線與頂蓋的曲線一致，尺寸與頂蓋橫梁一致，選用50*50*1.75mm的型材。下橫梁的尺寸根據保證保險杠和前大燈的安裝位置的原則來確定，選擇50*50*1.75mm的矩形鋼。為保證強度，在前圍上橫梁和上風窗上橫梁以及下風窗上橫梁和中間橫梁之間加裝輔助縱梁，尺寸為40*40*1.75mm。為安裝前大燈，在下風窗下橫梁之下設置了輔助立柱，以及安裝鋼板。（如圖3-3）圖3-3前圍骨架總成圖3.2.4后圍骨架設計后圍骨架的設計要根據客車的尾部附件安裝等進行。根據總布置的要求，在后圍骨架上要開具發動機艙門，空調散熱格柵，以及后風窗等結構，所以做出相應的設計。后圍的左右立柱要與左右側圍骨架的后立柱相焊接，由于這兩根立柱的受力較大，斷面尺寸選擇50*50*1.75mm，該兩立柱的曲線與側圍的曲線一致。后圍骨架上需黏貼后風窗玻璃，后風窗上下橫梁的曲線與風窗玻璃保持一致。該組橫梁從設計上保持一致的，采用50*50*1.75mm的矩形鋼管與50*50*1.75的矩形管焊接的結構。后圍上橫梁的曲線與頂蓋的曲線一致，尺寸與頂蓋橫梁保持一致。以上結構從設計上和前圍相似。后圍下橫梁，中間第一和第二橫梁從設計上保持一致，采用50*50*1.75mm的矩形管。后風窗側邊梁的位置確定風窗的尺寸，以及輔助立柱1、輔助立柱2均的采用50*50*1.75的矩形鋼型材。為了使發動機發生故障時，便于取出，故將發動機艙下橫梁與保險杠下橫梁斷開用螺栓連接。（如圖3-4）圖3-4后圍骨架總成圖3.2.5頂蓋骨架設計頂蓋骨架上需安裝一個安全窗及空調管路和頂燈等結構。頂蓋橫梁將與左側風窗部分縱梁，門立柱和底架等結構構成封閉的骨架環單元，是車身主要的承載結構，故其截面尺寸選的較大，為50*50*1.75mm，并采用整體的結構，相應的，頂蓋縱梁就需要采用斷開式的結構。縱梁從結構上保持同一性，采用40*40*1.75mm的矩形鋼管。頂蓋骨架需做成弧形從而保證其力學性能。（如圖3-5）圖3-5頂蓋骨架總成圖第四章車身骨架強度剛度計算4.1車身結構受載分析理論分析和實踐都表明，大客車車身不開門一側側壁的抗彎剛度是很大的。在前、后軸中間開門會使側壁的抗彎剛度大大減小。因此，盡量避免在軸間開門的方案是可取的。使用實踐，點算和電測的結果都表明：大客車車身骨架的最薄弱環節是在軸距范圍內的乘客門立柱上角及其臨近窗立柱的上下角。實踐還表明，大客車車身骨架損壞的最大危險應力是由于車身受扭時產生的斜對稱載荷所引起的。眾所周知，斜對稱載荷之所以危險是因為由薄壁桿件（特別是開口截面）構成的超靜定空間結構受扭時，其個別桿件急劇變形所致，當薄壁桿件兩端被剛性固定而產生約束扭轉時，將會使正應力增大。現在來定性分析大客車車身受扭的情況：當大客車在崎嶇不平的路面上行駛而使車身受扭時，由于剪力流q匯總以后所形成的阻力會使頂蓋側邊梁（俗稱上大邊）相對于腰梁產生位移，這時，窗立柱和門立柱都將承受縱向彎曲變形，當變形量達到一定限度時便會在側窗上、下角和車門上角產生橫向裂紋，這種損壞現象已為大量的使用實踐所證明。窗立柱和門立柱還會不會產生左、右橫向彎曲變形呢？理論分析和使用實踐都表明不會出現這種現象。因為諸立柱只有在汽車以較高車速急轉彎時的情況下，站立乘客用手支撐在立柱或窗上框時才能使立柱受到橫向的壓力。現在來看看由于汽車急拐彎時人手壓在立柱上的離心力究竟有多大，用彈簧拉力計隨車實測的結果表明，當大客車急拐彎時（此時最大離心加速度≤0.4g，否則汽車將會側翻過去），人手作用在立柱上的瞬時最大壓力一般不會超過體重的30%。所以，相對來說，窗立柱的橫向抗彎剛度是綽綽有余的。綜上所述可見，大客車在行駛過程中，車身立柱只考慮其承受縱向彎曲載荷就夠了。4.2質心高度計算及軸荷的分配在整車設計方案確立后，總布置設計草圖初步完成的情況下，應首先對整車質量參數(包括：空載狀態下的整車整備質量、軸荷分配、質心高度；滿載狀態下的整車最大總質量、軸荷分配以及非懸架質量等)進行估算，為整車性能計算和總成設計提供依據。各總成質量，可通過樣件實測得到，亦可參照同類車型樣件實測值修正得到。各總成質心位置可通過實測得到或按其幾何形狀和結構特點估計得到，然后在整車總布置圖上確定其質心相對于前輪中心的縱向位移(一般規定在前輪中心后為正值，在前輪中心前為負值)以及空載狀態下的離地高度；和滿載狀態下的離地高度。一般整車總布置圖在滿載狀態下繪制，在確定各總成質心在空載狀態下的離地高度時應考慮到前、后輪胎和懸架相對滿載狀態的垂直變形的影響；空載狀態下各總成質心縱向位置相對滿載狀態的變化忽略不記ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>余志生</Author><Year>2000</Year><RecNum>458</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>458</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="90xasd95f0pxx5esfx4p2z5wd0f0wwsassr5">458</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>余志生</author></authors></contributors><titles><title>汽車理論</title></titles><dates><year>2000</year></dates><publisher>機械工業出版社</publisher><isbn>7111020766</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"余志生,2000#458"7]。4.2.1空車狀態下整車質量、軸荷分配和質心高度的計算整車整備質量(自重)按下式計算：=(6-1)式中：——用估算整車整備質量的全部總成數量(總成的劃分可根據實際況由設計人員自定)——整車裝備質量，kg。空車后軸荷按下式計算：=(6-2)式中：——軸距，mm；——空車后軸荷，kg。空車前軸軸荷按下式計算：(6-3)式中：——空車前軸荷，kg。按下式計算：(6-4)式中：——空車質心高度，mm。4.2.2滿載狀態下整車質量、軸荷分配和質心高度的計算整車最大總質量(總重)按下式計算：（6-5)式中——用于估算整車最大總質量的全部總成和負載的數量(一般在整車整備質量基礎上加上乘員和最大裝載質量)。滿載后軸荷按下式計算：(6-6)式中：——滿載后軸荷，kg。滿載前軸荷按下式計算：=（6-7）式中：——滿載前軸荷，kg。滿載質心高度按下式計算：（6-8）式中：——滿載質心高度，mm。4.2.3整備質量利用系數汽車的整備質量利用系數是汽車的裝載量與整備質量之比，即：（6-9）它表明單位汽車整備質量所承受的汽車裝載質量。顯然，此系數越大表明該車型的材料利用率越高和設計與工藝水平越高。因此，設計新車型時在保證汽車零部件的強度、剛度及可靠性與壽命的前提下，應力求減輕其質量，增大這一系數值。4.2.4軸距選擇及軸荷分配軸距的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數、質量參數和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質量、最小轉彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時軸荷轉移過大而導致其制動性和操縱穩定性變壞；萬向節傳動的夾角過大等。因此，在選擇軸距時應綜合考慮對有關方面的影響。當然，在滿足所設計汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設計得短一些為好。汽車的軸荷分配是汽車的重要質量參數，它對汽車的牽引性、通過性、制動性、操縱性和穩定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此，在總體設計時應根據汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。汽車的布置型式對軸荷分配影響較大，例如對載貨汽車而言，長頭車滿載時的前軸負荷分配多在28％上下，而平頭車多在33％～35％。對轎車而言，前置發動機前輪驅動的轎車滿載時的前軸負荷最好在55％以上，以保證爬坡時有足夠的附著力；前置發動機后輪驅動的轎車滿載時的后軸負荷一般不大于52％；后置發動機后輪驅動的轎車滿載時后軸負荷最好不超過59％，否則，會導致汽車具有過多轉向特性而使操縱性變壞。在確定軸荷分配時也要考慮到汽車的使用條件。對于常在較差路面上行駛的載貨汽車，為了保證其在泥濘路面上的通過能力，常將滿載前軸負荷控制在26％～27％，以減小前輪的滾動阻力并增大后驅動輪的附著力。軸荷分配對前后輪胎的磨損有直接影響。為了使其磨損均勻，對后輪裝單胎的雙軸汽車，要求其滿載時的前后軸荷分配均為50％，而對后輪為雙胎的雙軸汽車，則前后軸荷可大致按1／3和2／3的比例處理。當然，在實際設計中由于許多因素的影響，上述要求只能近似地滿足。在確定汽車的軸荷分配時，還要考慮汽車的靜態方向穩定性和動態方向穩定性。根據理論分析，汽車質心位置到汽車中性轉向點的距離s對汽車的靜態方向穩定性有決定性的影響。這個距離可由下式計算得到：（4-10）式中，—分別為汽車質心離前、后軸的距離。和取決于軸荷分配，，（4-11）—兩個前輪的輪胎側偏剛度之和，N/rad；—后輪的輪胎側偏剛度之和，N/rad；—汽車全部輪胎的總側偏剛度之和，N/rad；當時，亦即當時，汽車質心位于中性轉向點之前，汽車具有不足轉向特性，汽車靜態的方向穩定性較好。反之，當時，汽車具有過度轉向特性。此時存在著一個臨界車速，低于此車速時，汽車的行駛時穩定的，高與此車速，則汽車就不能穩定行駛。在汽車設計時一般希望汽車具有適度的不足轉向特性。為此，要很好地匹配上述參數，使汽車動態方向穩定性的條件是：(4-12)式中：K—穩定性因素；v—汽車車速（m/s）；L—軸距（m）。4.3車身結構件對剛度的影響及分析車身剛度主要是指彎曲剛度和扭轉剛度。在分析過程中將車身結構件對車身剛度影響的評價指標分為絕對評價指標和相對評價指標。絕對評價指標是指該結構件對車身剛度影響的絕對數值大小，相對評價指標是指對于同一單位質量的結構件對車身剛度影響的大小,即剛度對該結構件變化反應的靈敏程度。客車車身骨架結構由前后圍、頂蓋和左右側圍五大部分組成。在分析過程中將整車車身結構分為以上五個部分進行。該車車身前、后圍為內置金屬骨架的玻璃鋼件,分析中選取玻璃鋼蒙皮為分析對象。車身頂蓋上三排對稱的縱梁從里到外定義為中間縱梁、側邊縱梁和兩邊縱梁來分析。車身側圍選定所有斜撐件為一組,因為該車側圍為應力蒙皮,將蒙皮單獨分析。將頂蓋的上大邊和側窗下的長縱梁定義為側窗上下長縱梁分析。五部分中獨立考慮的結構件,如表4-1所示。表4-1客車車身分析所選結構件質量比重部件名稱部件總質量/kg部件總質量占整車質量百分比/%變化質量/kg部件質量變化占整車質量百分比/%頂蓋部分頂蓋蒙皮190.007.72190.007.72中間縱梁14.400.5814.400.584側邊縱梁40.901.6640.901.66兩邊縱梁37.301.5137.301.51側圍部分所有斜撐件26.401.0726.401.07*側圍窗柱37.351.527.500.304*窗體上下長縱梁114.004.6222.800.925側圍蒙皮116.004.72116.004.72前圍部分前圍玻璃鋼件23.000.93323.330.933后圍部分后圍玻璃鋼件56.502.2956.502.29注：*表示該方案是對所選結構減弱20%后分析；其余表示該方案是對所選結構完全去除后分析4.3.1扭轉剛度分析不同分析方案車身扭轉工況下的分析結論如表4-2所示。通過表4-2的分析結果可以看出,客車車身各結構對整車扭轉剛度的影響如下：1)橫向布置的結構件對扭轉剛度的影響明顯高于縱向布置的結構件。2)前、后圍玻璃鋼件對整車扭轉剛度的影響非常大,這是由于客車車身結構近似一個六面體,沒有前后圍結構的客車車身猶如一個兩頭沒有封口的盒子,顯然會大大降低整車扭轉剛度。3)對整車扭轉剛度的影響最大的車身結構件是側窗立柱。而客車在靜彎曲和扭轉工況中車身的大應力點也大都集中在車窗立柱與上下縱梁連接處和車門立柱上角。由于目前大客車造型多為直角的大側窗,車窗立柱的數量很難增加,如在本車中車窗立柱的質量僅占整車結構件質量的少許。因而在車身設計中要處理好車窗立柱與上下結構的連接,避免應力集中,造成強度破壞。4)頂蓋骨架對整車扭轉剛度的影響很小,而且越靠近頂蓋中部,結構件對剛度的影響越小。6)頂蓋及側圍蒙皮對整車扭轉剛度的影響相當大,分別使整車扭轉剛度提高33.4%和23%。而且其質量占車身構件總質量也分別達到7.72%和4.72%,這對設計中提高整車扭轉剛度有很大的意義。7)側圍貫穿前后的側窗上、下縱梁作為縱向構件對整車扭轉剛度的影響也很顯。表4-2車身各結構件對車身扭轉剛度的影響方案結構調整部位軸間扭轉角軸間扭轉角變化量軸間扭轉鋼度軸間扭轉剛度變化量0原車結構0.514481215728.91頂蓋蒙皮0.7469110.23243142725.3-72003.53792中間縱梁0.513274-0.00121215653.2-75.68435.33側邊縱梁0.512841-0.00164214742.6-986.27124.14兩邊縱梁0.5159070.001423213466.1-2262.7260.75斜撐件0.522020.007539212012.9-3716140.86*側圍窗柱0.5280760.013595209815.3-5913.597887*窗體上下長縱梁0.5292120.014731208889.3-6839.543008側圍蒙皮0.657350.142969165894.1-49834.74309前圍玻璃鋼件0.5402280.025747202563.7-13165.2572.410后圍玻璃鋼件0.559540.045059201225.9-14502.9256.7注:*同表14.3.2彎曲剛度分析不同分析方案下車身彎曲工況的分析結論如表4-3所示。由表4-3的分析參顯示,客車車身各結構件對車身中部的彎曲剛度影響描述如下：1)客車車身結構窗框以上的結構件變弱時,縱梁中部處的變形量反而變小。由于發動機后置的大客車后懸長,而且后部發動機以及乘員的質量相對集中,其彎曲工況的主要變形區域也在后懸。由側圍的彎曲變形圖6-1可以看出,頂蓋變形時,在后橋區的第四側窗立柱猶如一個支點。當頂部結構件變弱時,由于后懸處變形加大,而頂蓋部分并沒有直接的載荷作用,從而拉動頂蓋中部有一個向上的趨勢,而頂蓋部分的上升也帶動了縱梁中部向上移動,使縱梁中部的變形量變小。2)客車車身結構窗框以下的結構件變弱時,縱梁中部處的變形量變大。但從數據看出,除了側圍蒙皮之外,側圍構件對變形的絕對影響都很小。由此可見,對于半承載式的客車車身結構,車身的抗彎能力主要還是底架結構提供。表4-3車身各結構件對整車彎曲剛度的影響方案結構調整部位中間最大撓度中間最大撓度變化量后懸最大撓度后懸最大撓變化量0原車結構-0.9263400-13.4078001頂蓋蒙皮-0.83024-0.0961-5.06-16.06582.658139.92中間縱梁-0.92303-0.00331-2.3-13.4150.0072553側邊縱梁-0.90917-0.01717-4.2-13.48050.727517.84兩邊縱梁-0.9214-0.00494-1.32-13.4730.0652517.55斜撐件-0.90047-0.05268-9.8-13.64730.239590.76*側圍窗柱-0.89944-0.0269-35.86-13.54980.142189.37*窗體上下長縱梁-0.78281-0.14353-62.95-13.6860.278251228側圍蒙皮-1.14410.2177618.77-15.3861.97825170.59前圍玻璃鋼件-0.948510.022179.64-13.46350.0557524.210后圍玻璃鋼件-0.76946-0.15688-27.77-13.8910.4832585.53)前、后圍玻璃鋼蒙皮對車身中部彎曲剛度基本無影響。但由于去除之后,質量分布變化,也對車身中部變形產生了作用。4)客車車身的縱向布置的結構件對車身的彎曲剛度的影響大于橫向布置的結構件的影響。從表4-3的分析參數,顯示,對于彎曲工況中客車車身各結構件對車身后懸部彎曲剛度影響的描述如下：1）客車車身的所有構件對車身的后部的彎曲剛度都有增強作用。車窗立柱對后懸撓度絕對值影響最大；2）對后懸撓度絕對值影響大的結構件包括底架縱梁、側圍蒙皮、頂蓋蒙皮、側圍斜撐、車窗上下長縱梁及后圍玻璃鋼蒙皮；3）客車車身縱向布置的結構件對車身的彎曲剛度的影響大于橫向布置的結構件的影響。圖6-1側圍骨架彎曲變形圖4.4客車車身結構件分類通過上述分析,根據客車車身各結構件對車身剛度的貢獻,把客車車身的結構件分為三類（表4）,不同類的結構件在車身中所起到的作用不同,在車身結構初步設計中要分別進行考慮。表4-4客車車身結構件分類類型分類結構件名稱彎曲剛度扭轉剛度A類件頂蓋蒙皮、側圍蒙皮、后圍玻璃鋼蒙皮頂蓋蒙皮、側圍蒙皮、后圍玻璃鋼蒙皮、前圍玻璃鋼蒙皮、側窗上下長縱梁B類件側窗立柱、側圍斜撐、側窗上下長縱梁側窗立柱、側圍斜撐C類件頂蓋縱梁（所有）、前圍玻璃鋼蒙皮、頂蓋縱梁（所有）A類件：這類車身結構件的相對評價指標和絕對評價指標都很高。相對評價指標高說明車身剛度對該類結構件的變化反應敏感比絕對評價指標高,說明該類結構件對車身剛度數值影響大,在車身總質量中所占的比例也相當大。在客車車身結構設計中,改變這類車身結構件的數量和連接布置形式是提高客車車身剛度的主要手段。例如將側圍的張拉蒙皮改為應力蒙皮就可以極大地提高車身的彎曲和扭轉剛度。B類件：這類車身結構件的相對評價指標極高而絕對評價指標較低。相對評價指標極高說明車身剛度對這些結構件的變化反應非常敏感絕對評價指標較低,說明占車身總質量的比例小,對車身剛度數值影響不大。極高的相對評價指標意味著它在車身中是一高應力部件,也是說它是一個危險部件。在車身結構設計中,對這類結構件應格外加以重視,雖不要求它們對整車的剛度有大的改善,但它們的布置和尺寸變化往往是車身強度失效的根源。C類件：這類車身結構件的相對評價指標和絕對評價指標都較低。在車身結構設計中只需考慮它們的功能要求。第五章設計評價分析在本次畢業設計中，車身骨架采用半承載式，車身承受部分載荷，盡量采用封閉環，從而減少了應力集中。同時，本骨架基本上能夠滿足總布置的要求。由于是第一次自己做骨架的設計，自己的知識在某些方面還有很多的不足，因此本次設計的骨架存在著各種各樣的問題需要去解決，例如，根據經驗和市場上現有同型車骨架的有限元分析結果，有些地方受力較大，只是采用了結構加強的方法來提高承載能力，沒有采用合理先進的方法使結構優化，未能順應客車骨架設計發展趨勢而實現車身輕量化設計等等。由于時間和條件的限制，以及本人的水平有限，只是采用傳統算法對骨架強度和剛度進行計算。骨架使得有些設計方面沒有考慮到，有些考慮的很簡單，所以這個骨架還有很大的改進空間。第六章存在的問題與解決途徑在本次畢業設計中，充分體現了城市客車的特點。車身骨架采用整體承載式，車身承受全部載荷，能發揮材料的最大性能，使車身的質量最輕而強度和剛度最大。而頂蓋，側圍，底架構成了多個封閉環，減少了應力集中，增強了承載能力。本骨架在能夠滿足總布置的要求下，通過在強度薄弱處增加斜撐，而不是增加截面尺寸，既增強了強度，又減輕了骨架總體質量。由于是第一次自己做骨架設計，專業知識在某些方面準備不足，因此本次設計的骨架存在著各種各樣的問題，例如:各段梁的尺寸和形狀與實際情況不盡相符，有待進行進一步的實踐摸索；有個別地方考慮的并不全面，只是片面地憑著感觀在繪圖及進行強度計算使用的是古典方法，對曲桿簡化成直桿計算，而不是用先進的Ansys進行分析，以致計算結果可能誤差較大。所以此設計應該還有很大改進空間。第七章車身骨架制造工藝過程本設計車身骨架采用矩形管組焊結構,具有強度高、重量輕的優點。側圍及頂蓋均采用通長橫梁貫穿,既增加表面平整度,又減少吊運過程中的變形。頂蓋邊弧度采用小圓弧過渡,這在近幾年客車行業是非常流行的。車身側圍蒙皮采用冷張拉工藝,頂兩側蒙皮采用滾壓工藝,以提高車身平整度。側窗采用整幅粘貼結構,保證乘客能夠有足夠的觀景效果,同時在前后部開有通風窗,保證室內空氣流通,減少疾病的傳遞,玻璃采用綠色環保顏色,防止太陽紫外線的輻射,能很好地保護乘客。車身骨架一般采用矩形鋼管焊接而成。對于半承載式和全程承載式車身，它與車架或車身底架一起承受全部載荷的作用（即使是非承載式車身），車身骨架也要承受一定載荷的作用，對于強度和剛度有一定的要求。車身骨架的強度除了決定于車身骨架結構形式和矩形鋼管截面尺寸外，還受到焊縫質量和焊接頭處應力集中的影響。而車身骨架出現的早期斷裂，多發生在焊縫上或焊縫附近。保證焊縫質量，減小接頭處應力集中，可有效地防止車身骨架的早期斷裂。在車身裝配中，車身骨架是車身的基礎。它的尺寸、形狀和誤差直接影響車身裝配件的安裝。因此，必須對它的尺寸和變形進行嚴格的控制。客車車身骨架壁厚小于2㎜，骨架焊接采用二氧化碳氣體保護焊，（用二氧化碳氣體保護焊，減少熱影響區，也減少了金屬受熱變形和整個骨架的焊接變形。）在焊接胎具上組焊而成，其制造過程包括矩形管下料→成形→車身骨架各大片（前圍、后圍、左側圍、右側圍和頂蓋骨架）的組焊→車身骨架各大片聯裝組。7.1矩形管下料矩形管下料一般采用鋸片切割機切割和矩形管沖斷模剪切兩種方法。目前，國內使用手動送給的砂輪鋸片切割機，基本上能滿足生產需要，但存在著嗓音大，粉塵污染嚴重，切口毛刺多等缺陷。所在，需要尋找矩形管切斷工藝新方法。因此，產生了利用矩形管沖斷模剪切矩形管工藝。矩形管沖斷模是利用剪切原理剪切矩形管的。矩形管在切割刀、活動凹模和固定凹模共同作用下被剪切切斷。矩形管沖斷模剪切速度快，沒有環境污染，經濟效益好，但矩形管剪切斷面容易產生變形。因此，減小剪切斷面變形是沖斷模剪切工藝的關鍵。矩形管的剪切切斷過程：矩形管的放置有水平放置和對角放置兩種形式。由于放置位置不同，其剪切過程各有特點。對于對角放置的矩形管，剪切過程包括形成切口、剪切矩形管上兩邊和剪切下兩邊三個階段。在沖載力的作用下，切割刀刀尖在矩形管上沖出與切割刀厚度等長的切口。切割刀與活動凹模刃共同作用，剪切矩形管上兩邊。此時，活動凹模的主要作用是夾持矩形管，減小剪切斷面的變形，活動凹模刃對材料的剪切作用比較小。在這個階段中，與切割刀厚度等寬的廢料在切割刀的作用下，向內彎曲。隨著剪切過程的進行，切割刀和固定凹模刃共同作用，剪切矩形管下兩邊。此時，固定凹模刃對材料的剪切作用很大，并且在外側支承剪切斷面，使剪切斷面不產生變形。剪切斷面變形包括局部產生凹陷和剪切斷面被壓扁兩種情況。通過剪切過程的分析，可以知道剪切斷面變形產生在形成切口和剪切上兩邊階段。在剪切矩形管上兩邊階段中，通過減小切割刀夾角β，可有效地減小剪切斷面變形。所以，剪切斷面變形主要產生在形成切口階段。剪切斷面的變形決定于矩形管的支承剛度、剪切速度和沖載力等因素。矩形管支承剛度大，切割刀尖鋒利，剪切速度快，沖我力小，剪切斷面變形小。矩形管的支承剛度與矩形管放置位置和切口的位置有關。矩形管對角放置的支承剛度比水平放置大；水平放置的矩形管，切口在兩側的支承剛度比切口在中間的大。7.2成形矩形管的彎曲成型是異形構件加工中最重要、最復雜的一道工序。其加工方法多種多樣，有手工壓形、滾壓成形、模具壓形和彎機管彎形等方法。1）手工壓形這種加工方法靈活，適用范圍廣，對一些三維或多曲率組合的管件比較實用，但效率低，人工量大，曲線不光滑，難以大批量生產。2）滾壓成形這種加工方法非常適合單一曲率構件的加工，經滾壓后的構件曲線光滑，但同樣存在效率低，一根構件需多次滾壓才能成形的缺點。3）模具壓形特點是效率高，適合批量生產，缺點是對管件的材質要求高，回彈要一致，同時對不同曲率的管件，需制作不同的模具，模具投入量較大，模具確定后，壓制不同批次的材料，回彈不一，難以調整。4）彎機管彎形上述三種工藝對于加工曲率半徑大的構件比較適合，而對于一些小曲率半徑的構件，就顯得力不從心，或難以適應大批量生產，先進的數控彎機管就能達到這類構件的要求。客車頂蓋骨架中的頂橫梁便是一個典型構件。使用數控彎管機可一次加工完成，該機床由微機控制，油路系統裝有液壓伺服閥，X向和Y向均裝有位移傳感器，在彎形中保證兩個方向的位移量符合全成曲線的坐標值，如有不對，計算機能及時得到反饋進行調整。Y方向的值越大，表示彎曲率越大，反之越小。該機自動化程度高，效率高，應用范圍廣，能適應各種不同曲率的構件，以及多曲率組合的構件，不需投入大量的模具，使用方便，彎出的構件與樣板的貼合度一般不大于2㎜。由此，在矩形管的彎曲程度不同時，彎曲成型的方法也有所區別，對于彎曲半徑小（R=200～300㎜）的矩形管彎曲件，一般多采用彎管機彎曲成型；對于彎曲半徑大于500㎜的矩形管彎曲件，一般采用彎曲模壓制成型。7.3車身骨架的焊接客車車身骨架合裝是國內客車生產廠家大批量生產時普遍采用的生產工藝,也是提高生產線生產效率的主要途徑,分為五大總成合裝和六大總成合裝兩種形式。五大總成合裝是指將客車車身前、后圍骨架總成,左、右側圍骨架總成和大頂骨架總成分別在地面胎具上組合焊接后,在合裝胎具上將它們組裝在一起。六大總成合裝是指在五大總成合裝基礎上,將地板骨架同時合裝。合裝多數是在批量生產線的第一工位進行。因此,合裝的質量、生產效率直接影響到整個生產線的效率。六大總成合裝有如下優點:1）有利于生產線柔性化生產,日產能可提高20%左右；2）減少了因焊接引起的骨架總成焊接部位的局部變形；3）車身骨架的平直度明顯提高,不校直即可達到技術要求；4）提高了地板骨架組焊的精度和組焊的生產效率；因此本設計決定采用六大總成合裝。多數廠家合裝的工藝是左、右側圍骨架總成分別以窗上縱梁為定位基準點,其具體工序是:1)將左、右側圍骨架總成立放固定到合裝胎具的左右固定座上；2)將左右固定座推進到車身寬度尺寸后合裝胎具座固定；3)將地板骨架總成與左右側圍骨架的連接；4)將大頂骨架用吊車吊起來,轉運并水平固定；5)將大頂骨架總成與左右側圍骨架用焊接或鉚接方式進行連接；6)將前后圍骨架總成與左右側圍骨架總成和大頂骨架總成進行連接,組成車身整體骨架。在左右側圍骨架總成上。整車結構由左、右側,前、后圍和頂骨架五大片先用組焊胎具分別組焊,然后與底盤底架組焊成一體。本設計采用五大片總成合裝工藝。其合裝順序可按照以下兩種方式進行布置:1)固定左(右)側圍骨架總成→固定大頂骨架總成→固定前(后)圍骨架總成；2)固定左(右)側圍骨架總成→固定前(后)圍骨架總成→固定大頂骨架總成。實際生產中,第一種工序布置較第二種工序布置更有利于員工操作。在此工序中,合裝胎具在生產中主要起的作用是:①定位；②固定左、右側圍骨架；③保證車身總寬度。車身骨架是保證車身強度和剛度而構成的空間框架結構，車身骨架的焊裝就是骨架從構件的散件到部件、分總成再到總成的制造過程。車身骨架一般是采用矩形棺材，用二氧化碳氣體保護焊，在組胎具焊接而成的空間結構。焊縫質量和焊接變形主要取決于焊接規范參數的選擇。骨架尺寸和形狀的誤差決定與組焊胎具的精度、骨架構件的精度和焊接變形的控制。車身骨架組焊后需要檢驗和整形。車身骨架的組焊是先進行各大片的組焊然后五大片聯合組焊，形成整車車身骨架。從焊裝工藝和變形控制方面來看，骨架五大片應為封閉結構，這樣在各大片組焊時骨架的變形能得到最有效的控制減小定位誤差和五大片聯裝組焊時的焊接變形，減小骨架移動時變形。并且骨架五大片聯裝組焊時，焊縫少，容易施焊，裝配間隙比較容易保證，平面內焊接收縮變形方向基本一致。7.3.1骨架的焊裝方法CO氣體保護焊亦稱CO電弧焊，是50年代中期發展起來的一種新的焊接技術，目前我國在機車車輛制造、汽車制造、船舶制造等方面應用十分普遍，也是客車制造行業的主要焊裝方法。之所以應用普遍是由于CO電弧焊具有許多優點：①焊接成本低。②生產效率高。③焊接質量高。④適用范圍廣。⑤這是一種明弧焊接法，可以觀察到電弧和熔池，便于監視和控制，不需要清渣。車身骨架采用CO氣體保護焊焊接。焊縫質量對骨架強度有重要影響，焊接規范參數的選擇，是影響焊縫質量的關鍵。影響焊縫質量的焊接缺陷有未焊透，焊縫加強高過大、氣孔和金屬飛濺嚴重。而焊接規范參數合理的選擇能有效的防止和減小焊接的缺陷，獲得良好的焊接工藝性。7.3.2車身骨架五大片的組焊骨架構件在組焊胎具上定位、夾緊和焊接，組焊成骨架各大片。骨架組焊質量包括焊縫質量和骨架變形程度。自此，組焊時應注意減小焊接變形和減少焊接缺陷。1）合理選擇焊接規范參數。骨架構件在組焊胎具上組裝時，焊縫應保留0.3～0.5㎜的裝配間隙，這樣有利于減小焊縫加強高，加大焊縫的熔深。避免了為加大焊縫熔深而增大焊接電流，使焊接變形和熱影響區增大。并注意焊絲質量對焊縫機械性能的影響。關于焊接規范參數的選擇，對焊接變形和焊縫質量的影響。2）胎具的夾緊力。組焊胎具加緊裝置主要作用是防止骨架結構的角變形和扭曲變形。對其平面收縮變形，如任其自由收縮變形，有利于減小焊件的殘余應力，提高車身骨架的疲勞強度。因此，胎具的夾緊力應適當。3）如果各大片骨架能劃分成若干個小組焊件組焊，不但能縮短生產周期，利于新車型開發，而且可以使那些不對稱的或收縮力較大的焊縫能自由收縮，而不影響骨架組焊精度，從而減小了焊接變形。4）選擇合理的焊接順序。合理的焊接順序能使骨架的焊接變形和殘余應力達到最小，焊接順序的選擇要根據具體骨架結構，在控制整個骨架誤差的條件下，保證骨架配合部分的精度，而適當降低非配合部分的精度。5）對焊縫的加強高進行打磨。焊縫加強高不僅影響骨架的外觀質量，也降低骨架的疲勞強度。磨去焊縫的加強高，可以降低接頭的應力集中。打磨方向應與接頭受力方向一致。如果焊縫內部沒有顯著的缺陷，接頭的疲勞強度可以提高到和母材強度相同。7.3.3整車骨架聯裝組焊整車骨架聯裝組焊質量主要決定于骨架五大片的正確定位。骨架的定位形式有內定位和外定位兩種。內定位采用內定位架定位，外定位采用組裝胎定位。內定位架為前后各一個，分別橫向安裝在車架前后橋附近，側圍骨架組焊高度和整車寬度由內定位架定位，但對前后圍骨架沒有直接定位作用。內定位架使用方便，結構簡單，但骨架合裝定位誤差大，組焊精度差。骨架五大片組裝胎是一種理想的工藝裝備。左右側圍骨架由合裝夾具定位夾持，在液壓系統操縱下，左右移動，使側圍骨架與車架或車身底架橫梁對齊，在相應部位進行預焊。前后圍骨架也安裝在合裝夾具上，移動完成合裝定位，在側圍和前后圍骨架連接處進行預焊。然后吊入頂蓋總成，進行預焊。整車骨架合裝后，進行CO2氣體保護焊焊接。利用組裝胎組焊整車骨架，組焊精度高，質量好。7.4蒙皮制作及與骨架的焊裝車身蒙皮是覆蓋在客車車身骨架外表面的構件，通常分為前圍蒙皮、后圍蒙皮、頂蓋蒙皮和側圍蒙皮四部分，一般焊接在骨架上。整個車身蒙皮采用冷張拉預應力點焊接技術。車身蒙皮的制作受其采用的材料、蒙皮與車身骨架