1、毕 业 设 计 方 案题 目 三维造型及分析 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 学 号 20120421217 指导教师 二一六年四月一日毕业设计方案济南大学 - 1 -学院 机械工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 学生 刘明 学号 20120421217 设计题目 商用客车的车身三维造型及分析 一、选题背景与意义1.国内外研究现状当今客车的发展日新月异。21 世纪对各种大、中型客车发展的希望是，在安全、方便、快捷的基础上更舒适和环保，并且充分体现以人为本的要求；具体表现在，除了“三低” （低污染、低消耗、城市客车低地板）和“三高” （高比功率良好的动力
2、加速性、高安全可靠性、高舒适性）以及外观优美、座位合适、价格适中外，在综合性能方面还应该有新的发展趋势；其中包括，新技术、适应市场要求的新材料，新工艺。客车车身结构一般分为应力蒙皮和骨架承载式两种型式。欧洲一般采用无车架式底盘与骨架结构车身相结合的结构形式。这种结构的侧窗开口可以很大，立柱很细，质量很轻，车身外观华丽，且便于进行结构计算，缺点是改型困难，设备投资大，焊接工艺复杂。国外高档大客车对于车身的设计、制造工艺、下料以及防腐蚀方面都做到了细致入微，因而生产出世界一流产品。（1）欧洲高档大客车不仅重视车身外观造型美观大方，而且在车身设计方面特别重视刚度与强度，采用CAD、CAM技术进行车身
3、设计制造，对车身骨架进行有限元计算与分析以达到最佳的刚度与强度。（2）采用激光或等离子自动切割机下料，一些主要框架和结构体采用机器人焊接车门、前围、前底板框架等。有的在调试夹具上将保证构件总成尺寸的主要焊接点焊好后，再用手工焊接其它次要部位。（3）桁架式车身大量采用型材及各种异型材。为了减少异型材的品种规格，有的部位采用局部加强办法，如门框、轮胎罩等部位，这种趋势在BENZ公司最为明显。（4）特别注意车身零件的防锈、防蚀能力，如 BENZ 厂采用整体底漆电泳涂漆工艺，而 MAN厂的一些座椅支架、扶手等管状零件采用涂塑工艺，一般桁架车身框架总成焊接后采用向管腔内注入发泡聚氨酯塑料使其空间填满，防
4、止车身从内部锈蚀，所有油管、其管均经过防锈处理，大大提高了使用寿命。2.选题的目的及意义车架将各总成零部件结合为一体，是汽车各个系统的承载基体，又是功能单元。作为承载单元，由车身骨架与底架或车架组成的车身结构，在客车行驶中承受着车内外的各种载荷。作为功能单元，车身应该为驾驶员提供便利的工作环境，为乘客提供舒适的乘坐环境，保护他们免受车辆行驶时产生的振动噪声和废气等的毕业设计方案济南大学 - 2 -侵袭，以及外界恶劣天气的影响；同时在交通事故中，可靠的车身结构和乘客保护系统有助于减轻对乘客和行人造成伤害。车架的静态特性和动态特性直接影响整车的安全系数、平顺性、操纵稳定性和乘客舒适性；此外，合理的
5、车身外部形状，能有效的引导客车行驶时周围的气流，提高车辆的动力性、燃油经济性和行驶稳定性，并改善发动机的冷却条件和车内通风。通过仿真分析车架在各种工况下的静、动态特性，验证车架在给定的载荷下是否符合国标要求，对于车架结构的进一步优化设计，提高整车性能是非常重要的。二、设计内容1.三维设计三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新型设计方法。客车车身结构可分为非承载式、半承载式和承载式三大类。非承载式和半承载式车身结构都是属于有车架式的，而承载式车身则属于无车架式的。首先利用 Solidworks 软件对客车车身进
6、行基本设计。（1）确定客车车身的总体尺寸（客车外廓尺寸限制如表 1）和细节尺寸， 。表 1.客车外廓尺寸限制 （单位：mm）车辆类型 车长 车宽 车高二轴客车 12000三轴客车 13700客车单层铰接客车 180002500 4000注：车长大于 11000mm 的客车，车宽最大限值为 2550mm。定线行驶的双层客车车高最大限值为 4200mm。（2）客车车门数量的确定（客车车门数量确定如表 2）表 2.客车乘客门的最少数量客车类型 I 级 II 级、III 级车长 L/m L10 10L13.7 L13.7 L12 L12乘客门最少数量 1 2 3 1 2（3）轴距及前后悬的确定前悬、轴
7、距和后悬是车身长度方向上单三个重要尺寸，首先确定的是后悬的长度，然后确定轴距，最后是前悬。客车的后悬值不允许超过轴距的 65%，且机动车的后悬绝对值不能大于3.5m，设计时应尽量缩短后悬长度，以获得更大的乘坐空间以及改善轴荷分配。2.有限元分析有限元法是一种数值计算方法，它的基本思想是：将连续的求解域离散为一组单元的组合毕业设计方案济南大学 - 3 -体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的插值函数来表达，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。汽车车身作为汽车的主要部件之一，对车身进行有限元分析是十分
8、重要的一步，对整车的重量、强度、成本等性能具有十分重要的作用。对车身进行有限元分析是首先要建立车身的有限元模型，而车辆结构的有限元模型一般采用板壳单元并辅以少量实体单元。3.优化设计优化设计是从许多方案中选出符合设计要求的最好的设计方案的设计方法，根据有限元分析所得结果，找出车身受力的集中点和变形较大的点，对这些点进行加固设计，并将车身上一些多余结构进行简化，减轻车身重量。三、设计方案1.三维设计（1）车身总布置设计在客车产品规划提出的产品参数基础上，进行车身总布置设计，确定客车的总长、总宽、总高、轴距等基本设计数据，建立车身三视图。车身的尺寸参数（mm）：车身总长 12000车身总宽（不含后
9、视镜） 2530车身总高 2600轴距 6000后悬 3300前悬 2700公交车属于级车，由表 2 和表 3 可以得出车门数量为 2 个。（2）车身造型设计通过绘制整车效果图等手段对车身进行造型设计，包括车身整体和局部的造型设计。（3）绘制车身总布置草图根据车身的效果图绘制出车身的总布置草图，并且通过调节，使车身外轮廓线连接光滑，平顺的过渡。（4）三维建模利用 Solidworks 根据上一步绘制的车身总布置草图，并调整车身曲面直到满意为止，绘制出三维图样。（5）骨架设计毕业设计方案济南大学 - 4 -根据三维建模的图样确定出骨架模型，作为最终的车身骨架。（6）导出二维图样利用 Solidw
10、orks 将骨架图样导出，制作二维图样。1.右侧围骨架 2.后围骨架 3.顶盖骨架 4.左侧围骨架 5.前围骨架图 1.车身简图图 2.底盘简图2.有限元分析根据 Solidworks 做出的三维模型，将模型代入 Solidworks，对其进行有限元分析，分别从正面和侧面施加作用力，模仿在实际情况中可能受到的撞击。分析的目的是：（1）找到受力时，车身承受力最大的地方，以及变形较大的地方。（2）找出受力小的地方，在满足设计需要的前提下尽可能减小构件尺寸，以降低自身重量。3.优化设计（1）优化模型（a）对变形较大以及受力大的地方进行加固处理。21345毕业设计方案济南大学 - 5 -（b）对于受力
11、小的地方，减少构件尺寸，以降低重量。（2）对优化处理后的模型代入 Solidworks 对其进行有限元分析，查看分析结果。4.结果分析对比模型优化前后的变形量和受力情况，以求得到最好的设计结果。四、参考文献1冯国胜.客车车身结构的有限元分析J.机械工程学报,1999,(2)：60-80.2黄金陵.客车的承载式车身结构分析J.汽车工程,1990,(2)：15-30.3黄天泽,黄金陵.汽车车身结构与设计M.北京：机械工业出版社,1999.4羊拯民,等.汽车车身设计M.南京：南京大学出版社.1994.5张林.研讨城市客车最佳匹配技术,实现菜单式配置供应J.城市车辆,2002,(6):52-71.6兰
12、凤崇,李涛.客车车身结构件对整车刚度的影响J.汽车工程,2002,24(2):32-50.7黄天泽.大客车车身M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版,1985.8马迅,赵幼平.轻型客车车身结构刚度与模态的有限元分析J.机械科学与技术,2002,21(1):11-30.9张焱,姚成.客车车身骨架结构优化设计与先进技术应用J.客车技术与研究,2007,(2):22-24.10冯国胜.汽车车架强度分析及优化D.论文：河北工业大学,1993.11何志刚等.客车车身结构强度及刚度分析J.机械研究与应用,2001,14(4)：16-20.12王丹阳.承载式客车车身结构刚度计算方法研究D.吉林：吉林大学,2009:
13、1-40.13周伟,宋学伟.客车车身结构拓扑优化设计J.客车技术与研究,2012(6)：9-11.14Lee K,Nikolaidis E.Effect of member length on the parameter estimates of jointsJ.Computers and Structures,1998,(68):50-63.15Fukushima J.Shape and Topology Optimization of a Car Body with Multiple Loading Condtion-SJ.SAE Paper,2002,(10):13-20.16刘开春.客车车身设计M.北京:机械工业出版社,2012.17柴山,刚宪约,焦雪健,李丽君.车辆结构有限元分析M.北京:国防工业出版社,2013.毕业设计方案济南大学 - 6 -五、指导教师评语指导教师（签字） 201 年 月 日六、审核意见系主任（签字） 201 年 月 日
