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揚州大學(xué)廣陵學(xué)院
本科生畢業(yè)論文
畢業(yè)論文題目 6110型雙層客車車身造型及骨架設(shè)計
學(xué) 生 姓 名 薛鼎
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機械81001
指 導(dǎo) 教 師 鄭再象
完 成 日 期 2014年 6 月 4 日
46
薛鼎 6110型雙層客車車身造型及骨架設(shè)計
摘 要
6110型雙層客車車身造型相當(dāng)重要, 它直接影響整車的視覺效果。文章簡要介紹我國客車造型的發(fā)展和現(xiàn)狀; 較詳細(xì)說明客車整體、局部造型及內(nèi)飾技術(shù)和在造型中應(yīng)注意的一些問題, 并展望我國客車造型未來的新局面。
6110型雙層客車車身設(shè)計是設(shè)計過程中非常重要得一個環(huán)節(jié)。車身根據(jù)其承載形式可分為承載式，非承載式和半承載式。按結(jié)構(gòu)劃分，整個骨架分為前圍、后圍、左側(cè)側(cè)圍和頂蓋五大部分。
本次畢業(yè)設(shè)計主要采用auto CAD軟件設(shè)計發(fā)動機后置的城市中型客車車身骨架的設(shè)計過程。文章主要闡述了車身骨架設(shè)計原則及依據(jù)，介紹了各種車身骨架結(jié)構(gòu)形式，給出了車身骨架設(shè)計過程結(jié)構(gòu)與尺寸，并對車身骨架進行了車身骨架的受載分析和強度分析，論了車身骨架的制造工藝.為了滿足車身強度要求，車身骨架采用CO2氣體保護焊焊接。
關(guān)鍵詞：6110型雙層客車 造型 設(shè)計 骨架 承載式 受載 焊接
I
ABSTRACT
The importance of busmodeling directly influences the bus vision . Th is article briefly introduces Ch inese busmodeling development and p resent situation,more detailedly describes the w hole and partial area modeling, trim tech2nology and some questions needing attention. It also look s forw ard to the future new situation of Ch inese busmodel2ing.
The 6110body design is an automobile design process Central Africa constant weight fine link.The automobile body acts according to its load bearing form to be possible to divide into the load bearing type, non-load bearing type and half load bearing type. the side encircles with the roof panel five major parts.
Mainly I use auto for this graduation project the CAD software design engine postpositioned city medium passenger train body frame the design process.The article mainly elaborated the body frame principle of design and the basis.Introduced each kind of body frame structural style, has given the body frame design process structure and the size, and carried on the body frame to the body frame to carry the analysis and the intensity analysis, elaborated the body frame manufacture craft.In order to satisfy the skeleton the intensity request, the entire body frame uses the CO2 shielded welding welding.
Key word: 6110Automobile body Modeling Carcase Design Skeleton Load bearing Welding
II
目錄
第一章 緒論 5
1.1課題分析及設(shè)計定位 5
1.1.1 國內(nèi)外客車的發(fā)展現(xiàn)狀和對我國長途客車要求的分析 5
1.1.2 設(shè)計基本思路的定位 8
1.2我國客車工業(yè)的發(fā)展 8
1.2.1 我國的客車發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.2.2 客車制造工藝的發(fā)展 10
1.3國外客車的發(fā)展概況及車身造型 1.3.1 車身造型 12
1.3.2 綜合性能
1.3.3 新技術(shù) 13
1.3.4 新材料 13
1.3.5 新工藝 14
第二章 AUTO CAD 在6110型雙層客車設(shè)計上的應(yīng)用 14
2.1前言 15
2.2 AUTO CAD繪圖軟件介紹 15
2.2.1 AUTO CAD繪圖軟件包的特性 15
2.2.2 AUTO CAD系統(tǒng)的設(shè)備組成 15
2.2.3 計算機 15
2.2.4 外部設(shè)備 15
2.3 用AUTO CAD 設(shè)計提高繪圖速度的方法 16
2.3.1 建立常用符號庫 16
2.3.2 建立標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)型材庫 16
2.3.3 開發(fā)編輯命令 17
2.3.5 建立總成圖形庫 17
2.3.6 相關(guān)總成直接調(diào)用 17
2.4 6110型雙層客車應(yīng)用AUTO CAD的設(shè)計優(yōu)點 18
第三章 6110型雙層客車車身骨架設(shè)計原則和依據(jù) 19
3.1 車身骨架的作用 19
3.2本課題6110型雙層客車骨架的設(shè)計原則 19
3.3 本課題骨架的設(shè)計依據(jù) 21
第四章 各種車身骨架結(jié)構(gòu)形式分析 22
4.1 6110型雙層客車客車車身結(jié)構(gòu)型式分析 22
4.1.1按用途分類 22
4.1.2按承載形式分類 22
第五章 6110型雙層客車車身骨架主要尺寸及結(jié)構(gòu)形式確定 26
5.1.車身骨架材料及型式 26
5.2結(jié)構(gòu)形式設(shè)計 26
5.2.1左右側(cè)圍骨架設(shè)計與分析 26
5.2.2 前、后圍骨架設(shè)計與分析 28
5.2.3 頂蓋骨架設(shè)計與分析 29
第六章 6110型雙層客車車身骨架強度計算 31
6.1車身結(jié)構(gòu)受載分析 31
6.2車身骨架強度計算 32
6.2.1車身扭矩計算 32
6.2.1計算公式 36
第七章 6110型雙層客車車身骨架制造工藝過程 40
7.1 車身骨架的制造 40
7.1.1矩形管的剪切切斷 40
7.2 6110型雙層客車車身骨架五大片的合理劃分 41
7.3 6110型雙層客車骨架的焊接工藝 41
7.3.1 CO2氣體保護焊 41
7.3.2 6110型雙層客車車身骨架五大片的組焊 43
7.3.3 整車骨架聯(lián)裝組焊 43
第八章 設(shè)計評價分析 45
8.1存在的不足 45
8.2改進方法 45
結(jié) 束 語 46
致 謝 47
第一章 緒論
1.1課題分析及設(shè)計定位
1.1.1 國內(nèi)外客車的發(fā)展現(xiàn)狀和對我國長途客車要求的分析
當(dāng)今客車的發(fā)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(lǐng)先企業(yè)的頂尖產(chǎn)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(chǎn)品極有可能就是明天客車外形的發(fā)展趨勢。21 世紀(jì)對各種大、中型客車發(fā)展的希望是，在安全、方便、快捷的基礎(chǔ)上更舒適和環(huán)保，并且充分體現(xiàn)以人為本的要求；具體表現(xiàn)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(yōu)美、座位合適、價格適中外，在綜合性能方面還應(yīng)該有新的發(fā)展趨勢；其中包括，新技術(shù)（控制整車的各個方面均由計算機技術(shù)實現(xiàn)，代用燃料發(fā)動機，為改善制動性能和操縱性能而形成的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，裝有永磁式緩速器的傳動系統(tǒng)）、適應(yīng)市場要求的新材料，新工藝（提高車身涂裝工藝標(biāo)準(zhǔn)，逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)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(lǐng)客車工業(yè)的方向——從發(fā)動機到變速箱、從底盤到車身；其 ECE R66 安全標(biāo)準(zhǔn)正成為世界標(biāo)準(zhǔn)。歐洲大型客車的主要特點是，全承載式車身，發(fā)動機功率大、扭矩高，且發(fā)動機轉(zhuǎn)速呈下降趨勢（當(dāng)前用柴油機的最大轉(zhuǎn)速平均為 1190r/min）；其中，約 80％以上的產(chǎn)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(jīng)濟性、環(huán)保性能、安全性更好；側(cè)傾剛度、行駛平順性、舒適性均有明顯提高。目前，它的技術(shù)先進性主要表現(xiàn)在以下 4 個方面。
①節(jié)能技術(shù)——采用鋁、鎂合金、塑料，減小客車車身質(zhì)量；研制風(fēng)阻系數(shù)小的客車外形，盡可能地降低客車的空氣阻力；設(shè)計使用天然氣、甲醇、乙醇等新能源的客車。
②環(huán)保技術(shù)——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(shù)——應(yīng)用計算機仿真技術(shù)預(yù)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(jié)構(gòu)等；外，增加安全附加裝置和采用高新技術(shù)產(chǎn)品，如安全帶、安全氣囊、防抱死制動統(tǒng)（ABS）、加速防滑系統(tǒng)（ASR）、自動差速鎖裝置（ASD）、緩速器。
④底盤技術(shù)——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(yīng)各種匹配要求。
自20 世紀(jì) 70 年代以來，中國客車經(jīng)歷了近 40 年的發(fā)展；引以自豪的是，國產(chǎn)客車基本占據(jù)全部國內(nèi)客車市場，沒有出現(xiàn)國外客車大批量擁入中國市場的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，近年來的客車年產(chǎn)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(dá) 60 多萬輛。國產(chǎn)客車的各大型龍頭企業(yè)已具有相當(dāng)先進的設(shè)備和工藝方式、完善的管理經(jīng)驗和與之配套的營銷網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計、研制、生產(chǎn)方面具備了一整套完善的技術(shù)力量保障措施，能夠研制和生產(chǎn)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(chǎn)客車能夠取得如此成就，其主要原因在于，國產(chǎn)客車在經(jīng)歷了改裝、仿制、技術(shù)引進、中外合資的歷程后，使中國客車工業(yè)的整體水平得到極大的提高和客車的整車質(zhì)量得到穩(wěn)步發(fā)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(yè)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(fā)出國產(chǎn)的全承載式車身；迅速增強零部件企業(yè)的自主研發(fā)能力和擴大它的生產(chǎn)力，使零部件企業(yè)的發(fā)展與整車企業(yè)的發(fā)展相匹配；進一步提高客車工業(yè)采用數(shù)字化設(shè)計和制造的整體水平，使新型客車和準(zhǔn)高速車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計徹底擺脫傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計技術(shù)路線。只有這樣，我國才能開發(fā)出具有國際先進水平的客車產(chǎn)品，才能真正地具有客車工業(yè)的核心競爭力。
近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展，我國的國民經(jīng)濟有了長足的進步，人民的生活水平有了很大的提高，各城市的旅游業(yè)也都蓬勃發(fā)展，人們也就愿意讓自己的節(jié)假日在旅游中度過。旅游景點大都以某個大城市為中心。例如，兵馬俑在西安的周圍。景點雖然屬于該城市，但是離市中心又有很遠(yuǎn)的一段距離，所以往返于城市和景點之間的交通問題體現(xiàn)了出來，旅游講的就是游玩時那種愉快的心情，而旅途中所乘坐環(huán)境是否舒適對游客的旅游心情有很大的影響。這對道路和旅游客車的乘坐舒適性提出了很高的要求，同時也刺激了旅游客車業(yè)的發(fā)展。隨著生活水平的提高勢必對長途汽車有更進一步的要求。
1.1.2 設(shè)計基本思路的定位
縱觀世界汽車工業(yè)沿革，可以看出，現(xiàn)代汽車是沿著“底盤”—“發(fā)動機”——“車身”逐步發(fā)展完善起來的。這個發(fā)展過程不是以人們的主觀意志為轉(zhuǎn)移的，而在很大程度上取決于當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)水平和物質(zhì)生活水平。由于汽車與日常生活息息相關(guān)，為了適應(yīng)各種不同的目的和用途乃至車輛的更新?lián)Q代等，其關(guān)鍵在于車身。因此，車身工程是汽車工業(yè)中最年輕而又發(fā)展最迅速的一個分支。
而且骨架隨底架、造型、總布置的變化而有著較大的改變，這對我自己所學(xué)的知識也是一個較大的考驗，所以我選擇了其中的骨架設(shè)計。
近幾年來，我國由于引進了國外先進技術(shù)，客車生產(chǎn)水平有了明顯的提高，但在車身加工，裝配，焊接，噴漆等工藝上與國外水平相差很大，再加之企業(yè)生產(chǎn)管理落后，導(dǎo)致我國客車生產(chǎn)的工藝水平發(fā)展很慢。根據(jù)這些，我的設(shè)計基本思路定位：依據(jù)我國同類車型的設(shè)計方法，參照國外同類車型的設(shè)計方法，在國內(nèi)大多數(shù)客車生產(chǎn)矩形與方形管材為主要構(gòu)件，6110型雙層客車車身骨架構(gòu)件壁厚一般小于2mm，骨架焊接均采用CO2氣體保護焊方法來設(shè)計各個骨架總成。
1.2我國客車工業(yè)的發(fā)展
1.2.1 我國的客車發(fā)展現(xiàn)狀
客車是現(xiàn)代社會的主要交通工具。世界各主要客車生產(chǎn)廠無不應(yīng)用最新科技成果致力于客車新產(chǎn)品的研制和開發(fā)，不斷向市場提供有競爭力的新型客車。我國公路建設(shè)的快速發(fā)展為客車工業(yè)的崛起提供了外部條件，而十余年對客車企業(yè)進行技術(shù)改造，引進國外生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品，是客車工業(yè)快速發(fā)展的內(nèi)部條件。我國客車產(chǎn)品經(jīng)過四十余年的發(fā)展，經(jīng)過了“貨車改裝客車”，“貨車底盤改裝客車”的初級階段后，現(xiàn)已成為汽車產(chǎn)業(yè)中的一個獨立的工業(yè)及產(chǎn)品體系。一汽等汽車集團均成立了客車及客車底盤的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售獨立的公司，我國100余個客車大、中、小型生產(chǎn)企業(yè)年銷售已超過250億元，并形成由10-15個客車企業(yè)組成領(lǐng)跑的“第一方陣”，其客車產(chǎn)銷量集中度己達(dá)70%以上。以我國為例，2000年公路客車的客運量、旅客周轉(zhuǎn)量分別占全社會客運量和旅客周轉(zhuǎn)量的91.2%和54.3%;與此同時，全國城市客車客運量達(dá)341.1億人次，全國各地的城市客車是城內(nèi)交通的根本命脈。2001年，我國汽車產(chǎn)品的構(gòu)成發(fā)生了歷史性變化：三大汽車產(chǎn)品的產(chǎn)銷量中，客車(含大、中、小、微型)年產(chǎn)銷量首次超過轎車、載貨汽車，而居前位。為了滿足人民群眾出行的需要，除了積極發(fā)展提供給個人使用的轎車外，我國以確定“發(fā)展公共交通為主”的道路交通指導(dǎo)方針。所以，客車的設(shè)計生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)廠家競爭存活和廣大乘客的生命安全，受到各方面的重視與關(guān)注，而且人們對客車的安全性、操縱性、動力性、經(jīng)濟性、舒適性的要求不斷提高?？蛙囌w骨架是客車車身最基本的結(jié)構(gòu)，起支撐蒙皮和內(nèi)外飾件、承載載荷的作用，決定著客車的安全性。統(tǒng)計資料表明，車身是客車自重和價格的主要組成部分，占客車自重和制造生本的40%-60%，通常它的重量又是底盤(含發(fā)動機)整備重量的0.8-1.2倍，所以影響著動力性、經(jīng)濟性、載客量。
公路和城市客運量的快速發(fā)展，促進了我國客車制造工業(yè)的快速發(fā)展。2001年，國內(nèi)客車制造企業(yè)共生產(chǎn)大中輕型客車26.5萬輛，占汽車總量的11.4%，為了盡快提高我國客車產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝水平，從“七五”開始，客車行業(yè)先后有幾十家投入基金進行技術(shù)改造，十余家企業(yè)與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的客車制造廠合資合作，引進先進的客車產(chǎn)品，制造技術(shù)，工藝設(shè)備，促進了可測的升級換代和產(chǎn)品制造質(zhì)量的提高，特別是我國客車大中型企業(yè)，緊緊依靠科技進步，瞄準(zhǔn)國際先進技術(shù)，產(chǎn)品的設(shè)計水平，開發(fā)水平，工藝技術(shù)與設(shè)備水平有了顯著的提高，部分大型客車企業(yè)的制造工藝及其工藝設(shè)備已經(jīng)接近或達(dá)到當(dāng)前國際水平。
經(jīng)過“七五”，“八五”和“九五“建設(shè)，客車工業(yè)作為汽車工業(yè)的一個重要組成部分，無論是客車的產(chǎn)量，品種，還是客車產(chǎn)品質(zhì)量和制造工藝水平都有了較大幅度的提高，基本上滿足了國名經(jīng)濟發(fā)展和旅客運輸?shù)男枰?，國?nèi)客車市場占有率90%以上，部分客車產(chǎn)品已打入了國際市場，形成了一批具有適當(dāng)經(jīng)濟規(guī)模，技術(shù)起點高，開發(fā)能力強和有一定競爭力的客車集團。
隨著計算機的普及應(yīng)用，我國客車企業(yè)的設(shè)計手段開始走向現(xiàn)代化已有落后的手工圖板設(shè)計發(fā)展到先進的CAD\CAE\CAM，以及利用計算機進行客車造型設(shè)計和三維設(shè)計，建立客車產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，增強了客車的開發(fā)能力，減少了設(shè)計周期，提高了企業(yè)在客車市場的競爭能力。
1.2.2 客車制造工藝的發(fā)展
改革開放以來，國家加大了客車企業(yè)的技術(shù)改造的支持力度，大中型客車企業(yè)通過國家立項，銀行貸款，企業(yè)自籌，和發(fā)行股票等方式籌集資金，“七五“，“八五“和“九五”期間分別投入技改資金7.2億元，15億元，和8億元，進行大規(guī)模的技術(shù)改造與技術(shù)引進，使國外先進的客車制造工藝，裝備和技術(shù)在客車企業(yè)得到推廣。
焊裝：1.研制成功先進適用的客車車身專用焊接裝備。這些設(shè)備結(jié)構(gòu)完善，配套齊全，使用方便，實現(xiàn)了車身焊接的胎具化，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和勞動生產(chǎn)力，減輕了工人的勞動強度，提高了焊裝過程的機械化，自動化水平。
2.焊接方法普遍采用了生產(chǎn)效率高，操作性穩(wěn)定的焊接質(zhì)量優(yōu)，使用成本低，適應(yīng)性強和易于實現(xiàn)機械化，自動化的CO2氣體保護焊。同時，為了確保車身外觀質(zhì)量，減少變形，單面雙點和雙面點焊電阻焊越來越多的在側(cè)蒙皮焊接上得到應(yīng)用。對一些特殊材料和鋁板，鋁型材，玻璃鋼等制成的骨架，蒙皮等，則采用氬弧焊，粘接等其他工藝裝配。
3.對象車身前圍和風(fēng)窗框這樣尺寸形狀精確要求較高的總成件，除了使用前圍焊接夾具外，為了保證裝配質(zhì)量，制作了風(fēng)窗框檢驗樣價，用來對風(fēng)窗框進行檢驗和整形，確保了風(fēng)窗玻璃的安裝精度。
4.焊接工序的安排，一般采取顯示焊裝生產(chǎn)流水線，完成六大片和白車身的焊裝作業(yè)，在主生產(chǎn)線外進行總成的焊接，工藝小車，滑撬等移動工具得到廣泛應(yīng)用，焊接工件的運輸實現(xiàn)了機械化。
5.采用可調(diào)式的車身，骨架焊裝胎具，能夠適應(yīng)客車車身的變化和品種多，批量小的生產(chǎn)特點，實現(xiàn)了車身骨架的柔性化生產(chǎn)。
1.3國外客車的發(fā)展概況及車身造型
1.3.1 車身造型
在車身造型方面具有如下新特點：
● 采用了電子倒車鏡，使整車顯得雍容華貴；
● 側(cè)窗有加大的趨勢，目前側(cè)窗設(shè)計高度達(dá)到或接近1200 mm，約為整個側(cè)圍高度的2/5；
● 前后保險杠逐漸失去"保險"作用，其外形和整個前后圍縱向特性線成為連續(xù)光滑曲線，使整車更顯得"干凈利索" ；
● 側(cè)窗造型一改過去的直立柱，多采用曲線立柱，使整車富于變化；
● 外形各異的燈具對整車外形"畫龍點睛"的作用；
● 重視細(xì)部造型，如輪罩，一改過去呆板的圓形形狀，輪罩的設(shè)計更注重和整車的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同時也更富于變化；
● 一些新的外飾件的采用，對整車的造型也起到了不同程度的作用。如側(cè)艙門采用鋁合金合頁或橡膠合頁，豪華客車多采用粘接式前后風(fēng)擋玻璃及側(cè)窗，也有的采用推拉式側(cè)窗；
● 其它外飾件的采用，如側(cè)標(biāo)志燈、側(cè)反射器、高位制動燈、示廓燈的布置以及車門的型式和布置都對整車的外形有不同程度的作用和影響。
● 狀的組合燈具，富于變化；車身高度增加，整車造型以小圓角過渡為主，各主要表面如前后圍等局部造型更富于變化，粘接側(cè)窗的采用使整車外表更加平整。
1.3.2 綜合性能
對于各種大中型客車，要求在安全、方便、快捷的基礎(chǔ)上，能更舒適、環(huán)保，充分體現(xiàn)以人為本的要求。用戶對客車的要求有低污染、低消耗、低地板(對城市客車)，價格適中以及高比功率(良好的動力加速性)、高安全可靠性、高舒適性、外觀優(yōu)美、合適的座位數(shù)等(即“三低”、“三高”等要求)
1.3.3 新技術(shù)
電腦技術(shù)：當(dāng)代客車如能在整車各個方面都由一個電腦模塊控制，并通過電腦模塊收集車輛各方面的使用信息和車輛的各種使用狀況，車輛整車性能將有一新的突破。
代用燃料發(fā)動機：城市客車將大量使用氣體燃料，其中主要是壓縮天然氣，另外混合動力客車也將越來越多。
制動性能：城市客車一般行駛于路況比較復(fù)雜的城市道路，制動系統(tǒng)的使用頻率很高，對車輛制動性能的要求也很嚴(yán)格，不僅要跑得快，而且要站得住，因此，ABS、ASR等裝置將成為標(biāo)準(zhǔn)裝備。
操縱性能：配置液壓轉(zhuǎn)向助力器、自動變速器等，以便于操縱，降低駕駛員的勞動強度，避免車輛起步、換擋時的沖擊，行駛平穩(wěn)，提高乘坐舒適性，而且還能提高傳動系統(tǒng)的可靠性，降低維修成本?？蛙嚨霓D(zhuǎn)向系統(tǒng)將盡可能采用吸能式轉(zhuǎn)向軸和方向盤，當(dāng)正面受強烈沖擊時，方向機轉(zhuǎn)向軸最大可移50mm，方向盤最大可變形50mm，最大限度地緩和內(nèi)部硬物對駕駛員產(chǎn)生的沖擊。
傳動系統(tǒng)：將安裝永磁式緩速器，此裝置在客車下長坡或由高速減速時，將發(fā)揮出非常穩(wěn)定的制動力，增強行駛時的安全感，還能減輕駕駛疲勞，延長制動摩擦片和輪胎的使用壽命。
1.3.4 新材料
各種適用于客車的新材料將不斷開發(fā)和利用，如高強度的車體骨架，并擴大非金屬材料及新型裝飾材料在車輛上的應(yīng)用，以適應(yīng)市場要求。
1.3.5 新工藝
客車制造商將不斷采用新工藝，例如將提高車身涂裝工藝標(biāo)準(zhǔn)，以便車身骨架防腐能力更強、外形更為美觀，逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的模具化，減少人為影響因素。 第二章 AUTO CAD 在6110型雙層客車設(shè)計上的應(yīng)用
2.1前言
客車是批量生產(chǎn)的復(fù)雜的機械產(chǎn)品。傳統(tǒng)的手工設(shè)計，從圖紙繪制到產(chǎn)品批量生產(chǎn)，一般需要5年時間。如果應(yīng)用計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)，可使新車開發(fā)周期由過去5年縮短為3年，汽車CAD系統(tǒng)支持方案設(shè)計，總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計等設(shè)計過程的各個階段。汽車CAD由5個基本功能模塊組成：造型，分析設(shè)計，自動繪圖，動態(tài)模擬，數(shù)控。自動繪圖AUTO CAD支持著詳細(xì)設(shè)計階段，是汽車CAD最重要的基礎(chǔ)。
2.2 AUTO CAD繪圖軟件介紹
AUTO CAD是屬于交互式計算機繪圖軟件包之一，使用簡單的交互方式，用戶可以輸入AUTO CAD命令，揭示及數(shù)據(jù)，通過計算機轉(zhuǎn)換成圖形顯示。
2.2.1 AUTO CAD繪圖軟件包的特性
（1）對話方式輸入信息，使用簡便，易學(xué)易懂；
（2）適用機種多；
（3）繪圖命令功能強大，并具備擴充能力；
（4）用途廣泛。
2.2.2 AUTO CAD系統(tǒng)的設(shè)備組成
AUTO CAD系統(tǒng)所需設(shè)備由計算機和附加于基本計算機之上的外部設(shè)備組成。
2.2.3 計算機
計算機是AUTO CAD 系統(tǒng)的核心部分，各種外部設(shè)備均連結(jié)在計算機上。AUTO CAD 系統(tǒng)可以使用各種不同類型的計算機，微型計算機，小型計算機，大型計算機均可。
2.2.4 外部設(shè)備
外部設(shè)備是用以完成各種特定功能。一個完整的AUTO CAD系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括以下幾種外部設(shè)備。
a)繪圖儀：繪圖儀是用以產(chǎn)生圖形的硬拷貝。最常用的繪圖儀有筆式繪圖儀，打印機式繪圖儀和靜電繪圖儀。
b)打印機：打印機是可以產(chǎn)生字符信息的硬拷貝。主要有點陣式打印機，字模打印機，激光打印機和噴墨打印機。
c)顯示器：顯示器用以監(jiān)視計算機的工作過程。AUTO CAD系統(tǒng)可以采用單色顯示器，也可以采用彩色顯示器。
d)輸入設(shè)備：如同文字處理系統(tǒng)需要有鍵盤輸入字母，數(shù)字和符號一樣，AUTO CAD 系統(tǒng)也需要輸入設(shè)備輸入命令，提示及數(shù)據(jù)。最常用的輸入設(shè)備有鍵盤，數(shù)字化儀，鼠標(biāo)，光筆。
2.3 用AUTO CAD 設(shè)計提高繪圖速度的方法
AUTO CAD二維繪圖軟件包可以畫各種圖形實體，具有進行圖形變換，賦予圖形屬性，編輯已有，提供字符及尺寸標(biāo)注等多種功能。當(dāng)客車設(shè)計人員使用AUTO CAD 繪圖軟件繪制圖形文件時，關(guān)鍵是AUTO CAD 系統(tǒng)進行二次開發(fā)，形成專業(yè)的繪圖環(huán)境，這樣在比較熟練的情況下，比手工繪圖要快4~5倍，為提高繪圖效率，在客車設(shè)計計算機輔助設(shè)計時，要用以下方法來提高繪圖速度。
2.3.1 建立常用符號庫
（1）開發(fā)形位公差標(biāo)注軟件。這些形位公差符號放在數(shù)字化儀上，可利用鼠標(biāo)隨時選取。形位公差符號如下：直線度，平面度，圓度，對稱度，平行度，垂直度，傾斜度，同軸度，同心度，位置度，線輪廓度，面輪廓度和跳動等。
（2）根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)制圖標(biāo)注符號。有斜度，錐度，粗糙度和方向號，剖切號，比例號，焊接符號等八類三十余種。
2.3.2 建立標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)型材庫
在原有AUTO CAD 通用軟件的基礎(chǔ)上，運用AUTO LIST 語言開發(fā)一些實用繪圖命令，使AUTO CAD 這一通用軟件更接近于專業(yè)化，以提高繪圖效率。這些實用繪圖命令包括：螺釘帽，螺栓帽，螺紋，平墊螺母，平墊螺栓聯(lián)接，彈簧墊螺母，彈簧墊螺栓聯(lián)接，向心滾子軸承，推力軸承，薄壁矩形管，角鋼。這些開發(fā)的繪圖命令都在數(shù)字化儀上，操作非常簡單，只要將鼠標(biāo)器對準(zhǔn)相應(yīng)命令的矩形框命令內(nèi)，即可拾取此命令，在根據(jù)顯示器的提示，輸入相應(yīng)數(shù)值，可畫出想要的圖形。
2.3.3 開發(fā)編輯命令
根據(jù)實際開發(fā)使用的編輯命令，要具有改層，設(shè)層，凍層，解凍，尺寸快及剖面線塊的釋放和插入漢字文件。這些實用編輯命令也布置在數(shù)字化儀上，操作簡便。2.3.4 開發(fā)實用尺寸標(biāo)注命令
它包括薄壁件，倒角，非對稱類公差，各種孔（光孔，螺孔，沉孔，錐孔等）標(biāo)注命令。這些尺寸標(biāo)注命令布置在數(shù)字化儀上，只要將鼠標(biāo)對準(zhǔn)相應(yīng)命令的矩形框內(nèi)，即可拾取此命令。
2.3.5 建立總成圖形庫
建立不同檔次車型的各總成圖形庫，以便在繪圖過程中靈活拼湊。將底架，側(cè)圍骨架，前后圍骨架，蒙皮，地板，乘客門，側(cè)窗，頂風(fēng)窗，座椅，行李倉及各種附件分車型設(shè)多級目錄，用標(biāo)準(zhǔn)圖號以文件形式存入計算機內(nèi)，形成專業(yè)的繪圖環(huán)境。由于客車設(shè)計的繼承性，許多圖紙大同小異，做同類設(shè)計時，就可以借用已經(jīng)存入計算機的各種圖紙，加以相應(yīng)的修改就可生成想要的新圖。
2.3.6 相關(guān)總成直接調(diào)用
在設(shè)計時，總布置和各個分總成一起采用計算機繪圖，相關(guān)總成可直接調(diào)用，從而減少不必要的重復(fù)工作，提高總體設(shè)計的效率。如繪制側(cè)圍蒙皮時要先畫出側(cè)圍骨架圖形，用計算機繪圖就可將已畫好的側(cè)圍骨架拷貝一份使用，節(jié)約時間，也避免了重復(fù)制圖可能出現(xiàn)的錯誤。
2.4 6110型雙層客車應(yīng)用AUTO CAD的設(shè)計優(yōu)點
a)精確。用AUTO CAD 作圖可以精確到小數(shù)點后面13位，邊界的標(biāo)準(zhǔn)比人工方法更可靠。
b)方便快捷。用AUTO CAD 繪圖時進行拷貝，編輯等工作，加快了繪圖速度。如6110型雙層客車乘客區(qū)座椅布置，用傳統(tǒng)的手工制圖需一個個地畫出每個圖，而AUTO CAD 可用ARRAY（陣列）命令畫出多個相同的實體。如果對系統(tǒng)進行二次開發(fā)，形成專業(yè)的繪圖環(huán)境。則繪圖速度更快。修改圖形只需要對有錯誤的部分重新編輯，其速度比手工快25倍。
c)圖面整潔，清晰。用AUTO CAD 技術(shù)作出圖形，因格式規(guī)整，線條均勻，字符優(yōu)美，整潔清晰，令人賞心悅目。
d)一致性。6110型雙層客車車型的制圖需要有很多繪圖人員共同參加，手工制圖會因個人繪圖風(fēng)格不同而達(dá)不到一致的效果，用AUTO CAD 技術(shù)由于使用的方法相同，使最后繪出的一套圖紙可以保持高度的一致性。
e)有利于客車設(shè)計的系列化，通用化。系列化，通用化設(shè)計是客車技術(shù)發(fā)展的方向，在搞好基礎(chǔ)車型的同時，發(fā)展不同檔次的變型產(chǎn)品，有利于客車底盤，總成，車身附件，附屬設(shè)備等配套產(chǎn)品的統(tǒng)一及定點生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。用AUTO CAD 技術(shù)設(shè)計變車型時，可有效縮短設(shè)計時間，提高了設(shè)計的效率。
AUTO CAD 系統(tǒng)用于客車設(shè)計從角度看已不存在問題，其關(guān)鍵是對軟件進行二次開發(fā)，形成專業(yè)繪圖環(huán)境，加速研究圖形掃描及識別技術(shù)，從而實現(xiàn)繪圖自動化。
第三章 6110型雙層客車車身骨架設(shè)計原則和依據(jù)
3.1 車身骨架的作用
車身骨架設(shè)計應(yīng)滿足車身剛度和強度要求，剛度不足，將會引起車身的門框、窗框，發(fā)動機艙口及行李箱口等的變形，導(dǎo)致玻璃破裂，車門卡死，低剛度必然伴隨有低的固有振動頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響，并削弱結(jié)構(gòu)接頭的連接強度，此外，還會影響到安裝在地架上的總成的相對位置，而結(jié)構(gòu)強度不夠則引起構(gòu)件早期出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂，車身裝配中，車身骨架是車身裝配的一個基礎(chǔ)，它的尺寸和形狀誤差直接影響車身裝配件的安裝，因此，在車身骨架制造中，必須對它的尺寸和變形進行嚴(yán)格的控制。
3.2本課題6110型雙層客車骨架的設(shè)計原則
6110型雙層客車根據(jù)要求采用半承載式車身，根據(jù)半承載式車的特點知其車身要承擔(dān)一部分的載荷從而適當(dāng)減輕車架質(zhì)量，所以在車身骨架設(shè)計中，首要考慮的關(guān)鍵是車身骨架的強度與剛度，同時還要滿足車身總布置的要求，使用環(huán)境以及市場定位的要求，所以設(shè)計中應(yīng)遵循以下幾個原則：
1.在保證車身骨架強度與剛度的要求下，滿足車身總布置的要求，如有沖突，二者必須協(xié)調(diào)解決；
2.保證有良好的加工工藝，以減少加工難度；
3.通過優(yōu)化設(shè)計，盡量減少車身骨架的重量；
4.在設(shè)計骨架總成結(jié)構(gòu)的形式時，應(yīng)充分考慮到其系列化變形的要求,降低成本，提高經(jīng)濟效率。
5.在保證總布置及強度條件下，盡可能降低成本，提高經(jīng)濟效率。
6110型雙層客車體骨架設(shè)計應(yīng)滿足車身剛度和強度的要求。剛度不足，將會引起車身的門框，窗框，發(fā)動機艙口及行李箱口等的變形，導(dǎo)致玻璃破裂，車門卡死；低剛度必然伴隨有低的固有振動頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響，并削弱結(jié)構(gòu)接頭的連接強度；此外，還會影響安裝在底架上的總成的相對位置。而結(jié)構(gòu)強度不夠則將引起構(gòu)件早期出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂。
大中型客車一般采用骨架式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)骨架一般由扭轉(zhuǎn)剛性很高的封閉斷面的矩形管構(gòu)成，因此強度和剛度較高，外蒙皮只起裝飾的作用。
其優(yōu)點是：改變客車外形比較容易；車門和窗的開口部可以增大；外蒙皮無鉚釘，可以實現(xiàn)較漂亮的外觀；采用合理的設(shè)計（優(yōu)化）可以減輕重量。
缺點：所有零件均由焊接裝配，焊接質(zhì)量不易掌握；型材防腐難度較大。
整個骨架分為前圍、后圍、左側(cè)圍、右側(cè)圍和頂蓋五大部分。
前圍骨架——客車前面車身的骨架，供安裝儀表板、前燈具、保險杠、雨刮、前風(fēng)窗等；
后圍骨架——客車后面車身的骨架，供安裝后風(fēng)窗、后門、后保險杠、后燈等；
頂蓋骨架——車身頂蓋的骨架，將前后、左右骨架連在一起構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)。同時，供安裝空調(diào)部件、通風(fēng)窗、燈具、行李架等附件；
車身頂蓋的特點：
1）連接側(cè)圍，協(xié)同側(cè)圍一起工作；
2）車身受扭時，頂蓋主要以剪切變形為主；
3）具有安裝頂窗、行李架、頂燈、空調(diào)裝置、揚聲器、扶手等開口；
4）與側(cè)圍、前后圍、地板一道構(gòu)成車室空間整體。
重視頂橫梁的弧度。在其它條件不變時：適當(dāng)?shù)幕《瓤梢愿淖冘嚿頇M斷面的扭心高度，降低車頂蒙皮所受到的剪力流，從而降低窗立柱彎矩；但弧度過大會使頂蓋的水平抗剪剛度減小。
左側(cè)圍骨架——客車左側(cè)面車身的骨架，供安裝側(cè)窗、司機門、行李艙門等；
右側(cè)圍骨架——客車右側(cè)面車身的骨架，供安裝側(cè)窗、乘客門、行李艙門、廁所門等。
車身的側(cè)圍，與車架結(jié)合，構(gòu)成了保證車身必要的彎曲剛性的主元。
特點：按結(jié)構(gòu)需要必須開設(shè)車門、車窗及輪拱等開口； 主要承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。要求：保證車身功能性——門、窗等； 保證足夠強度和剛度。
3.3 本課題骨架的設(shè)計依據(jù)
總長：8965mm
總寬：2400㎜
總高：3150㎜
軸距：4250㎜
前懸：1990㎜
后懸：2720㎜
車輪半徑：437㎜
低地板高度：785㎜
高地板高度：1030㎜
前乘客門寬度：800㎜
后乘客門寬度：1100mm
在各種設(shè)計過程中，設(shè)計依據(jù)是必要的，必不可少的。因為任何設(shè)計都不可能憑空想象，所以車身骨架設(shè)計也應(yīng)該有相應(yīng)的設(shè)計依據(jù)：
1. 依據(jù)底盤圖所給的各種主要參數(shù)來完成車身骨架設(shè)計；
2. 依據(jù)車身的總布置和相關(guān)尺寸來完成車身骨架設(shè)計；
3. 滿足客車的各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，法規(guī)和技術(shù)要求。
第四章 各種車身骨架結(jié)構(gòu)形式分析
4.1 6110型雙層客車客車車身結(jié)構(gòu)型式分析
出于各種不同的目的和要求，汽車的品種很多，車身的形式各異，特別是隨著時間的推移和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)計經(jīng)驗和使用實踐日益豐富，結(jié)構(gòu)上不斷推陳出新，雖然他離不開結(jié)構(gòu)的繼承性，但是新老結(jié)構(gòu)型式交織在一起，難以確切下定義和予以統(tǒng)一命名。按用途及承載形式可如下區(qū)分。
4.1.1按用途分類
客車按用途不同，可以分為：旅游客車、城市客車、長途客車和專用客車幾大類。
4.1.2按承載形式分類
可分為：承載式、非承載式和半承載式車身三大類。
1、非承載式車身（有車架式）
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(dāng)汽車在崎嶇不平的路面上行駛時，車架產(chǎn)生的變形由橡膠墊的撓性所吸收，載荷主要有車架承擔(dān)。這種車身結(jié)構(gòu)應(yīng)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(zhuǎn)引起的載荷?？煞譃榭蚴健⒓沽菏?、綜合式三大類。
非承載式車身的優(yōu)點：
1）除了輪胎和懸架系統(tǒng)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(dāng)吸收車架所受的扭轉(zhuǎn)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(yè)化協(xié)作；
3）由于有車架作為整車的基礎(chǔ)，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(fā)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(shè)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(dǎo)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(zhì)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(fù)雜昂貴的制造設(shè)備。
2、半承載式車身
半承載式車身是一種過渡性結(jié)構(gòu)，將車身與車架剛性相連，車身承擔(dān)部分載荷，從而適當(dāng)減輕車架質(zhì)量。車身骨架（立柱）的下端與底架縱梁兩側(cè)懸伸的橫梁（俗稱牛腿）剛性相連。這種結(jié)構(gòu)的特點是：車身下部與底架組合為一整體，車身也能分擔(dān)部分彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。但由于仍保留底架，大客車的輕量化受到一定限制。
3、承載式車身
為進一步減輕自重及使車身結(jié)構(gòu)合理化，在大客車和轎車上采用無車架的承載式結(jié)構(gòu)。根據(jù)大客車車身上、下部受載程度的不同，又分為基礎(chǔ)承載式和整體承載式兩種。
（1）基礎(chǔ)承載式
這種結(jié)構(gòu)是將車身側(cè)圍腰線以下部分設(shè)計成主要承載件，車頂則考慮為非承載件。這種結(jié)構(gòu)的底部縱向和橫向構(gòu)件一般可用異形鋼管、薄壁型鋼或薄板制造，高度可達(dá)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(jié)構(gòu)的地板離地距離大，適用于長途客車和旅游客車。
根據(jù)國內(nèi)外車身發(fā)展現(xiàn)狀，基礎(chǔ)承載式主要使用格柵式車身骨架（基礎(chǔ)承載式），它的特點是：
1）該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的有限元計算模型，從而可以提高計算精度；
2）允許設(shè)法變動桿件數(shù)量和位置，有利于調(diào)整桿件中的應(yīng)力，從而可以達(dá)到強度設(shè)計的目的；
3）作為基礎(chǔ)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(guān)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(yīng)，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(gòu)件的成型的過程，又能節(jié)省部分沖壓設(shè)備，同時也便于大客車的改型與系列化，為產(chǎn)品多種生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。
（2）整體承載式
這種結(jié)構(gòu)整個車身都參與承載，又名為全承載式車身結(jié)構(gòu)。車身的上、下部結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體，在承受載荷時，會自動調(diào)節(jié)、以強濟弱，使整個車身殼體達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。通過理論分析和結(jié)構(gòu)上深入研究，發(fā)揮材料的最大性能，設(shè)計成強度的空間結(jié)構(gòu)，從而使車身的質(zhì)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(zhì)量都會有所增加；
2）改型比較困難。
據(jù)統(tǒng)計，6110型雙層客車車身的質(zhì)量約占整車質(zhì)量的40%-60%，車身成本的百分比有的已經(jīng)超過來了50%。因此，車身設(shè)計技術(shù)的先進與否不僅影響汽車本身的結(jié)構(gòu)性能，而且還對汽車的節(jié)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(fā)中人存在著相當(dāng)多的關(guān)鍵技術(shù)亟待研究解決。正因為如此，我國在“九五”期間就將車身開發(fā)技術(shù)列為重點攻克的課題之一。
6110型客車車身骨架是客車的主要承載部件，是整車的基體。其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接關(guān)系到這個車的使用性能。在結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(chǎn)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(zhì)量要盡量輕，以達(dá)到節(jié)能節(jié)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(shè)計中日益關(guān)心的問題是實現(xiàn)車身輕量化，降低成本，提高整體承載能力的主要途徑。
6110型雙層客車車身屬于整體承載式車身。全承載技術(shù)的運用、骨架的有限元分析，實現(xiàn)整車輕量化，輔之傳動系統(tǒng)的合理匹配，保證了被動安全性能，延長了整車的使用壽命。
第五章 6110型雙層客車車身骨架主要尺寸及結(jié)構(gòu)形式確定
5.1.車身骨架材料及型式
薄壁桿件的截面形狀對其截面特性有很大的影響，與剛度有關(guān)的截面特性是彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩等。薄壁桿件的截面形狀可分為閉口和開口兩類，它們的截面特性有較大的差別。在材料面積和壁厚保持不變的情況下，閉口截面的抗彎性能稍次于開口截面，但閉口截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩要比開口截面大得多了。
因此，從提高整個6110型雙層客車車身和構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度出發(fā)，宜多采用閉口截面，但是還需要考慮構(gòu)成截面的其他因素，如結(jié)構(gòu)功能、配合關(guān)系以及制造工藝等等。因此，實際車身骨架構(gòu)件的截面形狀往往是比較復(fù)雜的。
5.2結(jié)構(gòu)形式設(shè)計
5.2.1左右側(cè)圍骨架設(shè)計與分析
左右側(cè)圍骨架是6110型雙層客車車身結(jié)構(gòu)的主體部分，其側(cè)窗下沿部分為主要承載部件，它將車身和底架兩側(cè)外伸梁連接成整體。因此從理論上著手，以發(fā)揮材料最大潛力，就有可能設(shè)計出等強度的空間結(jié)構(gòu)，使車身質(zhì)量輕，而強度和剛度較大。左右側(cè)圍骨架的斜撐結(jié)構(gòu)大大改變了平行布置結(jié)構(gòu)的滑移變形和底架變形。這一點在工程結(jié)構(gòu)上三角形桁架上得到充分證明。左右側(cè)骨架受載時上下左右互相制約，可有效提高車身結(jié)構(gòu)的強度和剛度。實踐證明：斜撐結(jié)構(gòu)可使斜撐彎矩下降85%～94%，軸向力增加126%～202%，窗立柱總應(yīng)力下降40%，大大改善窗柱的強度。采用斜撐結(jié)構(gòu)可使骨架式車身結(jié)構(gòu)的側(cè)圍構(gòu)件的彎矩減小，軸向力升高，窗立柱應(yīng)力下降，可充分利用材料的力學(xué)特性，有效提高結(jié)構(gòu)的強度和剛度。缺點是軸間開門的車身結(jié)構(gòu)可使車身剛度不均勻升高，車門處應(yīng)力升高，所以應(yīng)注意對車門處的加強，從而保證車身扭轉(zhuǎn)剛度分配均勻。需要補充的輪罩和乘客門區(qū)域，前后輪罩區(qū)域相對于整個側(cè)壁，剛度削弱。所以此處更應(yīng)加強。乘客門的設(shè)置，使側(cè)壁強度和整車抗扭剛度大大削弱，所以建議將乘客門前立柱與前圍立柱并焊，分散應(yīng)力集中。在設(shè)計骨架區(qū)的結(jié)構(gòu)時，其縱橫短梁要分部勻稱，間隙不能太大，否則受力太大，斷裂的危險性隨之增加，所以應(yīng)正確設(shè)計骨架間的跨度。
根據(jù)總布置所給參數(shù)綜合分析，門立柱所受到的應(yīng)力比較的大，要保證粘貼玻璃，所以門立柱要選用斷面尺寸較大的矩形鋼——50×40×1.75mm，同時前門立柱與底架的外撐梁連接。與前圍的連接問題上，選用相同的型材——50×40×1.75mm來與前圍的右立柱焊接，它的曲線和前圍右立柱的曲線相同。側(cè)窗立柱之間的距離是1430mm，為保證有封閉環(huán)，而使門立柱直接和輪拱立柱對齊，使得第一個窗戶寬度為1450mm。窗立柱的放置和斷面的選擇要考慮玻璃的安裝，把窗立柱的斷面尺寸選擇為50×40×1.75mm，使窗立柱的里端與側(cè)窗下邊梁的里端平齊放置，窗立柱的外端與下邊梁的外端有10mm的距離，用來安裝玻璃。側(cè)窗下邊梁是鋼質(zhì)材料的側(cè)圍骨架結(jié)構(gòu)的主要承載單元，因此它的斷面尺寸須要選擇較大的——50× 50× 2mm。側(cè)窗的上邊梁要與頂蓋相焊接，考慮使用的鋼材——50×50× 1.75mm。前后輪拱立柱的位置要考慮車輪的因素，左右輪拱立柱要距輪胎外邊緣水平70~80mm，輪拱上橫梁要求距離輪胎外邊緣垂直110~120mm，同時與作底架設(shè)計的同學(xué)協(xié)調(diào)位置關(guān)系，最后確定了車輪拱立柱和上橫梁的位置：輪拱的上橫梁距側(cè)圍最底端892mm。由于輪拱立柱的開度要放置斜撐，斜撐的斷面尺寸為40× 40× 1.75mm。側(cè)圍的第一橫梁和第二橫梁與底架連接，斷面尺寸為40× 40× 1.75mm?？偛贾么_定的客車的離去角是11度，依照此設(shè)計客車的后下裙邊梁.
5.2.2 前、后圍骨架設(shè)計與分析
由于本車的曲面構(gòu)件較多，對加工工藝有一定的要求，在確定構(gòu)件結(jié)構(gòu)的尺寸是要考慮盡可能采用統(tǒng)一規(guī)格的矩形管，并在圓弧過渡上采用統(tǒng)一曲率半徑。
前圍骨架的設(shè)計主要是根據(jù)總布置的前視圖和側(cè)視圖來確定的。前圍的左右立柱要與左右側(cè)圍骨架的第一立柱相焊接，它們的斷面尺寸選擇——50×40×1.75mm，它們的曲線和前窗玻璃的曲線是一樣的。前風(fēng)窗上沿梁在俯視圖上的曲線和風(fēng)窗玻璃的俯視曲線的相同，在側(cè)視圖上的曲線和風(fēng)窗玻璃的側(cè)視曲線的相同，斷面尺寸選擇為40×30×1.75mm，高度和風(fēng)窗玻璃的高度一樣。前圍橫梁的高度根據(jù)客車前燈的高度來確定，它的俯視曲線和客車前部外廓俯視曲線相同，斷面尺寸選擇為40× 40× 1.75mm。風(fēng)窗下沿梁與橫梁3、橫梁2與橫梁1之間為了增加結(jié)構(gòu)強度，必須放置短立柱，短立柱的斷面尺寸選擇為30×30×1.75mm。橫梁2與橫梁1之間的短立柱要根據(jù)前車燈的寬度來確定，使的燈具能夠放進去。風(fēng)窗下沿梁與橫梁2之間的短立柱則要考慮進風(fēng)裝置的寬度及位置和雨刮器的安裝。
后圍骨架的設(shè)計要根據(jù)客車的尾部進行。從總布置畫的尾部圖分析可知，尾部上要放置后車窗、發(fā)動機艙門、車燈。后圍左右立柱要與左右側(cè)圍尾立柱相焊接，斷面尺寸選擇為50×40×1.75mm，它的曲線和客車整車側(cè)圍曲線相同。俯視的曲線和整車后部俯視曲線相同，側(cè)視曲線和后窗上部曲線相同，斷面尺寸選擇為50×40× 1.75mm。后窗下橫梁的位置在后窗玻璃下端低一點，水平放置，斷面尺寸50×40× 1.75mm，它的曲線和整車尾部俯視曲線相同。后窗左右兩邊各設(shè)置一根立柱，端面尺寸選擇為40×30×1.75mm?？偛贾酶鶕?jù)發(fā)動機確定了發(fā)動機艙門的大小和位置。沿發(fā)動機艙門的上沿放置短橫梁，斷面尺寸選擇為50×40×1.75mm，它的曲線和客車尾部俯視曲線相同。以上三根橫梁都是不斷開的，兩端與后圍左右立柱焊接在一起。
我設(shè)計的前后圍如圖：
圖：前后圍
5.2.3 頂蓋骨架設(shè)計與分析
本車為中型長途客車，頂蓋部位設(shè)有空調(diào)和一個安全窗口。因此，應(yīng)留出其位置，使其能夠安裝上去，故在設(shè)計頂蓋的中間縱梁時，可以根據(jù)安全窗和空調(diào)的尺寸確定。
頂蓋的設(shè)計比較的復(fù)雜。首先，頂蓋根據(jù)側(cè)窗立柱的數(shù)量，先確定為六根，位置和窗立柱的位置相對應(yīng)，以形成一個環(huán)，以利于力的傳遞。由于頂蓋的受力較大，頂蓋橫梁的斷面尺寸選擇較大的——50×40×1.75mm，它們的曲線和客車頂部的曲線相同。接著，考慮空調(diào)的安放，空調(diào)的尺寸設(shè)計為3000× 1800，斷面尺寸選擇為40× 40× 1.75mm。根據(jù)國家安全法規(guī)的要求，在頂蓋上布置通風(fēng)窗兼安全窗，我根據(jù)各種資料選擇了通風(fēng)窗的尺寸為750×750mm。同時考慮燈的安裝以及行李架。
第六章 6110型雙層客車車身骨架強度計算
6.1車身結(jié)構(gòu)受載分析
理論分析和實踐表明，對于6110型雙層客車全承載車身，彎曲強度的強度問題重點是底架，而扭轉(zhuǎn)工況時的強度問題的重點是在骨架，特別是在門立柱、窗立柱等部位。6110型雙層客車車身不開門一側(cè)側(cè)壁的抗彎剛度是很大的。在前、后軸中間開門會使側(cè)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。
6110型雙層客車整個骨架總成中，最易發(fā)生破壞的是：(1)骨架和縱梁的交叉點；(2)橫梁和立柱的連接點；(3)橫梁和縱梁斷面的變化處；(4)縱梁和橫梁的開孔處；(5)立柱和橫向桿件的交接點；(6)車輪外側(cè)立柱和橫向桿件的交接點；(7)窗框、門框、風(fēng)窗和后窗四角處。
在骨架的設(shè)計中，如果不注意消除以上這些部位的應(yīng)力集中，就會造成車架在使用過程中損壞。
實踐表明，客車車身骨架損壞的最大危險應(yīng)力是由于車身受扭矩時的斜對稱載荷所引起的。斜對稱載荷之所以危險是因為有薄壁桿件（特別是在開口截面）構(gòu)成的超靜定空間結(jié)構(gòu)受扭矩時其個別桿件急劇變形所致，當(dāng)薄壁桿件兩端被剛性固定而產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)時，將會是正應(yīng)力增大。
6110型雙層客車車身骨架的最薄弱環(huán)節(jié)，是在軸距范圍內(nèi)的乘客門立柱及近鄰窗立柱的上下部位，當(dāng)客車在不停的加速或減速的過程中，乘客以手支撐在扶手上或是在力主或窗立柱上，使車身受扭，整個剪力流匯總以后形成的力會使頂蓋側(cè)邊梁相對于裙部梁產(chǎn)生位移。這時，窗立柱和門立柱都將承受縱向彎曲變形，當(dāng)變形達(dá)到一定限度時，便會在側(cè)窗上下角和車門上角產(chǎn)生橫向裂紋，這種損壞現(xiàn)象已為大量的事實所證實。
當(dāng)客車以較高的車速急轉(zhuǎn)彎時，各個立柱受到乘客的力使受到橫向的壓力。用彈簧拉力隨車的實測結(jié)果表明，當(dāng)6110型雙層客車急轉(zhuǎn)彎時(最大的力心加速度不大于0.4g)，人手作用在立柱上的瞬時最大壓力不會超過30%。故此，立柱的橫向抗彎剛度可以得到保證。
從結(jié)構(gòu)和使用角度來考慮，我們關(guān)心的是使構(gòu)件出現(xiàn)最大應(yīng)力的載荷工況。當(dāng)然，構(gòu)件不同出現(xiàn)最大應(yīng)力的工況也有所不同，所以在確定研究的載荷工況時，既要考慮代表性，又要考慮特殊性。
窗立柱和門立柱還會不會產(chǎn)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(xiàn)這種現(xiàn)象。因為諸立柱只有在汽車以較高車速急轉(zhuǎn)彎時的情況下，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(xiàn)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(jié)果表明，當(dāng)6110型雙層客車急拐彎時（此時最大離心加速度≤0.4g，否則汽車將會側(cè)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。
6.2車身骨架強度計算
6.2.1車身扭矩計算
一、車身扭轉(zhuǎn)計算
首先計算大客車在不平道路上行駛時前軸所受到的扭矩M
M=R1× (B’/2)/nd
式中 R1——前軸載荷，N；
B’——前輪輪距，cm；
nd——動載荷系數(shù)。
由于前輪上所受的載荷實際上是通過輪胎和懸架傳遞到車身上去的，所以，在計算車身上受的扭矩時，還必須考慮輪胎、彈簧和車身的變形等因素。前軸受扭的最嚴(yán)重工況莫過于一輪騰空（此車輪上的反力為零）另一輪被抬高，抬高的高度h0之值由輪胎變形ft和車身在軸