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汽车车身结构与设计课件02-2-车身设计特点及方法.ppt

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汽车 车身 结构 设计 课件 02 特点 方法
资源描述:
现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段3. 技术设计技术设计是在汽车造型评审通过并冻结后进行的结构方面详细的设计工作。,技术设计,三维结构设计,,二维工作图设计,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段3. 技术设计车身三维结构设计要确定系统、部件(总成)和零件的结构。零件设计是产品设计的根基,进行零件设计时:首先,要考虑这个零件在整个部件中的功能和要求;其次,为了满足这个要求,零件应选用什么材料和应设计成什么形状(与造型有关的型面由造型线图提供);最后,零件如何与部件中的其他零件相互配合和安装。,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段3. 技术设计设计师需要把所设计的三维结构用二维工程图表达出来。二维工程图是设计师与企业中的工艺师、技工和其他人员交流的“工程语言”。在设计时,设计师执行国家制定的相关法规和标准,对于出口产品,还必须执行国外的标准,如ISO、SAE、JIS、EEC、ECE等标准。,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段3. 技术设计二维工程图绘制完成后,需要将零件和部件按照它们所属的装配关系编成“组”及其下属的“分组”号码。每个部件、零件及其工程图都给定一个编号,以便于对全部工程图进行管理。目前,企业中用得较多的是工程零件报表(Engineering Bill of Material-EBOM)。,工程零件报表(Engineering Bill of Material-EBOM),现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段3. 技术设计工程零件报表(Engineering Bill of Material-EBOM),它提供很多信息,包括零件名称、图号、数量、层级、材料、料厚、工艺、类型以及试制信息、二次开发信息、生产信息等。EBOM是一种动态文件,随着产品开发的不断深入而进行不断的调整,以满足各部门对实时动态信息的需求。,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段4. 产品试制产品试制是产品开发过程中相当重要的一个验证环节。根据验证的目的不同,试制的方式和样车(件)的形式也不同。产品试制分为三个阶段:,,设计试制,试验试制,,生产前试制,,A样车(件),,B样车(件),,C样车(件),指能够用于功能验证的样件,一般是由非生产工装制造、非生产线生产的零部件,指能够用于性能验证的样件,一般是由生产工装制造、非生产线生产的零部件,指能够用于技术认可的样件,可满足批量生产的要求,用于可靠性、耐久性试验,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段4. 产品试制根据产品的材料和工艺不同,车身试制,内、外饰件试制,,白车身试制,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段4. 产品试制由于先进制造技术的发展,车身试制以CAD/CAM/CAE为技术支撑,以快速原型技术(Rapid Prototyping-RP)与快速模具为主要手段,配备多功能五轴激光加工工艺装备和三坐标测量设备与分析系统,实现了车身试制的快速、精确和产业化。由于快速成型制造技术可在短期内迅速完成满足用户需求的一定批量的产品,大幅度降低新产品开发研制的成本和投资风险,所以在小批量、多品种和改型快的现代制造模式下,具有强劲的发展势头,同时也成为车身试制的主要手段之一。,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段5. 产品试验产品试验是产品验证的重要环节。根据试验对象的不同,车身试验,整车试验,,白车身试验,系统试验,零部件试验,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段5. 产品试验根据试验对象的制造状态不同,,车身试验,A样车(件)试验,,B样车(件)试验,C样车(件)试验,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段5. 产品试验根据试验验证目的的不同,,车身试验,性能试验,,可靠性试验,试验类型不同,试验项目、试验依据、试验规范和评价准则也不尽相同。,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段5. 产品试验车身试验流程比较简单,大体可分为以下几个步骤:,,1)试验准备,2)安装调试,,确定试验方案,准备试验条件,设计夹具以及准备样件。,按规定条件安装试件,调试设备。,3)试验条件评审,对试验现场的安装、加载和测试条件进行评审,,4)进行试验,对样件进行性能测试,记录数据,,5)数据分析及报告,对试验数据进行整理分析,编写试验报告,,6)报告评审,评审报告的规范性和数据正确性,,7)报告入库,试验报告存入PDM数据库(Product Data Management)试验结束,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段6. 生产准备经过若干轮(一般为两轮)产品试制和试验后,设计最终冻结,意味着产品生产准备全面启动。,生产准备,制造确认,,批量生产确认,,要求生产部门对所有生产设备完成调试并确认合格,要求生产部门确认生产能力可满足生产纲领,并且在生产准备阶段进行试生产,完成所有试生产车辆的生产,解决遗留的生产问题,为全面批量生产作好充分的生产准备,,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段6. 生产准备生产准备阶段将涉及以下几方面的工作内容:1)持续地对市场/竞争对手进行评估,更新并确认市场推广计划,制定维修备件及售后服务计划。2)完成两轮验证样车的试制和试验工作。3)对验证样车进行评估,更新车辆的性能、可靠性和耐久性。4)完成产品公告、环保目录的准备及上报工作。,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段6. 生产准备生产准备阶段将涉及以下几方面的工作内容:(续)5)完成工艺变更或工程设计变更。6)确认所有内部、供应商生产设施和工艺都经过调试并具备足够的能力。7)持续性控制项目成本,并监督项目收益的变化。8)在满负荷生产率条件下,验证所有子公司和供应商的生产工艺。,现代车身产品开发流程,车身产品开发阶段6. 生产准备生产准备阶段将涉及以下几方面的工作内容:(续)9)确认所有的物流和生产控制系统都能正常并充分运作。10)对生产的整车质量进行评审,并确认其满足项目的质量目标。11)最终确认整车的销售价格,并确认市场发布工作准备就绪。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容1. 车身造型2. 车身结构可行性研究3. 三维结构设计4. 二维工程图设计5. CAE计算及验证,6. 车身试制7. 车身试验8. 工艺支持9. 绿色设计,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容1. 车身造型车身造型主要包括以下几方面的工作:1)草图构思2)效果图设计3)胶带图设计4)CAS设计,5)模型制作6)模型测量7)线图设计,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型1)草图构思在产品策划阶段,根据产品的前期定位、市场需求和技术描述,从造型角度进行创意构思和造型定位。根据目前同类车型的对标情况,总结出造型的发展趋势,并结合假想用户的审美情趣,确定主要的造型元素和风格。** 这些都是效果图设计的基础。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型1)草图构思(续)新型轿车的构思是在旧款车或其他车辆的基础上借鉴、继承和改进而形成的,其中包括消费者对汽车的意见和期望。每年世界各地的各大车展、市场的信息反馈等,都是设计开发部门资料信息的来源。品牌轿车4S( Sale, Spare-part, Service, Survey)专营销售中, Survey作用之一就是为厂家开发新产品提供依据。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型1)草图构思(续),第六代雅特草图,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型2)效果图设计设计师将造型设计用效果图反映在画面上,有整车的形状、色彩、材质及反光效果等,作为开发人员造型构思和初步选型的参考。效果图由具有工业造型技术能力的开发人员完成,采用水彩、彩色铅笔、素描或CAD等方式绘制。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型2)效果图设计(续),车身效果图,车身外形效果图,,车身内饰效果图,,表现车型前面、侧面和后面三者的关系,同时也要表现车门外手柄、外后视镜、刮水器臂、车牌位置等结构细节,主要表现出仪表板、中控台、门护板、座椅及相互之间的空间位置等,,一般情况下,效果图设计要经过三轮设计和选择,并以最终的唯一的方案作为造型信息来指导CAS设计和模型制作。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型3)胶带图设计胶带图,指用不同宽度和不同颜色的胶带在标有坐标网格的白色图板(一般为薄膜图)上,粘贴上模型轮廓的曲线和线条,将汽车整个轮廓、布置尺寸、发动机位置、车架布置及人体样板都显示出来。由于胶带可以随时粘贴或撕下,因此胶带图可以随时修改,十分方便。设计人员根据胶带图进行修改和调整后,轿车的轮廓曲线就基本确立了。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型3)胶带图设计(续)胶带图是1:1全尺寸,便于型线和尺寸的研究和确认。在胶带图设计期间,造型师、工程师和模型工可就造型和结构方面的可行性进行实时的交流和沟通,并最终达成一致。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型4) CAS设计20世纪70年代,计算机辅助设计进入汽车造型设计领域,目前是国内外整车厂进行汽车造型设计的常规手段。CAS设计的主要工作就是对造型表面进行数学建模。进行CAS建模需要提供效果图、三视图、边界(局部改进时与新设计曲面相邻的曲面或边界线)等必备条件,并且要满足法规项目和结构控制条件的要求。,CAS设计过程中需要考虑的法规项目和结构控制条件,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型4) CAS设计CAS模型要准确地表达轮廓线、特征线以及曲面间的相互关系;表面顺畅,曲面结构简洁、准确。在CAS设计过程中,CAS设计人员应该与造型设计师、结构可行性研究人员共同对模型进行确认,包括①是否表达了设计创意。②是否满足了法规要求。③是否具备工程可行性。根据CAS模型的用途不同,要对数字模型进行不同程度的模型细化。,CAS模型的输出格式,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型5) 模型制作这是造型过程中最重要的一个环节,对于一些特别重要的车型,在前期还需制作小比例模型;现在由于多采用VR虚拟表达,可在后期直接制作1:1全尺寸模型。模型的材料主要分两大类:油泥和树脂EPWOOD,油泥模型多以手工制作为主,树脂模型多以数控铣加工。模型的轮廓曲线和尺寸都是按照严格的要求制作出来,设计人员可以对车身表面的细节部分进行比较和修改。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型5) 模型制作模型制作的依据是效果图、胶带图及总布置图,制作流程大体可分为骨架制作、模型粗敷、模型精刮和模型装饰。首先根据胶带图完成留有合适余量的骨架,再完成油泥的添加及理论面的刮削,然后完成油泥表面的精确制作,最终进行仿真装饰及仿真件的安装。目前,对模型仿真程度的要求越来越高,车轮一般那会用真轮胎和真轮辋,灯具和一些附件一般也都是实物或高仿真物。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型6) 模型测量和线图设计通过三坐标测量仪对全尺寸模型进行测量,得到模型上离散的点集(点云、ASCII或STL文件),将点集数据输入计算机,通过专门的CAD设计软件建立整个车身的表面数学模型(这个过程称为线图设计),以供工程设计人员用来进行详细的三维结构设计。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型6) 模型测量和线图设计线图设计分为以下几个步骤:①分析及处理测量数据。②提取并编辑特征线及主断面线。③确定构造曲面模型的框架、分块及分缝线。④创建四边界主曲面。⑤对主曲面进行光顺检查。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型6) 模型测量和线图设计线图设计分为以下几个步骤:(续)⑥构造多个相邻的曲面片。⑦构造造型特征区域及圆角区域。⑧对曲面模型进行整体检查及调整。⑨对曲面模型进行最终的完善。⑩对曲面模型进行评审。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容车身造型6) 模型测量和线图设计线图数据的评判准则:①车身A级曲面数学模型与造型模型要具有准确的吻合度。②车身A级曲面数学模型曲面要具有高质量的光顺性。③车身A级曲面数学模型各部件间结构的准确性要满足输入的各项条件及要求。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究车身结构可行性研究,指以满足车身开发目标并服务于车身造型的结构可行性研究、构思及布置等活动的总称。车身结构可行性研究的输出以二维方案图和三维数据的形式表达,综合体现结构、材料、工艺(制造工艺和装配工艺)等方案信息,是后续工程设计的指导性文件。,针对造型阶段的输出对象(胶带图、CAS数据、实物模型),按照产品策划阶段定义的各总成性能指标和技术要求,通过初步的结构分析和布置,确定总成零件的总体构想和方案,并最终判断造型方案是否可行。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究根据可行性研究对象的侧重点不同,,车身结构可行性研究,造型可行性研究,,工程可行性研究,,指从效果图开始至全尺寸模型装饰前所进行的可行性分析工作,指从模型主形体确定至B级表面数据完成所进行的详细的结构方案可行性分析工作。,,造型可行性研究与造型设计是互动的、并行的。,是在造型可行性研究的基础上进一步修正和细化结构方案,并作为三维结构设计阶段的技术输入,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究1)提供给造型的控制条件,主要涉及以下几个方面:①整车和电气/电控条件(包括产品描述、功能要求、轮廓尺寸和空间布置等信息)。②车身设计控制硬点。③人机工程布置。④关键结构节点(接头)和断面的初步描述。⑤车身功能部件的空间布置要求。⑥车身初期产品的总体描述。,**电气控制条件涉及组合仪表、熔丝及控制器盒、电控单元、功能开关(形式及数量)、收放机、扬声器、各种灯具的灯舱尺寸及调整要求等。,**其中整车条件一般涉及发动机和附件、散热器、车架、转向器、轮胎规格和跳动量、接近角、车身室内操纵部件和随车工具等,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究2)提供给车身结构可行性研究的输入条件①产品策划定义报告,包括产品配置表、车身关键硬点尺寸、各总成及部件的主要性能指标、总成目标成本和重量、对标分析报告以及业主需求等。②相关的整车和电气控制条件,包括轮廓尺寸、位置要求和使用要求(如操控、拆装方便性等)。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究2)提供给车身结构可行性研究的输入条件(续)③效果图、胶带图、CAS、内外模型点云(带断面)及B级表面数据。④造型阶段的间隙圆角图、内外饰件花纹方案。⑤各总成控制条件、要实现的主体功能。⑥所遵循的相关标准法规。⑦以往项目的知识积累和质量记录。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究3)车身结构可行性研究的输出应表达出零件的主体结构、连接方式、配合关系、空间布置关系和运动关系等详细结构方案信息。这些结构方案信息应能满足总成零件的设计目标(性能、功能、装配、工艺和使用),并能达到指导零件详细结构设计的目的。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究3)车身结构可行性研究的输出具体来说,车身结构可行性研究输出包括以下内容:①各总成产品描述。②EBOM表③车身总布置图④三维结构设计方案。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究3)车身结构可行性研究的输出④三维结构设计方案,应体现以下信息:,a. 零件最大轮廓线、外形特征线和体现工艺性的结构分块线。,b. 相关总成内、外边界控制条件。,c. 关键节点(接头)和典型结构断面的确定:结构分块、断面细部形状、结构加强措施、准确的零件料厚、配合间隙和塑料件的脱模方向,有焊接关系和装配关系的断面必须表达。,d. 总成及零件连接配合方案:配合间隙、连接关系(连接形式、连接件的具体位置、连接件类型和规格、配合孔位大小、装配空间)、搭接关系和焊接关系(焊接边大小、焊接和密封作业空间),总成以外的相关配合断面也应表达。,e. 总成及零件的密封方案:密封断面及密封件的选择。,f. RPS(Reference Point System)定位方案:定位元素、初步位置、定位方向和定位尺寸。,g. 各总成的重量控制。,h. 车身附件(车门附件、翻转机构、箱盖类零件、前围外板、侧窗、及顶盖窗等)的布置和运动分析、拆装方便性分析和干涉分析等。,③白车身整体结构分析,主要进行扭转刚度、弯曲刚度分析和振动模态分析。** 在进行扭转刚度分析时,要考虑有无前后风窗玻璃两种状态;** 振动模态分析主要是确定一阶弯曲、扭转振动频率。,④ HVAC(Heating Ventilation Air Conditioner)分析,即加热、通风和制冷性能分析,主要进行空调性能分析和空调风道分析。** 空调性能分析主要是针对关键截面的温度、湿度、流速及流动方向的分析;**空调风道分析主要是进行风量分配、风道阻力和风速分布等分析,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容2. 车身结构可行性研究4)方案CAE分析在概念设计阶段,为了保证白车身的整体特征不至于产生重大的方案性偏差,一般要结合车身总布置工作进行如下分析计算:,①主要典型结构断面分析,确定断面的弯曲和扭转刚度及经济性指标。,②主要结构节点分析,进行结构节点的刚度分析。,⑤CFD外流场分析,主要研究空气动力学特性、流场特性和表面压力分布,以获得最佳的空气动力学特性。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计从车身的结构设计特征而言,结构设计可分为四大类:1)白车身结构设计2)内饰结构设计3)外饰结构设计4)附件类结构设计,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计1)白车身结构设计白车身结构设计工作是在车身总布置设计师与造型设计师的协同下,由白车身结构设计师完成的。在具体结构设计之前,应该进行明确的产品对标工作,即根据市场调研情况,明确产品开发目标,收集同类车型的技术资料,测绘一些样车主要的结构断面,供具体结构设计时参考。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计1)白车身结构设计在造型冻结后,根据车身的线图模型数据,确定车身的结构分块形式,包括顶盖与前风窗、顶盖与侧围、顶盖与后围、侧围与后围、侧围与前围、地板与前围、侧围与车门、侧围总成以及后围总成的主要结构断面。在确定断面时,还要考虑焊接工艺性、涂装工艺性和结构力学特性的要求。各总成之间的分块形式确定后,就可以进行各部分总成的具体结构设计。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计1)白车身结构设计白车身的结构设计同时要考虑板材的选用、冲压成形性分析、焊接工艺、涂装工艺和相关的性能要求,包括:静态和动态强度和刚度要求。表面精度和性能要求。车身焊接总成工艺和精度要求。车身涂装工艺及防锈要求。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计2)内饰结构设计内饰一般指仪表板总成、副仪表板总成、内饰护板总成、地毯总成以及内饰附件,如座椅、杂物箱、遮阳板和安全带等。其中,仪表板总成设计在内饰设计中最复杂,也最具代表性,在此只介绍仪表板总成的设计思路。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计2)内饰结构设计,仪表板总成的零件(按功能特性),结构类零件,,功能类零件,装饰类零件,包括仪表板本体总成、仪表板横梁总成、仪表罩总成、面板总成和杂物箱总成等,,包括仪表总成、出风格栅总成、收录机总成、开关总成、空调操纵面板总成和烟灰盒总成等,,包括一些装饰板和装饰罩,,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计2)内饰结构设计仪表板的主要功能是支撑各种仪表、指示装置、收录机及烟灰盒等功能件。应避免存在撞车时可能导致驾驶员或乘员受伤的凸出物。如果凸出物不可避免,那么在撞车时应能有效地变形、损坏,从而保护驾驶员与乘员的安全。,②视认性:将仪表、报警灯和指示器等布置在驾驶员容易看到的位置。**汽车仪表的可视范围,对驾驶员的双眼而言,应全部得到满足,不应被转向盘遮挡。**特别注意:不要让明亮的物体映射到仪表罩上,以免影响对仪表显示的观察;不要让夜间仪表的照明映射到前风窗玻璃上,以免影响前方视野。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计2)内饰结构设计仪表板总成的性能要求:,①操作性:将操作频率高的部件布置在手容易触及到的位置上,最大程度地满足人机工程要求。,③被动安全性:为保证驾驶员与乘员的安全,要在仪表板上的适当位置合理配置吸能材料,并考虑安全气囊的安装和爆发。,④NVH性能:设计时要防止各零部件间产生干涉、噪声和刺耳的摩擦声等,应适当考虑在确保零部件间隙的情况下,贴附能消除噪声的材料。,⑤装配工艺性:要考虑零部件数目和装配的顺序;尤其要考虑空调装置、音响装置以及各种仪表、开关等拆装、维修的方便性。,⑥法规、标准的适应性:主要包括以下强制性法规,GB8410,GB11562,GB11552,GB11551等。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计2)内饰结构设计在进行仪表板总成具体零件的结构设计时,设计内容主要包括零件的形状、尺寸、精度、壁厚、脱模斜度、脱模方向、加强肋、圆角、装配孔、凸凹纹、标记及符号等。****特别注意:确定零件脱模方向和脱模斜度,保证工艺的合理性。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计3)外饰结构设计乘用车,车身外饰件一般指前后保险杠总成、翼子板总成等。其中,前保险杠总成的结构和设计最具代表性,在此仅介绍前保险杠的设计思路。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计3)外饰结构设计前保险杠总成的功能:主要功能是安全防护,要求结构具有足够的强度和刚度,兼有对装备件、人、车的保护作用,即缓冲吸能作用;它是外覆盖件,应满足整车造型效果及空气动力学的要求。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计3)外饰结构设计前保险杠总成的设计步骤:产品描述;方案设计;详细结构设计。,H 确定是否为运动件,是否需要进行运动校核。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计3)外饰结构设计前保险杠总成的设计步骤:产品描述:根据最终效果图和产品设计任务书,按照规定的格式进行产品描述。,A 确定前保险杠总成的结构形式;,B 确定零件的材料和厚度;,C 确定相关通用件和借用件;,D 确定主要零部件的种类、数量和性质;,E 确定零件的成形工艺:金属件是拉深件或压弯件或铸件等,非金属件是吸塑件或注塑件或压注件等;,F 确定基本断面形式,主要用简图的形式来表示上述要求;,G 确定零件的连接形式,是装配、焊接、粘接等。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计3)外饰结构设计前保险杠总成的设计步骤:方案设计:根据前保险杠模型数据(CAS数据、线图数据)和周边相关条件绘制结构方案图。,A 根据造型确定前保险杠面罩的材料后,确定固定方式,B 将整车相关条件绘制在结构方案图上:车架、发动机和散热器等;,C 将车身相关条件绘制在结构方案图上:散热器面罩、格栅、前照灯、雾灯和翼子板等;,D 与整车总布置设计师协商确定拖钩的相关条件;,E 确定牌照板的固定方式;,F 编制零件清单,确定零件名称、图号、数量及相关标准件。,确定零件的冲压方向或脱模方向,确定脱模斜度,保证工艺的合理性。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计3)外饰结构设计前保险杠总成的设计步骤:详细结构设计:根据结构方案图、表面间隙圆角图、保险杠模型以及线图等条件,进行详细的三维数据设计。,根据总成结构进行零件的理论三维数据设计、圆角三维设计以及线框三维数据设计。,CATIA 环境下的零件三维数据模型,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容3. 三维结构设计4)附件类结构设计车身附件涉及面比较广,除了白车身和内外饰件外,其他部分都可以归入车身附件类,包括后视镜、遮阳板、座椅、玻璃升降器、门锁和空调系统。这部分的具体结构设计方法与其功能和性能要求密切相关。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容4. 二维图设计根据已完成的三维数据进行二维图设计。二维图类型包括零件图、总成图、装置图、式样图、承认图和工艺合件图等。不同的图样类型侧重表达不同的二维信息,总的原则是要求图面清晰、信息完整,能正确地指导工艺、制造和装配过程。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容4. 二维图设计其中式样图和承认图是专门针对二次开发类零件。式样图是指由主机厂对二次开发零部件外形、安装尺寸、主要结构和性能要求等进行控制的设计图样,以指导供应商二次开发。承认图是指由供应商按照式样图和有关技术条件的要求,表达二次开发零部件的内外详细结构的设计图样,供主机厂承认用,或由供应商提供的现有零部件产品图样用于主机厂匹配设计的确认。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容4. 二维图设计零件图,要求能体现零件的材料、材料标准、技术要求、工艺要求和试验要求,制件的外廓尺寸、配合尺寸、装配尺寸和脱模方向。装置图,应能体现装配顺序、装配关系、装配控制尺寸、标准件和装配力矩等信息。所有图样均须符合国家及工厂制图标准、计算机制图标准。除了图样之外,以二维方式体现产品信息的载体还包括明细表目录和明细表、技术条件、零件目录和使用说明书等服务文件。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容5. CAE计算及验证车身结构CAE分析伴随产品开发同步进行,其过程主要包括以下两个阶段:概念设计阶段详细设计及结构改进阶段。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容5. CAE计算及验证1)概念设计阶段依据车身设计提供的设计参数,建立车身简化的概念有限元分析模型(由断面和关键节点组成),主要进行静态、动态结构性能分析,以用来指导工程设计,满足白车身的结构性能和自重要求。在造型阶段,还需要进行空调系统的初步结构布置、参数分析以及外流场空气动力学分析。,概念设计阶段的性能分析项目,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容5. CAE计算及验证2)详细设计及结构改进阶段根据概念设计阶段有限元计算分析结果进行结构优化后产生新的设计方案,依据最新CAD数据建立详细的车身有限元计算分析模型。根据分析内容不同,分析模型主要包括白车身、活动部件、底盘部件、风窗玻璃及座椅以及局部详细结构等。,CAE分析内容,CAE分析流程,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容6. 车身试制试制原则试制方案试制内容,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容6. 车身试制1)试制原则体现设计思想,满足设计要求,检验设计的合理性。用最简洁、最新的工艺方法,快速、按期完成试制工作。本着成本最低的思想,考虑试制方案以及工艺方法。最大限度地保证试制的精度和质量。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容6. 车身试制2)试制方案试制重点、难点分析。明确试制目标。制定试制技术方案。合理配置试制资源。进行试制风险分析。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容6. 车身试制3)试制内容试制过程中的重点和难点主要体现在以下几方面:覆盖件的冲压成形、钣金件的激光修边、焊接夹具的设计和调整白车身焊接总成的精度控制。,覆盖件的冲压成形侧重于模具的结构设计、冲压件的模具调试以及冲压件的质量控制,钣金件的激光修边侧重于激光切割夹具重复定位精度的控制、理论程序与实际工件误差的调整以及对二次成形零件边界的控制;,焊接夹具的设计和调整侧重于夹具的定位及夹紧的可靠性、由于工件及焊接变形而产生的夹具调整;,白车身焊接总成的精度控制侧重于焊接工艺的合理性、总成检测所表达信息的完整性。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容7. 车身试验,车身试验项目,,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持车身工艺通称为“四大主体工艺”:冲压、焊接、涂装、总装。在产品设计过程中的工艺支持是并行工程的一项主要内容。产品设计人员和制造工艺人员一起并行协同工 作,对产品设计、工艺和制造等上下游各方面同时进行考虑和并行交叉设计,及时交流信息,使各种问题及早暴露,并共同加以解决,这样使产品开发时间大大缩短,同时新产品的质量得以提高、成本得以降低。这也是面向制造的设计(Design For Manufacturing-DFM)和面向装配的设计(Design For Assembly-DFA)的体现。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持1)冲压工艺车身外覆盖件的冲压属于薄板冲压,在设计阶段验证冲压的可行性,可以减少模具准备时间、大大缩短产品开发周期和降低制造成本。工程中常用的传统冲压工艺和模具设计是以简化理论模型和经验公式为基础,依据工程师的实践经验,设计出工艺和模具的初步方案,经反复试模、修模,来达到零件的设计要求。对于较为复杂的新产品模具,这种方法不仅耗费大量时间和资金,还常常难以达到质量要求,这也是导致新车型开发周期长的重要原因之一。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持1)冲压工艺薄板冲压过程包含以大位移、大变形为特征的几何非线性,以塑性变形为特征的材料非线性,以及以接触摩擦为特征的边界非线性,其设计计算非常复杂。目前,这项技术已成为汽车、航空等工业的关键技术,特别是近10年来,国内外逐渐完善的冲压过程仿真理论与技术,为冲压工艺与模具设计提供了现代化手段。通过将CAE系统与成熟的模具CAD/CAM系统集成形成的CAD/CAE/CAM一体化技术以及基于CAE的冲压成形新工艺,大大提高了冲压工艺和模具的设计水平以及模具的制造质量,缩短了设计制造周期,提高了冲压件的品质。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持1)冲压工艺在进行结构设计时,有一些基本的冲压工艺知识的指导是相当有益的。例如:拉深深度、最小冲孔的尺寸、孔与孔的最小间距、孔与边缘的最小尺寸、外凸缘的最大翻边高度、平板件的最小翻边高度、翻边/拉深/成形时的最小内圆角半径、翻边孔的最大翻边高度以及工艺切口极限值等。,孔与孔、孔与边缘的最小尺寸设计指导,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持2)焊接工艺焊接是白车身生产过程中最重要的工艺,主要焊接工艺有点焊、凸焊、CO2气体保护焊和螺柱焊等,其中以点焊最为普遍。点焊工艺适用于厚度为0.5-4.0mm的无镀层低合金钢板,钢板厚度比≤2.5:1,特殊情况可以达到3.0:1。在车身结构设计过程中,要尽可能避免厚度比大于2.5的两件搭接点焊。 由于点焊工艺的特点,车身结构设计过程中,要尽可能避免三层板焊接,坚决杜绝四层板焊接。,与点焊相关的参数推荐表 单位(mm),现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持3 )涂装工艺车身的涂装工艺更多的是指白车身的涂装工艺,主要包括表面预处理(表面清理和磷化处理)、电泳涂底漆、涂密封胶和防声绝热浆、涂中间漆、涂面漆等几大工艺过程。影响产品结构设计的环节主要在电泳涂底漆和涂装线上机械化传输吊具与滑橇的设计方面。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持3 )涂装工艺在电泳涂底漆时,要考虑电泳液的充分流动,因此需要在白车身的某些部位开设一些工艺孔,来保证在电泳过程中,液体的充分浸泡和及时排出。在涂装线的各种工艺传输过程中,要考虑白车身的夹持和保持。目前,现代化的涂装线一般多采用多功能穿梭机,在穿梭机上再安装吊具和滑橇,实现吊具和滑橇间的自动转挂,因此,在白车身设计时要考虑吊装和翻转时的强度要求和定位要求。,简易的吊具与滑橇,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持4 )总装工艺车身装配主要采用模块化装配,除了以白车身为主体模块外,还有以下四大装配模块:车门总成的装配模块。仪表板装配模块。车身内饰装配模块。车身外饰装配模块。,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容8. 工艺支持4 )总装工艺车身产品设计过程中,要充分考虑生产过程中的装配工艺要求,包括生产节拍的保证、装配/拆卸方便性的保证、标准件和装配工具的统筹考虑、工艺车的要求以及装配过程中的检测要求等因素。在产品装配工艺设计过程中,将从设计部门获得的产品设计数据作为工艺设计的基础工艺数据,以装配流程图的方式,直观地描述装配的过程和顺序,以装配过程为主线,将每一过程所涉及的工艺数据、物料数据、工装数据、工时数据、3D模型、通用工艺和生产反馈数据等有机地结合在一起,为生产提供完整的指导数据。,面向产品装配工艺的解决方案,现代车身产品开发流程,车身产品开发内容9. 绿色设计国外在车身设计中注重绿色设计,在设计阶段就要考虑使用的材料(包括其回收与再利用)、采用的制造工艺等对环境的影响和预防污染的措施,绿色设计的理念贯穿于产品的整个生命周期。,现代车身设计方法,性能设计精益设计并行工程,性能设计,传统的产品设计是以经验设计为主的结构设计,以满足功能要求为第一位。现在随着对车身性能要求的提高,传统的设计方法已经不能适应产品性能和对市场快速反应的要求,以CAE 技术为支撑的性能设计(Design for Performance)方法应运而生。 国际知名的汽车制造商,其设计部门已经全面应用性能设计技术,从产品的概念设计开始,贯穿于整个产品技术设计阶段,直到后续的产品试验验证,都是以性能设计中的目标性能为指导纲要。,性能技术,对车身而言,所要控制的主要产品性能:,性能设计,碰撞安全性(主动/被动安全性),包括车体结构碰撞安全性、内外部凸出物要求、乘员约束系统安全性等; 舒适性(静态/动态舒适性)包括居住性、驾乘操作舒适方便性、视野性等;NVH 性能包括振动匹配设计、噪声品质控制、车身固有频率主动控制技术等。,性能设计,性能设计由三大要素支撑:一是产品设计前期的对标技术(BenchMarking),准确的对标分析、科学的项目规划、周详的产品描述为项目的后期开发提供了参考蓝本和指导纲要,同时也是性能设计的前提条件和基准依据;二是产品设计过程中的CAE分析和 验证工程,CAE 的分析验证随着工程设计的数据状态进行动态更新,全程保证工程设计的质量,为性能设计提供了技术保障;三是实行闭环控制模式,在项目的运作过程中,产品验证环节捆绑于各个阶段,既是各个阶段的评审节点,又是性能设计的主线,从而保证各个阶段的输出均在控制目标内,整个项目的运作始终处于闭环控制中。,性能设计的主要控制阶段和过程,精益设计,丰田生产方式成功的重要标志,就是它高效率地制造出高质量、低成本的汽车。使日本进入了世界汽车大国的前列,并于1979年夺取了世界汽车产量的冠军,一直持续了十五年之久。为此,美国麻省理工学院的几位专家对日本丰田生产方式进行了为期五年的调查研究后,于1990年提出了“精益生产”为我们提供了这样一个典范:就是一个弱者如何战胜一个强者。精益生产被称为工业界的第二次革命。在日本丰田神奇崛起的秘密大白于天下时,精益生产就被无数制造业企业效仿。事实上对于精益生产,国内的汽车企业都不陌生。把精益挂在嘴边的企业非常多,成功的例子却寥寥无几。,精益设计,在汽车制造行业,精益生产已逐渐失去差异化竞争优势。虽然丰田依然保持着精益生产带来的高绩效,但这样的成绩更多得益于精益产品开发模式,而不是传统的丰田生产方式。 丰田的承诺,即“合理整合人员、流程、工具和技术,从而为社会和客户创造价值”。 精益设计:即将精益原则引入设计领域,力图降低成本、提高品质、缩短周期。,精益设计,丰田的管理思想主要包含以下几个方面:1、在汽车研发设计上,以顾客为导向,积极研究适合顾客需要的产品,合理引导消费者消费观念,尊重各地域的汽车消费差别,积极顺应时代要求,向高新技术拓展。2、在销售理念和模式上,满足顾客多样化个性化的需求,积极缩短顾客交货周期,将服务进一步延伸到顾客期待的各个领域。3、在生产过程中,严格以品质安全第一的原则,将品质管理覆盖到汽车生产的各个环节,合理布局生产线,采用平准化混流小批量生产模式,积极应用各种先进制造工艺,推动设备的更新和技术进步,实现快速换模,可视化的生产工厂等等。,
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本文标题:汽车车身结构与设计课件02-2-车身设计特点及方法.ppt
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