CN103043106A - 轻量化车身中的梁相交连接结构和梁相交连接框架 - Google Patents
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Abstract
在汽车车身结构领域，为了解决轻量化车身中两梁相交连接强度不高，连接结构不稳固的技术问题，给出轻量化车身中的梁相交连接结构，包括一母梁和一公梁，这两条梁相交处形成如下所述的榫节实现连接：公梁自身有一对外边形成榫头被夹面，母梁在自身外边的内侧设有一对夹持筋，这对夹持筋的间距等于榫头被夹宽度，母梁还开有与公梁配合的插口，公梁从插口处插入到所述的一对夹持筋之间，插入后夹持筋面夹持榫头被夹面。还给出轻量化车身中的梁相交连接框架，包括一对母梁和一对公梁，每条公梁与这一对母梁分别相交形成四边形框架，各个相交处均形成上面所给出的榫结实现连接，其优点是形成了一个稳固的四边形框架结构。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车身结构领域，尤其涉及轻量化车身中的梁相交连接结构和梁相交连接框架。
背景技术
随着地球石油资源的日益匮乏，燃油价格节节攀升，汽车数量仍然持续增加，长此以往，不可避免地将迎来一场汽车能源危机；而且汽车尾气的排放，对地球环境污染较为严重。因此以新能源汽车替代传统燃油汽车势在必行，其中电动汽车以车载电源为动力，对环境影响相对较小，前景被广泛看好。无论是传统汽车还是新能源汽车，车身的轻量化是必要的，汽车车身的轻量化也成为汽车领域主要的研究方向。在确保汽车安全性的前提下，尽可能地将车辆的整车质量降低，可以提高其动力性，同时也可以减少燃料消耗和降低排气污染。有实验证明，如果将汽车的整车质量降低10％，那么燃油效率即可提升6～8％，如果整车质量每降低100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6L，汽车重量降低1％，油耗可降低0.7％。特别地，当前电动汽车相对传统燃油汽车来说，其动力性相对较弱，因此轻量化车身对于电动汽车显得尤为重要。
现有的轻量化车身一般采用轻质型材制成，例如铝合金、镁合金、碳纤维框架、塑料等。为了减轻车身重量，轻量化车身的型材为中空结构，这样使得轻质型材本身弯曲刚度和扭转刚度不高，而且由于应力集中的影响容易在其弯折部产生裂纹甚至破裂，导致车身结构不稳固，安全性得不到保障，如果需要承载较大重量或当车辆以中高速行驶时，一但发生碰撞，车身容易产生挤压变形，从而对驾乘人员造成危害。目前，汽车车身轻量化偏重于对轻质材料的研发，忽略了对车身结构的优化设计。
如专利号为201020161490.0的中国专利，公开了“一种轻量化客车车身结构及其型材”，其中包括底盘、四围骨架和顶供骨架，车身结构由铝合金型材铆接而成，四围骨架是由立柱与纵梁组成的格栅式骨架，立柱的截面形状为空心矩形。
从该专利公开文献可以看出，轻质材料用于汽车车身可使汽车重量减轻，能降低油耗，节约生产成本和减少废气排放，但是该客车车身结构全部采用铆接形式固定，其连接强度和韧度不高，而且发生碰撞时吸能特性不好，安全性较低；而且由于立柱为铝合金轻质型材，其截面形状为空心矩形，这样可以进一步减轻重量，可是在立柱的弯折部应力集中影响较大，容易在其弯折部产生裂纹甚至破裂。
发明人曾设想在把木工领域的榫接结构应用到轻量化车身中的梁相交连接结构中，但车身轻量化要求采用轻、薄且空心的型材，抗扭曲强度不高，如果简单地套用榫接结构则难以保证连接强度，结果往往是导致边框变形、破裂。
发明内容
本申请旨在解决轻量化车身中两梁相交连接强度不高，连接结构不稳固的技术问题。
为此给出轻量化车身中的梁相交连接结构，包括两条相交的梁，这两条梁均为型材且具有外边，这两条梁为一母梁一公梁，相交处形成如下所述的榫节实现连接：公梁自身有一对外边形成榫头被夹面，母梁在自身外边的内侧设有一对夹持筋，这对夹持筋的间距等于榫头被夹宽度，母梁还开有与公梁配合的插口，公梁从插口处插入到所述的一对夹持筋之间，插入后夹持筋面夹持榫头被夹面。
因为母梁设有一对夹持筋，夹持筋的间距等于榫头被夹宽度，使榫头被夹面同夹持筋面接触，从而让母梁同公梁形成榫接，无需附加其它辅助零件即可实现稳固的连接。本技术方案的关键是，母梁并不是用自身外边进行夹持，而是在自身外边的内侧设置一对夹持筋来夹持，该夹持筋同时起到了加强筋的作用，就不会导致外边变形，从而在连接中保证了母梁的强度。可见，车身结构的优化设计较好地协调车身轻量化与安全性之间的矛盾。
为此还给出轻量化车身中的梁相交连接框架，包括一对母梁和一对公梁，每条公梁与这一对母梁分别相交形成四边形框架，各个相交处均形成上面所给出的榫结实现连接，其优点是形成了一个稳固的四边形框架结构。
需要说明的是，专利文献CN2575413Y记载的梁相交连接结构中，其“直杆型材1”相当于本申请中的母梁，其“横杆型材2”相当于本申请中的公梁，其母梁在自身左、右外边的内侧设有一对加强筋，但这对加强筋的间距小于公梁的相应宽度，可见这对加强筋并不能同公梁面接触，也没有起到夹持公梁的作用。因为母梁作为型材，其外边与加强筋之间是空心的，所以公梁仅同母梁的前侧外边线接触(型材厚度视为0)，并没有同母梁中的任一部位面接触。为了实现固紧，其需开设宽度等于公梁相应宽度的“榫口3”(那么“榫口3”的宽度就大于加强筋的间距)，再设置“紧定座5”和“紧定盖6”进行固定，即必须附加其它辅助零件才能实现稳固的连接，这就违反了榫接的宗旨，故其虽称为“榫”，但实际上不是榫，只是普通的插接。
附图说明
图1是轻量化车身中的梁相交连接结构示意图，其中的公梁未插入母梁。
图2是图1公梁插入母梁后的示意图。
图3是轻量化车身中的梁相交连接结构示意图。
图4是轻量化车身中的梁相交连接结构示意图。
图5是轻量化车身中的梁相交连接结构局部切除图。
图6是图5中的交叉加强条的放大图。
图7是轻量化车身中的梁相交连接结构局部切除图。
图8是图7中的榫面加强条和楔形销配合的放大图。
图9是轻量化车身中的梁相交连接结构局部切除图。
图10是图9中的榫面加强条和楔形销配合的放大图。
图11是轻量化车身中的梁相交连接结构示意图。
图12是图11中的角加强件的放大图。
图13是轻量化车身中的梁相交连接结构示意图。
图14是轻量化车身中的梁相交连接结构示意图。
图15是轻量化车身中的梁相交连接框架示意图。
图16是图15中的垫边的放大图。
图17是图15所示梁相交连接框架的背面示意图。
图18是母梁的示意图。
图19是轻量化车身中的梁相交连接框架的背面示意图。
图20是轻量化车身中的梁相交连接框架示意图。
图21是图20中的拉网基座局部的放大图。
具体实施方式
一、轻量化车身中的梁相交连接结构
轻量化车身中的梁相交连接结构如图1，包括两条相交的梁1、2，这两条梁1、2均为型材且具有外边，这两条梁为一母梁2一公梁1，相交处形成如下所述的榫节实现连接：公梁1自身有一对外边13形成榫头被夹面11，母梁2在自身外边23的内侧设有一对夹持筋21，这对夹持筋21的间距等于榫头被夹宽度，母梁2还开有与公梁1配合的插口20，公梁1从插口20处插入到所述的一对夹持筋21之间，插入后如图2所示，夹持筋21面夹持榫头被夹面11。图2中，公梁1穿透母梁2且其两端均突出母梁2之外；也可以如图3，公梁1穿透母梁2但其一端与母梁2平齐；还可以如图4，公梁1不穿透母梁2。
如图1、2，母梁2和公梁1为同一规格的矩形截面的型材，矩形的外边具有窄边和宽边各一对，公梁1以一对宽边13形成榫头被夹面11。其优点是只需做出一个规格的型材即可实现本发明的梁相交连接结构。进一步地，夹持筋21平行于母梁2的窄边23，则插口20开在母梁2的宽边24，制造方便。
母梁2外边开槽，所开的槽在装配时可以与其它零件配合形成额外的安装结构；夹持筋21最好兼作槽底板，简化了结构。
公梁1和母梁2的接触处可以设置成加强结构，其至少有以下四种设置方式。
(1) 如图5：夹持筋21的夹持面上开有内藏凹槽25，榫头被夹面11上开有榫头凹槽15，内藏凹槽25和榫头凹槽15均为槽口窄于槽腔的结构；有如图6的交叉加强条，其包括相互交叉固定的两条边52、51，其中一条边52嵌入内藏凹槽25且宽于其槽口，另一条边51嵌入榫头凹槽15且宽于其槽口；母梁2上位于夹持筋21外侧的外边开有外露凹槽26，外露凹槽26在装配时可以与其它零件配合形成额外的安装结构；该外露凹槽26与所述的内藏凹槽25共用一块板56作为底板，简化了结构。交叉加强条可以通过注液固化成型在母梁2和公梁1之间。
(2) 如图7：榫头被夹面11上开有榫头凹槽15；有如图8的榫面加强条53嵌入到榫头凹槽15中，榫面加强条53自身开有夹槽，有楔形销54被夹在夹槽中使榫面加强条53膨胀从而楔紧母梁2和公梁1。
(3) 如图9：榫头被夹面11上开有榫头凹槽15；有如图10的榫面加强条53嵌入到榫头凹槽15中，榫面加强条53自身开有夹槽，有楔形销54被夹在夹槽中使榫面加强条53膨胀从而楔紧母梁2和公梁1。
(4) 如图11，母梁2和公梁1分别在它们相交成角处内侧的外边上开有边角槽16、26，它们的边角槽16、26相交连通且槽口窄于槽腔；还包括如图12的角加强件，其具有两条相交成角固定的加强边61、62，其中一条加强边62嵌入母梁2的边角槽26且宽于其槽口，另一条加强边61嵌入公梁1的边角槽16且宽于其槽口。
从上述图中可以看出，除了图9的榫头凹槽15之外，各个槽的槽底板越过槽壁延伸，以避免槽底与槽壁之间产生应力集中现象。
公梁1和母梁2可以不是同一规格的型材，如图9所示。
公梁1和母梁2可以改为非垂直地相交，如图13所示。
母梁2的插口可以改为开至其一端的端面让公梁1插入，如图14所示。
二、轻量化车身中的梁相交连接框架
轻量化车身中的梁相交连接框架如图15，包括两对梁，为一对母梁2和一对公梁1，每条公梁1与这一对母梁2分别相交形成四边形边框，各个相交处均形成如上所述的榫节实现连接。
如图15，有蒙皮7蒙覆在四边形边框正面，蒙皮7在形成四边形边框的两对梁上固定的结构为：蒙皮7与第一对梁(本例中为公梁1，为表述方便，本段下文直接称之为公梁1)在其接触面上固定；有一对如图16的垫边8设在第二对梁(本例中为母梁2，为表述方便，本段下文直接称之为母梁2)上，垫边8具有平齐面87平齐于上述接触面，蒙皮7通过平齐面87固定在母梁2上。这样对对框架起到了加强作用。蒙皮7通过铆钉70实现固定。母梁2外边开有垫边槽28，垫边8底部嵌入垫边槽28进行定位，安装方便。如图16，垫边8上设有拉线孔90，有拉线9如图17所示穿过拉线孔90编织形成安全网91从而拉紧母梁2，对四边形框架起加强作用，且不会过多地增加重量。
即使不依赖于垫边，也可以开有拉线孔，有拉线穿过拉线孔编织形成安全网从而拉紧其中一对梁，同样对四边形框架起加强作用，且不会过多地增加重量，其至少有以下两种设置方式。
(1) 如图18，拉线孔90直接开在母梁2上；如图19，拉线9穿过拉线孔90编织形成安全网91从而拉紧一对母梁2。
(2) 如图20：公梁1上设有如图21的拉网基座4，拉线孔90开在拉网基座4上，拉线9穿过拉线孔90编织形成安全网91从而拉紧一对公梁1；公梁1上开有基座槽14，基座槽14口窄于拉网基座底部40，拉网基座底部40嵌入基座槽14实现定位。
以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。
Claims (17)
1.轻量化车身中的梁相交连接结构，包括两条相交的梁，这两条梁均为型材且具有外边，其特征是，这两条梁为一母梁一公梁，相交处形成如下所述的榫节实现连接：公梁自身有一对外边形成榫头被夹面，母梁在自身外边的内侧设有一对夹持筋，这对夹持筋的间距等于榫头被夹宽度，母梁还开有与公梁配合的插口，公梁从插口处插入到所述的一对夹持筋之间，插入后夹持筋面夹持榫头被夹面。
2.根据权利要求1所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是，母梁和公梁为同一规格的矩形截面的型材，矩形的外边具有窄边和宽边各一对，公梁以一对宽边形成榫头被夹面。
3.根据权利要求1所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是：夹持筋的夹持面上开有内藏凹槽，榫头被夹面上开有榫头凹槽，内藏凹槽和榫头凹槽均为槽口窄于槽腔的结构；有交叉加强条，其包括相互交叉固定的两条边，其中一条边嵌入内藏凹槽且宽于其槽口，另一条边嵌入榫头凹槽且宽于其槽口。
4.根据权利要求3所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是，母梁上位于夹持筋外侧的所述外边开有外露凹槽，该外露凹槽与所述的内藏凹槽共用一块板作为底板。
5.根据权利要求1所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是，母梁外边开槽，夹持筋兼作槽底板。
6.根据权利要求1所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是，榫头被夹面上开有榫头凹槽，有榫面加强条嵌入到榫头凹槽中，榫面加强条自身开有夹槽，有楔形销被夹在夹槽中使榫面加强条膨胀从而楔紧母梁和公梁。
7.根据权利要求1所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是，母梁和公梁分别在它们相交成角处内侧的外边上开有边角槽，它们的边角槽相交连通且槽口窄于槽腔；还包括角加强件，其具有两条相交成角固定的加强边，其中一条加强边嵌入母梁的边角槽且宽于其槽口，另一条加强边嵌入公梁的边角槽且宽于其槽口。
8.根据权利要求2所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是，夹持筋平行于母梁的窄边。
9.根据权利要求3至7任一项所述的轻量化车身中的梁相交连接结构，其特征是，所述的全部或部分槽的槽底板越过槽壁延伸。
10.轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，包括两对梁，为一对母梁和一对公梁，每条公梁与这一对母梁分别相交形成四边形边框，各个相交处均形成如权利要求1所述的榫节实现连接。
11.根据权利要求10所述的轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，有蒙皮蒙覆在四边形边框正面，蒙皮在形成四边形边框的两对梁上固定的结构为：蒙皮与第一对梁在其接触面上固定；有一对垫边设在第二对梁上，垫边具有平齐面平齐于上述接触面，蒙皮通过平齐面固定在第二对梁上。
12.根据权利要求11所述的轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，第二对梁外边开有垫边槽，垫边底部嵌入垫边槽进行定位。
13.根据权利要求10所述的轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，开有拉线孔，有拉线穿过拉线孔编织形成安全网从而拉紧其中一对梁。
14.根据权利要求13所述的轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，拉线孔直接开在被安全网拉紧的那对梁上。
15.根据权利要求13所述的轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，被安全网拉紧的那对梁上设有拉网基座，拉线孔开在拉网基座上。
16.根据权利要求15所述的轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，被安全网拉紧的那对梁上开有基座槽，基座槽口窄于拉网基座底部，拉网基座底部嵌入基座槽实现定位。
17.根据权利要求11或12所述的轻量化车身中的梁相交连接框架，其特征是，垫边上设有拉线孔，有拉线穿过拉线孔编织形成安全网从而拉紧第二对梁。
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