CN108177697A - 一种轻量化镁合金客车车身骨架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化镁合金客车车身骨架，包括车身骨架、安装在车身骨架前端的车头骨架及安装在车身骨架后端的车尾骨架及多个连接机构，所述车头骨架、车身骨架及车尾骨架均由多根镁合金型材连接而成，每两个镁合金型材之间均通过连接机构相互扣合连接成一体；不仅有效解决焊接金属疲劳和应力集中的质量隐患，而且也解决了镁合金焊接性能差的缺陷技术问题和镁合金骨架铆接成本等问题，使整车镁合金骨架间的连接可靠。

Description

一种轻量化镁合金客车车身骨架

技术领域

本发明属于客车车身结构技术领域，具体涉及到一种轻量化镁合金客车车身骨架。

背景技术

2016年，客车销量总量54.3％，新能源客车销量占客车市场总量的23.8％，新能源客车销量12.9万量，占新能源汽车销量总量的25.3％；尤其近两年城市客车传统燃油车面临淘汰更新，新能源客车迎来了发展时期。车身轻量化对于车辆节约能源、减少废气排放、间接提升电池能量密度均十分重要，据统计分析整车重量降低10％，燃油效率可提高6-8％；车辆每减重100公斤，二氧化碳排放可减少约2.5～5g/Km，噪音也可以降低2个分贝。在保证车身骨架强度的前提下，减重是目前汽车工业面临的重大技术课题，发展节能减排绿色汽车工业的需求日益迫切。镁合金与铝合金相比，镁合金具有比强度、减震性更高等优势，是汽车轻量化发展极其重要的替代材料。另外，镁合金还具有良好的阻尼系数，减震量优于铝合金和铸铁，客车镁合金轻量化降低能源的消耗同时提高乘车的舒适性，提高载荷及有效承载。

传统的客车整车结构包括车身和底盘，车身是整体结构，底盘和车身是分开连接。客车底盘要承受自身和车身的重量，还需要承受底盘安装在大梁上的发动机等部件的重量；但是，新能源客车没有发动机，在客车尾部安装动力电池系统，相对传统客车车身尾部更需要承受重量，这种车身的设计提高车身刚度同时减轻车身重量尤为重要。目前，车身骨架大部分采用钢结构，焊接成型，也有部分采用铝合金型材，其在骨架型材上主要采用铆接工艺技术。虽然，铝合金铆接的车身刚度够，但是，此连接工艺较复杂，成本高。镁合金焊接技术也是关键技术，因镁合金具有密度低、熔点低，热导率和电导率大，热膨胀系数大，化学活泼性很强，易氧化，且氧化物的熔点很高等独特的物理化学性质，使镁合金在焊接过程中难以达到的连接强度，焊丝种类也受限制。此次，要想客车轻量化镁合金材料的应用，镁合金型材车身整体结构设计以及连接方式是关键，对于客车车身骨架进行刚度和整车重量的有限元分析，实现客车轻量化、高刚度目标。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轻量化镁合金客车车身骨架，不仅有效解决焊接金属疲劳和应力集中的质量隐患，而且也解决了镁合金焊接性能差的缺陷技术问题和镁合金骨架铆接成本等问题，使整车镁合金骨架间的连接可靠。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种轻量化镁合金客车车身骨架，包括车身骨架、安装在车身骨架前端的车头骨架及安装在车身骨架后端的车尾骨架及多个连接机构，所述车头骨架、车身骨架及车尾骨架均由多根镁合金型材连接而成，每两个镁合金型材之间均通过连接机构相互扣合连接成一体。

进一步地，所述连接机构包括角码、塞块及锁紧件，所述塞块扣合在所述镁合金型材上，所述锁紧件穿过所述镁合金型材后与所述塞块连接。

进一步地，所述角码包括弧形角码及直角角码，所述弧形角码安装在车身骨架上作为腰梁与竖杆的镁合金型材之间，所述直角角码安装在车身骨架上作为横杆与竖杆的镁合金型材之间。

进一步地，所述车身骨架上作为竖杆或横杆的镁合金型材之间的距离为：500mm～2000mm。

进一步地，所述镁合金型材上设有型材凹槽，该型材凹槽包括横向凹槽和与横向凹槽连接的纵向凹槽，所述塞块扣合在横向凹槽上。

进一步地，所述塞块的形状呈“丄”型，其形状与型材凹槽相适配，该塞块上设有锁紧孔，所述锁紧件与锁紧孔连接。

进一步地，所述镁合金型材为镁合金挤压成型的镁合金型材。

进一步地，所述角码为镁合金一体锻造成型的角码。

进一步地，所述塞块为镁合金一体锻造成型的塞块。

进一步地，所述锁紧件为螺栓，该螺栓上设有树脂涂料，所述塞块上设有螺孔，所述螺栓与螺孔螺纹连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

上述技术方案的轻量化镁合金客车车身骨架，由于车身骨架、车头骨架及车尾骨架采用分离式连接，其中，车身骨架、车头骨架或车尾骨架均由镁合金型材通过多个连接机构组装而成，不仅解决了传统燃油客车由钢结构焊接成型而产生的金属疲劳和应力集中等质量隐患的问题，而且也解决了镁合金焊接性能差的缺陷技术问题和镁合金骨架铆接成本的问题。

此外，镁合金的质轻、比强度高、吸能性强等优点，用于制造8～12米新能源客车镁合金车身骨架的，镁合金车身骨架重量达到同型铝合金车身重量80％左右，减重效果明显，进一步提升车身轻量化水平，提高能效比，增加新能源汽车的续航里程。

通过对镁合金挤压型材断面、车身结构的优化设计，克服镁合金弹性模量低的缺点，设计综合性能优异的镁合金型材车身结构，确保在弯曲、扭转、紧急制动、紧急转弯等工况下的静强度和模态等指标符合国家相关标准；节省设备固定资产投入，场地占用等问题，能够满足多车型生产，且提高了生产率，镁合金车身具有明显竞争优势，客车镁合金轻量化降低能源的消耗同时提高乘车的舒适性，提高载荷及有效承载。

附图说明

图1为本发明提供的轻量化镁合金客车车身骨架的结构示意图。

图2为本发明中车头骨架的分解示意图。

图3为本发明中车尾骨架的分解示意图。

图4为本发明中车身骨架的部分机构图。

图5为图4中车身骨架在A处的放大示意图。

图6为图4中车身骨架在B处的放大示意图。

图7为本发明中一种镁合金型材的结构示意图。

图8为本发明中另一种镁合金型材的结构示意图。

图9为本发明中塞块的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参照图1-9，本发明实施例提供的一种轻量化镁合金客车车身骨架，包括车身骨架10、车头骨架20、车尾骨架30及多个连接机构40，其中，车头骨架20可拆卸的安装在车身骨架20的前端上，车尾骨架30可拆卸的及安装在车身骨架20的后端，在本实施例中，车身骨架10、车头骨架20及车尾骨架30均由多根镁合金型材50连接而成，即相接触的两根镁合金型材50之间通过连接机构40相互扣合连接成一体，采用以上技术方案后，由于车身骨架10、车头骨架20、车尾骨架30通过连接机构40分离式连接，不仅解决了传统燃油客车采用钢结构焊接成型所带来的焊接金属疲劳和应力集中等质量隐患，而且也解决了镁合金焊接性能差的缺陷技术问题和镁合金骨架铆接成本等问题，使整车镁合金骨架间的连接可靠。

请参照图1-4，作为优选的实施方式，车头骨架20上设有头侧骨架21，车尾骨架30上设有尾侧骨架31，其中，头侧骨架21和尾侧骨架31的外延均由圆弧型的镁合金型材过渡连接成一体，在本实施例中，头侧骨架21通过车头骨架20与车身骨架10连接，尾侧骨架31通过车尾骨架30与车身骨架10连接，这样可以降低客车在行驶时正面迎接风的阻力，从而提高了客车的轻巧型及灵活性，降低能源的消耗。

请参照图1-4，作为优选的实施方式，用于构造车身骨架10、车头骨架20及车尾骨架30的镁合金型材50的抗拉强度为380～420MPa及镁合金型材50的屈服强度260～320MPa，其中，这些镁合金型材50包括用作车身骨架上腰梁的腰梁型材53、用作车身骨架上竖杆的竖杆型材52及用作车身骨架上横杆的横杆型材51，腰梁型材53、横杆型材51均通过连接机构40与竖杆型材52连接，在本实施例中，每两个腰梁型材53的距离为：500mm～2000mm，每两个横杆型材51的距离为：500mm～2000mm，这些距离都是根据车身的长度及力学结构确定的，由于电动汽车在使用过程中受力位置非常集中，应力状况较为复杂，因此对车辆定型试验规程规定的行驶状况(弯曲工况、扭矩工况、制动工况、转弯工况)分别进行分析优化，再通过ANSYS有限元软件对整个车身骨架进行强度分析，将复杂结构划分为有限个单元或节点，再以单元和节点为研究对象，建立位移与内力之间的静力平衡方程，汇总所有的方程式，得到所要分析结构的整体平衡方程，对该方程组进行求解即可得到未知节点或单元的位移，找到车身骨架结构的薄弱环节或危险部位，进行设计改进及优化，从而得出本车身骨架结构及镁合金型材结构满足车身骨架设计强度要求。

请参照图1-6，作为优选的实施方式，连接机构40包括角码41、塞块42及锁紧件43，其中，塞块42扣合在镁合金型材40上，锁紧件43穿过镁合金型材50后与塞块42连接，采用以上技术方案后，不仅解决了镁合金型材的连接问题，而且也提高了车身骨架的生产效率。

请参照图1-6，作为优选的实施方式，角码41包括弧形角码411及直角角码412，其中，弧形角码411安装在腰梁型材53与竖杆型材52之间，直角角码412安装在横杆型材51与竖杆型材52之间，这样不仅可以有效的提高控制车身骨架的制造成本，而且也可以提高车身骨架的承受能力，即车身骨架的关键部位或主要车身骨架主要承受力的部位采用弧形角码411进行连接，解决了客车行驶时遇到各种突发而造成的安全隐患问题，提高整车的结构强度，也有利于整车的轻量化设计。

请参照图1-6，作为优选的实施方式，车身骨架上的镁合金型材50采用变形镁合金，如40×40×2.5～5t镁合金型材(如图8)或者80×40×2.5～5t镁合金型材(如图9)，在保证承载强度足够时，又能达到较低的成本效果，在本实施例中，镁合金型材50为镁合金挤压成型的镁合金型材，角码41为镁合金一体锻造成型的角码，塞块42为镁合金一体锻造成型的塞块，这样可以提高整个车身骨架的生产效率，成本相对机加工制造也便宜，而且也能确保镁合金型材50、角码41及塞块的强度，从而保证了车身骨架的承载能力，此外，在车身骨架的组装过程中，工人可以先将镁合金型材50放置在工装夹具进行固定，在将塞块42嵌合在镁合金型材50中，接而用角码41及锁紧件43将镁合金型材50连接成一体，与现有客车的车身骨架相比，组装效率大大提升，而且了解决金属焊接时出现的疲劳及应力集中等质量隐患。

请参照图1-6，作为优选的实施方式，锁紧件43可以铆钉，也可以为螺栓，其中，铆钉连接的连接刚度大、传力可靠，但连接强度较低，因此，在本实施例中，锁紧件43优选为螺栓，螺栓的螺纹连接强度高，对于处于较大载荷和持续震动的车身骨架具有诸多优势，而且螺栓抗剪切性能好、疲劳强度高、易于拆卸、加工成本较低、报废成本较低等足够优势。

请参照图1-9，作为优选的实施方式，塞块42上设有螺孔423，螺栓43与螺孔423螺纹连接，其中，螺栓43上设有树脂涂料(图中未示出)，这些树脂涂料为工程树脂，具有非常高的化学稳定性的优点，如耐酸碱及其它溶剂等特点，其中，工程树脂永久的附着在螺栓43的螺纹上，使内外螺纹在锁紧过程中，工程树脂被挤压而产生强大的反作用力，此热摩擦力，提供了对振动的绝对阻力，使其内外螺纹的整个啮合段隔离，而且该摩擦力与内外螺栓之间的缩紧压力无关，螺栓锁紧摩擦力即时产生，且永久存在，螺栓锁紧不会松脱，而且此防松耐腐蚀角码及螺栓可重复性拆卸5-60次，防松脱功能仍然持久存在。通过螺栓上的特殊工程树脂起到表面防护层的作用，对角码41进行保护，隔离腐蚀介质与角码41的接触。

请参照图1-9，作为优选的实施方式，镁合金型材50上设有型材凹槽531，该型材凹槽531包括横向凹槽532和与横向凹槽连接的纵向凹槽531，其中横向凹槽532的宽度L为25～38mm，高度H为5～10mm，横向凹槽532离镁合金型材50外侧的距离T为3～8mm，塞块42为“丄”型阶梯块，包括上阶梯块422及下阶梯块421，其中，下阶梯块421的形状与横向凹槽532的形状相适配，上阶梯块422的形状与纵向凹槽531的形状相适配，在本实施例中，上阶梯块422的高度比距离T少1mm，这样可以确保角码41能够紧贴在镁合金型材50外表面上，而且也能够确保镁合金型材之间的连接力为20000～25000N，不仅确保车身骨架能够在弯曲、扭转、紧急制动、紧急转弯等工况下的静强度及模态等指标符合国家相关标准，而且提高了生产率，降低能源的消耗同时提高客车的舒适性、载荷及有效承载能力。

综合上述，镁合金的质量轻、比强度高、吸能性强等优点，用于制造8～12m新能源客车镁合金车身骨架的，镁合金车身骨架重量达到同型铝合金车身重量75％左右(10米传统钢结构为2.6吨，铝合金为1吨，镁合金为0.75吨)，减重效果明显，进一步提升车身轻量化水平，提高能效比，增加新能源汽车的续航里程。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种轻量化镁合金客车车身骨架，包括车身骨架、安装在车身骨架前端的车头骨架及安装在车身骨架后端的车尾骨架，其特征在于，还包括多个连接机构，所述车头骨架、车身骨架及车尾骨架均由多根镁合金型材连接而成，相接触的两根镁合金型材之间通过连接机构相互扣合连接成一体。

2.如权利要求1所述的车身骨架，其特征在于，所述连接机构包括角码、塞块及锁紧件，所述塞块扣合在所述镁合金型材上，所述锁紧件穿过所述镁合金型材后与所述塞块连接。

3.如权利要求2所述的车身骨架，其特征在于，所述角码包括弧形角码及直角角码，所述弧形角码安装在车身骨架上作为腰梁与竖杆的镁合金型材之间，所述直角角码安装在车身骨架上作为横杆与竖杆的镁合金型材之间。

4.如权利要求3所述的车身骨架，其特征在于，所述车身骨架上作为竖杆或横杆的镁合金型材之间的距离为：500mm～2000mm。

5.如权利要求2所述的车身骨架，其特征在于，所述镁合金型材上设有型材凹槽，该型材凹槽包括横向凹槽和与横向凹槽连接的纵向凹槽，所述塞块扣合在横向凹槽上。

6.如权利要求5所述的车身骨架，其特征在于，所述塞块的形状呈“丄”型，其形状与型材凹槽相适配，该塞块上设有锁紧孔，所述锁紧件与锁紧孔连接。

7.如权利要求2所述的车身骨架，其特征在于，所述镁合金型材为镁合金挤压成型的镁合金型材。

8.如权利要求2所述的车身骨架，其特征在于，所述角码为镁合金一体锻造成型的角码。

9.如权利要求2所述的车身骨架，其特征在于，所述塞块为镁合金一体锻造成型的塞块。

10.如权利要求2所述的车身骨架，其特征在于，所述锁紧件为螺栓，该螺栓上设有树脂涂料，所述塞块上设有螺孔，所述螺栓与螺孔螺纹连接。