CN1200091A - 将复合塑料汽车车体配装到钢铁汽车框架上的方法和设备 - Google Patents

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唐纳德·E·杰伊
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Abstract

一个铸模塑料汽车车体(10)利用在车体和框架之间填充的粘接剂层(62)把车体固定到钢制框架(12)上,粘接剂层呈同心圆图案(72)以减弱车体相对于框架的热膨胀。抗裂开螺栓(26a,b)带有大表面积弹簧垫片(40)进一步被用来将车体和框架连接起来。

Description

将复合塑料汽车车体配装到钢铁汽车 框架上的方法和设备
本发明一般涉及汽车并且更具体地涉及重量轻的汽车车体。
众所周知，顾客需要有许多不同形式的汽车以供选择。根据情况，一些顾客需要简单的并且有效率的汽车，并且从原则上讲以及最重要的一点考虑是成本。考虑到这一点，本发明认为有可能提供一种有效的有用的汽车，它的成本可以用减少汽车的重量和使用公开的新颖结构而降低。
更特殊一些，本发明认为一种有用的，低成本的，重量轻的汽车是可以提供的，它具有一个铸模塑料车体，主要包括一个与铸模的右半侧相结合的铸模的左半侧。在铸模后，这个车体配装到支持车体和驱动部件的一个钢框架上。可以明确知道的是一种铸模的塑料车体与金属汽车车体相比较即轻又相对价廉。
然而本发明进一步认为，不能简单地把塑料车体用螺钉固定到钢架上，这一点是与现行的钢车体不同的。更具体地说，与现有的钢车体相反，塑料车体由于环境温度的变化所引起的机械膨胀和收缩(这里称为“热膨胀”)以高于钢的热膨胀速率发生。因此，简单地以螺钉将车体部分固定到框架上(从而限制了螺钉固定部分的运动)会由于热膨胀和收缩而形成螺钉固定部分的开裂。这样，把车体配装到框架上必须考虑到这种钢铁和塑料热膨胀率的不同，尽管如此会影响到将车体与框架的固定连接。
进一步，本发明认为塑料车体应当有相对的刚性。因此，把铸模的塑料车体配装到钢架上的方法应为汽车结构增加韧性。再者，本发明认为把铸模塑料车体配装到钢架上的方法也应当会减少塑料车体在它固定到钢架处上裂开的可能性。本发明还进一步认识到把塑料车体安装到钢架上的方法应当相对价廉并有效。
因此，本发明的一个目的是提供一个把塑料车体配装到钢制汽车框架上的方法，这种方法考虑到了车体的热膨胀率和框架热膨胀率之间的不同。本发明的另一个目的是提供一种方法可以把塑料车体牢固地固定到钢制汽车框架上去并伴随着一种相对简单的设计。本发明的又一个目的是提供一种方法把塑料车体牢固地固定到钢制汽车框架上去并增加汽车结构的韧性。本发明还有一个目的是提供一种方法把塑料车体牢固地固定到钢制汽车框架上，这种方法容易使用并且廉价实用。
一个汽车具有一个塑料铸模车体，包括一个铸模左侧壳体和一个铸模右侧壳体。一个钢框架装在车体的下边，一层粘接剂位于框架和车体之间以便将车体固装到框架上去。
根据优先实施例，粘接剂呈许多弧形的样式，最好为同心圆的弧线。如在这里详细公开的那样，框架确定了一个纵向的中心线，而同心圆的圆心位于这条中心线上。
为了从根本上防止车体从框架上裂开，许多螺钉与车体和框架相配合。除了纵向中心线以外，框架也有一个横向轴线，它与纵向中心线相垂直并穿过同心圆的中心。并且车体还带有扩展螺钉孔，这些孔在车体配装到框架时与横向轴线有一个距离以便接受相应的穿过的螺钉。根据这里讨论的原理，扩展螺钉孔在纵向中心线的方向上是狭长的以便允许车体相对于框架的热膨胀和收缩。
为便利起见，许多垫片夹在框架和车体之间以便在框架和车体之间形成一个均匀厚度的粘接剂间隙，而粘接剂完全充满这个间隙。在一个所示的优先实施例中，间隙的厚度大约为3毫米。
在另一方面，是一个将塑料车体配装到钢框架上去的方法，这个方法包括以弧形图样在车体上涂一个车体粘接剂层，并且以弧形图样在框架上涂一个框架粘接剂层。然后车体被压向框架来使二者结合。
本发明还有一个方面，是一个将塑料汽车车体连接到钢框架上去的系统。这个系统进一步包括以弧形图案涂在框架上的框架粘接剂层。
本发明的细节、它的结构和运作，可以参照附图得到更好的理解，在附图中相同的参考数字表示相同的零件，在图中：
图1是一个本发明的复合塑料汽车车体配装到一个钢框架的透视图；
图2是一个车体和框架带有抗分离螺栓的分解透视图；
图3是一个车体和框架的截面图，是沿图2中3-3线在车体装到框架上时所见；
图4是本发明的扩展螺栓孔的顶部平面图；
图5是框架和车体的示意顶部平面图，显示本发明独特的粘接剂涂敷图案，其中为了图示清楚起见所示车体离开框架并且部分车体被取掉；
图6是一个框架和车体的示意顶部平面视图，显示一个替换的粘接剂涂敷图案，为了图示清楚起见车体离开框架并且部分车体被取走；
图7是一个框架和车体的示意顶部平面视图，显示另一个替换的粘接剂涂敷图案，为了图示清楚起见车体离开框架并且部分车体被取走；并且
图8是一个框架和车体的示意顶部平面视图，显示另一个替换的粘接剂涂敷图案，为了图示清楚起见车体离开框架并且部分车体被取走。
先看图1和图2，一个汽车车体10被显示为装配到一个钢铁汽车框架12上以容纳在一辆汽车里，汽车一般用数字100表示，具有一个动力驱动装置102进行操作配合。汽车车体10最好用塑料复合材料用喷射铸模法制成。在一个具体的优先实施例中，汽车车体10用玻璃纤维加强的聚乙烯塑料制成，这种材料可从Hoechst-Celanese得到，商品名称为Celstran PET-15，具有15％重量的玻璃纤维。
如在以前参考的美国专利申请中完全公开并在图2中作了最好显示的那样，在现在这个优先实施例中车体10是用四块铸模片组成。具体地说，车体10是由单一铸模而成并结成一体的内部左侧和右侧板14，16做成。内右侧板16带有一个形成汽车地板20的水平走向的地板平面17。然而应当理解，地板平面17也可以做成与内右侧板16分开，也即是地板平板17可以是一块钢板固定到框架12上并连接到车体10的板块14，16上。
进一步，车体10是由单一铸模而成的外左侧和外右侧板块18，20做成，它们与其相对应的内板块14，16相结合。如本发明所希望的那样，内和外左侧板14，18组成相对韧性的铸模左壳体，同时内和外的右侧板16，20组成相对韧性的铸模右壳体。
外板块16，20中的每一个都带有一个相应的低装配端板22，24，如后面将更详细表露那样每个端板22，24粘接固定到框架12上。除了将车体10固定到框架12上以外，粘接剂还减少了不希望有的从框架12传向车体10的噪声。另外，多个，最好是6个钢制的防分离螺钉26a，b，28a，b，30a，b，把车体10固定到框架12上，防止车体10从框架12上分离开。
更具体地，前侧的带螺纹的左、右螺栓26a，b对应地延伸过车体10的左侧和右侧的配合端板22，24，并且相应地与有互补螺纹的前侧左和右螺帽32a，b相配合，这些螺帽焊接在框架12上或者在框架上整体制出。而且，中央的左和右螺栓28a，b也分别与中央的左和右配合螺帽34a，b相配合，并且后侧的左、右螺栓30a，b也分别与后侧左、右螺帽36a，b相配合。每个螺栓26-30包括一个相应的有螺纹的杆，它的直径是大约5/16英寸。
图3显示优先的将车体10用螺钉连接到框架12上去的结合结构，以使用前侧左螺栓26a作为例子。如图所示，螺栓26a伸过一个形成在盘状平弹簧垫片40上的圆形孔38。孔38刚好够大到允许螺栓26a的有螺纹的部分穿过，也即是在优先实施例中，孔38的直径D1刚刚大于5/16英寸。这样，螺栓26a做成为带有一个圆帽头42，圆帽头42的直径大于垫片的孔38以防止帽头42穿过该孔。应该理解，每个螺栓26-30与其相应的垫片配合，这些垫片基本上与图3上所示的垫片40相同。
根据本发明，垫片40具有直径“D2”和厚度“T”，并且直径“D2”对比起来大于厚度“T”，原因待述。更具体一点，与现有的汽车的垫片不同，垫片40的直径“D2”至少比垫片40的厚度“T”大15倍。直径“D2”最好是75mm，而厚度“T”是大约1.5mm。这样，垫片40确定了一个等于0.5π(D2 2-D2 1)的大面积，在优先实施例中这个面积大约是6.83平方英寸。因此，本发明中的弹簧垫片具有相对大的直径，并且因而具有相对于厚度很大的表面积。
如图3中进一步显示的那样，车体10的左端面22带有一个前面的左扩展螺栓孔44，并且前面的左螺栓26a延伸穿过螺栓孔44并且以螺纹与框架12上的前面左配合螺帽32a相配合。参见图4，前面的左螺栓孔44有一个横向宽度“W”，它比螺栓26a的帽头的直径“d”小但是比螺栓26a的根部大。因此，螺栓被防止穿过螺栓孔44，但是可以在螺栓孔44内左右移动。另外，前面的左螺栓孔44还有一个纵向长度“L”，它大于螺栓孔44的宽度“W”。在优先实施例中，长度“L”大约是3/4英寸。
因此，内行可以理解前面的左扩展螺栓孔44的目的是提供一种方式来使前面左螺栓26a(从而是框架12)与车体10相配合，同时允许车体10相对于框架12在纵向上的活动。因此，车体10以不同于框架12的热膨胀率产生的热膨胀可以被减弱。同时，螺栓孔44的宽度“W”可以允许车体10相对于框架12的某些横向移动。由于车体10和框架12在纵向上是狭长的，车体10的热膨胀在横向上的移动要小于纵向的移动。
可以理解，车体10带有前面的右螺栓孔46，后面的左螺栓孔48，以及后面的右螺栓孔50，如图5所示，来对应接受前面的右螺栓26，后面的左螺栓30a，以及后面的右螺栓30b。如本发明所要求的，前面的右螺栓孔46，后面的左螺栓孔48，以及后面的右螺栓孔50都与前面的左螺栓孔44一样结构，以便允许车体10相对于框架12在纵向上由于热膨胀引起的移动，如图5中由箭头52所示。为了这个目的，前面的和后面的螺栓26a、b，30a，b，以相对低的扭矩扭紧，大约为20英尺磅，这就足够允许车体10的相对于框架12的由于热膨胀所引起的纵向上通过前面和后面的螺栓26a，b，30a，b的移动。
另一方面，中心的左和右螺栓孔54，56(图5中示意画出)形成在车体10的端板22，24上，来分别接受中心的左和右螺栓28a，b，而且中心的孔54，56不是狭长的。中心螺栓孔54，56是圆形的，并且它们的直径仅勉强大于对应的螺栓28的螺纹根部直径。进一步，中心的螺栓28a，b以大约60英尺磅的相对较高的扭矩上紧，以便基本上防止车体10相对于框架12通过中心的螺栓28a，b的移动。
因此，内行们将会理解本发明考虑到了车体10相对于框架12的从(也即是参照于)中心螺栓孔54，56扩展的纵向热膨胀。为了这个原因，狭长的前面的和后面的扩展螺栓孔44-50偏离由中心螺栓孔54，56确定的轴线。更进一步，内行们现在还可以理解，本发明的弹簧垫片，由于它们的相对大的表面积，把螺栓26-30的头部向下夹持的力分散到塑料车体10上的一个相对较大的面积上。从而减小了被称为是“扇形区形成”，也即把金属物品非常紧地固定在塑料上而形成的变形。
再回过头来看图3，内部有螺纹的前面左螺帽32a做成为和框架12一体或焊在框架上，以便以螺纹和前面的左螺栓26a相配合。当螺帽32a和框架12做成一体时，螺帽32a实际上是一个凸起。
在任何情况下，螺帽32a确定了一个固定的间隔58，这个间隔夹在车体10和框架12之间。如图所示，间隔58确定了一个厚度“t”，而且在优先实施例中间隔58的厚度“t”大约为3毫米。同时参照图2和图3可以发现由螺帽32a，b，34a，b所确定的间隔提供了一个粘接剂间隙60，它处于车体10和框架12之间并有一个等于间隔厚度“t”的均匀的间隔厚度。
一种粘接剂62填充到间隙60中去以便把车体和框架12粘接到一起。因此，粘接剂62具有等于垫片厚度“t”的均匀的厚度。在现在这个优先实施例中，粘接剂62是一种聚合物粘接剂，它的特性是能够在机械强度崩溃之前有50％-200％的机械拉伸。在这个优先实施例中，粘接剂是由Ohio的Dublin的Ashland化工公司生产的8000/6660型粘接剂，或者是上述公司生产的尿烷粘接剂。在将粘接剂62填充到框架12上以前，如后面将讨论的那样，框架12要打底以便保证粘接。在现在这个优先实施例中，603132型的底漆在涂粘接剂62之前打在框架12上。
再看图5，本发明的独特的粘接剂涂敷图案可以减弱车体10相对于框架12的热膨胀而不致引起粘接剂62的机械失效。如图所示，框架12有一个纵向中心线64以及一条和纵向中心线64垂直的横向轴线66。图案的中心68是由横轴线66和纵向中心线的交点确定的。
如图所示，中心的左和右螺栓孔54，56都坐落在横轴线66上。框架12的一个第一横向线70也位于这个横轴线66上。在如图5所示的实施例中，横轴66处于车体10的端点之内，但不一定必须是车体10端点之间的中间位置，而取决于具体的框架12的结构。
在图3中所示的粘接剂62，在图5中用弧线72描述，涂敷到框架12上作为框架粘接剂层74，并同时涂敷到车体10上作为车体粘接层76，粘接剂层74，76都是以弧线形的图案涂敷的。粘接剂层74，76最好对应地被滚压到框架12和车体10上。涂敷粘接剂时的温度最好维持在预期的汽车车体将被使用的环境温度范围的中间。
在涂敷后，车体10与框架12相配合，并且粘接剂62(图3)再充填到由本发明的垫片确定的间隙60中。多余的粘接剂在拧紧螺钉26-30时从间隙60中被挤出。
锁紧机构可以使用来防止螺栓26-30从螺帽33-36上脱落。例如，在将螺栓26-30拧进螺帽32-36之前可以在它的螺纹中涂上连接剂，以便把螺栓固定到螺帽上。或者使用众所周知的机械锁紧机构来代替或协助连接剂。
在所示的优先实施例中，粘接剂的弧线72是同心圆的弧线，这些同心圆的共同圆心位于图案中心68上。换一个说法，粘接剂的弧线72是沿着车体10相对于框架12的热膨胀传递线涂敷的。
根据上述结构的结合，车体10相对于框架12的热膨胀可以被减弱。更具体地说，利用设计螺栓孔44-56和按前述方法拧紧螺栓26-30，车体10相对于框架12的热膨胀是以图案中心68为参照点的并按图5中箭头52所示的方向被减弱。再进一步，按所示的弧形图案涂敷粘接剂62可以减弱这种热膨胀而不致引起车体10和框架12之间粘接结合的机械断裂。而且，间隙60的确定可以保证粘接剂62的均匀的最佳厚度从而实现有效的连接又减弱热膨胀。
图6显示一种不同的图案，其中粘接剂80可以涂敷到一个框架82和一个车体84上。需要理解的是除了图6中所示的特殊的图案外，粘接剂80，框架82和车体84在组成，功能和结构上与前面讨论的粘接剂62，框架12和车体10完全一样。
如图6中所示，粘接剂80以粘接剂滴的直线图案涂到框架82上也涂到车体上。具体来说，粘接剂80以一个单列的液滴形式涂到车体84的每一个侧板上，并以一个单列液滴形式涂到框架82的每一个侧面。
进一步，粘接剂80以连续的弧线80a涂在前面的横框梁82a上，弧线80a的两端再有一个单滴粘接剂为邻。弧线80a相对于框架82的前方为凸形的。
另一方面，粘接剂80以连续直线80b的方式涂在中心框架梁82b上。相反地，粘接剂80以连续弧线80c涂在中后部横架梁82c上，邻近弧线80c的每一端再有一个单滴粘接剂。类似地，粘接剂80以连续弧线80d涂在最后边的横架梁82d上，在邻近弧线80d的两端再加上二个粘接剂滴。弧线80c，d相对于框架82的前方85为凹形。
图7显示另一个不同的图案，其中一种粘接物质86涂在框架88上和车体90上，形成一系列杂散的直线，这些直线基本上是半个锯齿形的涂敷图案。具体来说，粘接剂86以单列的散线形式涂敷在车体90的每一个侧板上，这些散线与它紧相邻的粘接剂86的散线分开但一般为平行。类似地，粘接剂86以单列的散线涂敷在框架88的每一侧上，这些线与它紧相邻的粘接剂86的线分开且一般平行。如图所示，粘接剂86的每个散线以一个斜角，最好是45°与框架88的纵向轴线92倾斜。唯一的例外是粘接剂86的连续线86a涂在车体90的每个侧板上并与长度方向轴线92平行，并且连续线86a在中心固定螺栓94的前后延伸。
相反地，粘接剂86涂到前面的，中心线的，中后的和最后的横架梁88a，88b，88c，88d上时形成相对应的笔直的，横向的，前面的，中心线的，中后的和最后的直线86a，86b，86c，86d。单个散线的粘接剂86涂在前面的和中后的粘接剂线86a，86c的两端，而双散线的粘接剂86涂在最后的粘接剂线86d的两端。
图8显示又一个不同的图案，其中粘接物96可以涂敷在框架98和车体100上。应该理解的是，除了图8所示的特殊的图案外，粘接剂96，框架98以及车体100在组成，功能和结构上和前述的粘接剂62，框架12以及车体10基本相同。
如图8所示，粘料96涂在框架98和车体100上时是以完全的锯齿线图案。具体来说，粘接剂96以单列锯齿线图案涂在车体100的每一侧板上。类似地，粘接剂96以单列锯齿线图案涂在框架98的每一侧。
相反，粒接剂96涂敷在前面的，中心线的，中后的和最后的横架梁98a，98b，98c，98d上形成相应的笔直的和横向的，前面的，中心线的，中后的和最后的直线96a，96b，96c，96d。短锯齿线的粘接剂96以递增的长度从前面的框架梁98a到最后的框架梁98d涂敷在每个前面的，中后的和最后的粘接剂线96a，96c和96d两端的附近。

Claims (17)

1.一个汽车，包括：
一个塑料铸模车体，具有一个铸模的左侧壳体和一个铸模的右侧壳体；
一个钢制框架，位于车体下面；和
一层粘接剂，处于框架和车体之间并把车体固定到框架上。
2.根据权利要求1的汽车，其特征在于，粘接剂形成为多个弧线形图案。
3.根据权利要求2的汽车，其特征在于，弧形图案为具有一个中心的同心圆的弧形，框架确定了一个纵向的中心线，而中心位于这个中心线上。
4.根据权利要求3的汽车，其特征在于，进一步包括多个与车体和框架相配合的螺栓，以基本防止车体从框架上裂开。
5.根据权利要求4的汽车，其特征在于，框架上确定有一个与纵向中心线垂直并穿过同心圆中心的横向轴线，车体上带有离开横向轴线的扩展螺栓孔以便在车体装到框架上时接受相应的穿过它的螺栓，这些扩展螺栓孔在纵向中心线的方向上是狭长的以便允许车体相对于框架进行热膨胀和收缩。
6.根据权利要求4的汽车，其特征在于，进一步包括多个垫片，位于框架和车体之间以确立一个框架和车体间的间隙，这个间隙确定为一个厚度，粘接剂基本上充满这个间隙。
7.根据权利要求6的汽车，其特征在于，间隙的厚度大约为3毫米。
8.一种把塑料铸模车体固定到钢框架上的方法，包括如下步骤：
(a)在车体上以弧形图案涂敷车体粘接剂层；
(b)在框架上以弧形图案涂敷框架粘接剂层；并且
(c)把车体压向框架以便把车体固定到框架上。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，进一步包括用螺栓把车体固定到框架上的步骤。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，弧形图案是有一个中心的同心圆的弧线，框架确定有一个纵向中心线，中心位于这个中心线上。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：
在框架和车体间确定一个粘接剂间隙；并且
用粘接剂基本填充这个间隙。
12.把一个塑料车体连接到一个钢框架上去的系统，包括：
一个以弧形图案涂敷在车体上的车体粘接剂层；以及
一个以弧形图案涂敷在框架上的框架粘接剂层。
13.根据权利要求12的系统，其特征在于，弧形图案是确定有中心的同心圆的弧线，框架确定有一个纵向中心线，在车体连接到框架上时中心位于中心线上。
14.根据权利要求13的系统，其特征在于，进一步包括多个螺栓与车体和框架配合以便基本上防止车体从框架上裂开。
15.根据权利要求14的系统，其特征在于，框架确定了一个与纵向中心线垂直并穿过同心圆中心的横轴，车体带有与横轴有距离的扩展螺栓孔在车体固定到框架上时接受并穿过相应的螺栓，扩展螺栓孔在纵向中心线的方向是狭长的以便允许车体相对于框架的热膨胀和收缩。
16.根据权利要求14的系统，其特征在于，进一步包括多个垫片，处于框架和车体之间以便确定一个框架和车体之间的粘接剂间隙，这个间隙确定有一个厚度，粘接剂层基本上充填这个间隙。
17.根据权利要求16的系统，其特征在于，间隙的厚度大约为3毫米。
CN96197738A 1995-10-20 1996-09-30 将复合塑料汽车车体配装到钢铁汽车框架上的方法和设备 Pending CN1200091A (zh)

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