螺接水箱框架上横梁延伸板结构在白车身设计中的应用

姚毅

摘 要：在白车身开发过程中，设计了一种新型的水箱框架上横梁延伸板结构，它通过紧固件螺接的方式安装在白车身前端的水箱框架总成上。和传统的焊接固定方式相比，这种新型的螺接结构具有可拆卸的特点。在总装造车和售后服务时，操作工通过拆卸该板，便能获得更大的工作空间去方便地拆装和维修发动机舱内的零部件，减小了操作难度。以发动机舱内的蓄电池拆装过程为例，证明了螺接水箱框架上横梁延伸板结构的设计有效且实用。钣金零件使用螺接的设计方法，具有一定的普遍意义，适用但不限于水箱框架上横梁延伸板，可根据实际需求，应用于白车身其他零件的开发。

关键词：白车身；钣金零件；水箱框架上横梁延伸板；紧固件；螺接

中图分类号：U463.83+1 文献标志码： A 文章编号：1005-2550（2014）02-0029-05

1 背景介绍

所谓白车身[1]是指由钣金零件通过焊接、螺接或铆接等连接方式拼合而成的车身骨架，如图1所示。白车身是构成整车的基础，所有其他的零部件，如发动机、底盘、内外饰、空调电子等的元件都是固定在白车身上，并布置于白车身骨架间的空隙之处。

图1 白车身示例图

白车身上的空间主要由发动机舱和乘员舱构成。其中，发动机舱位于白车身的前端，是由水箱框架、防火墙和前纵梁之间的空间构成的。发动机、底盘和电子的零部件常布置于此[2]。例如蓄电池，通常安置在发动机舱内，并固定于前纵梁上。在当前的白车身结构设计中，除去前端模块化设计[3]外，水箱框架[4]通常是由若干根梁拼焊为总成，送入焊装车间后，再焊接到白车身下车体前端的。水箱框架焊死到白车身后与其构成一个刚性整体，无法随意拆卸。所以，安装和拆卸发动机舱内的零部件时，工人必须避开水箱框架上横梁及其延伸板的遮挡，并在发动机舱的既定空间内进行操作。

发动机舱、水箱框架的典型构成可参考图2所示。

图2 发动机舱、水箱框架的典型结构

当前，汽车造型的一种趋势是流线型、运动化，如车头“短前鼻”[5]设计，这种造型方式的一个突出特点是将汽车头部的最前点后移，也就是说水箱框架整体后移。另外，当前的汽车设计也越来越注重乘员的感受，为了增大乘员舱的空间，通常会将防火墙的位置向车头方向移动。上述因素都会造成发动机舱的空间被大量地压缩和占用，这对合理地在发动机舱内布置零件提出了难题。如图3所示，因水箱框架后移和防火墙前移，发动机舱的空间会变的更局促。同时，因造型需求，水箱框架上横梁延伸板的位置后移会更多地遮挡发动机舱内零部件如蓄电池的安装和取出路径。工人在拆装时必然要采取费力的姿势，避开焊死的延伸板的遮挡，并克服工作空间减少的影响进行操作。可想而知，是非常困难且费时费力的。

图3 发动机舱空间被压缩及水箱框架上横梁延伸板遮挡蓄电池图示

2 新型螺接水箱框架上横梁延伸板结构的应用

为了解决因发动机舱空间减小和水箱框架上横梁遮挡而造成发动机舱内零部件如蓄电池拆装不便的问题，本文设计了一种新型的水箱框架上横梁延伸板结构：主体思路是将蓄电池安装侧的水箱框架上横梁延伸板巧妙改动为活动式的，并利用目前在汽车制造中已广泛使用的螺接方式进行固定，即该延伸板不用焊点焊死而是用螺栓与螺母紧固在水箱框架上。其中，螺母焊接在相应的钣金上，螺栓为后装。这样，该板就能在必要的时候进行拆卸。水箱框架上横梁延伸板的新型螺接形式与传统的焊接形式之对比可参考图4。

使用螺接方式后，在总装造车或售后服务时安装蓄电池的步骤可参考图5，而拆卸步骤按图反之操作即可。具体拆装步骤描述如下：在总装车间安装蓄电池前，先将水箱框架上横梁延伸板上的紧固件即螺栓卸下，再卸下该板，这样就能为工人操作提供一个开阔而无遮挡的空间。然后，操作工利用此空间将蓄电池在前纵梁上先安装好，再放置延伸板，最后用紧固件即螺栓将其打紧固定。这样，就完成了蓄电池和延伸板的安装操作。在售后维修时，如要拆卸蓄电池，操作工可先将水箱框架上横梁延伸板上的螺栓卸下，再卸下该板，此处就不会对其操作产生遮挡。然后，操作工可以很轻松地通过无遮挡空间卸下蓄电池，进行必要的维护或更换后，再轻松地装到前纵梁上。最后，通过螺栓打紧延伸板即可。

显而易见，螺接结构能为操作工提供灵活的工作空间，避免其费时费力地绕开水箱框架上横梁延伸板的遮挡进行操作，降低了其工作难度，提高了其工作效率和工作质量，是一种巧妙的人机工程设计。此外，螺栓的安装及拆卸是非常简单的操作，需螺接的零件通过孔就能进行预定位而无需复杂的工装来保证其装配精度，所以这个设计对工人的操作技能和经验要求不高，任何操作人员在任何场合都能很方便地实现，可见其工艺适应强，不依赖于成熟稳定的工作技巧。

另外，从整车开发的大环境下考虑，这种螺接结构也是适用的，主要体现在以下几个方面。首先，水箱框架上横梁延伸板的螺接结构对整车制造工艺不会产生影响：延伸板及其紧固件在车身车间可以预先安装好，和整个白车身一起过油漆车间，进行必要的防腐和上漆处理。至总装车间后，在安装蓄电池时再行拆卸。其次，经某车型实车验证，这种螺接结构提供的刚度、强度及模态并不低于传统焊接，能满足整车安全、耐久和舒适性能的要求。最后，和传统的焊点相比，使用紧固件可能会使单件成本有所提高，但综合考虑到在生产制造及售后维修时因操作困难而增加的人力时间成本及售后件的可更换性，这种设计其实是更省钱的。

3 结论与展望

从上文的论述可以看出，螺接的水箱框架上横梁延伸板结构能灵活地应用在造车过程和售后服务中，大大方便了发动机舱内的零部件尤其是大体积零部件的拆装，其结构灵活简单、易于实现、不会影响整车制造工艺和性能，而且成本也不高。进一步说，该设计并不仅仅是用来解决某一个零件的拆装困难问题，更重要的是，在整车设计的大环境下，该设计通过改变自身的连接方式，确保了造型、总布置、性能、制造工艺和成本等多方的要求不被打折扣，有利于整车开发的顺利进行，是一种有效且实用的白车身零件设计方法

当然，根据实际需求，本设计也可以灵活地应用于水箱框架上横梁延伸板的任一侧、两侧甚至整根上横梁。所以说，本文介绍的螺接水箱框架上横梁延伸板的结构除了解决具体的问题外，其实还为车身设计工程师们总结出了一种具备普遍意义的白车身钣金零件设计方法：即钣金零件螺接的设计方法，这种设计方法灵活实用，目前已被各大主机厂所广泛采用。在今后的白车身设计中，我们将会越来越多的看到这种设计方法在实车上得以体现。

参考文献：

[1]姜涛.全新的汽车车身白车身系统开发技术[J].现代零部件，2008，01.

[2]彭岳华，高卫民，徐康聪. 轿车发动机舱关键零部件的布置研究[J]. 汽车技术，2010，05： 27-29.

[3]邱国华.汽车模块化设计的应用与发展[J].上海汽车，2002，11： 1-3.

[4]李民和.汽车行话与专业术语对比研究[J].广西职业技术学院学报，2008，06： 16-19.

[5]消费新潮[J].世界知识，2003，20.endprint

摘 要：在白车身开发过程中，设计了一种新型的水箱框架上横梁延伸板结构，它通过紧固件螺接的方式安装在白车身前端的水箱框架总成上。和传统的焊接固定方式相比，这种新型的螺接结构具有可拆卸的特点。在总装造车和售后服务时，操作工通过拆卸该板，便能获得更大的工作空间去方便地拆装和维修发动机舱内的零部件，减小了操作难度。以发动机舱内的蓄电池拆装过程为例，证明了螺接水箱框架上横梁延伸板结构的设计有效且实用。钣金零件使用螺接的设计方法，具有一定的普遍意义，适用但不限于水箱框架上横梁延伸板，可根据实际需求，应用于白车身其他零件的开发。

关键词：白车身；钣金零件；水箱框架上横梁延伸板；紧固件；螺接

中图分类号：U463.83+1 文献标志码： A 文章编号：1005-2550（2014）02-0029-05

1 背景介绍

所谓白车身[1]是指由钣金零件通过焊接、螺接或铆接等连接方式拼合而成的车身骨架，如图1所示。白车身是构成整车的基础，所有其他的零部件，如发动机、底盘、内外饰、空调电子等的元件都是固定在白车身上，并布置于白车身骨架间的空隙之处。

图1 白车身示例图

白车身上的空间主要由发动机舱和乘员舱构成。其中，发动机舱位于白车身的前端，是由水箱框架、防火墙和前纵梁之间的空间构成的。发动机、底盘和电子的零部件常布置于此[2]。例如蓄电池，通常安置在发动机舱内，并固定于前纵梁上。在当前的白车身结构设计中，除去前端模块化设计[3]外，水箱框架[4]通常是由若干根梁拼焊为总成，送入焊装车间后，再焊接到白车身下车体前端的。水箱框架焊死到白车身后与其构成一个刚性整体，无法随意拆卸。所以，安装和拆卸发动机舱内的零部件时，工人必须避开水箱框架上横梁及其延伸板的遮挡，并在发动机舱的既定空间内进行操作。

发动机舱、水箱框架的典型构成可参考图2所示。

图2 发动机舱、水箱框架的典型结构

当前，汽车造型的一种趋势是流线型、运动化，如车头“短前鼻”[5]设计，这种造型方式的一个突出特点是将汽车头部的最前点后移，也就是说水箱框架整体后移。另外，当前的汽车设计也越来越注重乘员的感受，为了增大乘员舱的空间，通常会将防火墙的位置向车头方向移动。上述因素都会造成发动机舱的空间被大量地压缩和占用，这对合理地在发动机舱内布置零件提出了难题。如图3所示，因水箱框架后移和防火墙前移，发动机舱的空间会变的更局促。同时，因造型需求，水箱框架上横梁延伸板的位置后移会更多地遮挡发动机舱内零部件如蓄电池的安装和取出路径。工人在拆装时必然要采取费力的姿势，避开焊死的延伸板的遮挡，并克服工作空间减少的影响进行操作。可想而知，是非常困难且费时费力的。

图3 发动机舱空间被压缩及水箱框架上横梁延伸板遮挡蓄电池图示

2 新型螺接水箱框架上横梁延伸板结构的应用

为了解决因发动机舱空间减小和水箱框架上横梁遮挡而造成发动机舱内零部件如蓄电池拆装不便的问题，本文设计了一种新型的水箱框架上横梁延伸板结构：主体思路是将蓄电池安装侧的水箱框架上横梁延伸板巧妙改动为活动式的，并利用目前在汽车制造中已广泛使用的螺接方式进行固定，即该延伸板不用焊点焊死而是用螺栓与螺母紧固在水箱框架上。其中，螺母焊接在相应的钣金上，螺栓为后装。这样，该板就能在必要的时候进行拆卸。水箱框架上横梁延伸板的新型螺接形式与传统的焊接形式之对比可参考图4。

使用螺接方式后，在总装造车或售后服务时安装蓄电池的步骤可参考图5，而拆卸步骤按图反之操作即可。具体拆装步骤描述如下：在总装车间安装蓄电池前，先将水箱框架上横梁延伸板上的紧固件即螺栓卸下，再卸下该板，这样就能为工人操作提供一个开阔而无遮挡的空间。然后，操作工利用此空间将蓄电池在前纵梁上先安装好，再放置延伸板，最后用紧固件即螺栓将其打紧固定。这样，就完成了蓄电池和延伸板的安装操作。在售后维修时，如要拆卸蓄电池，操作工可先将水箱框架上横梁延伸板上的螺栓卸下，再卸下该板，此处就不会对其操作产生遮挡。然后，操作工可以很轻松地通过无遮挡空间卸下蓄电池，进行必要的维护或更换后，再轻松地装到前纵梁上。最后，通过螺栓打紧延伸板即可。

显而易见，螺接结构能为操作工提供灵活的工作空间，避免其费时费力地绕开水箱框架上横梁延伸板的遮挡进行操作，降低了其工作难度，提高了其工作效率和工作质量，是一种巧妙的人机工程设计。此外，螺栓的安装及拆卸是非常简单的操作，需螺接的零件通过孔就能进行预定位而无需复杂的工装来保证其装配精度，所以这个设计对工人的操作技能和经验要求不高，任何操作人员在任何场合都能很方便地实现，可见其工艺适应强，不依赖于成熟稳定的工作技巧。

另外，从整车开发的大环境下考虑，这种螺接结构也是适用的，主要体现在以下几个方面。首先，水箱框架上横梁延伸板的螺接结构对整车制造工艺不会产生影响：延伸板及其紧固件在车身车间可以预先安装好，和整个白车身一起过油漆车间，进行必要的防腐和上漆处理。至总装车间后，在安装蓄电池时再行拆卸。其次，经某车型实车验证，这种螺接结构提供的刚度、强度及模态并不低于传统焊接，能满足整车安全、耐久和舒适性能的要求。最后，和传统的焊点相比，使用紧固件可能会使单件成本有所提高，但综合考虑到在生产制造及售后维修时因操作困难而增加的人力时间成本及售后件的可更换性，这种设计其实是更省钱的。

3 结论与展望

从上文的论述可以看出，螺接的水箱框架上横梁延伸板结构能灵活地应用在造车过程和售后服务中，大大方便了发动机舱内的零部件尤其是大体积零部件的拆装，其结构灵活简单、易于实现、不会影响整车制造工艺和性能，而且成本也不高。进一步说，该设计并不仅仅是用来解决某一个零件的拆装困难问题，更重要的是，在整车设计的大环境下，该设计通过改变自身的连接方式，确保了造型、总布置、性能、制造工艺和成本等多方的要求不被打折扣，有利于整车开发的顺利进行，是一种有效且实用的白车身零件设计方法

当然，根据实际需求，本设计也可以灵活地应用于水箱框架上横梁延伸板的任一侧、两侧甚至整根上横梁。所以说，本文介绍的螺接水箱框架上横梁延伸板的结构除了解决具体的问题外，其实还为车身设计工程师们总结出了一种具备普遍意义的白车身钣金零件设计方法：即钣金零件螺接的设计方法，这种设计方法灵活实用，目前已被各大主机厂所广泛采用。在今后的白车身设计中，我们将会越来越多的看到这种设计方法在实车上得以体现。

参考文献：

[1]姜涛.全新的汽车车身白车身系统开发技术[J].现代零部件，2008，01.

[2]彭岳华，高卫民，徐康聪. 轿车发动机舱关键零部件的布置研究[J]. 汽车技术，2010，05： 27-29.

[3]邱国华.汽车模块化设计的应用与发展[J].上海汽车，2002，11： 1-3.

[4]李民和.汽车行话与专业术语对比研究[J].广西职业技术学院学报，2008，06： 16-19.

[5]消费新潮[J].世界知识，2003，20.endprint

摘 要：在白车身开发过程中，设计了一种新型的水箱框架上横梁延伸板结构，它通过紧固件螺接的方式安装在白车身前端的水箱框架总成上。和传统的焊接固定方式相比，这种新型的螺接结构具有可拆卸的特点。在总装造车和售后服务时，操作工通过拆卸该板，便能获得更大的工作空间去方便地拆装和维修发动机舱内的零部件，减小了操作难度。以发动机舱内的蓄电池拆装过程为例，证明了螺接水箱框架上横梁延伸板结构的设计有效且实用。钣金零件使用螺接的设计方法，具有一定的普遍意义，适用但不限于水箱框架上横梁延伸板，可根据实际需求，应用于白车身其他零件的开发。

关键词：白车身；钣金零件；水箱框架上横梁延伸板；紧固件；螺接

中图分类号：U463.83+1 文献标志码： A 文章编号：1005-2550（2014）02-0029-05

1 背景介绍

所谓白车身[1]是指由钣金零件通过焊接、螺接或铆接等连接方式拼合而成的车身骨架，如图1所示。白车身是构成整车的基础，所有其他的零部件，如发动机、底盘、内外饰、空调电子等的元件都是固定在白车身上，并布置于白车身骨架间的空隙之处。

图1 白车身示例图

白车身上的空间主要由发动机舱和乘员舱构成。其中，发动机舱位于白车身的前端，是由水箱框架、防火墙和前纵梁之间的空间构成的。发动机、底盘和电子的零部件常布置于此[2]。例如蓄电池，通常安置在发动机舱内，并固定于前纵梁上。在当前的白车身结构设计中，除去前端模块化设计[3]外，水箱框架[4]通常是由若干根梁拼焊为总成，送入焊装车间后，再焊接到白车身下车体前端的。水箱框架焊死到白车身后与其构成一个刚性整体，无法随意拆卸。所以，安装和拆卸发动机舱内的零部件时，工人必须避开水箱框架上横梁及其延伸板的遮挡，并在发动机舱的既定空间内进行操作。

发动机舱、水箱框架的典型构成可参考图2所示。

图2 发动机舱、水箱框架的典型结构

当前，汽车造型的一种趋势是流线型、运动化，如车头“短前鼻”[5]设计，这种造型方式的一个突出特点是将汽车头部的最前点后移，也就是说水箱框架整体后移。另外，当前的汽车设计也越来越注重乘员的感受，为了增大乘员舱的空间，通常会将防火墙的位置向车头方向移动。上述因素都会造成发动机舱的空间被大量地压缩和占用，这对合理地在发动机舱内布置零件提出了难题。如图3所示，因水箱框架后移和防火墙前移，发动机舱的空间会变的更局促。同时，因造型需求，水箱框架上横梁延伸板的位置后移会更多地遮挡发动机舱内零部件如蓄电池的安装和取出路径。工人在拆装时必然要采取费力的姿势，避开焊死的延伸板的遮挡，并克服工作空间减少的影响进行操作。可想而知，是非常困难且费时费力的。

图3 发动机舱空间被压缩及水箱框架上横梁延伸板遮挡蓄电池图示

2 新型螺接水箱框架上横梁延伸板结构的应用

为了解决因发动机舱空间减小和水箱框架上横梁遮挡而造成发动机舱内零部件如蓄电池拆装不便的问题，本文设计了一种新型的水箱框架上横梁延伸板结构：主体思路是将蓄电池安装侧的水箱框架上横梁延伸板巧妙改动为活动式的，并利用目前在汽车制造中已广泛使用的螺接方式进行固定，即该延伸板不用焊点焊死而是用螺栓与螺母紧固在水箱框架上。其中，螺母焊接在相应的钣金上，螺栓为后装。这样，该板就能在必要的时候进行拆卸。水箱框架上横梁延伸板的新型螺接形式与传统的焊接形式之对比可参考图4。

使用螺接方式后，在总装造车或售后服务时安装蓄电池的步骤可参考图5，而拆卸步骤按图反之操作即可。具体拆装步骤描述如下：在总装车间安装蓄电池前，先将水箱框架上横梁延伸板上的紧固件即螺栓卸下，再卸下该板，这样就能为工人操作提供一个开阔而无遮挡的空间。然后，操作工利用此空间将蓄电池在前纵梁上先安装好，再放置延伸板，最后用紧固件即螺栓将其打紧固定。这样，就完成了蓄电池和延伸板的安装操作。在售后维修时，如要拆卸蓄电池，操作工可先将水箱框架上横梁延伸板上的螺栓卸下，再卸下该板，此处就不会对其操作产生遮挡。然后，操作工可以很轻松地通过无遮挡空间卸下蓄电池，进行必要的维护或更换后，再轻松地装到前纵梁上。最后，通过螺栓打紧延伸板即可。

显而易见，螺接结构能为操作工提供灵活的工作空间，避免其费时费力地绕开水箱框架上横梁延伸板的遮挡进行操作，降低了其工作难度，提高了其工作效率和工作质量，是一种巧妙的人机工程设计。此外，螺栓的安装及拆卸是非常简单的操作，需螺接的零件通过孔就能进行预定位而无需复杂的工装来保证其装配精度，所以这个设计对工人的操作技能和经验要求不高，任何操作人员在任何场合都能很方便地实现，可见其工艺适应强，不依赖于成熟稳定的工作技巧。

另外，从整车开发的大环境下考虑，这种螺接结构也是适用的，主要体现在以下几个方面。首先，水箱框架上横梁延伸板的螺接结构对整车制造工艺不会产生影响：延伸板及其紧固件在车身车间可以预先安装好，和整个白车身一起过油漆车间，进行必要的防腐和上漆处理。至总装车间后，在安装蓄电池时再行拆卸。其次，经某车型实车验证，这种螺接结构提供的刚度、强度及模态并不低于传统焊接，能满足整车安全、耐久和舒适性能的要求。最后，和传统的焊点相比，使用紧固件可能会使单件成本有所提高，但综合考虑到在生产制造及售后维修时因操作困难而增加的人力时间成本及售后件的可更换性，这种设计其实是更省钱的。

3 结论与展望

从上文的论述可以看出，螺接的水箱框架上横梁延伸板结构能灵活地应用在造车过程和售后服务中，大大方便了发动机舱内的零部件尤其是大体积零部件的拆装，其结构灵活简单、易于实现、不会影响整车制造工艺和性能，而且成本也不高。进一步说，该设计并不仅仅是用来解决某一个零件的拆装困难问题，更重要的是，在整车设计的大环境下，该设计通过改变自身的连接方式，确保了造型、总布置、性能、制造工艺和成本等多方的要求不被打折扣，有利于整车开发的顺利进行，是一种有效且实用的白车身零件设计方法

当然，根据实际需求，本设计也可以灵活地应用于水箱框架上横梁延伸板的任一侧、两侧甚至整根上横梁。所以说，本文介绍的螺接水箱框架上横梁延伸板的结构除了解决具体的问题外，其实还为车身设计工程师们总结出了一种具备普遍意义的白车身钣金零件设计方法：即钣金零件螺接的设计方法，这种设计方法灵活实用，目前已被各大主机厂所广泛采用。在今后的白车身设计中，我们将会越来越多的看到这种设计方法在实车上得以体现。

参考文献：

[1]姜涛.全新的汽车车身白车身系统开发技术[J].现代零部件，2008，01.

[2]彭岳华，高卫民，徐康聪. 轿车发动机舱关键零部件的布置研究[J]. 汽车技术，2010，05： 27-29.

[3]邱国华.汽车模块化设计的应用与发展[J].上海汽车，2002，11： 1-3.

[4]李民和.汽车行话与专业术语对比研究[J].广西职业技术学院学报，2008，06： 16-19.

[5]消费新潮[J].世界知识，2003，20.endprint