CN106945731B - 一种车身轻量化子结构连接装置及方法 - Google Patents

一种车身轻量化子结构连接装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车身轻量化子结构连接装置及方法，旨在克服现有车身轻量化过程中***刚度降低，模态频率降低的问题。本发明装置由连接螺栓，内置调整结构，外置调整结构，紧固螺栓组件构成，通过调整装置中的内调整螺母和外置调整螺母来控制子结构的预载荷。本发明方法先对车身子结构轻量化结构设计和***模态分析，再在模态识别的基础上进行预加载设计分析，最后通过预加载装置对车身子结构施加预载荷，达到结构轻量化的同时不降低结构模态频率的目的。本发明可以对车身子结构的模态进行灵活调节，在车身轻量化过程中减小子结构质量的同时，避免了车身整体模态的降低；在车身减噪过程中，避免了子结构与车身发生共振。

Description

一种车身轻量化子结构连接装置及方法
技术领域
本发明专利涉及一种在车身模态调节过程中的一种车身轻量化子结构连接装置及方法，实现车身优化过程中的模态控制。
背景技术
汽车的燃油经济性和车身的自重成反比，从世界能源和环境保护的角度来说，汽车轻量化对内燃机汽车的发展有着重要的现实意义。在车身轻量化设计过程中，需要充分考虑车身的自由模态和激振频率来避免与发动机产生共振。车身质量的减小带来了结构频率的变化，为了避免这种情况的发生，往往在车身的部件减重过程中做出很大让步。在一定程度上模态特性的改变限制了车身轻量化技术的应用。本发明利用预应力方法对车身子结构进行预应力调控，从而保证车身轻量化设计的顺利实施。
现有技术中，在将车身结构和子结构进行连接时，采用直接连接的方式(例如铆接，螺栓连接)，如图1所示。连接时由于车身结构和子结构的相对位置固定不变，无法对子结构的预载荷进行调节，不能解决车身子结构的轻量化带的模态特性问题。车身轻量化设计过程中，带来了结构频率的变化，限制了轻量化技术的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车身轻量化子结构连接装置及方法，旨在克服现有车身优化过程中的模态变化，实现通过预应力加载装置实现对车身结构的模态准确的调节。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种车身轻量化子结构连接装置，其特征在于包括：连接螺栓（1）、内置调整螺母（5）、外置调整螺母（4）和紧固螺母（6）；自连接螺栓（1）的尾部至头部依次布置有外置调整螺母（4）、内置调整螺母（5）和紧固螺母（6），并与连接螺栓（1）相配合；待连接部件车身结构（2）位于连接螺栓（1）的头部与紧固螺母（6）之间，待连接部件子结构（3）位于外置调整螺母（4）和内置调整螺母（5）之间。
一种车身轻量化子结构连接方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，车身子结构轻量化结构设计，具体为：根据车身子结构所需的刚度和强度进行相应的轻量化设计，减轻子结构的重量达到轻量化目的；
步骤二，***模态分析，具体为：在基于车身子结构轻量化设计的前提下，对***模态进行分析；由于子结构重量的减小，***整体模态会发生相应的变化，通过此步骤分析子结构重量变化对***整体的影响；
步骤三，预加载设计分析，具体为：在模态识别的基础上对子结构连接处进行预加载设计分析，确定需要添加的预载荷，来平衡子结构减重对整体模态的影响；
步骤四，利用权利要求1所述的车身轻量化子结构连接装置对车身子结构施加预载荷，具体为：根据步骤三中所述需要添加的预载荷，调节车身轻量化子结构连接装置中的内置调整螺母（5）和外置调整螺母（4）的位置，实现对车身子结构预载荷的添加。
所述的调节具体为：
当需要对车身子结构施加预压力载荷时，先将子结构(3)的另一端固定或者镜像连接，再将内置调整螺母（5）和外置调整螺母（4）向接螺栓（1）的尾部调整，使子结构（3）上产生挤压效应，即实现预压力载荷的施加；
当需要对车身子结构施加预拉力载荷时，先将子结构(3)的另一端固定或者镜像连接，再将内置调整螺母（5）和外置调整螺母（4）向接螺栓（1）的头部调整，使子结构（3）上产生拉伸效应，即实现预拉力载荷的施加。
本发明具有有益效果。本发明利用车身子结构在不同的预载荷下具有不同的振动特性这一技术原理，在车身结构和子结构在连接时，调整内外调节螺母的位置实现对车身子结构预载荷的控制，从而提高车身轻量化过程中模态制约带来的设计阈值。两个调整螺母可以根据不同的设计要求进行相应的调整，且不需要添加其他额外的组件，提高了调节的灵活性，并降低成本。
附图说明
图1为现有技术中子结构的螺栓连接方式示意图；
图2为本发明的车身子结构预加载装置结构示意图；
图3为本发明装置施加压载荷时装置结构示意图；
图4为本发明装置施加拉载荷时装置结构示意图。
图中：1连接螺栓， 2车身结构， 3子结构， 4外置调整螺母， 5内置调整螺母， 6紧固螺母。
具体实施方式
通常将车身结构2和子结构3进行连接时，采用的都是传统直接连接的方式如图1所示。由于车身结构2和子结构3的相对位置固定不能变化，所以安装的预载荷也固定。
利用本发明替代了传统子结构的连接方式，实现车身结构2和子结构3进行连接时的预载荷控制，从而克服在轻量化过程中结构变化带来的模态特性问题。
以某个轻量化的子结构为例来说明本发明的具体实施方式:图中子结构3是需要轻量化设计的一个车身子结构，并且子结构3的一端连接在车身结构2上，另一端被固定或镜像连接。针对车身轻量化的要求，本发明所需实施的方式可以大致分为以下四个步骤：
步骤一，根据图中子结构3的刚度和强度进行相应的轻量化设计，目的在于减轻子结构3的重量以达到轻量化目的。
步骤二，在基于轻量化设计的前提下，对***模态进行分析。由于子结构3重量的减小，***整体模态会发生相应的变化，析子结构3重量变化对***整体的影响，为步骤三做准备。
步骤三，在模态识别的基础上对子结构3连接处进行预加载设计分析，确定需要添加预载荷的类型和大小，来平衡结构减重对整体模态的影响，计算子结构3用装置连接的一端所需的的位移数值。
步骤四，利用本发明的连接装置替代原来的连接方式，首先通过连接螺栓1和紧固螺母6在车身结构2处固定连接螺栓1，再通过内置调整螺母5和外置调整螺母4，将需要了解的子结构3固定在连接螺栓1的尾端，如图2所示。通过控制内置调整螺母5和外置调整螺母4的位置来实现对子结构3预载荷的添加。
例如当通过前三步骤确定了需要向子结构施加压力载荷F1时，将内置调整螺母5和外置调整螺母4向接螺栓（1）的尾部调整X1距离，使子结构（3）上产生挤压效应，即实现预压力载荷的施加；如图3所示。当通过前三步骤确定了需要向子结构施加拉力载荷F2时，将内置调整螺母5和外置调整螺母4向接螺栓（1）的头部调整X2距离，使子结构（3）上产生拉伸效应，即实现预拉力载荷的施加；如图4所示。
通过以上的步骤，轻量化的子结构3被连接在车身结构2上，且由于预载荷的施加，相比轻量化前***整体模态不会发生变化。

Claims (2)

1.一种车身轻量化子结构连接方法，其特征在于，所述的连接方法采用车身轻量化子结构连接装置进行，所述的装置包括：连接螺栓（1）、内置调整螺母（5）、外置调整螺母（4）和紧固螺母（6）；自连接螺栓（1）的尾部至头部依次布置有外置调整螺母（4）、内置调整螺母（5）和紧固螺母（6），并与连接螺栓（1）相配合；待连接部件车身结构（2）位于连接螺栓（1）的头部与紧固螺母（6）之间，待车身子结构（3）位于外置调整螺母（4）和内置调整螺母（5）之间；
所述的连接方法包括以下步骤：
步骤一，车身子结构轻量化结构设计，具体为：根据车身子结构所需的刚度和强度进行相应的轻量化设计，减轻车身子结构的重量达到轻量化目的；
步骤二，***模态分析，具体为：在基于车身子结构轻量化设计的前提下，对***模态进行分析；由于车身子结构重量的减小，***整体模态会发生相应的变化，通过此步骤分析车身子结构重量变化对***整体的影响；
步骤三，预加载设计分析，具体为：在模态识别的基础上对车身子结构连接处进行预加载设计分析，确定需要添加的预载荷，来平衡车身子结构减重对整体模态的影响；
步骤四，利用所述的车身轻量化子结构连接装置对车身子结构施加预载荷，具体为：根据步骤三中所述需要添加的预载荷，调节车身轻量化子结构连接装置中的内置调整螺母（5）和外置调整螺母（4）的位置，实现对车身子结构预载荷的添加。
2.根据权利要求1中所述的一种车身轻量化子结构连接方法，其特征在于：所述的调节具体为：
当需要对车身子结构施加预压力载荷时，先将车身子结构(3)的另一端固定或者镜像连接，再将内置调整螺母（5）和外置调整螺母（4）向连接螺栓（1）的尾部调整，使车身子结构（3）上产生挤压效应，即实现预压力载荷的施加；
当需要对车身子结构施加预拉力载荷时，先将车身子结构(3)的另一端固定或者镜像连接，再将内置调整螺母（5）和外置调整螺母（4）向接螺栓（1）的头部调整，使车身子结构（3）上产生拉伸效应，即实现预拉力载荷的施加。
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