XX123前車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

丁紅

(上海汽車商用車技術(shù)中心，上海 200438)

0 引言

XX123是一款小排量輕客，它具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的四門兩蓋。門蓋的設(shè)計(jì)開發(fā)直接決定了該車身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、設(shè)計(jì)的難易程度，對(duì)制造成本具有很大的影響。汽車鉸鏈?zhǔn)杰囬T的設(shè)計(jì)遵循先布置鉸鏈、再布置玻璃升降器，最后再布置其他附件的原則，并同步進(jìn)行車門開啟的運(yùn)動(dòng)校核、外開把手的運(yùn)動(dòng)校核、玻璃的運(yùn)動(dòng)校核，總成樣件出來(lái)后進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)、道路試驗(yàn)等。因此掌握車門設(shè)計(jì)開發(fā)的正確流程及方法是重中之重［1］。

1 車門鉸鏈的布置

鉸鏈?zhǔn)擒囬T總成中的受力構(gòu)件，當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，車門上的承力件為鎖和鉸鏈;當(dāng)車門打開時(shí)，車門的重力完全由鉸鏈來(lái)承受。車門兩只鉸鏈的中心所連成的軸線直接影響到車門的受力狀況，門柱的結(jié)構(gòu)、車門開縫線的位置和形狀，在對(duì)它們進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)注意以下幾方面的問題:

(1)在結(jié)構(gòu)允許的情況下，車門上下兩鉸鏈間距離應(yīng)盡可能大，以加大承受力力矩，通常不小于300 mm，如圖1所示:由于A柱的空間限制，設(shè)計(jì)距離為值300 mm，偏小［2］。

(2)在結(jié)構(gòu)允許的情況下，在Y向，鉸鏈盡可能向車外，以免車門開啟時(shí)鉸鏈與其他部件干涉［3］。

(3)為保證車門在自身重力作用下有一定的自動(dòng)關(guān)閉能力，軸線內(nèi)傾，應(yīng)與XOZ平面間有一定的角度，通常不大于5°;如圖 2 所示，設(shè)計(jì)值為 3.3°［4］。

(4)為抵抗車門由于重力下垂，鉸鏈軸線前傾，與YOZ平面間有一定的角度，通常不大于1°;如圖3所示，設(shè)計(jì)值為0.35°。

鉸鏈布置后的最終情況詳見圖4。

2 玻璃升降器的布置

玻璃升降器是承載玻璃上下運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，其兩側(cè)的導(dǎo)軌構(gòu)成玻璃運(yùn)動(dòng)的軌道，升降器與軌道間的合理布置，決定了玻璃上下運(yùn)動(dòng)過程中阻力的大小，及玻璃防漏水性能的好壞。該車型采用的是交叉型電動(dòng)升降器，如圖5所示。

玻璃導(dǎo)軌軌跡設(shè)計(jì)時(shí)注意點(diǎn)如下(圖6):

(1)前、后導(dǎo)軌是近似于平行的，一根螺旋線上的兩段線，并不是兩根平行線;前后導(dǎo)軌只有一根螺旋線中的兩段，在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)才能夠完全重合，減少在運(yùn)動(dòng)過程中玻璃與導(dǎo)軌間的前后方向的阻力。

(2)玻璃上下運(yùn)動(dòng)的軌跡面通常是圓柱面的一部分，減少軌跡面的復(fù)雜程度，減少運(yùn)動(dòng)阻力。

交叉型玻璃升降器布置時(shí)的注意點(diǎn):

(1)玻璃升降器的4個(gè)安裝點(diǎn)是在同一個(gè)平面上，詳見圖7;

(2)升降器的旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)4個(gè)安裝點(diǎn)是固定不變的，故此玻璃上下運(yùn)動(dòng)的理軌軌跡應(yīng)該是一個(gè)平面，其能夠沿軌道的曲面運(yùn)動(dòng)是靠滾輪與水平導(dǎo)軌間的間隙及整個(gè)擺臂在運(yùn)動(dòng)中的允許誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

(3)升降器相對(duì)玻璃真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡在上、下止點(diǎn)時(shí)的布置:

①理論上在上、下止點(diǎn)處的壓縮量是相同的，設(shè)計(jì)時(shí)上止點(diǎn)取較大值是為了使玻璃在最上方時(shí)能夠產(chǎn)生較大的向外的推力從而增加防水(密封)性能;

②中間和下止點(diǎn)處取較小值，有利于玻璃在向下運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力較小，由于升降器本身具有鎖死機(jī)構(gòu)，玻璃的重力亦不會(huì)自行往下運(yùn)動(dòng)。

3 限位器的布置

車門限位器是控制車門開啟角度的構(gòu)件，它的作用是使車門在每一擋開啟角度停留時(shí)，能夠產(chǎn)生一定的阻尼，使車門不易再繼續(xù)打開或關(guān)閉。該車型限位器的開啟角度有兩擋:第一擋為:45°，第二擋為70°。

(1)車門限位器上有第一擋開啟角度限位槽機(jī)構(gòu);

(2)車門限位器末端有第二擋開啟角度控制面機(jī)構(gòu);

(3)車門限位器的位置Z向軸線不能與鉸鏈的軸線重合，才能產(chǎn)生控制門開啟的扭矩，本車型的距離為45 mm。

其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)如圖8所示。

4 密封條的布置

密封條是使汽車分隔成內(nèi)、外空間的構(gòu)件，其布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接對(duì)車內(nèi)的噪聲、溫度、清潔度、濕度等有很大的影響。

(1)密封條的位置

通常轎車車門有兩道密封，第一道能夠防水、抗噪聲，第二道主要是抗噪聲。該車型的車門亦有二道密封條，不過它為了降低模具開發(fā)成本，把兩道密封條都安裝在側(cè)圍上，上方的第一道密封條起防水作用，門框周邊的第二道密封條起防水和保溫作用，其具體的布置情況如圖9所示。

(2)密封條的壓縮量

密封條是通過兩物體間的擠壓，使密封條產(chǎn)生變形，而達(dá)到防水，保溫目的。通常密封條的壓縮量為可變形區(qū)域的1/3～1/2，詳見圖10。

5 車門鈑金件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)車門外板是由造型所決定，采用整體沖壓成形，為避免在運(yùn)動(dòng)過程中的振動(dòng)，通常采用烘烤硬化板材，即涂裝烘烤后表面硬度、剛度會(huì)提高;有些轎車上部窗框采用滾壓件時(shí)，車門外板就僅有下半部分為沖壓成形件，如圖11所示［4］。

(2)車門內(nèi)板是安裝各種附件的載體，完全是由滿足功能(附件安裝點(diǎn)、車門密封、部件安裝工藝)和必要的強(qiáng)度所決定的，通常在車門鉸鏈處有一個(gè)加強(qiáng)板，目前轎車采用不同板厚的材料激光拼焊后，一起沖壓成形，以減少制造過程中的成本，提高制造精度，詳見圖12所示。

(3)外板僅是體現(xiàn)外觀造型的，材料比較薄，在其內(nèi)部必須要有防止其振動(dòng)的支撐板，通常采用防撞梁上帶支撐板的功能，但在當(dāng)駕駛員座椅H點(diǎn)高于450 mm時(shí)，車門內(nèi)部可以沒有專用的防撞梁，此時(shí)就必須要設(shè)立專用的外板支撐板，再通過膨脹膠與外板相連接，起緩沖作用，詳見圖13所示。

(4)車門內(nèi)、外板是通過包邊合成的，其包邊的方式有模具包邊、液壓包邊、機(jī)器人滾邊，不同的方式所需要的包邊尺寸有些不同。該車型的包邊情況詳見圖14所示。

6 運(yùn)動(dòng)干涉分析

(1)車門與翼子板間最小間隙校核車門在開啟由0°～70°過程中，車門最前方的邊界與翼子板間間隙的變化情況見圖15所示，在70°時(shí)局部最小間隙為2.9 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

(2)車門外開門把手與外板間運(yùn)動(dòng)分析

從外面開車門時(shí)外開把手的最大開啟角度為45°，在開啟過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡面及與外板間的最小間隙為1.9 mm，符合設(shè)計(jì)要求，詳見圖16所示。

(3)玻璃上下運(yùn)動(dòng)分析

玻璃上下負(fù)載運(yùn)動(dòng)的CAE分析結(jié)果顯示，符合設(shè)計(jì)要求。玻璃在上、中、下3個(gè)止點(diǎn)位置時(shí)與理論運(yùn)動(dòng)軌跡面的間隙符合設(shè)計(jì)需求，詳見表1。

表1 三止點(diǎn)位置與理論運(yùn)動(dòng)軌跡面的間隙

7 車門模態(tài)CAE分析及試驗(yàn)認(rèn)證

由于車門是運(yùn)動(dòng)件，鉸鏈?zhǔn)?C件，汽車標(biāo)準(zhǔn)要求鉸鏈要能開啟10萬(wàn)次，鈑金件強(qiáng)度、剛度的CAE分析及后期的臺(tái)架試驗(yàn)、道路試驗(yàn)不在此次論述之中。

8 總結(jié)

通過此款車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要得到以下的結(jié)論:

(1)車門設(shè)計(jì)第一要素是鉸鏈的布置，它是車門運(yùn)動(dòng)的首要部件;

(2)車門設(shè)計(jì)第二要素是玻璃面的設(shè)計(jì)(即升降器的布置)，它是內(nèi)板總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈魂;

(3)車門設(shè)計(jì)第三要素是必須充分考慮與之相配合零部件間的間隙;

(4)車門設(shè)計(jì)第四要數(shù)是各種附件的安裝工藝，留出足夠的工藝孔;

(5)車門設(shè)計(jì)第五要素是考慮各個(gè)零部件的加工工藝;

(6)前期運(yùn)動(dòng)校核分析及CAE分析便于提前修改設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期。

【1】樂玉漢．轎車車身設(shè)計(jì)［M］．北京:高等教育出版社，2000．

【2】江漫清，吳亞良．CAD/CAM/CAE在車身開發(fā)中的應(yīng)用［J］．上海汽車，1999(2):22－24．

【3】吳亞良．現(xiàn)代轎車車身設(shè)計(jì)［M］．上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003．

【4】黃天澤，黃金陵．汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M}．北京:機(jī)械工藝出版社，2000．