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[汽车车身设计] 汽车研发:开闭件设计规范!

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CATIA软件培训 发表于 2019-10-16 14:29:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
CATIA软件培训
2019-10-16 14:29:12 1089 0 看全部
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  一 前言

  开闭件是车身中工艺较复杂的部件,它涉及到零件冲压、包边焊接、零部件装配、总成组装等工序,开闭件也是车身上安装附件最多的总成,对尺寸配合和工艺技术都要求严格。

  开闭件是车身关键运动,其灵活性、坚固性、密封性等方面的缺点易暴露,对汽车产品的使用质量严重的影响。

  因此,开闭件质量的好坏,实际上也直接反映了生产商的工艺制作水平的高低。
汽车研发:开闭件设计规范!40

  二  定义:汽车开闭件泛指汽车上能够开闭的零部件,即用铰链等连接到车身上的零件和部件的总成,包括车门总成、发动机盖总成、行李箱盖总成、天窗总成等,涵盖了钣金件、塑料件、电子件等多个领域,是汽车上最重要的部件总成。
汽车研发:开闭件设计规范!26

  三  分类:开闭件分类可按功能及材料来分,具体如下图所示。
汽车研发:开闭件设计规范!84 汽车研发:开闭件设计规范!78

  四  开闭件整体设计要求

  1)开闭件外表面不应有负角,除包边和局部整形外,理论上车门内、外板、前舱盖、行李箱盖都必须有良好的冲压工艺性、提高生产速度,降低生产成本,延长模具使用寿命。
  2)开闭件边缘要光顺,与其他件间隙要均匀。既要达到美观的目的,又必须实现车门结构的关闭和开启的可能。
  3)铰链为非四连杆结构时,前舱盖后端两侧需设计成向内收口,否则打开时会与车身干涉。
汽车研发:开闭件设计规范!12

  4)部分前舱盖在内板中部位置有折弯特征。我们称它为压馈筋,主要用途在于碰撞时保证舱盖再该处折弯变形吸能,保护乘客。
  5)前舱盖和后行李箱盖内板同外板连接方式,除周边的包边外,为了加大大面积覆盖件的强度,内板和外板之间还均匀分布涂胶点,涂胶处需设计凹陷的特征,称为盛胶槽。
  6)前舱盖在被支撑状态时高度和角度及行李箱盖、后背门打开时的最小高度应满足GB要求:将发动机罩、后行李箱盖打开至预定的角度(一般为90度左右),它们不应与前后风窗玻璃接触,且最小应保证约为10mm的间距,后背门开启角度一般在75度到90度之间,或者以后背门打开后最低点距地面高度1800至2200mm作为标准。
汽车研发:开闭件设计规范!57

  7)舱盖同前舱件(横梁)间、后背门(后行李箱盖)和侧围之间需设有对称的一组或两组缓冲结构,如橡胶缓冲垫,用以减少路面、开闭时激励引起的震动。开闭件都为运动件,因此在其开关时都应留有缓冲垫,而且与其他件的间隙一般保持在5至8mm的距离。
  8)由于发动机罩和后行李箱盖(后背门)的原始状态和最大开度的关系,无论是撑杆、铰链还是空气弹簧,它们所起到的都是支撑力的作用。
  9)由于前舱盖和后行李箱盖(后背门)中附件比较少,而且不需要过程限位,所以在设计和校核的过程中只需要校核发动机罩和后行李箱盖在运动过程中不要与周边零部件干涉。而前、后车门各存在三个限位,因此,还存在限位器和铰链的复合校核。
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  10)滚压型的窗框是等截面的,与内板一般是用二氧化碳保护焊连接,在设计的过程中,会产生窗框与外表面无法匹配问题,但偏差较小是可以忽略的。不能为了匹配外表面而违背滚压件等截面的规律。
  11)带有后背门的车,其顶盖的后部会有一处负角,这是正常的,是为了避免后背门在开启的时候有干涉,在顶盖冲压工序之后,再做整型。
  12)车门内板和护板之间需贴一层防水膜,起到防水的作用。
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  13)开闭件上都应设计有漏液孔,再避免涂装线上电泳水和雨水的沉积。
  14)开闭件的包边一般为7至12mm,内板边缘到外板倒角处留2mm的间隙,在拐角处必须设计切口,包边3至5mm,切口角度大于135度。

  五  开闭件附件设计要求: 这一部分将主要介绍开闭件附件设计要求。

  1  铰链

  车门依靠两个铰链支撑在门框上,并实现其开闭旋转运动。

  为满足车身便面光滑,流线型好的要求,车门铰链采用隐蔽式布置方式。在车门铰链的布置设计中应注意以下各个方面:

  1)为了加强其连接刚度,在门体和门柱上设置必要的加强板或采用增厚的内板激光焊接外,在布置铰链时尽量加大两铰链的间距,改善铰链受力状况。因为车门与铰链和门柱与铰链的连接刚度不足,往往是车门下沉的主要原因。

  2)两铰链的轴线应在同一直线上,并根据不同的车型,具有内、外倾角和前、后倾角。开闭件各铰链中心距应尽可能大。前后门铰链中心距应不小于1/3的车门宽度(铰链中心线到车门鱼嘴处的距离)。为了避免车门开启时,车门与车身的其他部位发生运动干涉,在铰链的布置中应使其轴线尽可能向外移,这点在车身外形的初步设计阶段就应给予考虑。
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  3)可将铰链轴线内倾一定角度布置,则有利于在保证铰链间距的条件下,增大轴线的外移程度,同时这种布置会使车门有自动关闭趋势。

  4)车门铰链轴线确定后,必须以轴线为旋转中心,进行车门开启运动校核,检查车门在最大开度位置时,有无与车身其他部位发生干涉。一般车门最大开度角取65—70度范围。设计中确定车门最大开度角应考虑上下车的方便性,上车后的关门方便性以及避免车门与车身各部分发生干涉等条件。
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  5)由于车门开启时,整个车门的质量及其作用力都作用在铰链上,应对铰链的受力状况进行分析,从而设计铰链的刚度和强度。

  6)铰链的装配结构设计应保证车门和门框的相对装配位置可以调整,其次为了提高铰链的连接刚性,应使螺钉的连接孔分布面积较大,并且铰链的装配面要平整。

  7)对于四门轿车,车身中支柱上要安装前门门锁的锁扣和挡块,以及后门的铰链,两者布置位置应不相重合,否则中支柱结构复杂,断面尺寸增大。

  8)门铰链的最大开度角应不小于设计要求的车门开度角,门铰链的最小关闭角应小于设计要求的车门关闭角。对于装有车门开度限位器的门铰链,其限位应可靠。
汽车研发:开闭件设计规范!96

  2  锁总成

  1)锁扣齿合部分所在平面应与铰链中心线垂直,允许误差为1度。这样才能使锁体在开闭件关闭或打开的时候能顺利工作,不至于出现卡死现象。

  2)锁扣到门内板鱼嘴处的距离在设计的时候有两种方案:
  当锁扣超出车门内板表面时,直接留足锁顺利开启和锁止的余量,超出锁体口边缘3mm;
  当锁扣不超出车门内板表面时,要求锁扣到门内板鱼嘴处的距离在超出锁体口边缘的情况下为10mm以上,这是考虑碰撞之后车门仍能顺利打开的要求。
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  3  内扣手:内扣手是车门上重要的开闭工具,它的安装和设计要求符合:人机工程的要求,让人能方便而又省力的打开,与其它件无干涉,能自由开闭,同时又不能凸出表面,有效防止误开启。

  1)内扣手一般结构形式

  内扣手的结构图如下:
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  常用的安装形式一般采用一个孔或面定位,两个孔安装,具体如下图所示。
汽车研发:开闭件设计规范!32

  2)开启度和行程:从人机工程学角度来说,一般要求内扣手在开启30~45度时即将门锁打开。锁的具体内开行程由锁厂家提供。一般设计时,内扣手旋转到最大角度的行程要大于内开行程。

  3)开启力:一般开启力在20N至30N之间。

  4  外把手

  1)结构形式:一般情况下外把手结构形式分为翻转式和外拉式,具体如下图所示。
汽车研发:开闭件设计规范!15

  2)位置要求:门外把手的放置位置要符合人机工程学的要求,一般的离地高度在850mm至1000mm,一般设计在车门外板的棱线上。

  3)安装定位方式:一般门外把手安装的结构中应该由两个安装点,外加一个定位机构,而且把手与外表面之间必须增加减振垫,一来为了减振,二来可以起到密封作用,具体如下图所示。
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  4)开启度和行程:一般要求外把手再开启最多到30度时即将门打开,具体的行程要由锁厂提供。设计时要保证门把手的旋转无干涉,旋转角度应能保证锁的开关行程。并且要注意:门把手的设计开启行程要大于锁的外开行程。

  5)开启力:一般开启力在20N—30N之间。外把手上的弹簧力必须设计合理,要能保证把手在开启后能自动复位。

  5  密封条:密封条的设计好坏直接确定了车型的档次,它是车辆设计中举足轻重的环节。

  密封条的主要作用是密封(防水防尘)、减振、美观、补偿误差等。

  1)在设计过程中密封面应该与密封条数模是干涉状态,干涉不能太大,也不能太小。一般为有效压缩尺寸的1/3—1/2,这样才能充分发挥密封条的作用,又不至于运动件在运动的过程中产生过大的摩檫力和压紧力。

  2)一般在同一车型中,相同截面的密封条,其有效压缩量是一致的。

  3)玻璃的升降和密封条有着密不可分的关系。因此,两者的干涉量在玻璃运动的过程中变化应该保证在2mm以内,且在运动的过程中玻璃也会在前后方向晃动,在玻璃导槽中密封条与玻璃也应预留2mm余量,保证玻璃存在运动偏差的情况下仍能顺利升降。
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  6  玻璃升降器:玻璃升降器一般分为手动式(现在基本不用)、电动式(又分为绳轮式和叉臂式),其中绳轮式用在玻璃面小圆半径较小,叉臂式用在玻璃面小圆半径较大。以绳轮式为例,如下为具体结构示意图。
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  在设计玻璃升降器之前,需要了解玻璃面,玻璃导轨及玻璃上下止点的位置等一系列的先决条件。

  1)升降器导轨弧度及位置的设计:在有了玻璃的数据后,同时求出玻璃的质心位置,根据以往设计经验和一些样车数据,一般单导轨的位置是在玻璃质心位置向B柱方向偏移15~25mm,双导轨的间距应该在不干涉的内门板和其它附件的情况下尽可能大,但两个导轨的中线应该在玻璃质心位置向B柱方向偏移15~25mm。导轨位置确定后,通过偏置玻璃面求出导轨的弧度,此导轨弧度为空间螺旋曲线,如下图所示。
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  2)玻璃滑块的设计:由于玻璃的平衡安装方式表现在玻璃滑块与玻璃的连接上,故可以在玻璃上确定安装孔位及孔距,由此可以确定玻璃滑块上传动钢丝夹的位置及确定滑块安装孔的位置。滑块上缓冲垫的相对位置也可以确定,滑块设计完成。

  3)导轨总成的设计:由于玻璃的安装孔位,上下止位,玻璃滑块已知,根据玻璃滑块上缓冲垫与玻璃的相对位置关系,确定导轨上夹头和下面玻璃下位挡块的位置,挡块位置确定后,下夹头位置确定,从而导轨长度确定。在根据车门内门板所给定的导轨支架安装位置确定导轨上下支架的位置,导轨总成设计完成。
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  4)驱动总成的设计:导轨总成位置确定后,确定所选用的电机的外形尺寸,进行车门内板的布置,从而确定电机的安装位置。根据玻璃行程,确定卷丝筒的圈数和高度。根据卷丝筒及电机设计外壳。

  5)附件设计:导轨总成及驱动总成的位置确定后,钢丝绳及压力管组件确定。这里需要注意上下夹头钢丝绳与外壳口处钢丝绳应平滑过渡,必要时调节电机安装位置。

  6)设计要点:玻璃升降器总成设计要求玻璃升降平稳,无抖动,无扭转,升降速度符合技术要求,无异常杂音和噪音,耐久性符合技术要求的规定。(电动玻璃升降器设计要求可参照QC/T636-2000汽车电动玻璃升降器),至此,绳轮式电动玻璃升降器的设计完成。
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  7  车身包边结构设计要素标准

  1)外覆盖件和内板连接时,由于外表面的质量要求不能使用焊接,一般采用包边连接,包边的方式主要有直接包边和球头包边两种形式。直接包边用得比较广发,绝大多数的车门和前后舱盖都采用这种包边结构。直接包边形式及尺寸要求如下图所示。
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  2)车身包边一般都采用直接包边,但在前舱盖靠前挡风玻璃处采用球头包边形式,一是为了减少因材料的堆积而影响表面质量问题,二是为了在拆装和维修过程中,人手不至于卡进。
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  3)车身包边注意点

  外边面曲率变化较大处,为了防止材料堆积起褶皱,需要减少包边量,但最小要有2mm的有效包边长度,具体如下图所示。
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  车身包边的拐角处,此处的包边需要做特殊的处理才能保证包边质量,一般在此处开一个缺口或作一个特殊形状,如下图所示。
汽车研发:开闭件设计规范!34

  六  结语

  汽车开闭件是汽车中重要的系统之一,对其功能进行全面的研究十分必要,而且在设计和开发过程中需要对其进行不断的改进和优化。

  需要注意的是,在设计开闭件结构时一定要了解开闭件及周边一些总成的内部搭接关系和它们之间的相互关系。可以做一些关键部位的断面,一来作为设计前的参考,从断面图上表示密封条断面和安装位置、开闭件与周边相关件的间距硬点、大概的玻璃边界、各钣金件之间的搭接关系、料厚,一些附件的安装位置还有密封条结构形式的确定等,二来作为设计后的校核硬点、零件的干涉性还有运动时的空间余量检查作用。
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