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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1汽車車門設(shè)計(jì)行業(yè)形勢
車門是轎車車身設(shè)計(jì)中十分重要而又相對獨(dú)立的一個部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到整車的舒適性和安全性，其性能直接影響著車身結(jié)構(gòu)性能的好壞。它是車身中工藝最復(fù)雜的部件，涉及到零件沖壓、零件焊接、零部件裝配、總成組裝等工序，尺寸配合和工藝技術(shù)等要求都非常嚴(yán)格。因此，車門要求密封性好、防塵、防水、隔音，如果車門的質(zhì)量差，時間久了容易產(chǎn)生車門卡死、關(guān)閉不嚴(yán)等現(xiàn)象，隨之帶來的噪聲和振動不但降低乘坐舒適性，而且容易造成汽車零部件的損壞。
過去的車型主要以整體式車門為主，如桑塔納、富康、賽歐、派力奧等等，只有在部分高端車型上才使用分體式車門；從不同車系來看，日韓車系更多的采用分體式車門，而一些歐美車型依然沿用整體式車門的結(jié)構(gòu)；從車門內(nèi)部構(gòu)件來看，防撞梁由鈑金件代替過去的管梁結(jié)構(gòu)，限位器由凸輪機(jī)構(gòu)式替代了傳統(tǒng)形式的拉桿式，玻璃升降器由雙導(dǎo)軌繩輪式結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的齒輪式結(jié)構(gòu)等等。
由于分體式車門顯而易見的優(yōu)勢，而其缺點(diǎn)也可以通過一些工藝手段輕易的解決，越來越多的車型上開始采用分體式車門，目前幾乎所有檔次的車型都開始采用。而一些老車型在進(jìn)行換代開發(fā)時也開始用分體式取代原來的整體式車門，如：老款的蒙迪歐和新款蒙迪歐、老款的馬自達(dá)323和新款的馬自達(dá)3等。
21世紀(jì)以來，“安全、環(huán)保、節(jié)能”的造車?yán)砟钜鸦敬_立。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括車門的輕量化設(shè)計(jì)都成為研究的重點(diǎn)，其中逆向設(shè)計(jì)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。然而，從每年交通事故比例看，側(cè)撞要占1/3左右，其致死率僅次于正面碰撞，而致傷率則居第一位。2006年7月1日起正式實(shí)施的側(cè)撞法規(guī)主要要求的是車輛側(cè)門結(jié)構(gòu)的安全性。因此，在概念設(shè)計(jì)階段完成好車門的布置設(shè)計(jì)是轎車前車門結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中相當(dāng)關(guān)鍵的一環(huán), 可以為以后的詳細(xì)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)將依據(jù)轎車前車門的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀做進(jìn)一步改進(jìn)，充分考慮影響車門開度的各種因素（H點(diǎn)、人體模型尺寸、頭部間隙、高寬度、A柱視野障礙角等），采用Y型防撞梁、三道密封條等設(shè)計(jì)，優(yōu)化門鉸鏈、門鎖及門窗附件等的布置，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與逆向造型設(shè)計(jì)在汽車車門設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行及車門各附件的功能、結(jié)構(gòu)等的分析、計(jì)算和校核，總成及零部件的布置，車門密封、通風(fēng)設(shè)計(jì)等，最后應(yīng)用Auto CAD等軟件進(jìn)行繪圖。
1.2車身外形設(shè)計(jì)在汽車工業(yè)中的地位和意義
在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，車身作為汽車的三大總成之一和新車型的象征，其研制與生產(chǎn)技術(shù)的水平是汽車工業(yè)水平的重要標(biāo)志。車身工程已經(jīng)為汽車工業(yè)中發(fā)展最迅速而最具活力的分支之一。一個總成設(shè)計(jì)優(yōu)良的汽車品牌在市場競爭中的成敗主要取決于其外形能否吸引顧客和能否不斷更新。一部汽車的地盤生存周期一般在10年左右，而車身的生命周期只有3~5年。一個國家沒有高水平的車身研制與生產(chǎn)技術(shù)，就沒有自主發(fā)展的汽車工業(yè)，就難以在競爭中獲勝。因此，如何利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，加快車身設(shè)計(jì)總體和外形的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，是一個汽車品牌在市場競爭中立于不敗之地的重要法寶。
探討汽車車身設(shè)計(jì)的理論和實(shí)際意義主要體現(xiàn)在有助于促進(jìn)汽車車身制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，有助于縮短車身產(chǎn)品的在設(shè)計(jì)周期，有助于制造和完善各種外形美觀的車身產(chǎn)品，有助于提高車身產(chǎn)品的制造精度和經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 傳統(tǒng)車身外形設(shè)計(jì)方法
汽車車身外形是汽車結(jié)構(gòu)中與底盤和發(fā)動機(jī)并列的三大部分之一，其開發(fā)和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期最長，圖紙及工藝準(zhǔn)備的工作量最人，并且還經(jīng)常要改型，不像底盤和發(fā)動機(jī)那樣容易做到系列化、通用化。
車身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于組成車身外形的各個零部件多為尺寸大而形狀復(fù)雜的空間曲面(即所謂人型覆蓋件)，這些空間曲面無法用一般的機(jī)械制圖方法將其完整地表現(xiàn)出來，因而不得不建立立體模型作為依據(jù)。為了使這些圖紙和換型能夠確切地表現(xiàn)出車身的形狀和結(jié)構(gòu)，需要通過一套復(fù)雜的設(shè)計(jì)程序來完成。
在傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)方法中，車身的設(shè)計(jì)信息和數(shù)據(jù)的傳遞主要是靠二維圖紙和主模型，人的手工設(shè)計(jì)部分較多。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法克服的缺點(diǎn)土要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1、人力物力消耗大。傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)開發(fā)需要美工人員、工程技術(shù)人員及其工人通力合作，如二維工程圖(車身曲線圖的繪制)、土模型的制作和保存、模具設(shè)計(jì)、制造、研配和調(diào)試、生產(chǎn)準(zhǔn)備中的工藝設(shè)計(jì)等都將耗費(fèi)人量的人力和物力。
2、設(shè)計(jì)精度低、周期長。精度低的主要原因在于設(shè)計(jì)和生成準(zhǔn)備的各個環(huán)節(jié)之間信息傳遞是一種“移形”，例如由主圖板制作主模刑，由主模型進(jìn)行加工工藝補(bǔ)充，制造工藝模型，由凸的工藝模型翻成凹的工藝模型，再由工藝模型反靠加工沖模，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過這些環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換，各種人為的誤差就在所難免，導(dǎo)致加工出的模具精度無法保證，只有靠下一步的手工研配來解決。
3、車身定型過早且不能進(jìn)行并行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)基本上是一種單向不可逆設(shè)計(jì)狀態(tài)，產(chǎn)品一旦定型，修改或改型非常困難，通用化、系列化程度低。
此外，現(xiàn)代汽車的車身零部件由于結(jié)構(gòu)和美觀的需要，空間曲面日趨復(fù)雜化，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法己很難滿足設(shè)計(jì)要求。
傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)方法的流程可用圖1.1來表示。
繪制1:5的車身總布置圖
繪制縮小比例的色彩效果圖
制作縮小比例的油泥模型
繪制1:1油泥模型并繪制1:1黑板圖
繪制1:1的內(nèi)板模型圖
繪制車身主圖版
繪制車身工作圖
繪制主模型
模具設(shè)計(jì)和制造
樣式試制、生產(chǎn)準(zhǔn)備
圖1. 1 傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)方法流程圖
1.4現(xiàn)代車身外形設(shè)計(jì)方法
近幾年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)(CAD/CAM/CAE/CIMS等)的迅猛發(fā)展，車身外形設(shè)計(jì)方法己經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的突破。在具體的設(shè)計(jì)過程中，按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息來源的不同采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的流程上要分為以下幾大類：
1、產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)(仿形設(shè)計(jì))，如圖1.2所示，產(chǎn)品信息來源土要是實(shí)物(樣車)、二維圖紙等。
2、產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)(概念設(shè)計(jì))，如圖1.3所示，產(chǎn)品信息來源土要是圖片、模型及造型人員的設(shè)計(jì)思維等。
3、基于上述兩者之間的交互式設(shè)計(jì)(改型設(shè)計(jì))。
汽車造型設(shè)計(jì)
總布置圖
設(shè)計(jì)思維
設(shè)計(jì)思維
1:5油泥模型
平面效果圖設(shè)計(jì)
1:1油泥模型
CAD面表模型建構(gòu)
制定曲面分塊方案
油泥數(shù)控銑削造型確定
模擬表面數(shù)據(jù)采集
CAD結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)
點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析處理
CAE分析
曲面拼接、精修
快速原始制造
曲面數(shù)據(jù)質(zhì)量評估
模型設(shè)計(jì)及制造
最終造型審查
樣車試制生產(chǎn)準(zhǔn)備工作
圖1. 2 產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)(仿形設(shè)計(jì)) 圖1. 3 產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)(概念設(shè)計(jì))
現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)中大量采用CAD/CAM技術(shù)，這會帶來傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：
1、提高了設(shè)計(jì)精度：造型一旦完成建立了車身外表面的數(shù)學(xué)模型并存入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)計(jì)算機(jī)管理便可以多方共享，為生產(chǎn)準(zhǔn)備、工裝設(shè)計(jì)制造提供方便、詳細(xì)、準(zhǔn)確的原始依據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，使模具加工的精度大大提高，并可消除凸凹模之間的研配，使調(diào)試、修改的工作量大為減少。
2、提高了設(shè)計(jì)和加工效率，縮短了設(shè)計(jì)和制造周期：一方面表面數(shù)學(xué)模型可直接用來進(jìn)行沖模設(shè)計(jì)，提高沖模設(shè)計(jì)的成功率，另一方面模具的制造可以通過直接引用CAD模烈進(jìn)行數(shù)控加工，從而大大提高了模具制造的速度。
3、可以方便地將造刑結(jié)果的CAD數(shù)學(xué)模型用于車身設(shè)計(jì)中的各種分析；建立了車身的CAD數(shù)學(xué)模型后，即可用于車身的強(qiáng)度、剛度有限元分析、車身覆蓋件成烈模擬和空氣動力特性模擬，獲得對招個車身設(shè)計(jì)的車身剛度，車身安全性，整車空氣動力特性的初始評定，使得設(shè)計(jì)的可信度大為提高。有了這樣一個基礎(chǔ)，一般只需要試制一輪樣車作為驗(yàn)證，產(chǎn)品即可定型。
4、在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上改型和換刑比較容易。可以避免大聳繁鎖重復(fù)性的工作，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期、提高效率。如轎車的二廂、三廂車的設(shè)計(jì)，卡車的單排、排半、雙排、寬車、窄車、高頂、平項(xiàng)系列車身的設(shè)計(jì)等，均可在一個車身平臺的基礎(chǔ)上衍生多個車身，使得產(chǎn)品的系列化、通用化程度大人提高，極人的滿足了客戶的需求。
1.5車門的流程化設(shè)計(jì)
車門是汽車車身結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，同時相對獨(dú)立，是供乘員或貨物進(jìn)出的必要通道。車門設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整車的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘坐空間等諸方面的優(yōu)劣。
車門主要由車門內(nèi)外板、內(nèi)飾板、加強(qiáng)梁、加強(qiáng)板、車門玻璃及升降器、門鎖、內(nèi)外手柄、車門鉸鏈、限位器、車門密封條和車門開關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車門從布置到設(shè)計(jì)再到制造，每一個環(huán)節(jié)考慮的因素都比較多，既要保證車門與整車的協(xié)調(diào)一致，還要保證車門本身的技術(shù)要求。很多時候，各個環(huán)節(jié)是一個循環(huán)反復(fù)的過程，造成了傳統(tǒng)的車門設(shè)計(jì)難度與周期很長。
車門設(shè)計(jì)必須走流程化的道路，并且要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺做早期的判斷分析、循環(huán)優(yōu)化，是目前我們公司正在努力探索的一個方向。車門結(jié)構(gòu)分析的早期介入，可以及早解決因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的機(jī)能件運(yùn)動干涉、鈑金成型性差、總成的振動特性無法滿足整車NVH的需要，避免后期修改造成的資金與時間上的大量浪費(fèi)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，結(jié)合知識工程，各大汽車公司紛紛建立了自己的研發(fā)流程，確立了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
長期以來，車門設(shè)計(jì)一直是一個難點(diǎn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，使得車門設(shè)計(jì)的后期分析可以提前到設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行，使設(shè)計(jì)的難度降低。車門設(shè)計(jì)兼顧的方面多、初期布置復(fù)雜、需要有豐富的知識與經(jīng)驗(yàn)，基于流程與知識的車門布置很好的解決了這個問題。所以本課題以某款新車的開發(fā)為例，在該領(lǐng)域做一些研究是很有意義的。
1.6 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
基于逆向的現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)方法日前己在技術(shù)先進(jìn)的國外汽車行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。世界上比較大的汽車公司都已普遍采用CAD系統(tǒng)進(jìn)行車身的二維設(shè)計(jì)，如車身的總布置(人機(jī)工程)、內(nèi)外覆蓋件的曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件結(jié)構(gòu)和裝配設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)，并自動生成相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)檔。CAM/CAE乃至CIMS技術(shù)應(yīng)用也很普遍。各大汽車制造公司都擁有自己龐大的車身開發(fā)隊(duì)伍，而且不惜投入巨額資金建立先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)或引進(jìn)專門的軟件進(jìn)行車身設(shè)計(jì)。
在車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用較多的可進(jìn)行逆向工程設(shè)計(jì)的軟件包主要有美國ALIAS公司的Autostudio, IBM公司的子公司Daussault的CATIA, EDS公司的UG、參數(shù)技術(shù)公司的PRO/Engineer等。這些軟件都屬于通用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，具有較強(qiáng)的曲面設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)能力或混和設(shè)計(jì)功能，并能支持機(jī)械制造的全過程，即設(shè)計(jì)建?！こ谭治觥庸ぶ圃?，有些甚至能較好的支持車身設(shè)計(jì)的最初階段，即概念設(shè)計(jì)(Concept Design)階段(如Autostudio)，并通過一定的手段將其與建模結(jié)合起來，將平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為二維模型。
國內(nèi)計(jì)算機(jī)用于汽車設(shè)計(jì)始于70年代。長春汽研所研制了曲面光順程序車身專用功能板，建立了其車身設(shè)計(jì)用的圖形庫，開發(fā)了基于逆向工程基礎(chǔ)上的汽車車身表面造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪制車身土圖板和車身零件圖，提供加工主模型NC數(shù)據(jù)，制作土模型的能力。北京汽車摩托車制造公司研制了BJA-BSM車身CAD系統(tǒng)，成功地應(yīng)用于BJ124, BJ125等各種新車型的車型工作。上海通用汽車、上海同濟(jì)同捷科技有限公司等對基于逆向工程基礎(chǔ)上車身設(shè)計(jì)開發(fā)流程進(jìn)行了比較深入地研究，形成了一套比較完善的車身開發(fā)程序。但在逆向工程點(diǎn)數(shù)據(jù)處理、曲面表面光順、數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換過程等方面仍存在很多急需解決的問題。國內(nèi)很多中小汽車企業(yè)由于資金、設(shè)備和人員的限制，使得對UG的應(yīng)用水平不高，未能對基于逆向I程基礎(chǔ)上的車身設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，或者僅應(yīng)用逆向工程的某一領(lǐng)域，應(yīng)用得最多的也只是對產(chǎn)品做局部或少黃的改動。總的來說，國內(nèi)逆向工程在汽車車身外形設(shè)計(jì)中應(yīng)用的深度和廣度與國外先進(jìn)水平相比還有很大差距，尤其在CAD/CAM、UG集成應(yīng)用等方面還處于起步階段。
1.7本設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容
本設(shè)計(jì)是以威馳汽車開發(fā)項(xiàng)目為依托，主要完成了車門限位器設(shè)計(jì)、后視鏡設(shè)計(jì)、外板設(shè)計(jì)、內(nèi)板設(shè)計(jì)、門鉸鏈設(shè)計(jì)、門鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、玻璃升降器設(shè)計(jì)、防撞梁設(shè)計(jì)及門玻璃等設(shè)計(jì)。并對車門各個機(jī)能件選型，結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行了深入的研究。
第2章 車門設(shè)計(jì)流程及主要硬點(diǎn)
在本章里，我們將以威馳車的開發(fā)為例，從車門外表面建立發(fā)布開始，到車門生產(chǎn)裝車為止，介紹車門鈑金、密封與機(jī)能件的前期布置方法、設(shè)計(jì)流程以及簡單介紹后期的技術(shù)處理。
2.1車門設(shè)計(jì)流程
1)確定車門類型
一般情況下，車門類型根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書及使用調(diào)研分析結(jié)果來確定，然后再結(jié)合汽車廠以前產(chǎn)品存在的問題，以及保持結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、工藝的延續(xù)性等，最后確定車門的類型和選擇車門上的附件。一般在確定車門類型時，我們應(yīng)考慮如下一些因素，車門的實(shí)用性、舒適性、安全性、密封性、工藝性和藝術(shù)性等。
2)初步確定車門邊界
在車門類型確定后，就可根據(jù)車身外表面線圖及車身總布置確定車門的尺寸和位置。車身骨架與車門的相對關(guān)系，鉸鏈及門鎖的位置、窗玻璃中心線等。同時車門與座椅的相對位置也很重要，要用人機(jī)工程學(xué)的知識進(jìn)行校核，在確定車門邊界時，各邊界處的結(jié)構(gòu)斷面應(yīng)該初步確定下來。在具體確定邊界線時還可以做一定修改，以適應(yīng)其它的要求。窗玻璃中心線與鉸鏈中心的位置對邊界的走向有很大影響，車門與門洞之間采用幾道密封以及密封條的固定方法都直接影響邊界的確定。
3)車門附件布置
關(guān)于車門附件，除了門鎖、鉸鏈、玻璃升降器三個主要部件外，車門后視鏡
車燈、空調(diào)裝置、音響設(shè)備等也可能布置在車門上。車門附件的布置在車門設(shè)計(jì)中占有很大的工作量，而車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大部分也是為了解決車門附件的緊固和保證車門附件在使用中的可靠性和方便性。
4)車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
進(jìn)行車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)際就是把前面的工作細(xì)化。應(yīng)注意以下幾方面的問題，
要考慮零件的加工工藝，設(shè)計(jì)的東西必須能夠制造出來。無論汽車外形設(shè)計(jì)如何漂亮，但如果制造不出來，它只是一幅藝術(shù)畫，沒有任何實(shí)際功用。車門前端板上通常焊有加強(qiáng)板，因?yàn)樵撎幰b鉸鏈、開度限位器等。此外，還要求保證密封 不干涉等要求，形狀較復(fù)雜對于車門本體上面的兩個角部要考慮與車窗連接的強(qiáng)度以及密封性。所以這部分形狀較為復(fù)雜附件與操縱機(jī)構(gòu)的連接應(yīng)滿足易拆裝 不脫落不變形，運(yùn)動中不產(chǎn)生撞擊等要求。
車門本體也要密封，它可保護(hù)附件不受腐蝕。運(yùn)動件能正常運(yùn)動在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于制造材料的選擇是很重要的，如鋁制車門比鋼材輕有輕量化的優(yōu)點(diǎn)。車門的各附件要容易裝拆，門內(nèi)板上要留有足夠大的孔洞并考慮玻璃的裝配方法。
5)運(yùn)動校核
車門是運(yùn)動件，在設(shè)計(jì)時必須進(jìn)行運(yùn)動校核，包括鉸鏈、限位器、門鎖的布置，以及車門的形狀和尺寸與車身骨架之間的運(yùn)動關(guān)系另外要避免車門內(nèi)部附件運(yùn)動干涉。
6)安全性校核
為了保證安全性，車門必須具有足夠的強(qiáng)度，包括車門與骨架連接的鉸鏈和門鎖在內(nèi)都要進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外，還要檢查是否有尖角或突出物避免碰傷乘員或行人。
當(dāng)然，上述的設(shè)計(jì)步驟并不是絕對不變的，要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要靈活進(jìn)行各步驟之間的反復(fù)往往要多次進(jìn)行，如根據(jù)鉸鏈位置等初步確定車門邊界，然后進(jìn)行附件布置，但布置過程中出現(xiàn)問題又要求重新修改邊界等等。各步驟不斷交叉進(jìn)行多方面考慮才能保證最終設(shè)計(jì)的合理。一旦發(fā)現(xiàn)有不合格的一定要回到前面程序進(jìn)行修改，切不可馬虎草率以免造成不可挽回的損失。
2.2車門設(shè)計(jì)的主要硬點(diǎn)
車門設(shè)計(jì)總的設(shè)計(jì)原則是由外而內(nèi)、先外板再內(nèi)板、先斷面再數(shù)模、先周邊再內(nèi)部的過程。主要設(shè)計(jì)硬點(diǎn)有外板曲面、分縫線、門鎖結(jié)構(gòu)、內(nèi)板結(jié)構(gòu)、密封間隙、鉸鏈中心線長度姿態(tài)、玻璃升降器位置和玻璃曲面等。
2.2.1車門外板設(shè)計(jì)
車門外板設(shè)計(jì)是在光順好的整體造型面和車門輪廓線的切割面片基礎(chǔ)上加周邊翻邊和門鎖等特征后的車身零件。分縫線和鎖機(jī)構(gòu)等是門外板的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。分縫線通過2種方法獲得：(1)一般先將汽車內(nèi)外觀面整體造型面光順到A級曲面(CLASS A)，同時將造型邊界線投影到XZ鉛垂平面后光順到A級曲線，然后采用該投影的邊界線投影到光順好的A級大造型面與造型面相交，獲得邊界線，該交線理論上定為A級曲線。(2)另外也可以采用空間曲線光順后與曲面相交，反復(fù)相交反復(fù)光順的方法，相交后將交線進(jìn)一步光順，重新獲得邊界線，再將該線投影到光順面上獲得更新的邊界線，重復(fù)這一過程直到邊界線達(dá)到A級曲線要求，用最后獲得的邊界線作為車門邊界線，并與大的光順面相切割得到車門外板面。
外板面設(shè)計(jì)好后，將門鎖機(jī)構(gòu)等有關(guān)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)特征加上去便完成了車門外板設(shè)計(jì)，較大的門外板需與內(nèi)板或車門側(cè)向防撞梁，采用傳力膠進(jìn)行支承，不允許直接接觸外板焊接，以防止熱變形和幾何干涉變形。
2.2.2門鎖設(shè)計(jì)
車門內(nèi)板設(shè)計(jì)是先建立門鎖。門鎖與上下鉸鏈共同構(gòu)成車門的3個受力點(diǎn)，因此要求門鎖高度的理想位置居于鉸鏈軸線的中心垂直面；門鎖的位置還應(yīng)保證車門順利開啟和鎖止，因此在后視圖中鎖舌的中心線必須與鉸鏈軸線平行。鎖扣到門內(nèi)板魚嘴口的距離設(shè)計(jì)有2種方案：(1)當(dāng)鎖扣超出車門內(nèi)板表面時，直接留足鎖開啟和閉合的余量，超出鎖體口邊緣3 mm；(2)當(dāng)鎖扣不超出車門內(nèi)板表面時，鎖扣到門內(nèi)板魚嘴口的距離在超出鎖體口邊緣的情況下為7 mm以上。這考慮到保證碰撞后車門仍能順利打開。
2.2.3車門內(nèi)板設(shè)計(jì)
車門內(nèi)板設(shè)計(jì)首先依靠主斷面來進(jìn)行，預(yù)先考慮車門密封要求，確定好設(shè)計(jì)斷面，斷面便成為設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。各汽車廠商為了縮短開發(fā)周期、節(jié)省設(shè)計(jì)成本，更多的是根據(jù)已有成熟車型的主斷面加以調(diào)整修改，得到新車的設(shè)計(jì)主斷面。主要方法有：(1)肥邊調(diào)整法。當(dāng)新車的外造型面與原車在y方向相差－3～+5 mm，分縫線x方向相差不超過50 mm時，可直接調(diào)整原車內(nèi)板斷面肥邊，其他部分不變，得到新的車門內(nèi)板結(jié)構(gòu)。(2)斷面平移。當(dāng)新車外造型面相對于原車較大時，采用肥邊調(diào)整法，將造成肥邊過短、車門剛度強(qiáng)度不足、車門過重等情況，采用斷面平移法，使原車主斷面平移至原車外造型面與新車外造型面重合，得到新車內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面。
2.2.4車門密封系設(shè)計(jì)和檢查
車門密封系的設(shè)計(jì)主要是車門內(nèi)板與周邊零件如側(cè)圍等的間隙，密封條及其壓縮量的設(shè)計(jì)。這兩項(xiàng)車門設(shè)計(jì)硬點(diǎn)應(yīng)在設(shè)計(jì)之初根據(jù)制造商制造精度確定，制造精度高、公差小，則間隙可設(shè)計(jì)得相對較小，密封條壓縮量也可設(shè)計(jì)得較?。恢圃炀鹊?、公差較大，則間隙必須設(shè)計(jì)得相對較大，密封條及其壓縮量也要設(shè)計(jì)得相對較大。如果設(shè)計(jì)得較小，在公差較大的情況下，將出現(xiàn)關(guān)門力過大關(guān)不上或者密封條壓縮量太小關(guān)不緊的情況。
車門密封系的設(shè)計(jì)以斷面為主要手段。在車門內(nèi)板和側(cè)圍建模完成后，取車門周邊不同位置的斷面，逐一檢查修改，根據(jù)國內(nèi)廠商的生產(chǎn)精度水平，車門周邊密封間隙應(yīng)取15 mm左右，日本車廠車身制造精度較高，密封間隙多取在10～12 mm。密封條的斷面應(yīng)處于裝配狀態(tài)，這樣可以根據(jù)密封條斷面進(jìn)行檢查和修改。密封面密封條處于干涉狀態(tài)，干涉不能太大或太少，一般為有效壓縮尺寸的1/3～1/2，這樣既保證了密封效果，又不至于運(yùn)動件在運(yùn)動過程中產(chǎn)生過大的噪聲和關(guān)門力。另外在車門與側(cè)圍之間沒有密封的部分要留9～12mm的騰空間隙，以防止干涉。
2.2.5車門鉸鏈設(shè)計(jì)
車門鉸鏈的設(shè)計(jì)是車門設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作，直接關(guān)系到車門能否正常開啟。在鉸鏈設(shè)計(jì)中，鉸鏈中心線定位和鉸鏈中心距是重要的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。
鉸鏈軸線一般設(shè)計(jì)成具有內(nèi)傾角和后傾角。內(nèi)傾角指鉸鏈軸線在x=0平面上的投影與z軸之間的夾角，內(nèi)傾角一般為0～4°，后傾角指鉸鏈軸線在y=0平面上的投影與z軸之間的夾角，一般為0～2°。內(nèi)傾角和后傾角都是為了使車門開啟時獲得自動關(guān)門力，也有個別汽車門鉸鏈具有前傾角，但一般不會有外傾角。
2.2.6車門玻璃以及車門玻璃升降器的設(shè)計(jì)
玻璃要設(shè)計(jì)為雙圓環(huán)面，可以和外造型匹配，達(dá)到玻璃升降的平順性，圓環(huán)面的數(shù)學(xué)方程如下，當(dāng)R足夠大且圓柱半徑r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R時，從圓環(huán)面上截取的玻璃曲面仍近似為柱面。玻璃的運(yùn)動可以認(rèn)為是一種繞圓環(huán)面中心引導(dǎo)線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其運(yùn)動軌跡是與引導(dǎo)線成一定夾角的圓環(huán)截面線的一部分。R=15～25km，r=1200～2000m；大客車為R=∞，r=4000～7000m。
玻璃升降器是車門設(shè)計(jì)中很重要的一個環(huán)節(jié)，它的合格與否直接影響到車窗的開閉。玻璃升降器在設(shè)計(jì)過程中，關(guān)鍵在于安裝和玻璃導(dǎo)軌的曲線確定。
有了玻璃的數(shù)據(jù)后，可求出玻璃的質(zhì)心位置，根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和一些樣車數(shù)據(jù)，一般單導(dǎo)軌的位置是在玻璃質(zhì)心位置向B柱方向偏移15～25mm，雙導(dǎo)軌的間距應(yīng)在不干涉內(nèi)門板和其它附件的情況下盡可能大，但兩個導(dǎo)軌的中線應(yīng)該在玻璃質(zhì)心位置向B柱方向偏移15～25mm。導(dǎo)軌位置確定后，通過偏置玻璃面求出導(dǎo)軌的弧度，此導(dǎo)軌弧度為空間螺旋曲線。
由于玻璃運(yùn)動近似圓弧運(yùn)動，但升降器的長導(dǎo)軌在自由狀態(tài)下是平面運(yùn)動，所以在玻璃升降過程中，升降臂和平衡臂會變形隨長導(dǎo)軌一起運(yùn)動。為了提高升降器的壽命，應(yīng)使運(yùn)動過程中升降臂和平衡臂的變形量盡可能小。玻璃運(yùn)動軌跡和長導(dǎo)軌在自由狀態(tài)下的運(yùn)動軌跡，A、B、C分別表示了玻璃在上、中、下3個位置時升降臂和平衡臂的最大變形量，其中C>A=B。
2.3本章小結(jié)
車門設(shè)計(jì)硬點(diǎn)是總布置設(shè)計(jì)過程中，為保證零部件之間的協(xié)調(diào)和裝配，及造型風(fēng)格要求所確定的控制點(diǎn)(或坐標(biāo))、控制線、控制面及控制結(jié)構(gòu)的總稱。這是汽車零部件設(shè)計(jì)和選型、附件及車身設(shè)計(jì)最重要的尺度和設(shè)計(jì)原則，能使項(xiàng)目組分而不亂，是并行設(shè)計(jì)的重要方法，一旦確定后不要輕易調(diào)整。
第3章 車門布置
3.1車門玻璃面校核確認(rèn)
對過程外表面切斷面測量主要是對玻璃和車門外板面的成立性進(jìn)行探討，對玻璃升降器需要的空間做初步分析。如圖3.1所示，對頂蓋、腰線、外手柄、地板邊梁處做斷面分析，分析的目的是探討玻璃面和外板面的成立性。
圖3.1 玻璃面校核斷面
1)頂蓋斷面A
此斷面主要對噪音等級做探討。首先確定a值，如在威馳車中，a=9.7mm，噪音等級為8級（豐田標(biāo)準(zhǔn)）；同時還要對車門開口線點(diǎn)相對密封膠條的位置做初步確定，并據(jù)此對頂蓋、窗框斷面做出初步設(shè)想，對開口線的間隙做初步確認(rèn)，如圖3.2所示。
圖3.2 頂蓋斷面A
2)腰線斷面B
此斷面主要對內(nèi)、外板及加強(qiáng)板在此處相對玻璃的關(guān)系作出分析，對玻璃升降器的安裝面也要確認(rèn)，據(jù)此內(nèi)板一般面也可以有初步的定位，如圖3.3所示。
圖3.3 腰線斷面B
3)車門外手柄斷面C
對車門外手柄斷面的分析，主要目的是分析外手柄對玻璃的間隙。對此間隙要做三種分析，如圖3.4所示：
外手柄動——玻璃動b大于8mm
外手柄動（靜）——玻璃動（靜）b大于5mm
外手柄靜——玻璃靜b大于3mm
對外手柄的分析還有一項(xiàng)重要內(nèi)容：危險(xiǎn)感的分析（在后面詳細(xì)討論）。在1：5模型階段就要對此項(xiàng)做研討，以確保造型的成立。
外手柄斷面還應(yīng)對所初選的門鎖作出一定的分析，主要也是分析與玻璃面的間隙。
圖3.4 車門外手柄斷面C
4)梁處斷面D
此斷面的主要目的是分析車身開口線及地板邊梁上口線，根據(jù)內(nèi)板一般面的位置，初步確定車身開口線的斷面位置，如圖3.5所示。
圖3.5 邊梁處斷面D
3.2車門開口線定義與鉸鏈中心定義
表3.1 開口線主要控制尺寸目標(biāo)值
序號
項(xiàng)目
前后車門
目標(biāo)值(mm)
1
a
前車門
≥380
2
后車門
≥330
3
b
前車門
≤35
4
后車門
≤30
5
c
——
≥15
6
d
——
≥15
7
e
——
≥16
8
f
——
≥16
車身外表面數(shù)據(jù)在經(jīng)過造型與質(zhì)量檢查確認(rèn)之后，會發(fā)布到工程部門，作為工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。外表面上有全部的車身開口線，這些開口線是造型階段概念設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)的共同結(jié)果。現(xiàn)在我們需要將發(fā)布過來的外表面數(shù)據(jù)做工程設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析，反饋到外表面調(diào)整上，做最終定型。
造型階段對開口線所做工程概念分析只是為了分析外板面的成立性。一般來講，車門開口線的確定，與外板面和鉸鏈的位置有很大關(guān)系，但鉸鏈對車門來講承擔(dān)著支撐車門重量、回轉(zhuǎn)中心的任務(wù)，因此鉸鏈應(yīng)盡可能拉開間距，鉸鏈中心線盡可能向外板一側(cè)靠近，這樣可以減小車門開口線的回轉(zhuǎn)半徑。
設(shè)計(jì)目標(biāo)值如表3.1所示：
這些經(jīng)驗(yàn)值僅作為設(shè)計(jì)時的參考，重要的是斷面分析，防止干涉。
車門開口線的確定直接與造型有關(guān)，一定要首先做好，以免在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)問題，牽一發(fā)而動全身。
1)車門開口線界限
車門是運(yùn)動部件，運(yùn)動干涉是設(shè)計(jì)中的大忌，而車門開口線又是造型師體現(xiàn)其個性的要點(diǎn)，因此，有必要確定一個限界，防止發(fā)生運(yùn)動干涉。開口線的限界通過斷面分析可以做出。
前車門應(yīng)分析上、下鉸鏈、限位器、一般位置等幾個斷面，從而確定開口線的限界。一般做法為：切鉸鏈位置的斷面，車門的活動余量為1.5mm（前門），因此，以此余量為基礎(chǔ)，將外板向外、向前移動1.5mm，然后以鉸鏈中心為軸回轉(zhuǎn)78°，并保證車門外板與前翼子板運(yùn)動間隙為0.4mm，此時即可確定相對前翼子板限界點(diǎn)，對鉸鏈的限界應(yīng)保證回轉(zhuǎn)78°后不發(fā)生干涉，與鉸鏈座面(側(cè)圍安裝)間隙為0mm時，確定相對鉸鏈的限界點(diǎn)。此兩點(diǎn)之間為開口線區(qū)。
就像鉸鏈位置斷面一樣，要對圖中所有位置進(jìn)行斷面分析，找出對應(yīng)的限界點(diǎn)，然后將點(diǎn)光滑連接，即為車門開口線對鉸鏈和前翼子板的限界區(qū)間。下鉸鏈同樣做斷面分析。
2)鉸鏈布置
車門開口線限界的確定是以鉸鏈中心為基礎(chǔ)進(jìn)行的，前面提到過鉸鏈的配置，但只是為了分析外板成立性而進(jìn)行的簡單分析。在車門設(shè)計(jì)中，鉸鏈的配置是十分關(guān)鍵的一步，下面就前車門，介紹鉸鏈的配置。
在L方向以車身開口線為基準(zhǔn)，確定鉸鏈。鉸鏈的安裝要求有一定的空間，還要確保其平面位置，以有充足的調(diào)整余量。鉸鏈與內(nèi)板之間的間隙為D1=2.5mm，內(nèi)、外板間距3mm，內(nèi)板厚度1.2mm，所以鉸鏈凸緣到外板的間距為2.5mm+3mm+1.2mm=6.7mm，車門上安裝鉸鏈平面調(diào)整余量為D2=2.5mm，鉸鏈座與外板間距D=2.5mm+6mm+3mm=11.5mm，以這兩個數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)在H、W兩方向反復(fù)比較，使上圖中a、e兩值盡可能合理，最終確定鉸鏈位置。鉸鏈安裝位置的密封條線要光滑。
各種間隙應(yīng)是用作分析的參考，而不應(yīng)作為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，前后車門鉸鏈配置不要把目標(biāo)值作為限界，而應(yīng)以斷面分析為主要依據(jù)。
鉸鏈中心線在經(jīng)歷概念定義、開口限界、詳細(xì)定義、鉸鏈布置這一過程之后，最終確定，同時外表面開口線也已經(jīng)確定。至此，工程分析對前車門外表面的定義已經(jīng)基本結(jié)束。
3.3車門主斷面設(shè)計(jì)
主斷面設(shè)計(jì)是車門設(shè)計(jì)的重要組成部分，能夠?yàn)樵煨驮O(shè)計(jì)提供盡可能多的結(jié)構(gòu)信息，也是指導(dǎo)詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。在主斷面設(shè)計(jì)中，包含了盡可能多的信息：來自各個方面的概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：外板、內(nèi)板、鉸鏈、限位器、手柄、內(nèi)飾、升降器等；部件的安裝點(diǎn)表示、與相鄰部件之間的位置關(guān)系以及相鄰部件的料厚關(guān)系等；設(shè)計(jì)目標(biāo)品質(zhì)；材料信息；料厚信息估算的重量、重心；估算的成本；設(shè)計(jì)規(guī)則；繼承件信息；部件的設(shè)計(jì)形狀趨勢描述，等等方面。
主斷面設(shè)計(jì)要自成一系，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，從外表面發(fā)布開始，到主斷面設(shè)計(jì)而止。外表面的變動能夠直接引起主斷面的快速更新。主斷面不能被其他設(shè)計(jì)直接引用，主斷面位置如圖3.5所示。
圖3.5 前車門斷面分布
3.4車門剛性設(shè)計(jì)
a)車門窗框的剛性設(shè)計(jì)與膠條壓縮量定義
窗框剛性設(shè)計(jì)主要考慮的問題如下：
1)前車門：高速運(yùn)行時的負(fù)壓影響；結(jié)構(gòu)本身剛性（用密封條反作用力來計(jì)算）。2)后車門：結(jié)構(gòu)剛性；品質(zhì)剛性。
密封條的壓縮量S的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮表3.2中的幾個方面
表3.2 密封條壓縮量考慮的幾個方面
序號
變量
內(nèi)容
推薦值（mm）
1
a
負(fù)壓吸出量
≤2.1
2
b
安裝公差
±2
3
c
窗框振動量
0.5
4
d
密封永久變形
1.4
5
e
最低密封量
1.0
S=a+b+c+d+e (S一般為7mm)
不論在任何位置，都要確保密封條的安裝平面，及密封條與內(nèi)板的貼合部位不能超過R終止線。密封條的壓縮量要大于5.5mm，密封條線要光滑，最小圓角不得小于R90。
密封條的質(zhì)量對保證車體外形質(zhì)量十分重要，在設(shè)計(jì)過程中對密封條的反力計(jì)算也是建立在質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上的。
一般的車采用一層密封，高級車采用雙層密封。
通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)及分析，可得出窗框最大負(fù)壓處及結(jié)構(gòu)剛性最差處如a、b兩點(diǎn)。所以在設(shè)計(jì)中就應(yīng)把這兩點(diǎn)作為最大位移來調(diào)整窗框，即向車內(nèi)偏轉(zhuǎn)。具體分兩步：
第一步，以m軸轉(zhuǎn)o點(diǎn)，偏1mm；
第二步，以n軸轉(zhuǎn)，偏2mm。
b)車門外板剛性設(shè)計(jì)
外板張剛性設(shè)計(jì)也是外板設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。首先要確定目標(biāo)值（下表為參考等級），然后選定測試點(diǎn)，測試點(diǎn)的選定以經(jīng)驗(yàn)確定，如表3.3所示。
表3.3 剛性等級推薦值 測試力：10kgf
等級
4級
5級
6級
7級
8級
變形（mm）
2.98—3.83
3.83—4.68
4.68—5.53
5.53—6.38
6.38—7.23
對于測試結(jié)果不合格的點(diǎn)，有以下幾項(xiàng)對策：
1)增加板厚，如圖中②、④（前門）不合格，板厚增加到0.7mm時，②點(diǎn)變形量為6.7mm，④點(diǎn)變形量為6.3mm，由此可知，t=0.7mm時，基本滿足8級要求。
2)增加加強(qiáng)梁，加強(qiáng)梁的位置應(yīng)與變形量相對應(yīng)。
3)增加PP片
這三種方法要對其成本加以考核，最終確定（如圖3.7所示）。
圖3.7 外板剛性測試點(diǎn)
對外手柄周邊位置的張剛性探討，以永久變形為主，目標(biāo)值為25kgf時，永久變形小于0.3mm。
3.5車門玻璃升降器布置
a)W方向升降器壓縮、引張量的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖3.8所示：
圖3.8 升降器壓縮、引張量
1)上止點(diǎn)壓縮量：a≤12mm
2)最大引張量： b≤9.3mm
3)下止點(diǎn)壓縮量：c≤25mm
b)擠出力計(jì)算
如圖3.9所示：
圖3.9 擠出力計(jì)算
1）上升力F1
(：上升最大扭矩 D1：齒板直徑 D2：齒輪直徑)
2）擠出力P
(：效率80%)
c)壓縮引張量的確定
1）a、b分別為上、下止點(diǎn)的兩臂交叉點(diǎn)；
2）以a、b連線處切斷面；
3）得出玻璃中心線和c、d兩點(diǎn)，對應(yīng)在玻璃中心線上的e、f兩點(diǎn)，即為計(jì)算壓縮量的兩點(diǎn)，中間一點(diǎn)g為引張量的計(jì)算點(diǎn)。
表3.4 升降器布置尺寸推薦值
序號
變量
內(nèi)容
推薦值
1
a
玻璃托架與玻璃導(dǎo)槽夾角
≤104°
2
b
上止點(diǎn)滾輪間距
≥200mm
3
c
下止點(diǎn)滾輪間距
≥190mm
4
d
滾輪中心到止點(diǎn)余量
≥10mm
5
e
舉升臂滾輪的余量
≥10mm
6
f
平衡臂滾輪中心的余量
≥10mm
7
g
玻璃殘余量
3mm≤h≤5mm
d)升降器布置經(jīng)驗(yàn)判斷
升降器布置以經(jīng)驗(yàn)值來判斷，但不是絕對的，最終的參數(shù)確定需要經(jīng)過校核，其推薦值如表3.4所示。
e)升降器與玻璃中心的關(guān)系
玻璃升降器在H方向的配置：以玻璃下邊緣為基準(zhǔn)，放置在中間，在L方向，以玻璃中心為基準(zhǔn)，玻璃中心與臂交叉點(diǎn)距離為S，S≤60mm，如圖3.10所示。
圖3.10 叉臂交點(diǎn)與玻璃重心的關(guān)系
f)布置的實(shí)現(xiàn)
按照如上進(jìn)行升降器布置，玻璃托架也在此時定義。將升降器按照斷面點(diǎn)裝配到位，它的安裝座面就確定了。
3.6車門外手柄布置
外手柄配置中最重要的就是位置的確定，如果位置確定得不合理，乘員在開關(guān)車門時就有可能發(fā)生危險(xiǎn)。以額頭、鼻子、下顎三部分為基準(zhǔn)點(diǎn)，確定三個橢圓，橢圓長軸336mm，短軸184mm，傾角θ=31.2°
A——外手柄距地面高
B——車門角距地面高
C——外手柄距車門角距離
D——車門角軌跡與橢圓間隙
1)下顎：
L=0.159×（A）+0.498×（C）+94
W=0.0917×（A）+157
Z=0.0302×（B）-0.244×（D）-38.7
2)鼻子：
L=0.151×（A）+0.557×（C）+66
W=0.118×（A）+104
Z=0.0328×（B）-0.257×（D）-48.6
3)額頭：
L=0.167×（A）+0.561×（C）+51
W=0.137×（A）+87
Z=0.0320×（B）+0.216×（D）-47
以上計(jì)算式中，L、W確定橢圓中心，Z為判別式，Z小于零為合適。
以經(jīng)驗(yàn)值來判斷，從外側(cè)手柄中心到車門窗框的距離C≤244mm，外拉式外手柄相對車門外板的突出量要小于40mm
在車門外手柄位置確定后，根據(jù)外手柄的位置，確定車門外板的翻邊深度、倒角、扣手的空間等尺寸，并將這些信息以斷面的型式傳遞給外板設(shè)計(jì)人員，作出外手柄的安裝結(jié)構(gòu)及型面。
3.7內(nèi)手柄布置
內(nèi)手柄的位置是造型所必需的，而且要滿足人體工學(xué)的要求，根據(jù)人體工學(xué)的要求，內(nèi)手柄相對的適用范圍見圖。內(nèi)手柄安裝螺釘與玻璃面間隙要大于8mm。
3.8內(nèi)板作業(yè)孔、內(nèi)飾板安裝孔及其它孔的布置
內(nèi)板作業(yè)孔主要是為了安裝機(jī)能部件設(shè)計(jì)的，分別為玻璃升降器作業(yè)孔（兼有安裝玻璃導(dǎo)槽下固定位安裝）、門鎖安裝作業(yè)孔、限位器安裝作業(yè)孔。內(nèi)板面上其余位置可作相應(yīng)加強(qiáng)處理。
其他孔的布置主要包括:裝焊基準(zhǔn)孔、沖壓基準(zhǔn)孔、升降器安裝孔、限位器安裝孔、鎖安裝孔、玻璃導(dǎo)槽安裝孔、內(nèi)飾安裝孔、內(nèi)扣手支架安裝孔、鉸鏈安裝孔、線束卡子安裝孔、排液孔、工藝過孔等。
3.9密封膠溝的設(shè)計(jì)
密封膠溝的設(shè)計(jì)應(yīng)光滑，溝寬一般為d1=14mm，溝深d2=1mm，溝邊倒角R≤3，防水罩到溝邊距離d3≥10。
密封膠溝設(shè)計(jì)注意以下幾點(diǎn)：
1)防水罩的密封要可靠地實(shí)施；
2)全周設(shè)定丁基膠帶；
3)按各車的要求性能、線束等的切口部要設(shè)定海綿條、粘貼膠帶，要仔細(xì)檢查。
3.10其它部件布置
車門止動塊、后視鏡安裝面等部件的布置也需要逐步與相關(guān)人員溝通確認(rèn)，最終在車門布置階段做分析。
在經(jīng)歷了以上詳細(xì)布置以后，所有的布置信息在中用最簡單的點(diǎn)、線、面構(gòu)建出來，作為對所有車門部件詳細(xì)設(shè)計(jì)的必備輸入條件來發(fā)布。
3.11本章小結(jié)
本章對車門的前期準(zhǔn)備、布置流程與方法、詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方法、分析內(nèi)容做了研究，特別是對車門的布置流程與方法作了深入的探討，對涉及布置的硬點(diǎn)分別從理論上與經(jīng)驗(yàn)上做了判斷，另外在詳細(xì)設(shè)計(jì)的技巧與分析工作的內(nèi)容上也作了研究，該流程的研究能夠?qū)?shí)際的開發(fā)工作起到一定的借鑒意義。
第4章 車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)附件的強(qiáng)度校核
4.1車門參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)
汽車車門的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，是通過參數(shù)化設(shè)計(jì)采用幾何約束控制產(chǎn)品形狀的幾何特征，改變約束可迅速獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，提高設(shè)計(jì)效率，有助于減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。
參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前CAD/CAM系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，主要是通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實(shí)現(xiàn)對圖形的驅(qū)動，只需要根據(jù)某些具體的條件和參數(shù)來決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計(jì)的柔性，并在概念設(shè)計(jì)、動態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達(dá)、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)過程相對寬松。
在車門設(shè)計(jì)的布置設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品的內(nèi)部機(jī)能件主要位置、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)難以具體化，設(shè)計(jì)師關(guān)心的是產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系，因此無法采用具體尺寸繪圖設(shè)計(jì)。參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)可以在布置設(shè)計(jì)過程中通過捕捉模型中存在的關(guān)系及其定義的參數(shù)化的位置點(diǎn)來捕捉機(jī)能件的位置，同時也允許對零件進(jìn)行反復(fù)地編輯，允許用戶試探不同的設(shè)計(jì)方案或生成不同的位置版本和零件版本，對位置的編輯可以簡單地通過改變草圖的關(guān)系來完成，如在鉸鏈布置時，通過改變幾個不同方向上的草圖上的幾個點(diǎn)，然后進(jìn)行重新計(jì)算，就可以完成新的設(shè)計(jì)，非常簡便。
4.2車門的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)
車門的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，按開啟方式可分為旋轉(zhuǎn)門、拉門、折疊門和外擺式車門；按車門結(jié)構(gòu)可分為整體式車門和分開式車門；按有無窗框可分為有窗框和無窗框式車門；按旋轉(zhuǎn)方向可分為順開門、逆開門和上開門。
對于不同類型的車門又可分為車門本體、車門附件兩部分。車門本體包括車門內(nèi)外板、加強(qiáng)板和窗框等，如圖4.1所示，是一個整體涂漆、未裝備狀態(tài)的鈑金焊接總成，是實(shí)現(xiàn)車門整體造型效果、強(qiáng)度、剛度及附件安裝的基礎(chǔ)框架。而附件則是為滿足車門的各項(xiàng)功能要求，在車門本體或其他相鄰結(jié)構(gòu)件上裝配的零件及總成。
車門作為一個綜合的轉(zhuǎn)動部件，和車廂一起構(gòu)成乘員的周圍空間范圍，車門具有足夠大的強(qiáng)度、剛度和良好的振動特性，以滿足車門閉合時耐沖擊性及與側(cè)碰時的耐撞性等各項(xiàng)性能的要求。前車門以安裝于車門前側(cè)的鉸鏈為旋轉(zhuǎn)軸來實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉。承擔(dān)載荷的部件有外門板、內(nèi)門板、上加強(qiáng)板、下加強(qiáng)板、門鎖加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板和鉸鏈，由薄板沖壓成型并通過焊接連成一個整體的受力結(jié)構(gòu)。
a)有窗框車門（獨(dú)立窗框） b)有窗框車門（整體窗框） c)無窗框車門
圖4.1 車門及窗框結(jié)構(gòu)形式
按車門結(jié)構(gòu)形式的不同，車門可分為整體式車門和分體式車門。兩種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）整體式車門的整體剛度好，密封容易保證，裝配尺寸公差易保證，維修時拆裝簡單；但缺點(diǎn)在于沖壓工藝中窗口位置要產(chǎn)生大面積廢料，而且外部門框一般寬大且不均勻，外觀效果較差，門框占據(jù)了側(cè)圍上邊梁的部分區(qū)域，使上邊梁主斷面面積受到影響；
（2）分體式車門的門框細(xì)而均勻，甚至可做成無窗框效果，提供更大范圍的視野，如果配合窗口周圈裝飾亮條的使用可達(dá)到前后車窗的整體化效果，美觀實(shí)用，同時有利于提供上邊梁主斷面更大的截面面積，大量使用滾壓成形，降低模具難度和成本，極大提高材料利用率；但缺點(diǎn)是裝配工藝復(fù)雜，尺寸公差尤其是外部公差保證的難度加大，整體剛性差，密封困難。
4.3車門的結(jié)構(gòu)組成
本設(shè)計(jì)采用分體式車門結(jié)構(gòu)，外板上集成窗框，內(nèi)板與車門框架集成一體，外、內(nèi)板之間焊接連接。車門附件均參照現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的具體部件包括：鉸鏈、限位器、后視鏡、外板、內(nèi)板、門鎖、門玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。
車門總成由門體，車門附件，和裝飾件三部分組成。如表4.1所示。
表4.1 構(gòu)成車門的主要零部件
車 門
門體
車門附件
裝飾件
車門外板
車門鉸鏈和限位系統(tǒng)
內(nèi)飾板
車門內(nèi)板
門鎖機(jī)構(gòu)及內(nèi)外手柄
內(nèi)扣手
車門防撞梁
車門玻璃及后視鏡
喇叭罩
車門加強(qiáng)板
玻璃升降器
車門窗框
4.3.1 車門門體
4.3.1.1車門外板
車門外板是汽車覆蓋件中極為重要的部件之一,是車身上的活動部件,對其剛性及表面質(zhì)量要求很高;它是典型的具有復(fù)雜型面的大型板料沖壓件。一般對車門外板的質(zhì)量要求高：外觀表面光順平滑,棱線清晰,周邊尺寸精度0.7mm,剛性好。由于門外板是一種平坦淺拉延件。成形時凸模表面與毛坯以大平面接觸,由于平面上的拉應(yīng)力很低,材料得不到充分的塑性變形，所以車門外板剛性差，一般選擇外板材料時，考慮硬質(zhì)板材，如圖4.2所示。車門外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點(diǎn)焊、粘接及咬合等方法。
圖4.2 車門外板
圖4.3 外板的剛度加強(qiáng)
如圖4.3所示，車門外板采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的薄鋼板材料（厚度為1 mm）經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成。因車門外板是車身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就差，行車時易產(chǎn)生振動噪音，因此必須對外板剛度進(jìn)行加強(qiáng)，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁，與外板柔性粘接。
所設(shè)計(jì)車門外板如圖4.4所示。
圖4.4 車門外板
2.3.1.2車門內(nèi)板
內(nèi)板是車門附件主要的安裝機(jī)體，許多主要受力件均安裝在內(nèi)板上，如鉸鏈、限位器、門鎖等，為增加連接部位強(qiáng)度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設(shè)置加強(qiáng)板。
車門內(nèi)板是車門中所有主要部件的安裝載體，其結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)建也是我們本課題研究的重點(diǎn)之一。在車門靠近車身A、B柱一側(cè)，由于需要考慮車門的下沉及鉸鏈等結(jié)構(gòu)的安裝此處剛度和強(qiáng)度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為1.6mm或1.4mm的高強(qiáng)板，其余部分采用了0.7mm的鋼板，這樣在保證車門內(nèi)板必要的剛度和強(qiáng)度性能時又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖4.5所示
圖4.5 車門內(nèi)板
所設(shè)計(jì)車門內(nèi)板如圖4.6所示。
圖4.6 車門內(nèi)板
4.3.1.3車門防撞梁
汽車側(cè)面是車門,強(qiáng)度較為薄弱。因此對車門內(nèi)部的防撞梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高車門剛度,進(jìn)而提高汽車側(cè)面碰撞安全性,對提高乘員的安全防護(hù)和改善道路交通安全有著非常重要的意義。
作為車門內(nèi)部的防撞梁，在側(cè)面碰撞發(fā)生時起到了很重要的抗撞吸能作用，故防撞梁的碰撞性能至關(guān)重要。由于汽車輕量化要求不斷提高，因此在保證總質(zhì)量不變的情況下，改變防撞梁界面形狀，以提高其耐碰撞性能。
車門防撞梁的布置方式：最常見的是對角線布置方式，也有垂直布置的。
車門防撞梁的吸能效果主要與以下幾個因素有關(guān)：
a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——這是最重要的一點(diǎn)，一般來說，帽形防撞梁的吸能效果比管狀防撞梁好；另外，雙帽形結(jié)構(gòu)一般比單帽結(jié)構(gòu)要好；當(dāng)然，還有帽形結(jié)構(gòu)的高度，與A/B/C柱、車門檻等的匹配等都至關(guān)重要；
b)材料的強(qiáng)度——人們通常以為里面的管子是普通水管之類的，其實(shí)不然；一般日韓車中所用的管子抗拉強(qiáng)度高達(dá)1400-1570MPa（目前有些國內(nèi)品牌車是用的較為普通的管子），是普通管子強(qiáng)度的4倍以上；而歐美車中常見的帽形防撞梁的抗拉強(qiáng)度一般為1000-1600MPa；
c)材料的厚度——當(dāng)然是材料越厚，吸能效果越好（不考慮與A/B/C柱、車門檻的匹配），吸能效果與材料的厚度成正比。
可以是圓管，也可以是用高強(qiáng)度鋼板沖壓成型的異型截面梁截面厚度約在33-36mm范圍內(nèi)兩端通過連接焊接在門內(nèi)板上。本設(shè)計(jì)采用Y型防撞梁，因?yàn)樗膹?qiáng)度高，而且耐久性好。
圖4.7 車門防撞梁結(jié)構(gòu)示意圖
4.3.1.4車門加強(qiáng)板
根據(jù)需要在內(nèi)板上焊接加強(qiáng)板和支架等，以便將局部集中載荷有效地傳到內(nèi)板較大的垂直面上。車門加強(qiáng)板用以提高附件安裝部位的剛度和連接強(qiáng)度。
圖4.8 車門J平面和窗臺界面
4.3.1.5車門窗框
車門結(jié)構(gòu)可分為無玻璃窗框結(jié)構(gòu)，組裝式窗框結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)和玻璃布置在窗框外側(cè)的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用成體式車門殼體結(jié)構(gòu)。
(a)無窗框結(jié)構(gòu) (b)組合式窗框結(jié)構(gòu) (c)整體式車門殼體結(jié)
圖4.9 車門窗框結(jié)構(gòu)形式
4.3.2車門附件
4.3.2.1車門鉸鏈
車門通過上、下鉸鏈懸掛在門柱上整個車門（包括門內(nèi)飾板）的重量及任何作用在車門上的力，在車門關(guān)閉狀態(tài)下，是由兩個鉸鏈、門鎖及固定在車身門柱上的鎖閂系統(tǒng)來支承；在車門打開時全由鉸鏈支承車門的下垂：通常由于載荷作用下，鉸鏈與車身或車門的連接部位變形所致。
本設(shè)計(jì)采用合頁式鉸鏈，兩個合頁分別與車門和車身門柱連接，合頁之間用銷軸定位。優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、剛度高、易于裝配。
1-車門合頁 2-柱合頁 3-連桿
4-二力構(gòu)件 5-彈簧 6-鉸鏈軸線
圖4.10 合頁式上、下鉸鏈
鉸鏈?zhǔn)擒囬T與車身連接的關(guān)鍵部件，同時也是車門上一個重要的活動部件。通常車門鉸鏈采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的鋼板材料（通常厚度為4 mm）沖壓而成，并使用螺栓緊固。車門鉸鏈的設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作可靠、成本低。結(jié)構(gòu)簡單也是鉸鏈設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。
圖4.11為鉸鏈的受力分析圖，其中R為手柄上的力沿豎直方向的分力，P為車門重力，S、Q為鉸鏈處的受力沿豎直和水平兩個方向的分力。
圖4.11 鉸鏈的受力分析圖
本設(shè)計(jì)中選用的設(shè)計(jì)參數(shù)分別為：b = 390mm d = 860 mm
鉸鏈軸線：后傾角=0° 內(nèi)傾角=2°
緊固件：M 10 × 2 & M 8 × 2
由車門受力關(guān)系可得：
S= Q=
見斷面B—B, ，由材料力學(xué)理論可知，本結(jié)構(gòu)中的剪應(yīng)力可以忽略（即忽略S的作用），則下鉸鏈處的應(yīng)力可表示為：
σ1===
已知：g=10 N/kg P=250 N R=0 N（掀拉式外手柄受力水平向上）
則：
鉸鏈的具體結(jié)構(gòu)尺寸為：鉸鏈軸長為41mm，固定葉板長67 mm、寬72mm，活動頁板長104 mm、寬29mm，鉸鏈軸直徑8 mm，活頁鋼板厚度4 mm、寬度11 mm。
鉸鏈的強(qiáng)度校核
（1） 校核鉸鏈軸的剪切強(qiáng)度：Fs=Q=320 N；鋼板的許用正應(yīng)力為160 MP；鉸鏈軸與鋼板的許用擠壓應(yīng)力為200 MP；鉸鏈軸許用剪應(yīng)力為80 MP。
鉸鏈軸的剪切強(qiáng)度足夠
（2） 校核鉸鏈軸與鋼板的擠壓強(qiáng)度：擠壓力Fbs=320N
鉸鏈軸與鋼板的擠壓強(qiáng)度足夠；
（3） 校核鋼板的拉伸強(qiáng)度：活頁上鉸鏈軸截面拉伸鋼板時最危險(xiǎn)截面，其軸力N=320 N
鋼板的拉伸強(qiáng)度足夠；故所設(shè)計(jì)的車門鉸鏈滿足結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度要求。
所設(shè)計(jì)鉸鏈機(jī)構(gòu)如圖4.12所示。
圖4.12 鉸鏈機(jī)構(gòu)
4.3.2.2車門限位器
車門的開度限位器用以限制車門的最大開度，防止車門外板與車體相碰，還必須能使車門停留在最大開度，起著防止車門自動關(guān)閉的作用。目前應(yīng)用的限位器類型有兩種：拉桿式限位器（傳統(tǒng)形式）和凸輪機(jī)構(gòu)式限位器（與鉸鏈一體）。本設(shè)計(jì)采用拉帶式車門限位器如圖4.13所示，由于彈簧力作用，滾輪壓在限位桿，當(dāng)門的開度到滾輪被拉過限位桿上的凸起時，由于限位桿端頭的橡膠緩沖塊與限位盒殼相碰而使門限制在最大開度。
圖4.13 拉桿式車門限位器
限位器的具體結(jié)構(gòu)尺寸：限位拉桿長188 mm、寬6 mm、厚10 mm，滾輪D=8 mm×2
限位器的拉伸強(qiáng)度校核
由于限位