轎車前圍流水槽防銹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳 偉

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

轎車前圍流水槽防銹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳 偉

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在轎車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，外部造型直接影響轎車的美觀，是消費(fèi)者在購(gòu)買時(shí)主要考慮的因素，然而內(nèi)部結(jié)構(gòu)不被人關(guān)注，轎車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整車設(shè)計(jì)中占據(jù)了重要的地位，前圍流水槽是車身系統(tǒng)重要的組成部分，其保證了車身的扭轉(zhuǎn)剛度，改善座艙的舒適環(huán)境，提高碰撞時(shí)車身的安全性能，同時(shí)前圍流水槽是車身前部排水的主要路徑，需要其保證來(lái)自前擋風(fēng)玻璃的雨水順利排出車外的同時(shí)，不進(jìn)入發(fā)艙及駕駛室，因此需要在前圍流水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中重要考慮結(jié)構(gòu)防銹，文章主要論述轎車前圍流水槽防銹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

前圍流水槽；斷面；排水；密封；防銹；涂膠；材質(zhì)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.007

CLC NO.:U462.2 Document Code:A Article ID:1671-7988(2016)01-17-05

1、前圍流水槽的組成、功用及分類

1.1 前圍流水槽的組成

前圍流水槽位于前圍板上部，共分四部分組成：發(fā)蓋鉸鏈安裝部分，雨刮系統(tǒng)安裝部分，空調(diào)通風(fēng)口安裝部分，流水槽本體，如圖1所示。

圖1 轎車前圍流水槽的位置及組成

1.2 前圍流水槽的功用

前圍流水槽作為轎車結(jié)構(gòu)中一個(gè)獨(dú)立的總成，一方面，對(duì)車身的扭轉(zhuǎn)剛度，結(jié)構(gòu)安全都起著至關(guān)重要的作用，另一方面，來(lái)及前轎車前部的雨水約90%流經(jīng)前圍流水槽，在這個(gè)過程中，前圍流水槽需要保證雨水順利排出車外，不能進(jìn)入發(fā)艙及駕駛室內(nèi)部，且不能有積水。此外，前圍流水槽還需要為前風(fēng)擋玻璃、前雨刮、空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)蓋鉸鏈等轎車功能系統(tǒng)提供堅(jiān)固的安裝點(diǎn)。

1.3 前圍流水槽的分類

流水槽按照結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和拼接式。

整體式前圍流水槽即流水槽本體為一體式，一次沖壓完成，如圖2所示，這種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，密封性好，但對(duì)沖壓工藝要求較高。

圖2 一體式前圍流水槽及斷面示意

受C點(diǎn)位置及空間結(jié)構(gòu)約束，有些車型前圍流水槽無(wú)法設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu)，需要采用拼接式結(jié)構(gòu)，拼接式前圍流水槽根據(jù)其連接方式又分為螺栓連接式及焊接式。

圖3 螺栓連接式前圍流水槽

圖4 焊接式前圍流水槽

2、防銹設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)防銹設(shè)計(jì)

2.1.1 防積水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1.1 流水槽本體設(shè)計(jì)

流水槽主要作用之一是保證雨水順利排出車外，而不能存在積水，流水槽為“U”型槽型結(jié)構(gòu)，為保證不積水，需要在Y方向“中間高，兩邊低”。

如圖5所示，為保證雨水按照上述路線流出，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)流水槽為弧形結(jié)構(gòu)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，上述△h1≥70mm。

圖5 流水槽流水示意圖

表1 統(tǒng)計(jì)各車型△h1值

2.1.1.2 流水槽與側(cè)圍A柱內(nèi)板搭接處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

流水槽本體與側(cè)圍A柱內(nèi)板搭接處的防積水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩種：一種斜面式，一種臺(tái)階式。

圖6 斜面式

臺(tái)階式及前圍流水槽兩端與A柱內(nèi)板搭接設(shè)計(jì)為臺(tái)階形式，如下圖7所示，這種結(jié)構(gòu)針對(duì)A柱內(nèi)板的翻遍受結(jié)構(gòu)限制只能向外部翻的車型，在傾斜的端部與A柱內(nèi)板翻邊搭接處可做沉臺(tái)處理，建議沉臺(tái)深度△h2≥5mm。

圖7 臺(tái)階式

2.1.1.3 前圍流水槽總成內(nèi)部的連接加強(qiáng)板、支架、支撐板設(shè)計(jì)

圖8 內(nèi)部的連接加強(qiáng)板、支架、支撐板設(shè)計(jì)

前圍流水槽總成內(nèi)部的連接加強(qiáng)板、雨刮安裝支架及兩端的鉸鏈安裝板總成應(yīng)設(shè)計(jì)流水通過結(jié)構(gòu)，防止積水，使流水順利排出。加強(qiáng)板、支架與流水槽底面貼合以平面搭接，利于排水，提高密封性。

2.1.2 防滲水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雨水滲入駕駛室的途徑有兩種，一種是通過鈑金的焊接邊或者安裝搭接邊的縫隙進(jìn)入室內(nèi)；一種是通過定位孔、安裝孔滲入室內(nèi)。

2.1.2.1 鈑金焊接邊及安裝搭接邊設(shè)計(jì)

針對(duì)上述提到的拼接式前圍流水槽在設(shè)計(jì)焊接搭接邊或者安裝搭接邊時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮搭接邊的位置，應(yīng)避免設(shè)計(jì)在水流大的位置，如果無(wú)法避免，應(yīng)設(shè)計(jì)為臺(tái)階搭接形式，避開底部水流通道最低面。

圖9

2.1.2.2 定位孔、安裝孔設(shè)計(jì)

問卷主要采用的是1～9 尺度（見表1）來(lái)作為兩兩重要度比較的定量值，假設(shè)兩個(gè)因素進(jìn)行重要度比較的尺度為aij。

前圍流水槽的側(cè)壁和底面原則上不開孔，在必須開孔的情況下，應(yīng)保證相關(guān)裝配零部件的密封措施，防止漏水。

一些車型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)前圍側(cè)圍連接板，前圍側(cè)圍連接板一端安裝在側(cè)圍上，一端安裝在前圍流水槽上，需要在流水槽上增加安裝點(diǎn)，下圖11作為推薦結(jié)構(gòu)，即在前圍流水槽上焊接一個(gè)螺母板，前圍側(cè)圍連接板直接安裝在螺母板上，避免在前圍流水槽上開孔。下圖10作為不推薦結(jié)構(gòu)，如果受結(jié)構(gòu)限制只能如此設(shè)計(jì)。

圖10 前圍側(cè)圍連接板安裝結(jié)構(gòu)形式1

圖11 前圍側(cè)圍連接板安裝結(jié)構(gòu)形式2

2.1.3 容水、排水能力設(shè)計(jì)

流水槽需要具有一定的容水能力，可以防止雨水過大，或者上下坡道時(shí)，通過流水槽邊緣溢出流進(jìn)發(fā)艙或者駕駛室，同時(shí)流水槽需要具有一定的排水能力，保證槽內(nèi)水快速排除車外，避免溢出。

2.1.3.1 容水能力設(shè)計(jì)

研究流水槽的容水能力，我們需要考察流水槽最小容水部位，一般在Y=O的位置，流水槽的截面尺寸最小，因此我們?nèi)=0的截面來(lái)考察流水槽的容水能力。

圖12 容水面積

Sr---容水截面積，即在不同路況下，流水槽可容水區(qū)域最小面積。

圖13 接水面積

Sj---接水面積，即頂蓋最高點(diǎn)開始向前到前擋風(fēng)玻璃下邊緣的面積。

定義容水能力指數(shù)α=Sr/Sj；

衡量流水槽容水能力。α越大說(shuō)明流水槽的容水能力越好，反之越差，在相同路況下，流水槽的容水系數(shù)α應(yīng)不小于標(biāo)桿車或參考車型。

表2 各車型容水能力指數(shù)

2.1.3.2 排水能力設(shè)計(jì)

排水能力即雨水快速開出車外的能力，流水槽的雨水主要靠?jī)啥说牧魉着懦囃?，研究轎車的排水能力需要取開水孔面積最小的位置來(lái)考察，一般在兩端的鉸鏈安裝板位置，排水孔最小，取此處的斷面開研究。

圖14 流水孔最小處截面

Sp---為流水槽兩端的排水孔面積

定義排水系數(shù)β=Sp/Sj來(lái)衡量流水槽排水能力，β越大說(shuō)明流水槽的排水能力越好，反之越差。在相同路況下，流水槽的排水系數(shù)β應(yīng)不小于標(biāo)桿車或參考車型。

表3 各車型排水能力系數(shù)

2.2 涂膠設(shè)計(jì)

為保證前圍流水槽的密封與防銹，還需要對(duì)各關(guān)鍵位置設(shè)計(jì)涂膠，主要包含點(diǎn)焊密封膠與焊縫密封膠。

2.2.1 點(diǎn)焊密封膠設(shè)計(jì)

點(diǎn)焊密封膠的作用主要是防銹，密封，防止水、灰塵通過焊接縫隙進(jìn)入室內(nèi)，主要針對(duì)一些可直接通向室內(nèi)的焊接邊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

①流水槽與前圍板焊接邊處需打點(diǎn)焊密封膠，防止水氣進(jìn)入乘員艙。

圖15 流水槽與前圍板焊接邊涂膠設(shè)計(jì)

圖16 空調(diào)進(jìn)風(fēng)口下?lián)醢迮c流水槽的搭接邊涂膠設(shè)計(jì)

圖17 流水槽與A柱內(nèi)板焊接邊處涂膠設(shè)計(jì)

圖18 流水槽內(nèi)部加強(qiáng)板

2.2.2 焊縫密封膠設(shè)計(jì)

焊縫密封膠的作用是防銹，密封，防止水、灰塵等進(jìn)入焊縫生銹，主要針對(duì)焊接邊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

①流水槽與前圍板搭接焊縫處，內(nèi)外兩道焊縫密封膠。

圖19 流水槽與前圍板搭接焊縫處涂膠設(shè)計(jì)

圖20 流水槽與前圍蓋板上座板搭接處涂膠設(shè)計(jì)

2.3 材質(zhì)設(shè)計(jì)

表4 前圍流水槽鍍鋅板選用標(biāo)準(zhǔn)

注：A類：必須使用鍍鋅板的部位；B類：使用鍍鋅板，若局部防銹效果較好時(shí)，可考慮不使用鍍鋅板的部位。

前圍流水槽長(zhǎng)期與雨水泥沙直接接觸，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義鍍鋅板，對(duì)于前圍及流水槽處的主要鈑金件的鍍鋅板定義見表4。

3、結(jié)論

本論文詳細(xì)描述了轎車前圍流水槽的結(jié)構(gòu)組成、功能及分類，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，涂膠設(shè)計(jì)，材質(zhì)設(shè)計(jì)三個(gè)方面闡述了前圍流水槽防銹設(shè)計(jì)方法， 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為中間高，兩邊低的“弧形”結(jié)構(gòu)，有利于水的流出，避免積水，防滲水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要將焊接邊、安裝搭接邊設(shè)計(jì)在遠(yuǎn)離流水位置，設(shè)計(jì)過程中要同時(shí)考察結(jié)構(gòu)的容水能力即排水能力，這對(duì)流水槽設(shè)計(jì)至關(guān)重要，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本文研究的主要方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束后，需要對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行涂膠定義，主要分為點(diǎn)焊密封膠的定義及焊縫密封膠的定義，對(duì)直接通向內(nèi)室的焊接邊需要定義點(diǎn)焊密封膠，所有的焊接止口需要定義焊縫密封膠，最后是鍍鋅板的定義，鍍鋅板的定義需根據(jù)公司對(duì)車身鈑金鍍鋅板定義標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義。

上述就是流水槽防銹設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)方面，本文中關(guān)于容水指數(shù)及排水系數(shù)的定義是結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果及多位高級(jí)工程師的多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得來(lái)，在設(shè)計(jì)過程中可作為設(shè)計(jì)檢查及重要參考。本文中所有的參考數(shù)據(jù)庫(kù)為江淮全系車型數(shù)據(jù)庫(kù)及一部分標(biāo)桿數(shù)據(jù)采集，在設(shè)計(jì)過程中可供參考。

[1] 王望予.轎車設(shè)計(jì)[M]機(jī)械工業(yè)出版社.p174-190.

[2] 劉惟信.轎車設(shè)計(jì)[M]清華大學(xué)出版社.p431-482.

[3] 朱利安,哈皮安-史密斯主編.張金柱譯.現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)概論[M]化學(xué)工業(yè)出版社.ISBN 7-5025-9223-7.

[4] 黃金陵.汽車車身設(shè)計(jì)[M]機(jī)械工業(yè)出版社.ISBN 978-7-111-21897-5.

[5] 樂玉漢.轎車車身設(shè)計(jì)[M]高等教育出版社,2000.

[6] 谷正氣.轎車車身[M]人民交通出版社,2002.

Car dash flow tank rust structure design

Chen Wei
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The out plate directly affect the appearance of the external shape of the car in car design. It is the major factor to consider when purchasing. People are not concerned about the internal structure. But interior structure design occupies an important position in the vehicle design. Front wall sink is an important part of the body systems. It ensures the torsional rigidity of the body and improves cabin comfort. It improves the safety performance of the body collision. Meanwhile, front wall sink is the main drainage path of water which comes the front of the car. We need it to discharge water comes from the front windshield of the vehicle outer car, at the same time, it need to protect the water from cab. Therefore the structure rust design is important to consider. This paper discusses the structure rust design of front wall sink.

Front wall sink; Section; Drain; Seal; rust; Coating; Materia

U462.2

A

1671-7988(2016)01-17-05

陳偉，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。