天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳仁澤 盧堃林

(上汽通用五菱汽車股份有限公司 545007)

天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳仁澤 盧堃林

(上汽通用五菱汽車股份有限公司 545007)

現(xiàn)在我國(guó)的汽車行業(yè)逐漸發(fā)展，淺談汽車的設(shè)計(jì)類型數(shù)不勝數(shù)。天窗是大多數(shù)汽車中一個(gè)普遍的設(shè)計(jì)。對(duì)汽車中天窗的框結(jié)構(gòu)也有一定的要求，在保證它具有良好功能的同時(shí)也要確保它的美觀，本論文將淺談天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

天窗；框結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

我國(guó)的汽車行業(yè)逐漸發(fā)展，在追求汽車性能的同時(shí)又要保證其外形的美觀性。天窗是汽車中重要的一個(gè)組成部分，天窗具有很多的功能，但是天窗也有自己的缺陷。任何一個(gè)事物都要力求完美，對(duì)于汽車天窗來(lái)說(shuō)在功能上已經(jīng)是可圈可點(diǎn)了，可是在外觀上還需要進(jìn)行美化。天窗有多個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其中對(duì)框結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是首要解決的一部分。對(duì)天窗和天窗的框結(jié)構(gòu)進(jìn)行淺要的分析，對(duì)天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探析，希望對(duì)天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的作用。

1 天窗框結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

（1）現(xiàn)在的框結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上還存在很多不足，因此在設(shè)計(jì)上在保證其性能的同時(shí)，還要注重設(shè)計(jì)的整體性。

（2）框結(jié)構(gòu)在安全上面也存在一些問(wèn)題，在內(nèi)藏式和外掀式天窗中，經(jīng)過(guò)天窗的經(jīng)常性的開啟，天窗的框架結(jié)構(gòu)會(huì)有一定的松動(dòng)，當(dāng)汽車在快速行駛，或者突然停車時(shí)遭受某種沖擊力，這種安全事故就突然發(fā)生了[1]。天窗框架松動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致在上述偶然的情況下天窗突然的降落。因此在設(shè)計(jì)上還要加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)。

2 天窗對(duì)車身的影響

這種全景天窗，在前后天窗之間仍然可以設(shè)計(jì)鋼梁，因此對(duì)車身整體設(shè)計(jì)剛度的要求很低，理論上所有車型上都可以實(shí)現(xiàn)，研發(fā)成本也要低很多，因此它目前擁有較高的普及率。在過(guò)去全景天窗普及率極低的時(shí)代，許多豪華品牌的非頂級(jí)車型常常采用這樣的設(shè)計(jì)。天窗對(duì)車身有一定的影響，因?yàn)檐図斒且徽w，橫、縱頂梁與側(cè)圍成為一體，在車身受力時(shí)，力的傳遞通路已經(jīng)設(shè)計(jì)好了，而天窗的切割面積相對(duì)較大，切割后勢(shì)必會(huì)對(duì)車身的骨架造成破壞，對(duì)整體受力造成影響，在加裝天窗時(shí)，車頂?shù)膭偠葧?huì)大大降低，因力的傳輸通路改變，會(huì)發(fā)生很多不可預(yù)知的情況，畢竟整體被破壞，會(huì)影響到很多方面，而且很多是細(xì)微變化不易察覺(jué)。 還是要注意車身的剛度要高一點(diǎn)

3 汽車頂蓋

汽車的頂蓋大致由外蒙皮、結(jié)構(gòu)和功能性骨架、內(nèi)飾板、天窗等附件組成。頂蓋是車頂，他們就像房子的外墻面一樣是汽車的表面部份可遮風(fēng)擋雨。汽車設(shè)計(jì)中的頂蓋其設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到車身內(nèi)外造型能否順利實(shí)現(xiàn)和車身各種功能是否能正常發(fā)揮。所以說(shuō),它是完成整個(gè)車身開發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。汽車的頂蓋設(shè)計(jì)必須兼顧造型設(shè)計(jì)的要求,同時(shí)應(yīng)充分考慮諸如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防塵隔噪性能、以及制造工藝等多種設(shè)計(jì)。

4 汽車車身設(shè)計(jì)

主要車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括最車身外形（空氣動(dòng)力學(xué)，人機(jī)工程學(xué)，造型，尺寸，力學(xué)），車身各個(gè)部位所能容納的空間作出合理布局。汽車車身作為汽車的四大組成部分之一，在車輛設(shè)計(jì)與制造中占重要地位。傳統(tǒng)的汽車車身設(shè)計(jì)方法的整個(gè)過(guò)程是基于手工設(shè)計(jì)完成的。分為初步設(shè)計(jì)與技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。其特點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程是通過(guò)實(shí)物、模型、圖紙、樣板等來(lái)傳遞信息，至少進(jìn)行1：5油泥模型、全尺寸油泥模型和樣車制作等階段; 還要進(jìn)行1：5油泥模型、1：1全尺寸油泥模型、實(shí)車三次風(fēng)洞試驗(yàn); 還要進(jìn)行車身原始數(shù)據(jù)保留的車身主圖板、車身主模型制作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高速圖形終端和工作站的出現(xiàn)，引進(jìn)了CAD/CAM等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。這種方法（傳統(tǒng)的車身CAD方法）的一個(gè)主要工作是利用計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)(CAGD)方法來(lái)進(jìn)行車身幾何造型設(shè)計(jì)，即要在計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)車身表面模型以取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的三維實(shí)體模型。但無(wú)論是傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法，還是傳統(tǒng)的車身CAD設(shè)計(jì)方法，都免不了進(jìn)行車身效果圖繪制、車身油泥實(shí)物型模型制作等步聚，這就大大增加了設(shè)計(jì)開發(fā)的周期和成本。因此，建立一種汽車車身計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析的方法――虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)方法意義重大。

5 加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化（圖1）

（1）要加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)美觀上的優(yōu)化。對(duì)于框結(jié)構(gòu)美觀的設(shè)計(jì)要多角度的考慮。因?yàn)樘齑暗目蚪Y(jié)構(gòu)都比較的明顯而且占據(jù)的面積較大，影響車體的美觀性。在對(duì)這方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要設(shè)計(jì)出能夠占地面積不大，而且使用性特別強(qiáng)的天窗框結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)完成后要進(jìn)行模擬的測(cè)試，看是否符合規(guī)范要求同時(shí)，還保證了美觀。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要與整個(gè)車身相結(jié)合，盡量要與整體造型相融合。美觀性是一個(gè)很重要的因素，要加強(qiáng)對(duì)天窗框結(jié)構(gòu)的美觀優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）在對(duì)天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)方面，還要注重框結(jié)構(gòu)的質(zhì)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)方面要注重框架之間的杠桿原理，使開啟更加的方便。另外人工經(jīng)常的開啟關(guān)閉，要保證框結(jié)構(gòu)足夠的結(jié)實(shí)，可以有足夠的支撐力。還有一種天窗是電動(dòng)的，只需電動(dòng)操作便可以隨時(shí)的開啟和關(guān)閉天窗，在加強(qiáng)此類天窗的框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要對(duì)他的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的了解。這就需要天窗框結(jié)構(gòu)和電機(jī)之間緊密的聯(lián)系合作[2]。

圖1 天窗電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

6 汽車鈑金

汽車鈑金就是我們所熟悉的汽車修理工對(duì)汽車進(jìn)行修理的一種方式方法。汽車鈑金等同于汽車鈑金修理 ，就是對(duì)損壞的車輛進(jìn)行技術(shù)方面的修理，除了損壞檢測(cè)，進(jìn)行噴刷油漆以外其他的工作。一般對(duì)車身進(jìn)行鈑金修理的工作有對(duì)車身的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)損壞的地方進(jìn)行技術(shù)的分析，對(duì)車體本身進(jìn)行測(cè)量，并且對(duì)車身的形體進(jìn)行修正，進(jìn)行焊接。并且根據(jù)車身進(jìn)行裝配的工作。 汽車鈑金對(duì)于一個(gè)汽車來(lái)說(shuō)是一個(gè)常見的修理技術(shù)。在對(duì)汽車進(jìn)行汽車鈑金修理之前，要對(duì)要對(duì)汽車的整個(gè)車身進(jìn)行一個(gè)了解[3]。才能更好的把握汽車的鈑金結(jié)構(gòu)。

進(jìn)行鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）在對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要避免出現(xiàn)死邊設(shè)計(jì)的出現(xiàn)。要注意死邊設(shè)計(jì)，不要將死邊進(jìn)行徹底的拍死，要留有一定的縫隙。在進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候如果留有死邊，當(dāng)進(jìn)行焊接工作的時(shí)候一些化學(xué)物質(zhì)殘留在死邊，這樣對(duì)零件的安全性能造成一定的影響，存在安全隱患。

（2）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)具有固定作用的凸包，因?yàn)槊糠N凸包的功能不一樣，要制定出規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的凸包。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候因?yàn)闆](méi)有統(tǒng)一設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，需要的凸包還多，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候比較混亂，將嚴(yán)重出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象。

（3）在進(jìn)行撕裂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于定位和綁線的撕裂結(jié)構(gòu)，要根據(jù)作用統(tǒng)一制定。為了使撕裂結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，可以用模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工藝。

（4）在進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)的時(shí)候，避免在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)?wèn)題復(fù)雜化。在設(shè)計(jì)的時(shí)候不要多角度多切刀，盡量簡(jiǎn)單直接的設(shè)計(jì)。

（5）對(duì)鈑金結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一些零件的設(shè)計(jì)我們要注重零件表面的設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)計(jì)相應(yīng)的表面。注意漏水專業(yè)孔的設(shè)計(jì)。

（6）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要在不銹鋼的構(gòu)件上壓鉚螺母，螺母不要太過(guò)普遍的，要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，進(jìn)行選擇。

（7）在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)切不能忽略配件配件之間的過(guò)孔工藝的設(shè)計(jì)。

7 加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來(lái)說(shuō)主要是對(duì)框結(jié)構(gòu)的安全性能和美觀性能進(jìn)行優(yōu)化?？蚪Y(jié)構(gòu)。安全性是最重要的一個(gè)性能，也是天窗框結(jié)構(gòu)應(yīng)該重視的一點(diǎn)。另外注重天窗框結(jié)構(gòu)的外形的美觀性，對(duì)汽車的整體效果有一定的輔助效果。在保障了車體本身性能的同時(shí)有保障了車的外觀，加強(qiáng)天窗的框結(jié)構(gòu)優(yōu)化至關(guān)重要[4]。

注重汽車鉑金結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常重要的，鈑金結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到汽車本身的性能，因?yàn)樵谶M(jìn)行鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就是對(duì)汽車的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。一個(gè)好的鈑金結(jié)構(gòu)能夠使汽車具備超高的性能。汽車鈑金結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是汽車生產(chǎn)中最重要的一項(xiàng)，對(duì)汽車本身的性能和使用壽命都有一定的影響，因此做好鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。

8 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展，追求汽車性能完美的時(shí)代，加強(qiáng)對(duì)天窗的框結(jié)構(gòu)是其中重要的一項(xiàng)。天窗為汽車帶來(lái)了很多的功能，但是天窗同樣存在問(wèn)題。要加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，就要做好安全和美觀的優(yōu)化設(shè)計(jì)。安全性能和美觀性能是天窗設(shè)計(jì)中的兩大設(shè)計(jì)要點(diǎn)。進(jìn)行天窗的框結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，也是大勢(shì)所趨。除此之外還對(duì)汽車的鉑金結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，這些都是汽車修理中常見的技術(shù)。我相信經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員的不斷探索設(shè)計(jì)，一定能設(shè)計(jì)出完美的天窗。天窗的框結(jié)構(gòu)既安全又美觀。

[1]陳宇,王探平.天窗系列調(diào)查:作用,保養(yǎng)與建議[EB/ol]網(wǎng)易汽車頻道.2004-01-06.

[2]曾向陽(yáng),謝國(guó)明,王學(xué)平.UGNX高級(jí)開發(fā)實(shí)例[M],北京:電子工業(yè)出版社.

[3]張建等,基于UG客車底盤三維參數(shù)化總布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J],汽車技術(shù)．

[4]張琴譯,洪如瑾.UG相關(guān)參數(shù)化設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程[M]清華大學(xué)出版社.

U467

A

陳仁澤（1990—），男，本科，研究方向?yàn)檐嚿斫Y(jié)構(gòu)方面。盧堃林（1986—），男，本科，研究方向?yàn)檐嚿碓O(shè)計(jì)方面。