低成本加油口門的結(jié)構(gòu)設(shè)計

秦海 朱燈宏

摘 要：微車的加油口門通常位于B柱下端，前后分別是鉸鏈?zhǔn)角伴T和滑移式中門，簡稱附著式加油口門;而一般乘用車的加油口門位于后側(cè)上，則成為嵌入式加油口門。對于附著式加油口門，通常應(yīng)用在微車上，在滿足基本功能前提下，開發(fā)出低成本的結(jié)構(gòu)是首要的目標(biāo)，本文綜合加油口門的設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)出微車低成本加油口門結(jié)構(gòu)設(shè)計思路以及設(shè)計經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：加油口門;結(jié)構(gòu)設(shè)計;低成本

一、加油口門的概述

加油口為一個封閉零件，加油時開啟，關(guān)閉時保持外觀的整體感。商用微車的加油口門一般位于B柱下端，前后都是運動件，打開前門和后門，加油口門高于側(cè)圍外板，稱為附著式加油口門;而乘用車的加油口一般位于后側(cè)圍外板上，周圍都是固定件，稱為陷入式加油口門。

加油口門焊合件通常由加油口門外板、加油口門鉸鏈臂、加油口門鉸鏈銷、加油口門加強(qiáng)板組成，加油口門外板和加強(qiáng)板通過側(cè)壁上連接，連接方式有兩種：點焊或者包邊。

二、加油口門的設(shè)計思路

加油口門的設(shè)計過程主要包括如下幾個

步驟：

（1）確定加油口門的DTC間隙。

（2）確定加油口門的鉸鏈中心線。

（3）確定加油口門的開度及限位。

（4）設(shè)計加油口門的鉸鏈。

（5）布置鎖芯安裝孔的位置。

具體見下文所述：

（一）確定加油口門的DTC間隙

加油口門是車身零件的重要組成部分，它的主要功能之一就是與側(cè)圍配合形成完整的外觀。加油口門與前門和后側(cè)門等運動件有間隙斷差的配合，與側(cè)圍外板也有運動間隙的配合，而它本身也是運動件，同時還是外觀件。因此，對外觀性來說，加油口門的DTC間隙越小越好;對運動件來說，這個間隙越大越好。考慮制造誤差，附著式加油口門的DTC間隙一般要求5mm;而陷入式加油口門，此間隙一般≤3.0mm。

（二）確定加油口門的鉸鏈中心線及鉸鏈軸

加油口門鉸鏈位置的確定是加油口門設(shè)計的第一步，也是最重要的一部。而它有主要分為兩個步驟：

（1）根據(jù)經(jīng)驗初步確定加油口門鉸鏈位置，即鉸鏈中心線。

（2）加油口門的運動分析，并進(jìn)行鉸鏈軸線的優(yōu)化。

這兩個步驟不是一個單向通道，而是一個可以反復(fù)的過程。因為初步確定的鉸鏈軸需要通過運動校核來確定其正確性，若初選位置不能滿足要求，則可以繼續(xù)優(yōu)化，然后再次運動分析。如此反復(fù)便可得到符合要求的鉸鏈位置。具體步驟如下。

1.初步確定加油口門鉸鏈位置

加油口門鉸鏈位置由三個要素組成：

（1）鉸鏈軸的傾斜方式以及傾角：根據(jù)傾角的不同，鉸鏈軸的分為三種形式：內(nèi)傾式，中立式和外傾式。加油口門上的某個旋轉(zhuǎn)點，分別向3種形式的鉸鏈軸心作垂直線，旋轉(zhuǎn)點到垂直點的距離便是該旋轉(zhuǎn)點的旋轉(zhuǎn)半徑：R1、R2和R3。從圖上的幾何關(guān)系可知，旋轉(zhuǎn)點到外傾軸的旋轉(zhuǎn)半徑R3最小，因此加油口門繞外傾軸旋轉(zhuǎn)時，與其內(nèi)側(cè)的側(cè)圍外板的干涉可能性最小。為了防止與周圍零件運動干涉，并為了加油口門更容易自動彈出，加油口門鉸鏈通常采用外傾式的鉸鏈軸，一般來說，選取傾角的角度3°～10°，根據(jù)加油口門的傾斜方式來選取鉸鏈中心線的傾斜方式。

（2）鉸鏈軸的Y向位置。加油口門上的某個旋轉(zhuǎn)點繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)時，其運動軌跡。當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心線距離加油口門越近（Y正向）時，其運動軌跡離側(cè)圍外板的距離越大。因此在確定旋轉(zhuǎn)軸位置時，軸的Y向坐標(biāo)越大越好（在加油口門的范圍之內(nèi)越靠近加油口門越好）。綜合考慮鉸鏈軸的大小、鉸鏈臂的厚度、運動間隙等因素，Y向位置可在距離加油口門外板（造型輸入）5mm～10mm之間取值。

（3）鉸鏈軸的X向位置。加油口門上的某個旋轉(zhuǎn)點繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)時，其運動軌跡。當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心距離加油口門邊界越大（沿X正向變化）時，其運動軌跡與側(cè)圍外板的距離越大，但是與后側(cè)門距離越小。因此在確定旋轉(zhuǎn)軸X向位置時，軸的X向坐標(biāo)的取值要綜合考慮加油口門運動軌跡對側(cè)圍外板和后側(cè)門的影響，然后才能確定。一般來說，X向位置在距離加油口門近端5%到15%之間取值。

通過上述上個要素的確定，我們就能初步選出一個鉸鏈軸的位置。另外，鉸鏈軸的直徑一般可設(shè)計為4mm，鉸鏈軸的長度需根據(jù)鉸鏈臂來確定，原則上鉸鏈軸越長越好。

2.加油口門的運動校核

在初步確定好鉸鏈的位置后，需進(jìn)行運動分析，具體分析步驟如下：

（1）調(diào)整加油口門到安裝的極限位置。由于加油口門與周圍零件存在間隙段差的配合，它的安裝位置在X向和Z向上是可調(diào)的。因此在運動分析時要將此因素考慮在內(nèi)。通常在車內(nèi)方向（–Y方向，靠近側(cè)圍外板的方向）調(diào)整時，加油口門與側(cè)圍外板的距離會減小。所以運動分析時要將加油口門調(diào)至最靠近側(cè)圍外板位置，讓其處于極限位置。

（2）調(diào)整加油口門鉸鏈軸到最惡劣位置。根據(jù)經(jīng)驗值，鉸鏈軸位置的公差帶取為1.0mm*1.0mm（X向*Y向）。公差帶的四個角部是運動分析的最惡劣位置。在極限情況下，加油口門與其他零件的運動間隙能夠滿足要求的話（大于1.0mm），該加油口門才算滿足運動分析的要求。

（3）建立運動模型并輸出運動間隙數(shù)據(jù)。通過前兩個步驟，加油口門運動分析的條件已經(jīng)完全建立。此時，只需將模型導(dǎo)入UG軟件的運動分析模塊，建立機(jī)構(gòu)的固定副（側(cè)圍外板、加油口門鉸鏈臂、前門和后側(cè)門），以及機(jī)構(gòu)的運動副（加油口門）;然后設(shè)置運動過程需計算的間隙（加油口門與側(cè)圍外板、前門、中門）;最后，根據(jù)驅(qū)動設(shè)定加油口門旋轉(zhuǎn)的步長，則可以實現(xiàn)運動分析，而且UG軟件能夠記錄下來運動過程中加油口門與各部件的間隙的最小值，并導(dǎo)出文本文件。

通過分析導(dǎo)出的數(shù)據(jù)我們便可以知道加油口門的運動間隙是否能夠滿足要求。若不滿足，需要從新調(diào)整軸的位置，然后再進(jìn)行分析。如此反復(fù)，直到求出最佳的轉(zhuǎn)軸的位置為止。

（三）確定加油口門的開度及限位

加油口門的開度，根據(jù)需要可設(shè)計為80°～100°。低成本的附著式加油口門的限位主要通過加油口門翻邊或者加焊一小塊零件來實現(xiàn)，當(dāng)加油口門打開到設(shè)計最大開度時，凸起的特征與鉸鏈臂接觸，從而實現(xiàn)限位。限位凸點的高度不能太低，不然在制造方面較難控制。而采用彈簧限位的加油口門的成本則相對來說比較高。這種限位方式被大多數(shù)汽車采用，彈簧彈力有兩種作用力方向，即關(guān)閉狀態(tài)下的關(guān)緊力和打開過程中的彈開力。

（四）設(shè)計加油口門的鉸鏈臂及加強(qiáng)板

加油口門鉸鏈臂的設(shè)計通常要考慮以下幾個因素：

1.加油口門的可安裝性

鉸鏈的安裝方向有兩種，X方向以及Y方向，Y方向安裝容易操作，X方向安裝則需要專門的工具。對于附著式加油口門，可采用X向、Y向的安裝方式，不過，Y向安裝要考慮其安裝性，安裝孔位置不要過于靠里面（–Y向），否則安裝工具受周邊零件的影響無法擺正，不方便打螺栓。

2.加油口門的可調(diào)整性

加油口門與側(cè)圍外板、前后側(cè)門有間隙斷差的配合，因此加油口門的位置應(yīng)該是可以調(diào)整的。加油口門的調(diào)整主要通過加油口門鉸鏈臂上的安裝孔的設(shè)計來實現(xiàn)。加油口門采用M5/M6的螺桿進(jìn)行安裝。加油口門鉸鏈臂上的安裝孔設(shè)計成9mm*7mm（Y向*Z向），因此加油口門可以在Y向和Z向上進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足間隙斷差的要求。需要注意的是，在調(diào)節(jié)的范圍之內(nèi)，加油口門焊合件不應(yīng)于其他任何零件（主要是與加油口支架和側(cè)圍外板）產(chǎn)生干涉，并且要保留一定的安全距離。

3.鉸鏈臂卷耳與軸的配合

設(shè)計上二者之間配合間隙為0，即二者完全緊密配合。這樣能夠保證加油口門的位置不會收到二者配合間隙的影響，此外二者如果采用間隙配合的話，加油口門就會便可繞軸自由轉(zhuǎn)動，在白車身過涂裝車間時，加油口門容易前后開合，與后側(cè)門干涉，刮傷加油口門漆膜;加油口關(guān)上后與B柱碰，B柱處漆膜被碰傷。

由于加油口門的翻邊較低，因此加油口門加強(qiáng)板焊接邊的寬度通常比較窄。因此在設(shè)計時要考慮到焊接邊的寬度和角度，保證焊接邊的寬度和焊接角度能夠?qū)崿F(xiàn)焊接，否則會出現(xiàn)無法焊接的結(jié)構(gòu)，一般來說，加強(qiáng)板與加油口門的焊點至少需要三點。

（四）布置鎖芯安裝孔

確定鎖芯安裝孔的位置要考慮到三個因素：

（1）打開加油口門時鎖芯不能在運動過程中干涉到其他零件;

（2）在注油時，在加油口門完全打開的情況之下，鎖芯不能與油槍干涉，且要保證一定距離，不能影響到注油操作;

（3）鎖芯安裝孔的位置要利于鎖扣的布置。

三、影響加油口門設(shè)計的其它因素

（一）沖壓工藝

由于加油口門通常是一個箱式結(jié)構(gòu)，其四面翻邊的拔模角度比較小，因此翻邊不易設(shè)計的太高，否則沖壓時在拐角位置處容易產(chǎn)生疊料的現(xiàn)象。

（二）感知質(zhì)量問題

由于加油口門與側(cè)圍外板、前后側(cè)門有間隙斷差的配合，加油口門的設(shè)計應(yīng)該與前門、后側(cè)門、側(cè)圍外板的設(shè)計同步進(jìn)行，保證設(shè)計是合理的，各零件能相互配合。如果加油口門設(shè)計滯后，則會給加油口門的設(shè)計加上過多的約束條件，最終無法得到的設(shè)計反復(fù)。

為了實現(xiàn)加油口門的可調(diào)，其安裝孔設(shè)計為長孔。因此一般螺母的墊片無法將整個長孔遮住，因此設(shè)計上應(yīng)采用的大墊片的螺母來，將整個長孔遮住，消除感知質(zhì)量問題的隱患。

（三）加油口門的剛度

由于加油口門在使用過程容易變形，具因此需要對加油口門及其鉸鏈的剛度進(jìn)行CAE分析，已確定它具有一定的剛度，在一定外力的作用下加油口門及其鉸鏈的變形在可以接受的范圍內(nèi)。

四、全文總結(jié)

本文闡述了附著式加油口門的設(shè)計思路以及經(jīng)驗值，同時也列舉了一些重要的注意事項，可作為新車型加油口門開發(fā)的參考，使得設(shè)計開發(fā)減少難度，少走彎路。