發(fā)動機蓋常見結(jié)構(gòu)及其設(shè)計原則

邢作輝

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 發(fā)動機蓋簡介

發(fā)動機蓋的主要功能是為機艙里面的設(shè)備提供保護，遮擋雨水和灰塵，并使得機艙處于封閉空間，為里面的設(shè)備處于冷、熱平衡的工作環(huán)境提供保障，有一定的設(shè)備防盜和碰撞保護功能；另外發(fā)動機蓋作為整車的前部外覆蓋件，對車身的美觀有著重要的影響。

2 常用結(jié)構(gòu)型式及選材

2.1 零部件組成

發(fā)動機蓋的結(jié)構(gòu)較車門簡單,主要由內(nèi)、外板和局部加強板組成。外板與內(nèi)板通過包邊、粘接等方式結(jié)合，為增加機罩系統(tǒng)的強度及剛度，一般均會在鎖或鎖扣安裝處、鉸鏈安裝處及撐桿安裝處布置有局部加強板，甚至在內(nèi)、外板組成的空腔內(nèi)設(shè)有支撐板，加強板與撐板通過焊接或鉚接的方式與內(nèi)板相連接。

發(fā)動機蓋鉸鏈的結(jié)構(gòu)形式目前常用的有兩種，一種是合頁式的，另一種是四連桿式的。

2.2 材料的確定

目前發(fā)動機蓋的主要材料分為普通鋼材和鋼鋁混合板材兩大類，下面分別按照兩類進行舉例說明：

發(fā)動機蓋內(nèi)板、外板需要滿足一定的強度要求，內(nèi)板成型相對難度大，一般選用拉延率較好又有一定強度且在能滿足自身剛度的前提下料厚盡量薄。

鋁合金具有密度小、強度高、導電、導熱性好、耐腐蝕性好、比強度高、具有良好的鑄造性能和加工塑性好的特點,發(fā)動機蓋內(nèi)板、外板可以考慮選用鋁合金材料。

3 設(shè)計原則

3.1 法規(guī)要求

發(fā)動機蓋作為整車前部外覆蓋件應(yīng)當滿足GB11566《乘用車外部凸出物》要求，發(fā)動機蓋的外表面一般均會滿足法規(guī)要求，需要特別指出的是少數(shù)發(fā)動機蓋前部包邊懸出前格柵設(shè)計的車型，普通包邊難以滿足法規(guī)要求（包邊總厚度需達到5mm），需將前部包邊做水滴包邊結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 發(fā)動機蓋與前圍格柵處斷面

3.2 整車總布置要求

發(fā)動機蓋設(shè)計相關(guān)的整車總布置要求包括：

（1）維修操作方便性。包括：發(fā)蓋抬起高度（可轉(zhuǎn)化為發(fā)蓋開啟角度及發(fā)蓋極限開度）；發(fā)動機蓋二道鎖開啟方便性?？紤]到拆卸發(fā)動機的方便，發(fā)動機蓋開度一般在75～90°。當發(fā)動機蓋打開到最大角度時，根據(jù)50%～95%美國人體尺寸，發(fā)動機蓋最高點距地面一般為1600～2200mm范圍內(nèi)；發(fā)動機蓋最大開啟角度為83°，發(fā)動機蓋最高點距離地面高度為1623mm。發(fā)動機蓋具體開度及距離地面高度值由總布置專業(yè)校核確定。發(fā)動機蓋二道鎖開啟方便性要求：拉手抓握區(qū)域的后部邊緣離發(fā)動機罩的前部邊緣應(yīng)小于90mm；拉手最小有效尺寸：20mm×20mm；發(fā)動機罩需要“自動跳起”的幅度決定拉手的向后位置；對于距離發(fā)動機罩邊緣≤65mm的拉手，上述區(qū)域的最小寬度為50mm；對于距離發(fā)動機罩邊緣＞65mm的拉手，上述區(qū)域的最小寬度為110mm。

（2）隱藏式前雨刮。隱藏式前雨刮包括：①車內(nèi)乘客通過前風窗透光區(qū)不能觀察到雨刮（該項要求與發(fā)動機蓋無關(guān)）；②前雨刮刮條Z向隱藏于發(fā)動機蓋后部，可有效減小雨刮刮條的風阻，并提升外觀品質(zhì)。

3.3 間隙與面差定義

外觀間隙段差的合理設(shè)計能提高一臺車的整體品質(zhì)，發(fā)動機蓋設(shè)計主要關(guān)注項為發(fā)動機蓋與前格柵、發(fā)動機蓋與翼子板。

發(fā)動機蓋從一定高度關(guān)閉時一般會有過關(guān)量，為確保發(fā)動機蓋不與前格柵發(fā)生干涉，需要兩者Z向間隙保證6mm以上；翼子板與發(fā)動機蓋前部配合區(qū)域需發(fā)動機蓋段入翼子板，發(fā)動機蓋高于翼子板時顧客客易觀察到分縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響外觀效果；發(fā)動機蓋與翼子板運動最小間隙在分縫后部區(qū)域，需將該區(qū)域配合公差設(shè)定為偏向公差，降低發(fā)動機蓋開啟過程中與翼子板發(fā)生干涉的風險。具體間隙段差：發(fā)動機蓋與前格柵間隙，標準≥6，公差1是±1.5，平行公差2，左右公差2；發(fā)動機蓋與前格柵段差，公差1是±2，以發(fā)蓋為基準；翼子板與發(fā)動機蓋間隙，標準4.0，公差1是直線處間隙段差±1.0圓弧拐角處間隙段差±0.5，平行公差1.0(直線處)，左右公差1.0(直線處)；翼子板與發(fā)動機蓋段差，標準-1，公差1是直線處間隙段差±1.0圓弧拐角處間隙段差±0.5，以翼子板為基準；翼子板圓角，標準2；翼子板與發(fā)動機蓋間隙，標準4.0；翼板與發(fā)送機蓋段差，標準-1，以翼子板為基準；翼子板圓角，標準2，公差1是±1.0，平行公差1.0，左右公差1.0；發(fā)動機蓋圓角，公差1是+1.0。

3.4 CAE性能要求

發(fā)動機蓋相關(guān)CAE性能指標有以下三個方面，具體目標值根據(jù)不同車型有不同的設(shè)定：

（1）行人保護。頭部撞擊區(qū)間和撞擊點，根據(jù)CAE分析頭部得分進行相應(yīng)優(yōu)化。

（2）被動安全。為保證碰撞發(fā)動機蓋折彎效果，可避免發(fā)動機蓋浸入前風擋區(qū)域造成傷害，同樣擁有較好的吸能效果，發(fā)動機蓋吸能比例約為4%。發(fā)動機蓋內(nèi)板一般需作出相應(yīng)自潰筋，保證發(fā)動機蓋碰撞后折斷變形。被動安全項根據(jù)CAE分析結(jié)果進行優(yōu)化。

（3）強度耐久。以下性能項需根據(jù)CAE分析結(jié)果進行相應(yīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①發(fā)動機蓋安裝剛度；②發(fā)動機蓋側(cè)向剛度；③發(fā)動機蓋橫梁剛度；④發(fā)動機蓋角剛度；⑤發(fā)動機蓋抗凹性；⑥發(fā)動機蓋扭轉(zhuǎn)剛度；⑦發(fā)動機蓋下拉剛度。

3.5 NVH性能要求

發(fā)動機蓋相關(guān)NVH性能指標有以下兩個方面，具體目標值根據(jù)不同車型有不同的設(shè)定：

（1）發(fā)動機蓋模態(tài)：發(fā)動機蓋模態(tài)作為車身局部模態(tài)會產(chǎn)生三類噪聲振動問題：一是局部模態(tài)與車身的整體模態(tài)產(chǎn)生共振；二是局部模態(tài)與聲腔模態(tài)耦合共振；三是局部模態(tài)被外界激勵起來。模態(tài)參數(shù)取決于車身剛度、重量分布、阻尼等因素。

（2）發(fā)動機蓋鉸鏈安裝點剛度：鉸鏈安裝點剛度不足易引起整車在粗糙路面行駛過程中發(fā)動機蓋內(nèi)板密封面產(chǎn)生較大變形，影響機艙密封；鉸鏈安裝點剛度不足易引起發(fā)動機蓋周邊靜態(tài)間隙段差難裝調(diào)。如NVH分析鉸鏈安裝點剛度不滿足要求，可通過鉸鏈加強板涂膠支撐到發(fā)動機蓋外板提升剛度值，效果明顯。

文章由發(fā)動機蓋的功能展開，闡述了發(fā)動機蓋系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成，包含典型內(nèi)外板結(jié)構(gòu)，主流的鉸鏈結(jié)構(gòu)形式。提供發(fā)動機蓋常用原材料類型。針對最為關(guān)鍵的設(shè)計原則，從法規(guī)要求入手確定發(fā)蓋前端主斷面，根據(jù)整車總布置要求確定人機操作舒適性、維修便利性，以及與周邊件的間隙面差要求、CAE分析、NVH性能要求方面，進行了較為全面的分析，希望對發(fā)動機蓋的設(shè)計提供有益的參考。隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展，輕量化趨勢越來迫切，塑料發(fā)蓋、納米工藝發(fā)蓋也是以后的發(fā)展方向。