發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定合理性的分析

蘇德雄，黃新龍,趙子晉

(廣汽本田汽車有限公司，廣東廣州 510700)

0 引言

隨著汽車市場(chǎng)不斷成熟，消費(fèi)者對(duì)汽車外觀商品性的要求不斷提高，促使企業(yè)在重視產(chǎn)品實(shí)用的同時(shí)，還要提高商品外觀質(zhì)量[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)罩作為汽車外觀覆蓋件的重要組成部分之一，具有面積大、支點(diǎn)小、水平放置等特點(diǎn)，它與翼子板、通風(fēng)柵、前大燈的匹配問題是在車外最容易觀察到的部分，其決定了消費(fèi)者對(duì)整車品質(zhì)的第一印象。

發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量，是為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)罩與翼子板匹配的合理性，設(shè)計(jì)上通過在發(fā)動(dòng)機(jī)罩與鉸鏈之間設(shè)定一定的間隙預(yù)留量，以吸收發(fā)動(dòng)機(jī)罩被氣撐桿、通風(fēng)柵膠條、緩沖膠粒、發(fā)動(dòng)機(jī)罩膠條等零件反力抬起的量，以及鉸鏈剛性導(dǎo)致的下沉量總和。

本文作者基于某新車型試生產(chǎn)階段出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端與翼子板匹配不良，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量進(jìn)行了深入分析：利用自主設(shè)計(jì)的組合檢具模擬標(biāo)準(zhǔn)白車身，排除了白車身精度因素造成的干擾；建立簡(jiǎn)易的鉸鏈剛性檢證模型，利用自制的伺服絲杠壓力位移測(cè)量?jī)x驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈剛性不足的猜想，發(fā)現(xiàn)潛在設(shè)計(jì)不良問題；并應(yīng)用CAE分析展開對(duì)策的研究，提出了發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的改善方案，完善設(shè)計(jì)的不足，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端下沉導(dǎo)致的外觀商品性問題。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定依據(jù)

發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的設(shè)定主要是基于過往經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的，需要在試生產(chǎn)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)合理性驗(yàn)證。發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定原理如圖1所示，預(yù)先在發(fā)動(dòng)機(jī)罩和鉸鏈之間設(shè)定間隙，這個(gè)間隙即是預(yù)留量，使發(fā)動(dòng)機(jī)罩安裝后下沉一定量，但通過通風(fēng)柵膠條、撐桿等零件支撐后，會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)罩抬起到理論位置，以此來確保發(fā)動(dòng)機(jī)罩周邊的匹配。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定原理

預(yù)留量設(shè)計(jì)的一般原則是，基于發(fā)動(dòng)機(jī)罩質(zhì)量及尺寸大小(發(fā)動(dòng)機(jī)罩越重、膠條等橡膠件反力影響量越小)，以及是否采用氣撐桿選擇相對(duì)應(yīng)的預(yù)留量，如圖2所示。文中車型采用大尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)罩，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定了1 mm鉸鏈預(yù)留量。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定參考區(qū)域

預(yù)留量設(shè)定不合理，將直接造成發(fā)動(dòng)機(jī)罩周邊匹配不良，如圖3所示。由圖3(a)可知，預(yù)留量設(shè)定間隙過大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩下沉;由圖3(b)可知，預(yù)留量設(shè)定間隙不足，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩過高;由圖3(c)可知，預(yù)留量設(shè)定不合理，發(fā)動(dòng)機(jī)罩開閉過程干涉。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定不合理導(dǎo)致的3種結(jié)果

2 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量驗(yàn)證方案

2.1 預(yù)留量驗(yàn)證方法

為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定的合理性，需要排除車身精度等因素的干擾。通過組合檢具模擬標(biāo)準(zhǔn)白車身的安裝點(diǎn)位[2]，如圖4所示，可通過安裝發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板、通風(fēng)柵、緩沖膠粒、膠條等零件，逐一確認(rèn)各個(gè)零件的反力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的影響量。同時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鉸鏈仿形塊，分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板定位和鉸鏈定位兩種狀態(tài)開展驗(yàn)證。

圖4 組合檢具示意(標(biāo)準(zhǔn)白車身)

將鉸鏈分別設(shè)定為A、B、C 3種組合，保持其他零件不變，安裝到組合檢具上后，通過3次元測(cè)量?jī)x對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩表面的精度進(jìn)行測(cè)量[3]，結(jié)果如圖5所示。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈仿形塊與鉸鏈安裝的差異

整理發(fā)動(dòng)機(jī)罩上相同點(diǎn)的變化量，得出表1的結(jié)果。C組合在消除發(fā)動(dòng)機(jī)罩1 mm間隙預(yù)留量的情況下，與鉸鏈標(biāo)準(zhǔn)仿形塊仍有0.5 mm差異。因差異僅存在于鉸鏈實(shí)物零件與仿形塊之間，推測(cè)是鉸鏈導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩下沉。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈仿形塊與鉸鏈安裝的差異

2.2 鉸鏈影響量驗(yàn)證

發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈與鉸鏈標(biāo)準(zhǔn)仿形塊之間的主要差異在于剛性的差異，因此推測(cè)為鉸鏈剛性不足導(dǎo)致下沉。為了確認(rèn)鉸鏈剛性，首先需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩受力情況展開分析。

該車型的發(fā)動(dòng)機(jī)罩受力點(diǎn)如圖6所示，受到發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈1、前側(cè)緩沖膠粒2、側(cè)方緩沖膠粒3、發(fā)動(dòng)機(jī)罩膠條4、通風(fēng)柵膠條5、發(fā)動(dòng)機(jī)罩鎖扣6等6個(gè)零件的反作用力，受力情況復(fù)雜，且膠條反力受壓縮量的影響，無法準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)算，因此需對(duì)受力模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，以達(dá)到相對(duì)準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)罩支撐點(diǎn)示意

利用組合檢具，對(duì)零件進(jìn)行逐一的拆裝確認(rèn)，分析各個(gè)零件的實(shí)際影響量，因此車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩質(zhì)量較重，發(fā)現(xiàn)側(cè)方緩沖膠粒3、發(fā)動(dòng)機(jī)罩膠條4、通風(fēng)柵膠條5及發(fā)動(dòng)機(jī)罩鎖扣6對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩抬起量可以忽略不計(jì)，得出影響發(fā)動(dòng)機(jī)罩的主要受力點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈1和前側(cè)緩沖膠粒2。簡(jiǎn)化后的受力分析如圖7所示。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)罩受力分析

根據(jù)力矩平衡可以得出以下兩個(gè)式子：

2(F1·L1)=2(F2·L2)

(1)

2(F1+F2)=G/g

(2)

式中：F1為鉸鏈對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的支撐力；F2為仿膠墊支撐塊對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的支撐力；L1為發(fā)動(dòng)機(jī)罩重心與鉸鏈的距離；L2為發(fā)動(dòng)機(jī)罩重心與仿膠墊支撐塊的距離；G為發(fā)動(dòng)機(jī)罩的重力。

基于以上受力情況分析，建立了一套鉸鏈剛性檢測(cè)試驗(yàn)方案，根據(jù)圖8鉸鏈剛性驗(yàn)證模型，建立圖9所示的模擬實(shí)際裝車狀態(tài)，并通過伺服絲桿壓力位移測(cè)量?jī)x測(cè)量出鉸鏈剛性變化曲線。

圖8 鉸鏈剛性驗(yàn)證模型

將發(fā)動(dòng)機(jī)罩質(zhì)量W=14.5 kg(G=142.1 N)，L1=870 mm，L2=430 mm代入式(1)、(2)，可得出，發(fā)動(dòng)機(jī)罩對(duì)鉸鏈的壓力F1=23.4 N，根據(jù)伺服絲桿壓力位移測(cè)量?jī)x得到的曲線，如圖10所示，可得鉸鏈?zhǔn)馨l(fā)動(dòng)機(jī)罩重力影響下的變形量為0.5 mm，發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈剛性不足的猜想得以驗(yàn)證。

3 對(duì)策方案分析及實(shí)施效果確認(rèn)

3.1 對(duì)策方案分析

根據(jù)上述原因分析，可得出發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈剛性不足導(dǎo)致預(yù)留量設(shè)定不合理，為了能從根本上解決該問題，需要首先在設(shè)計(jì)上消除原先1 mm預(yù)留量，再對(duì)鉸鏈?zhǔn)綐舆M(jìn)行變更。

對(duì)于鉸鏈試驗(yàn)變更，文中提出了兩個(gè)對(duì)策方案：(1)將鉸鏈剛性增強(qiáng)，消除鉸鏈變形；(2)抬高鉸鏈上表面0.5 mm，抵消鉸鏈變形量。

針對(duì)方案(1)中鉸鏈剛性加強(qiáng)方案展開CAE分析，明確鉸鏈應(yīng)力集中部位為拐角部位，所以鉸鏈剛性加強(qiáng)，必須在應(yīng)力集中部位加強(qiáng)，如圖11所示。

圖11 鉸鏈剛性力CAE分析

如圖12所示，因鉸鏈上表面為零件的精度測(cè)量基準(zhǔn)面，因此公差面調(diào)整設(shè)定在安裝白車身側(cè)的下表面。

圖12 鉸鏈對(duì)策方案

3.2 對(duì)策影響確認(rèn)

因?qū)︺q鏈?zhǔn)綐舆M(jìn)行變更，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩開閉耐久、惡路耐久、碰撞、行人保護(hù)等方面試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。其中，在試驗(yàn)開展中發(fā)現(xiàn)惡路耐久工況下，圖6中通風(fēng)柵膠條5出現(xiàn)磨損，如圖13所示。

圖13 通風(fēng)柵膠條磨損

通過分析，主要原因是：發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端因鉸鏈變更，發(fā)動(dòng)機(jī)罩上抬后與通風(fēng)柵膠條壓合量變小，膠條對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的緩沖作用減少，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅變大，磨損增強(qiáng)。如圖14所示。

圖14 對(duì)策前后膠條壓合量存在差異

為了驗(yàn)證此結(jié)論，利用加速度傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)罩振動(dòng)加速度，并對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二重積分得出振幅，對(duì)比確認(rèn)到鉸鏈?zhǔn)綐幼兏蟀l(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅確實(shí)加劇了。如圖15所示。

圖15 發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅分析

為了對(duì)應(yīng)此二次不良，必須通過增強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的支撐來減少振幅。經(jīng)過討論，提出了加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)罩后部膠條支撐剛性的方案：膠條內(nèi)部?jī)蓚?cè)增加兩條EPDM硬質(zhì)棉芯(外徑8.5 mm×厚度2.0 mm×長(zhǎng)度80 mm)，提高支撐其支撐力，如圖16所示，再次測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅改善明顯，與鉸鏈變更前相當(dāng)，對(duì)策件換裝到耐久試驗(yàn)車確認(rèn)無磨損。

圖16 通風(fēng)柵膠條加棉芯后發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅改善

上述對(duì)策實(shí)施后，通過完成車碰撞測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)罩開閉耐久試驗(yàn)、行人保護(hù)等檢證，相關(guān)關(guān)聯(lián)性能均確認(rèn)滿足要求。

3.3 實(shí)施效果確認(rèn)

經(jīng)過上述對(duì)策方案確認(rèn)，改進(jìn)后消除了發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量不合理導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩下沉的問題，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端與翼子板匹配不良(圖17)，且經(jīng)過相關(guān)性能試驗(yàn)驗(yàn)證，無二次不良產(chǎn)生。

圖17 改善前后效果對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

文中的研究識(shí)別出鉸鏈剛性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的設(shè)定有較大的影響。同時(shí)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，預(yù)留量的設(shè)定不合理除了對(duì)外觀配合產(chǎn)生不良影響外，也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩接觸的膠條產(chǎn)生磨損。

文中提出的發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的驗(yàn)證方法及有效的控制手段，為今后車型在項(xiàng)目開發(fā)前期提供了參考和借鑒經(jīng)驗(yàn)。