基于CAS及斷面的車門鉸鏈的正向布置設(shè)計

班正逸 雷學(xué)明 劉少峰

摘 要：本文對車門鉸鏈與外CAS（Computer Aided Surface）及斷面結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行分析研究，總結(jié)了車門鉸鏈間距計算過程、軸線布置要求及步驟，明確了斷面制作及校核確認(rèn)方法。本文所述方法及步驟，可指導(dǎo)其他人進(jìn)行車門鉸鏈的正向布置設(shè)計。

關(guān)鍵詞：造型面;斷面;車門鉸鏈;布置;正向設(shè)計

0 引言

車門作為汽車車身設(shè)計中的重要組成部分，它的設(shè)計過程直接影響著周邊件的設(shè)計。[1]而鉸鏈?zhǔn)擒囬T最重要的安全件及功能件之一，其布置與設(shè)計是車門設(shè)計中最重要的一步，后續(xù)的門鎖布置、門洞線設(shè)計及車門限位器布置與設(shè)計均以車門鉸鏈的軸線或空間位置作為設(shè)計基準(zhǔn)[2-3]。在此前的項目設(shè)計中，因為我們沒有基于外CAS（Computer Aided Surface）、性能及斷面結(jié)構(gòu)的深層次研究，造成在數(shù)據(jù)設(shè)計以及后期實物驗證階段，車門鉸鏈下垂剛度不能滿足要求或關(guān)門品質(zhì)不良，甚至曾經(jīng)出現(xiàn)車門鉸鏈難以安裝，車門在極限狀態(tài)開啟時發(fā)生干涉等問題。

本文以某款新轎車車型自主正向開發(fā)為依托，以CAS及斷面結(jié)構(gòu)為依據(jù)，從鉸鏈間距、軸線布置、斷面設(shè)計、強度校核及裝配制造等多方面進(jìn)行綜合考慮來進(jìn)行正向設(shè)計及校核，可以較好的避免后期出現(xiàn)上述的問題。

1 布置設(shè)計輸入條件

在布置設(shè)計車門鉸鏈前，首先要明確一定的輸入條件，生產(chǎn)廠家的已有條件不同、車型不同，其前提條件也不相同[4]。本文根據(jù)安徽某主機廠的實際條件進(jìn)行闡述。

1.1 車門鉸鏈借用確認(rèn)

基于通用化考慮，車門鉸鏈盡量借用公司內(nèi)成熟部件。一般建議借用同級別車型的車門鉸鏈。如若鉸鏈不能借用，也應(yīng)在公司已量產(chǎn)的車門鉸鏈的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化更改。

1.2 CAS輸入條件

造型需輸入CAS外表面，最好也輸入完整分縫線。如造型不能輸入完整分縫線，也應(yīng)給車門分縫線大致位置的效果圖，以供結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來參考制作詳細(xì)的分縫線。

1.3 生產(chǎn)場地及工具確認(rèn)

項目組需輸入準(zhǔn)確的生產(chǎn)場地，工藝設(shè)計部確認(rèn)相應(yīng)的鉸鏈安裝工具并提供其3D數(shù)據(jù)給結(jié)構(gòu)設(shè)計部。

1.4 車門門洞線信息輸入

總布置負(fù)責(zé)人員應(yīng)確認(rèn)車門門洞線基于標(biāo)桿車的具體變化數(shù)值，并輸入給結(jié)構(gòu)設(shè)計人員及造型人員進(jìn)行約束。

1.5 標(biāo)桿斷面結(jié)構(gòu)輸入

需輸入所參考的內(nèi)部或外部標(biāo)桿車型斷面，斷面至少包含車門鉸鏈、車門內(nèi)外板、側(cè)圍外板及車門密封膠條的斷面結(jié)構(gòu)信息。

2 布置設(shè)計過程

2.1 鉸鏈間距計算確認(rèn)

在CAS截取車門形狀，并預(yù)估出車門重量和重心，與所借用鉸鏈的標(biāo)桿車的車門進(jìn)行對比。

按照力矩平衡原理，得出：M*a=G*b;

其中M表示車門鉸鏈承受的旋轉(zhuǎn)扭矩，a表示車門上下鉸鏈間距，G為車門重力，b為車門重心到車門鉸鏈軸線的距離。

為保證與標(biāo)桿車型性能一致，則M值應(yīng)和標(biāo)桿車一致;如此可推導(dǎo)出車門鉸鏈間距a的具體數(shù)值;如鉸鏈不是直接借用，則也需將其具體的變更因素計算進(jìn)去;總之，須保證M值和標(biāo)桿車盡量一致。具體計算過程在此不作陳述。

2.2 車門鉸鏈軸線傾角的初步確定

車門鉸鏈軸線最終是依據(jù)外CAS面等因素進(jìn)行調(diào)整確認(rèn)的，但在布置初期需要先確定一個鉸鏈傾角。不同主機廠對鉸鏈傾角的要求各不相同，也較難有統(tǒng)一的定論。但大家都認(rèn)同的是：車門關(guān)門需要克服膠條反作用力、氣阻效應(yīng)以及其他阻力等;如鉸鏈軸線的方向是向車廂內(nèi)傾斜的，車門在關(guān)閉過程中，車門重力可以提供加快車門關(guān)閉的力，根據(jù)能量守恒定律，車門重力降低了車門關(guān)閉力;反之，若鉸鏈軸線的方向是向車廂外傾斜的，則車門重力會增加車門關(guān)閉力[5-8]。

本文對現(xiàn)有各轎車的傾角進(jìn)行統(tǒng)計（詳見表1），并尋求專業(yè)人員對車門自關(guān)性做合理的主觀判斷，推導(dǎo)出為獲得良好的自關(guān)性的鉸鏈的傾角范圍。

通常，為了獲得良好的車門自關(guān)性，建議車門鉸鏈內(nèi)傾1.5°到3°進(jìn)行布置設(shè)計。前后傾角無特殊要求，建議在正負(fù)2°內(nèi)進(jìn)行布置。可在推薦范圍內(nèi)選取一個角度進(jìn)行初步布置，布置過程建議使用參數(shù)化布置，便于鉸鏈位置及角度的不斷調(diào)整來滿足CAS及斷面性能的要求。

2.3 基于CAS、分縫線及斷面的布置設(shè)計

根據(jù)工藝包邊、涂裝間隙及沖壓圓角要求，推導(dǎo)出如下最小值。

圖2 車門鉸鏈與外CAS間距要求示意圖

c=外板料厚+內(nèi)外板涂裝間隙要求+內(nèi)板圓角+鉸鏈運動頁與內(nèi)板圓角間距;

d=外板料厚+內(nèi)外板涂裝間隙要求+內(nèi)板料厚+鉸鏈固定頁與內(nèi)板間距;

一般，車門外板料厚為0.7 mm，內(nèi)外板涂裝間隙要求3 mm以上，內(nèi)板圓角R5，鉸鏈運動頁與內(nèi)板圓角間距要求最小3 mm;從而推導(dǎo)出c=11.7 mm。內(nèi)板料厚設(shè)定為1.4 mm，鉸鏈固定頁與內(nèi)板間距至少3 mm，同理也可確認(rèn)出d值大小為7.9 mm。

將車門鉸鏈按照計算出的鉸鏈間距及初定的軸線角度進(jìn)行初步布置，使得c和d分別盡量接近11.7 mm和7.9 mm;如若c和d與目標(biāo)值偏離較大，可稍微調(diào)整鉸鏈軸線傾角，使其盡量接近目標(biāo)值。

2.4 鉸鏈斷面制作及確認(rèn)

當(dāng)鉸鏈位置確定后，就可以制作此處的斷面：以鉸鏈、外CAS及門洞線為基準(zhǔn)，制作相應(yīng)的車門內(nèi)板、側(cè)圍外板，并大致放入密封膠條;之后要進(jìn)行以下四方面的校核：（1）安裝工具校核確認(rèn);（2）膠條密封結(jié)構(gòu)校核確認(rèn);（3）運動空間校核初步確認(rèn);（4）工藝、車體對側(cè)圍外板確認(rèn)。

（1）安裝工具分為電磁氣槍和L型工具，而鉸鏈則按其固定到側(cè)圍的方式分為橫置固定鉸鏈和縱置固定鉸鏈，如下圖3所示，其相應(yīng)的校核標(biāo)準(zhǔn)按表2執(zhí)行。

（2）密封結(jié)構(gòu)確認(rèn)：一般，只要密封膠條的安裝面與鉸鏈的安裝面不發(fā)生沖壓工藝上的沖突，都可以認(rèn)為可行。因為后續(xù)還需單獨制作準(zhǔn)確的膠條密封面，故此處的斷面制作不要求膠條的位置是定死的，在此也不作詳述。

（3）運動空間初步校核：前門運動校核：鉸鏈軸線在2×3的長方形公差范圍;前門外板X向移動1 mm，翼子板往外OFFSET（偏移）1 mm;運動角度為鉸鏈開啟最大角度+3°;判斷依據(jù)：前門與翼子板、側(cè)圍外板、鉸鏈安裝螺栓、鉸鏈固定頁均不得出現(xiàn)干涉;

后門運動校核：鉸鏈軸線在2×3的長方形公差范圍;后門外板X向移動1 mm，前門外板過關(guān)（OFFSET）3 mm;運動角度為鉸鏈開啟最大角度+3°;判斷依據(jù)為：后門與前門、側(cè)圍外板、鉸鏈安裝螺栓、鉸鏈固定頁均不得出現(xiàn)干涉;

在后期制作完成詳細(xì)的3D數(shù)據(jù)后，還需要進(jìn)行3D運動校核;此時可利用CATIA中的知識工程模塊實現(xiàn)鉸鏈布置的參數(shù)化，并建立與車門鉸鏈設(shè)計有關(guān)的知識庫;如此可在設(shè)計過程中為設(shè)計者提供在線幫助，避免設(shè)計重復(fù)和錯誤發(fā)生[9-10]。

（4）側(cè)圍外板主要由車體進(jìn)行確認(rèn)空間是否滿足、沖壓工藝是否滿足。

3 結(jié)束語

本文以造型CAS及車門鉸鏈斷面為依據(jù)，對車門鉸鏈進(jìn)行布置設(shè)計，使造型方案、布置要求、結(jié)構(gòu)方案和工藝實現(xiàn)在CAS階段得到充分的驗證，從而避免后期問題的重復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)然，車門設(shè)計是車身設(shè)計中最復(fù)雜的過程之一，而車門鉸鏈的布置設(shè)計又是車門設(shè)計的重中之重，不同車型的車門鉸鏈布置設(shè)計都可能會遇到不同的問題，但依據(jù)本文所提的布置設(shè)計過程及要求進(jìn)行，可最大程度的降低設(shè)計風(fēng)險。

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