車門設(shè)計(jì)及主要附件布置

1、車身門系統(tǒng)設(shè)計(jì)及附件布置,授課人: 朱祖?zhèn)?開閉件設(shè)計(jì)規(guī)則,前 言門系統(tǒng)是消費(fèi)汽車使用人員最常用的系統(tǒng)；開閉件是車身中工藝較復(fù)雜的部件，它涉及到零件沖壓、包邊焊接、零部件裝配、總成組裝等工序；開閉件是車身上安裝附件最多的總成，對尺寸配合和工藝技術(shù)要求都嚴(yán)格；開閉件是車身關(guān)鍵運(yùn)動件，其靈活性、堅(jiān)固性、密封性等方面的缺點(diǎn)易暴露，對汽車產(chǎn)品的使用質(zhì)量有嚴(yán)重的影響；生產(chǎn)商對開閉件的制造均十分重視，開閉件質(zhì)量的好

2、壞，實(shí)際上也直接反映了生產(chǎn)商的工藝制作水平的高低；為了嚴(yán)格控制本公司汽車車身開閉件設(shè)計(jì)質(zhì)量，參照國內(nèi)外汽車白車身開閉件設(shè)計(jì)要求，結(jié)合本公司已經(jīng)開發(fā)的各種車型，簡要闡述汽車開閉件設(shè)計(jì)規(guī)則。意在對你們在今后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行指導(dǎo)、評估和監(jiān)督，讓汽車車身開閉件的設(shè)計(jì)更符合實(shí)際要求。,一. 前、后車門系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 1、功能要求: 1) 車門應(yīng)具有必要的開度, 以保證人和貨物進(jìn)出方便，且開啟后能停止在最大開度和半開的位置上。

3、 2）車門安全可靠，關(guān)閉時(shí)能鎖住，且能防盜；行車或撞車時(shí)，車門不會自動打開；發(fā)生車輛側(cè)撞或翻滾時(shí)，車門能起到結(jié)構(gòu)支撐作用，且能正常打開。 3）操作性良好。車門開關(guān)方便，玻璃升降輕便、靈活;部件系統(tǒng)可靠耐久。 4）具有良好的密封性，使乘員與外界隔離。車內(nèi)噪聲最小, 灰塵和廢氣的吸入量最少，并應(yīng)有防止門腔內(nèi)積水的措施。 5) 具有足夠的剛度, 不易變形下沉；行車時(shí)不振動。,6）制造工藝性好，易于沖壓并便于

4、安裝附件。 7）車門造型與整車協(xié)調(diào)，保證表面齊平，門縫間隙均勻；色彩與內(nèi)飾和整車匹配。 8）設(shè)計(jì)就滿足人機(jī)工程要求，如空間位置、操作件位置和視野障礙最小化等要求，以提高乘員舒適性。,二、車門系統(tǒng)的組成: 由于大家都比較熟悉開閉件系統(tǒng)的構(gòu)成，在此簡要敘述一下: 車門系統(tǒng)一般由門體、車門附件和車門內(nèi)飾件三部分組成。 1. 門體--包括車門內(nèi)、外板，門體加強(qiáng)板，窗框等零件的焊接總成，如圖1。

5、 2.車門附件—包括鉸鏈、限位器、鎖體、升降器、密封條等。 3.車門內(nèi)飾件—包括門護(hù)板、門拉手、開手、扶手板等。,三 車門附件布置及要求 1. 鉸鏈和限位系統(tǒng)功能要求 如圖2所示, 車門通過上、下鉸鏈懸掛在門柱上。整個(gè)車門（包括門內(nèi)飾板）的重量及任何作用在車門上的力，在車門關(guān)閉狀態(tài)下，是由兩個(gè)鉸鏈、門鎖及固定在車身門柱上的鎖扣來支撐；而在車門打開時(shí)，則全由鉸鏈支撐； 鉸鏈的結(jié)

6、構(gòu)形式：一般為合頁式。此種鉸鏈的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、剛度高和易于裝配。還有一種是帶限位器的鉸鏈。此限位合安裝在門下鉸鏈上。 門鉸鏈的最大開度角應(yīng)不小于設(shè)計(jì)要求的車門開度角，對于裝有車門限位器的門鉸鏈，其限位應(yīng)可靠；,車門的開度限位器具有門半開時(shí)的支撐功能和全開時(shí)的制止功能，其作用是限制車門的最大開度，防止車門外板與車身相碰，并使車門停留在所需開度,防止車門自動關(guān)閉。 車門限位器的結(jié)構(gòu)一般如圖3所示，通過改變臂的形

7、狀，可設(shè)定門半開的保持位置和保持力。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮過力開啟和暴風(fēng)吹開門的作用力。,車門開度---車門的最大開度一般在60°-75°，較多的車門開度設(shè)置在70°。這要根據(jù)上下車方便性，上車后關(guān)門方便以及車門與車身不干涉等條件而定。 鏈軸線在車身上的布置---鉸鏈軸線與車門外板表面距離愈大則愈容易發(fā)生干涉，所以鉸鏈軸線應(yīng)盡可能向車身寬度方向外移。但軸線外移受上下鉸鏈跨距的限制。從受力觀點(diǎn)出發(fā)，上

8、下鉸鏈的跨距Z與車門長度L之比Z/L＞1/3。且上鉸鏈的上軸襯到下鉸鏈下軸襯之間的距離≥330mm。如圖4、5所示。 鉸鏈軸線的傾斜--為了車門有自閉趨勢。為此，應(yīng)使車門鉸鏈軸線內(nèi)傾或后傾，內(nèi)傾一般不大于4°。圖6所示。 鉸鏈的開啟角度—鉸鏈的設(shè)計(jì)開啟角度比車門的最大開啟角度大3-5°，其目的是防止限位器失效或過開門時(shí)門板與翼子板干涉。 車門間隙—建議車門開啟的最少間隙在2.5mm以上，

9、工藝水平高的公司不小于2.0mm。,,,,,,,2 車門鉸鏈布置和門邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車門靠鉸鏈和門鎖懸掛于車身門框上。當(dāng)給定車門表面形狀和車門邊緣的結(jié)構(gòu)形式及尺寸后，即可開始布置車門鉸鏈。 1） 車門擺動分析解圖 鉸鏈軸線的布置影響車門的擺動軌跡。在車身外形設(shè)計(jì)的初步階段，就需要布置鉸鏈軸線并對車門旋轉(zhuǎn)軌跡進(jìn)行檢查，防止車門邊緣與周邊結(jié)構(gòu)（如翼子板、門框）或前、后門之間發(fā)生干涉，確保造型設(shè)計(jì)（門縫設(shè)計(jì)）的可行

10、性，并確定門柱尺寸等。 車門繞鉸鏈軸線的擺動軌跡分析是通過作一系列的擺動解圖來完成的。解圖作法:,1.1 垂直于鉸鏈軸線截取需要分析的截面. 1.2 在截面圖上給出鉸鏈軸心的位置. 1.3 作門邊的擺動軌跡. 1.4 分析間隙. 由于車門與門框的相對位置主要靠鉸鏈總成的位置來調(diào)整,因此在車身門柱上的鉸鏈合頁裝配位置,應(yīng)允許在車身上/下、前/后和內(nèi)/外方向有一定的調(diào)整量。如：鉸鏈軸

11、線在車身前后方向的調(diào)整量a=1.5mm，在寬度方向調(diào)整量b=4mm，前門制造偏差c=1.0mm，d=1.5mm。還要考慮后門邊緣有超差c=1.0mm的制造偏差，和前門砰擊關(guān)閉時(shí)前后門后邊緣深入表面e=3mm的情況。,根據(jù)我國城市建設(shè)對道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)CJI37-1990規(guī)定，路面橫向坡度為2％，最大路緣高度為200mm，建議車門開啟時(shí)提升值為15～30mm。（車門提升高度值，是定義為車門開啟60°時(shí)，在離鉸鏈軸線垂直

12、距離為762mm處的門下邊緣一點(diǎn)的高度值。按照這個(gè)定義，根據(jù)所要求的高度升起/下降值，即可估算所需要的鉸鏈內(nèi)傾或后傾角度。一般內(nèi)、后傾角之和在4 °內(nèi)。其計(jì)算方法如圖7所示。 2）鉸鏈的位置受結(jié)構(gòu)的限制 鉸鏈最外側(cè)與車門內(nèi)、外板有一定的間隙要求，其間的關(guān)系如圖8所示。,2.1 ) 鉸鏈在y方向有4mm的調(diào)節(jié)量； 2.2 ) 鉸鏈與門內(nèi)板的接觸面離內(nèi)板倒角處最小間隙2mm； 2.3） 車門

13、內(nèi)板和外板外覆蓋面的凈間隙不小于2mm； 綜上所述：鉸鏈安裝面與外板外覆蓋面的間距在11mm左右。,圖 7 鉸鏈軸線傾角的計(jì)算,3 鎖及鎖扣系統(tǒng) 鎖及鎖扣布置要符合以下要求； 門鎖上所有運(yùn)動件應(yīng)靈活，開

14、關(guān)車門輕便，不應(yīng)有異常噪音。2) 門鎖必須具有半鎖緊位置和全鎖緊位置。 當(dāng)鎖處于全鎖止位置時(shí)應(yīng)能承受一定的縱向負(fù)載，橫向負(fù)載和沖擊慣性力的作用，防止汽車碰撞、翻車、顛簸而使門鎖失靈。 鎖及鎖扣系統(tǒng)包括嚙合部分和連動部分。 嚙合部分連接車門和車身，鎖扣固定在車車身門柱上，鎖體裝在門體內(nèi)。鎖扣和鎖體的嚙合形式有轉(zhuǎn)子卡板式和齒輪齒條式。由于卡板式嚙合可靠，可以承受較大的車輛前后方向和車門開閉方向的載

15、荷，且裝配精度要求不很苛刻，故目前用的最多。,4）鎖扣嚙合部分所在平面應(yīng)與鉸鏈中心線垂直，允許誤差±1°。這樣才能使鎖體在開閉件關(guān)閉或打開的時(shí)候能順利工作，不至于出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。 5） 鎖扣到門內(nèi)板鎖體鎖舌處的距離在設(shè)計(jì)的時(shí)候有兩種方案: (1)當(dāng)鎖扣超出車門內(nèi)板表面時(shí)，直接留足鎖順利開啟和鎖止的余量，超出鎖體口邊緣3mm；（2）當(dāng)鎖扣不超出車門內(nèi)板表面時(shí)，要求鎖扣到門內(nèi)板鎖舌處的距離在超出

16、鎖體口邊緣的情況下為10mm以上。這是考慮碰撞之后車門仍能順利打開而規(guī)定的。 如圖9所示 鎖體的連動機(jī)構(gòu)是門內(nèi)外手柄及其操作力的傳動部分和鎖止、開啟部分，包括門內(nèi)鎖止桿和鎖芯。見圖10所示。 鎖體連動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由內(nèi)外飾負(fù)責(zé)，但是車身需將輸入條件（特別是鎖體行程）提供給內(nèi)外飾，鎖體的行程為鎖體有效方向（x/y/z）方向行程，不是鎖體轉(zhuǎn)動弧長行程。且提供給內(nèi)外飾的行程一定要比鎖體的開啟行程大5-8mm（視主機(jī)

17、廠家生產(chǎn)工藝而定）以彌補(bǔ)零件誤差和裝配誤差。,4 玻璃升降系統(tǒng) 玻璃升降系統(tǒng)是車門最關(guān)鍵的附件系統(tǒng)，其升降系統(tǒng)的好壞直接影響購買者對該車的評價(jià)，也是反映主機(jī)廠生產(chǎn)水平高低的重要環(huán)節(jié)之一。 玻璃升降系統(tǒng)由支撐玻璃托架、導(dǎo)軌和玻璃升降器組成。系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求： 1）玻璃升降平順，工作可靠，無沖擊和阻滯現(xiàn)象。 2）操作輕便省力。 3）具有防止玻璃受外力時(shí)升降器倒轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，防止人從車外能夠迫使玻璃滑

18、下。,目前常用的玻璃升降器有交叉臂式升降器和繩輪升降器兩種結(jié)構(gòu)類型。 交叉臂式升降器優(yōu)缺點(diǎn)：1、總體剛度好，對玻璃支撐區(qū)域?qū)?，玻璃上升、下降過程中穩(wěn)定性好；2、升降器 的“平衡彈簧”可大大減少升降器滑動配合面的接觸應(yīng)力，提高升降器的運(yùn)行壽命；3、缺點(diǎn)是運(yùn)行中受到側(cè)面因玻璃弧度引起交叉臂變形而產(chǎn)生的應(yīng)力增加了運(yùn)行阻力，且其本身質(zhì)量比繩輪升降器大。 繩輪式升降器優(yōu)缺點(diǎn)：1、繩輪式升降器可以適應(yīng)玻璃弧面半徑小于2

19、 000 mm 的車型（轎車為了美觀，玻璃弧面半徑或曲率半徑通常小于2 000 mm）；2、運(yùn)行時(shí)噪聲低，主要元件是塑料件，占用金屬少、質(zhì)量輕，對減輕車門質(zhì)量和車門鉸鏈負(fù)擔(dān)有利；3、缺點(diǎn)是支撐玻璃區(qū)域窄，玻璃上升、下降時(shí)若兩側(cè)受力相差過大玻璃扭轉(zhuǎn)與兩側(cè)導(dǎo)軌的摩擦力大增會被卡??；,4、鋼絲繩繞線復(fù)雜，若松動則容易相互纏繞脫軌而失效，鋼絲繩如果潤滑不好與導(dǎo)軌摩擦?xí)龃螅?繃斷幾率很高；5、由于沒法安裝玻璃上升、下降過程蓄能裝置“

20、平衡彈簧”，手動繩輪升降器轉(zhuǎn)動手柄上升用力很大，而下降時(shí)玻璃下降太快手柄用力小，手感很差。綜合上述2 種升降器特點(diǎn)， 新車型設(shè)計(jì)時(shí)建議優(yōu)先選用交叉臂式升降器， 沒有布置交叉臂式升降器條件時(shí)再考慮選用繩輪升降器。 由于繩輪升降器布置相對簡單，所以在此不討論。以下主要討論交叉臂式升降器的布置與設(shè)計(jì)。,玻璃實(shí)際運(yùn)行軌跡和門框高度結(jié)構(gòu)分析,圖1 1是車門縱向剖面（從車頭往車尾看）示意圖。 升降器上

21、止點(diǎn)是指玻璃上升到門框頂點(diǎn)時(shí)玻璃導(dǎo)槽的位置，反之為對應(yīng)的下止點(diǎn)；升降器上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的距離稱為升降器總行程，剛好是車門框高度。 當(dāng)玻璃托槽跟隨玻璃由上止點(diǎn)運(yùn)行到下止點(diǎn)時(shí)，在X 方向上發(fā)生的最大總變形量稱為總撓度B，B＝R－ R2－H2 ／ 4 。B 值對升降器的運(yùn)行阻力、彈性變形以及耐久性有重要影響，B 值太小玻璃與腰線密封膠條的壓力值小，密封不好；B 值太大升降器變形大，玻璃與膠條摩擦力大，容易發(fā)生永久性變形。

22、 B 值根據(jù)車型大小一般在8～18 mm 之間。設(shè)計(jì)中，如果B 值在8～14 mm 之間時(shí)選用適應(yīng)變形能力一般的交叉臂式升降器；而B 值在14～18 mm 之間時(shí)選擇適合變形更大的繩輪式升降器。 因此，應(yīng)盡量避免將車窗玻璃軌跡線的圓弧半徑設(shè)計(jì)的過小，導(dǎo)致B 值過大而給升降器布置設(shè)計(jì)造成困難。,升降器理想工作平面設(shè)計(jì),升降器撓度布置如圖12 所示。升降器理想工作平面是指沒裝玻璃的狀態(tài)下升降器玻璃導(dǎo)槽在完全自由時(shí)

23、上下滑動經(jīng)過的軌跡平面；裝上玻璃后，玻璃停在任意位置導(dǎo)槽會被玻璃擠壓或拉伸而離開升降器理想工作平面一段距離， 這段距離稱為升降器的運(yùn)行撓度。把玻璃實(shí)際運(yùn)行軌跡分割成3 段，總撓度也被分成B1、B2及B3 三 處撓度。 玻璃處于門框頂部（即閉合狀態(tài)）時(shí)升降器玻璃托槽被玻璃往車內(nèi)壓迫，若B1大一些玻璃托槽可以產(chǎn)生較大的反作用力向車外（X 方向）推玻璃向腰部密封膠條擠壓， 對車門玻璃的密封和降低零件相互振動噪聲有

24、利， 但B1太大會對升降器正常運(yùn)行不利，迫使升降器長臂發(fā)生太大變形、增大玻璃運(yùn)行摩擦力，因此B1取值范圍在5～12 mm 之間。,B2是指主臂中心線、副臂中心線與玻璃完全重合時(shí)的撓度，此時(shí)玻璃導(dǎo)槽被玻璃往車外拉伸，避免了玻璃導(dǎo)槽與主臂或副臂發(fā)生干涉； 分擔(dān)升降器上止點(diǎn)部分撓度（變形）的作用，避免B1過大。因此B2取值要在保證避免玻璃導(dǎo)槽與主臂或副臂發(fā)生干涉的前提下視B1大小適當(dāng)調(diào)整，一般取2～5 mm 之間。B3要在保證B1、B2取

25、值合理的基礎(chǔ)上盡可能小，以減少玻璃受到的摩擦力，降低升降器手柄的啟動力矩或減低電機(jī)的啟動電流。升降器理想工作平面必須依照以上原則來布置，升降器理想工作平面可不與YZ 平面平行，也可完全垂直于XY 平面（地面）。,升降器厚度、安裝基準(zhǔn)面的確定,升降器厚度（圖13）是指升降器理想運(yùn)行平面到升降器安裝基準(zhǔn)面之間的平行距離； 升降器安裝基準(zhǔn)面是指固定升降器的車門內(nèi)板平面， 一般包括固定座板和固定滾輪滑槽的2 處平面， 通常為了

26、模具制造、測量方便等原因把這2 處設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)； 升降器厚度的取值主要依照2 個(gè)原則： 確保升降器支撐玻璃的距離不因過長而導(dǎo)致升降器所受扭矩過大，發(fā)生大的變形；升降器安裝平面不影響其他功能件比如門鎖、門限器等零件的布置。因此給出升降器厚度的一般經(jīng)驗(yàn)值是30～45 mm 之間。,升降器厚度、安裝基準(zhǔn)面的確定,升降器厚度（圖13）是指升降器理想運(yùn)行平面到升降器安裝基準(zhǔn)面之間的平行距離； 升降器安裝基準(zhǔn)面

27、是指固定升降器的車門內(nèi)板平面， 一般包括固定座板和固定滾輪滑槽的2 處平面， 通常為了模具制造、測量方便等原因把這2 處設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)； 升降器厚度的取值主要依照2 個(gè)原則： 確保升降器支撐玻璃的距離不因過長而導(dǎo)致升降器所受扭矩過大，發(fā)生大的變形；升降器安裝平面不影響其他功能件比如門鎖、門限器等零件的布置。因此給出升降器厚度的一般經(jīng)驗(yàn)值是30～45 mm 之間。,升降器中位線、主臂旋轉(zhuǎn)中心的布置以及升降器大小的選擇,中

28、位線、主臂旋轉(zhuǎn)中心布置如圖14 所示。升降器中位線是指升降器的小導(dǎo)軌中心線， 小導(dǎo)軌將副臂一端的滾輪圓心與主臂旋轉(zhuǎn)中心保持在中位線上，副臂另外一端的滾輪中心與主臂滾輪中心連線（玻璃導(dǎo)槽中心線） 在運(yùn)動過程中也始終與中位線保持平行，從而實(shí)現(xiàn)玻璃的水平升降。當(dāng)升降器的玻璃導(dǎo)槽運(yùn)動到中位線時(shí)，主臂中心線、2 個(gè)副臂中心線與玻璃導(dǎo)槽中心線完全運(yùn)動到同一水平面上。中位線將升降器總行程分為上行程X1與下行程X2。對沒有特殊布置要求的車門

29、，X1與X2大致相同，相差最大不能超過40 mm，以保證主臂不會彎曲，從而保證主臂強(qiáng)度以及材料利用率。 升降器大小主要指主臂長度，主臂長度小，則升降器交叉支撐臂的寬度J1、J2小，支撐玻璃的穩(wěn)定性差，如圖15 所示；主臂長度越大，J1、J2越大，支撐玻璃的穩(wěn)定性越好。但主臂長度還受到以下因素的限制，主臂頂端滾輪運(yùn)動圓弧軌跡不能過于靠近門鎖布置區(qū)，否則容易造成干涉；為保持升降器總傳動比不會減少太多， 主臂長度增大

30、需要相應(yīng)增大扇形齒板半徑R1，增加升降器質(zhì)量，以加大車門鉸鏈的負(fù)擔(dān)；主臂工作轉(zhuǎn)角取60°～95°， 以便選取較合適的平衡彈簧；扇形齒板半徑R2增大，手柄旋轉(zhuǎn)半徑R3軌跡也會相應(yīng)靠近儀表板，容易造成干涉，如圖16 所示。,升降器支撐中心區(qū)與玻璃質(zhì)心線的布置,支撐中心區(qū)域與玻璃質(zhì)心的布置如圖17 所示，交叉臂的旋轉(zhuǎn)中心從上止點(diǎn)運(yùn)動到下止點(diǎn)時(shí)在Y方向的投影區(qū)稱為升降器支撐中心區(qū)。交叉臂式升降器支撐玻璃的2 個(gè)支撐

31、點(diǎn)比繩輪式升降器支撐點(diǎn)寬得多， 在升降器支撐中心區(qū)內(nèi)玻璃質(zhì)心的少量偏移對升降器支撐玻璃穩(wěn)定性幾乎沒有影響， 因此升降器主臂旋轉(zhuǎn)中心在Y 方向的布置可以在保證玻璃質(zhì)心落在升降器支撐中心區(qū)的基礎(chǔ)上適度偏向玻璃的長邊，以抵消玻璃長邊滑動摩擦力f1與玻璃短邊滑動摩擦力f2的差值。,小齒輪中心（升降器手柄軸中心）位置的布置,當(dāng)升降器上行程X1大于下行程X2時(shí)， 小齒輪中心需繞主臂旋轉(zhuǎn)中心往下偏轉(zhuǎn)一定角度（一般與中位線夾角不超過20

32、6;），在保證主臂可在大齒輪中間區(qū)域焊接的同時(shí)還可讓手柄的運(yùn)動軌跡避開儀表板突出部分，如圖18 所示； 當(dāng)升降器上行程X1小于下行程X2時(shí)，小齒輪中心需要繞主臂旋轉(zhuǎn)中心往上偏轉(zhuǎn)一定角度；當(dāng)大、小齒輪傳動比增大，即大齒輪齒數(shù)越多時(shí)升降器手柄運(yùn)動軌跡越靠近儀表板，從而增加干涉的風(fēng)險(xiǎn)； 應(yīng)盡量將升降器手柄的運(yùn)動軌跡處于乘員手部可以舒服驅(qū)動的區(qū)域內(nèi)。,升降器細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn),以上主要講述了升降器的布置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大體方案。關(guān)于升

33、降器細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括以下方面，主要由升降器配套廠家完成，所以不詳細(xì)說明。1、升降器與玻璃受力分析-主要目的是對齒輪傳動比以及平衡彈簧的力矩－轉(zhuǎn)角特性曲線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減輕升降器驅(qū)動機(jī)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，增加升降器壽命；2、升降器傳動比的選取-主要目的是匹配啟動驅(qū)動力和升降器從下止點(diǎn)到上止點(diǎn)搖柄的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，建議圈數(shù)不大于5，否則會讓操作人員感覺操作太慢不舒服，目前較多升降器產(chǎn)品的傳動比都在12-28之間；3、平衡彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算