畢業(yè)設(shè)計(論文)-轎車車門設(shè)計與碰撞分析管理資料

畢業(yè)設(shè)計(論文)-轎車車門設(shè)計與碰撞分析摘要車門是車身結(jié)構(gòu)中一個較復(fù)雜的總成。隨著社會的發(fā)展和汽車工業(yè)的繁榮，汽車作為一種交通工具，在人們生活中起著舉足輕重的作用。汽車車身是整車的重要組成部分，而車門作為車身的一個重要組成部分，又發(fā)揮著它所特定的功能。因而對車門也有特定的要求，如開關(guān)方便，玻璃升降方便、具有良好的密封、制造工藝性好等。由此可見，車門結(jié)構(gòu)設(shè)計對車身乃至整車都有重大的影響。本文運(yùn)用CATIA軟件進(jìn)行車門各系統(tǒng)總成的設(shè)計與安裝布置，并詳細(xì)對防撞梁的耐撞性、抗彎性進(jìn)行分析，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。運(yùn)用LS－DYNA軟件建立側(cè)面碰撞有限元模型，根據(jù)C-NCAP側(cè)面碰撞法規(guī)要求，進(jìn)行側(cè)面碰撞CAE仿真模擬，為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：車門；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；側(cè)面碰撞；計算機(jī)模擬AbstractCarbodydoorisamorecomplexinthebodystructure.Withthedevelopmentofsocietyandtheprosperityoftheautoindustry,automobileasatraffictool,inpeoplelifeplaysanimportantrole.Thecarbodyisanimportantpartofthewholevehicle,andthedoorsasanimportantpartofthecarbody,andplaywithspecificfunctions.Soonthedooralsohavespecificrequirements,suchasswitchingconvenient,glassliftconvenient,withgoodsealing,manufacturingtechnology.Therefore,thedoorsofbodystructuredesignandthevehiclehassignificantinfluence.TheuseofsoftwareforeachsystemCATIAthedoorofthedesignandinstallationarrangementanddetailedtoguardagainstthebeamsofthestaminatorun,bentonanalysis,andtooptimizetheuseofitsstructure.ThefinitemodelforacertainautomobilewascreatedwiththesoftwareLS-DYNA.AccordingtotheC-NCAPsideimpactrulesthesimulationanalysiswasfinished，anditestablishedthefoundationforfurtherstructureoptimization.Topicwords：Cardoor；Structure；Design；sideimpact；computersimulation目錄第一章緒論 1車門研究的內(nèi)容和意義 1汽車CAE技術(shù) 2CAE技術(shù)簡介 2CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品開發(fā)中的作用 2第二章車門的總成設(shè)計和要求 3車門類型的選擇 3車門結(jié)構(gòu)的3D建模 4 5 6 7第三章車門附件的布置 8門鎖的布置 8窗框結(jié)構(gòu)確定及玻璃升降器布置 9窗框結(jié)構(gòu)的確定 9玻璃升降器的布置 10車門鉸鏈布置及運(yùn)動校核 13 15 16 17限位器布置及運(yùn)動校核 17 17限位器運(yùn)動校核 18車門的密封 19車門的密封 19、性能要求 20第四章防撞梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 21汽車防撞梁的對比選擇 21汽車防撞梁碰撞性能的評價參數(shù) 22汽車防撞梁的耐撞性分析 23防撞梁的抗彎性與結(jié)構(gòu)優(yōu)化 23改變防撞梁的高度 25改變截面料厚 30第五章側(cè)面碰撞仿真分析 35汽車側(cè)面碰撞國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 35國外研究現(xiàn)狀 35國內(nèi)研究現(xiàn)狀 36C-NCAP側(cè)面碰撞測試方法 36側(cè)面碰撞試驗條件 36仿真分析模型建立 37整車側(cè)面碰撞仿真模型建立 37仿真實例 38第六章結(jié)論 42參考文獻(xiàn) 43致謝 44附錄 45第一章緒論車門研究的內(nèi)容和意義隨著社會的發(fā)展和汽車工業(yè)的繁榮，汽車作為一種交通工具，在人們生活中起著舉足輕重的作用。汽車車身是整車的重要組成部分，而車門作為車身的一個重要組成部分，又發(fā)揮著它所特定的功能。車門的結(jié)構(gòu)型式很多，有旋轉(zhuǎn)門，拉門，折疊門和外擺式車門。后兩者主要用于大客車上。各類車的駕駛員專用門，貨車及轎車車門，大多采用旋轉(zhuǎn)門，開門時旋轉(zhuǎn)方向可以是往前順開門或往后逆開門，順開門在行車中比較安全。對車門的要求有：具有必要的開度，并能使車門停在最大開度，以保證上、下車方便。安全可靠，車門能鎖住，行車或撞車時車門不會自動打開。開關(guān)方便，玻璃升降方便。具有良好的密封。具有足夠的剛度。不易變形下沉，行車時不振響。制造工藝性好，易于沖壓并便于安裝附件。外型上與整車協(xié)調(diào)。由此可見，車門結(jié)構(gòu)設(shè)計對車身乃至整車都有重大的影響，隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，汽車工業(yè)的競爭日益加劇，汽車巨頭們都在加緊新車型的設(shè)計與開發(fā)，由于發(fā)動機(jī)、底盤設(shè)計制造技術(shù)基本成熟，新車型便主要體現(xiàn)在電子設(shè)備和車身造型的更新上。同時，為減少新車型的開發(fā)成本、縮短新車型的開發(fā)周期、提高新產(chǎn)品的市場競爭力，全球各大汽車公司普遍實施了“平臺戰(zhàn)略”（PlatformStrategy，車身的開發(fā)便是該戰(zhàn)略的主要組成部分。目前，在一種新車型的開發(fā)項目中，40％的設(shè)計師和工程師是在從事與車身相關(guān)的開發(fā)。車身與汽車電子一起己經(jīng)成為目前汽車整車產(chǎn)品中最活躍的因素。我國的汽車工業(yè)同發(fā)達(dá)國家相比仍然落后很多，歸根結(jié)底就是因為車身技術(shù)的相對落后。因此，要大力發(fā)展我國的汽車工業(yè)關(guān)鍵就在于車身技術(shù)的發(fā)展。在新車型的開發(fā)設(shè)計過程中，如何判斷車門結(jié)構(gòu)的合理性及車門結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)性能的優(yōu)劣，并對車門結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，是一項十分重要的工作。由于車門的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，用經(jīng)典力學(xué)方法很難得到精確的優(yōu)化解，為了能夠計算出車門的剛度和強(qiáng)度，往往對車門結(jié)構(gòu)進(jìn)行較多的假設(shè)和簡化，計算模型只能構(gòu)造得非常簡單，與實際的結(jié)構(gòu)形狀相差很大。汽車CAE技術(shù)CAE技術(shù)簡介隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，產(chǎn)品在趨于多樣化、智能化的同時，會不可避免地趨于復(fù)雜化。對于復(fù)雜的工程，人們都希望能在產(chǎn)品生產(chǎn)以前對設(shè)計方案進(jìn)行精確試驗、分析和論證，這些工作需要借助計算機(jī)來實現(xiàn)，即CAEComputerAidedEngineering。CAE是一個包括產(chǎn)品設(shè)計、工程分析、數(shù)據(jù)管理、試驗、仿真和制造的綜合過程，關(guān)鍵是在三維實體建模的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品的設(shè)計階段開始，按實際條件進(jìn)行仿真和結(jié)構(gòu)分析，按性能要求進(jìn)行設(shè)計和綜合評價，以便從多個方案中選擇最佳方案，或者直接進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。CAE技術(shù)主要包括以下三個方面的內(nèi)容：1有限元法的主要對象是零件，包括結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度分析、非線性和熱場計算等內(nèi)容；2仿真技術(shù)的主要對象是分系統(tǒng)或系統(tǒng)，包括虛擬樣機(jī)、流場計算和電磁場計算等內(nèi)容；3優(yōu)化設(shè)計的主要對象是結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。在CAE技術(shù)中，有限元法FiniteElementMethod是運(yùn)用最成功，最廣泛的一種數(shù)值方法。它的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實際結(jié)構(gòu)假想地離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體。它將求解域看成是許多稱為有限元的小的互相連接的子域單元組成，對每一單元假定一個合適的較簡單的近似解，然后推導(dǎo)求解這個域的總的滿足條件的解，從而得到問題的解。目前用于有限元分析的軟件很多，如ADINA、PATRAN、NASTRAN、LDEAS、ANSYS等。CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品開發(fā)中的作用實踐證明，應(yīng)用有限元法對整車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可在產(chǎn)品設(shè)計初期對其剛度和強(qiáng)度有充分認(rèn)識，，節(jié)省大量的試驗和生產(chǎn)費(fèi)用，是提高產(chǎn)品可靠性、既經(jīng)濟(jì)又實用的方法之一。它在汽車設(shè)計及產(chǎn)品開發(fā)中的直用使得汽車在輕量化、舒適性和操縱穩(wěn)定性方面得到改進(jìn)和提高。第二章車門的總成設(shè)計和要求車門類型的選擇車門是車身上相對獨立的總成，與車身組成一個有機(jī)的整體。因此，在車門設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)要素的完整統(tǒng)一和與車身其它相關(guān)要素的協(xié)調(diào)匹配。車門有多種類型（表2－1）。不同類型的車門可分為車門本體、車門附件兩部分。車門本體屬白車身范疇，指作為一個整體涂漆、未裝備狀態(tài)的飯金焊接總成，包括車門內(nèi)外板、加強(qiáng)板和窗框等，是實現(xiàn)車門整體造型效果、強(qiáng)度、剛度及附件安裝的基礎(chǔ)框架。而附件則是為滿足車門的各項功能要求，在白車身上裝配的零件及總成，其中包括車門鎖、鉸鏈、限位器、玻璃、拉手、操縱鈕、出風(fēng)口、密封件及內(nèi)外裝飾件等，另外還有一些其它的在車門上裝備的附件，如煙灰盒、揚(yáng)聲器、放物袋、限位塊和行程開關(guān)等。車門的基本結(jié)構(gòu)。表2－1車門分類分類方式 類型 特點及常用車型開啟方式 旋轉(zhuǎn)門 用于大多數(shù)汽車折疊門 多用于客車?yán)T 多用于輕型客車結(jié)構(gòu) 整體式車門 剛度好、質(zhì)量高、隨形性好分體式車門 鈑金件減小、材料利用率高、視野性能好窗框 有窗框車門 用于大多數(shù)汽車、可為獨立窗框或整體式車門無窗框車門 敞篷車、硬頂車、運(yùn)動車使用旋轉(zhuǎn)方式 逆開門 較少采用，僅為方便上、下車順開門 安全性好，車門誤開時，不會因為氣流作用吹開門，較常用上開門 用于轎車和輕型車的背門，也用于低矮的汽車根據(jù)整車車身結(jié)構(gòu)對車門結(jié)構(gòu)的要求，采用輕量化設(shè)計、保證良好的視野性等因素，應(yīng)當(dāng)選擇分體式結(jié)構(gòu)。由于滾壓窗框車門降低模具難度和成本，極大提高材料利用率，而且門框細(xì)而均勻，有更大范圍的視野。所以，本次設(shè)計采用的是分體式液壓窗框車門。車門結(jié)構(gòu)的3D建模左車門由鈑金焊接總成、附件及內(nèi)飾構(gòu)成?？偝蓸?gòu)成如下表2－2所示：表2－2左車門構(gòu)成左車門構(gòu)成鈑金焊接總成 附件 內(nèi)飾左前門焊接總成 左前車門玻璃總成 左前車門內(nèi)護(hù)板總成左前門外板 左前車門玻璃升降器總成 左前車門開關(guān)飾板左前門里板焊接總成 左前車門鎖總成 左前車門內(nèi)開手柄護(hù)罩左前門里板 左前車門內(nèi)開手總成 左前車門上飾板總成前門鉸鏈安裝板總成 左前車門外開手總成 左前門鉸鏈加強(qiáng)板 左前車門內(nèi)擋水條 左前門門鎖加強(qiáng)板 左前車門外擋水條 左車門窗框總成 前車門鎖扣總成 左前門防撞桿 前門鉸鏈總成 左車門窗沿內(nèi)加強(qiáng)板 前車門限位器總成 左車門窗沿外加強(qiáng)板 前車門洞密封條總成 左車門拉手盒支架 左前車門防水膜總成 前車門鎖機(jī)構(gòu)螺母板總成 左外后視鏡 左前車門密封條總成 根據(jù)以上車門的構(gòu)成，基于CATIA軟件完成車門設(shè)計的一些相關(guān)要求。主要通過CATIA中的零部件設(shè)計模塊、曲面模塊和DMU模塊對車門進(jìn)行設(shè)計仿真及運(yùn)動校核，其結(jié)構(gòu)圖如下。圖2－1左車門構(gòu)成表2－3左車門結(jié)構(gòu)零件序號 級次 3 左前門焊接總成1 4 左前門外板4 左前門里板焊接總成2 5 左前門里板3 5 前門鉸鏈安裝板總成4 5 左前門鉸鏈加強(qiáng)板5 5 左前門門鎖加強(qiáng)板6 5 左車門窗框總成7 5 左前門防撞桿8 5 左車門窗沿內(nèi)加強(qiáng)板9 5 左車門窗沿外加強(qiáng)板10 5 左車門拉手盒支架11 5 前車門鎖機(jī)構(gòu)螺母板總成圖2－2附件結(jié)構(gòu)圖表2－4左車門附件結(jié)構(gòu)零件序號 1 左前車門玻璃總成2 左前車門玻璃升降器總成3 左前車門鎖總成4 左前車門內(nèi)開手總成5 左前車門外開手總成6 左前車門內(nèi)擋水條7 左前車門外擋水條8 前車門鎖扣總成9 前門鉸鏈總成10 前車門限位器總成11 左前車門密封條總成12 前車門洞密封條總成13 左外后視鏡圖2－2內(nèi)飾結(jié)構(gòu)圖表2－5左車門內(nèi)飾結(jié)構(gòu)零件序號 1 左前車門內(nèi)護(hù)板總成2 左前車門開關(guān)飾板3 左前車門內(nèi)開手柄護(hù)罩4 左前車門上飾板總成第三章車門附件的布置門鎖的布置門鎖裝置主要由鎖體、內(nèi)開機(jī)構(gòu)、外開機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、擋塊、定位器和緩沖器等部分組成。設(shè)計時，車門門鎖裝置應(yīng)滿足輕便、安全、鎖止和強(qiáng)度等方面的要求。如圖3－1所示，車門鎖安裝在車門鈑金上，鎖扣固定在車身側(cè)圍上，鎖扣穿過車門內(nèi)板與鎖本體嚙合。鎖扣與鎖本體的布置，需要參考鉸鏈軸線，嚙合時鎖扣垂直嚙合到鎖體內(nèi)。鉸鏈中心線確定后，車門的開關(guān)運(yùn)動軌跡即可確定，運(yùn)動校核須檢驗車門周邊與門洞是否干涉，特別是車門前端是否與前立柱干涉，并依此確定車門的開度。與門鎖機(jī)構(gòu)相關(guān)的運(yùn)動件很多，有內(nèi)外手柄、內(nèi)鎖按鈕、鎖芯、鎖體、鎖環(huán)及其相應(yīng)的聯(lián)桿等，它們的正確安裝、使用、彼此干涉情況對車門結(jié)構(gòu)的影響和制約較大，也是車門布置設(shè)計的重要步驟。圖3－1門鎖系統(tǒng)布置圖功能要求：車門外開閉鎖功能及防誤鎖功能，有全鎖和半鎖兩檔位置，在鎖止?fàn)顟B(tài)下，內(nèi)外手柄打不開車門，開鎖時，車內(nèi)用按鈕，車外用鑰匙，有的也設(shè)計保險鎖；開閉耐久性10×105次；承受縱橫向載荷能力，全鎖時：縱向11110N，橫向8890N，半鎖時縱向4450N，橫向4450N；互開率：1000種不同鑰匙牙花數(shù)以上；耐慣性力：全鎖狀態(tài)承受3g加速度作用。窗框結(jié)構(gòu)確定及玻璃升降器布置窗框結(jié)構(gòu)、玻璃形狀的確定及玻璃升降器的布置，是車門結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點和重要內(nèi)容。窗框結(jié)構(gòu)的確定窗框結(jié)構(gòu)和車門結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，車門結(jié)構(gòu)形式不同，相應(yīng)的窗框結(jié)構(gòu)形式也不同。本次設(shè)計應(yīng)選用液壓式窗框。液壓式窗框結(jié)構(gòu)如下圖3－2。圖3－2窗框結(jié)構(gòu)圖表3－1左車門窗框結(jié)構(gòu)零件序號 左車門窗框總成1 左車門上窗框2 左車門前窗框3 左車門前窗框下支架左車門后窗框總成4 左車門后窗框內(nèi)板5 左車門后窗框外板6 左車門后視鏡安裝板對液壓式窗框的要求:1）保證前后導(dǎo)軌平行；2）作預(yù)彎處理。玻璃升降器的布置汽車玻璃升降器結(jié)構(gòu)及特點我國于1981年推行了JB2882?8l《載重汽車用玻璃升降器技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，在此標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國汽車玻璃升降器的制造使用及檢測情況，并參照國際上有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)及數(shù)據(jù)，修改制定了汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T29026--91《汽車用玻璃升降器試驗方法》和QC/T29027?91《汽車用玻璃升降器技術(shù)條件》，并于1991年頒布實施，該標(biāo)準(zhǔn)對于汽車玻璃升降器的基本技術(shù)性能及測試方法作了明確的規(guī)定。由于目前我國大量使用的主要為臂式玻璃升降器，其它類型特別是柔式玻璃升降器尚缺乏有關(guān)的技術(shù)資料和技術(shù)數(shù)據(jù)，故上述標(biāo)準(zhǔn)僅適用于臂式玻璃升降器。由于臂式玻璃升降器制造工藝相對簡單，成本低，目前我國80％左右的汽車玻璃升降器采用臂式玻璃升降器。而柔式玻璃升降器從平穩(wěn)性、運(yùn)動阻力來說大大優(yōu)于前者結(jié)構(gòu)更緊湊，且安裝和布置都較為方便，但目前我國關(guān)于柔式升降器尚無正式的國家標(biāo)準(zhǔn)。軟軸式玻璃升降器在世界各種中高檔車輛特別是轎車上已被大量采用，是一種比較先進(jìn)的玻璃升降器。近年來國內(nèi)的引進(jìn)汽車產(chǎn)品，如重汽斯泰爾、北京切諾基和南京依維柯等均采用這種升降器。目前已在國內(nèi)一些汽配廠如北京汽車玻璃升降器廠、南汽隨車工具廠、四川汽車廠附件廠等完成了有關(guān)軟軸式玻璃升降器的生產(chǎn)工藝的技術(shù)開發(fā)引進(jìn)，可提供國產(chǎn)化產(chǎn)品。隨著其批量化生產(chǎn)水平的提高，亦可用于替代臂式玻璃升降器。由于汽車結(jié)構(gòu)布局設(shè)計、制造成本、制造技術(shù)的要求，手動推拉式的車窗調(diào)整機(jī)構(gòu)仍為許多車輛采用。目前臂式及手動機(jī)械式玻璃升降器為主要使用類型，柔式玻璃升降器的應(yīng)用尚限于引進(jìn)車型，而電動式玻璃升降器應(yīng)用較少。電動玻璃升降器在國外中高檔車上應(yīng)用已很普通，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、且國內(nèi)小型電機(jī)產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，故目前在我國汽車產(chǎn)品中應(yīng)用尚少?？梢灶A(yù)見，隨著我國汽車設(shè)計、制造水平的提高，電動玻璃升降器將越來越多地應(yīng)用于汽車產(chǎn)品。目前我國汽車玻璃升降器產(chǎn)品的主要發(fā)展方向：改進(jìn)產(chǎn)品制造質(zhì)量，提高使用可靠性；提高零件通用性；減小零件質(zhì)量，使結(jié)構(gòu)更加緊湊；提高軟軸式玻璃升降器生產(chǎn)水平。玻璃升降器的選擇玻璃升降器是車門上主要附件之一它帶動玻璃上下運(yùn)動占據(jù)門內(nèi)大量空間在選擇玻璃升降器時應(yīng)考慮以下因素車門造型特點車窗開口大小玻璃形狀和安裝方式此外一般要求選擇的玻璃升降器最大行程比實際行程大些?，F(xiàn)代汽車中最常用的玻璃升降器有交叉臂式升降器與繩輪升降器2種。交叉臂式升降器總體剛度好，對玻璃支撐區(qū)域?qū)挘Ａ仙?、下降過程中穩(wěn)定性好，通過布置玻璃上升、下降過程蓄能裝置“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；缺點是運(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。繩輪式升降器可以適應(yīng)玻璃弧面半徑小于2000mm的車型轎車為了美觀，玻璃弧面半徑或曲率半徑通常小于2000mm，運(yùn)行時噪聲低，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；缺點是支撐玻璃區(qū)域窄，玻璃上升、下降時若兩側(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住，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?，繃斷幾率很高，由于沒法安裝玻璃上升、下降過程蓄能裝置“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，門玻璃升降器為節(jié)約成本及控制重量考慮采用繩輪式玻璃升降器，而且要求采用繩輪式玻璃升降器，前后玻璃導(dǎo)軌必須平行。玻璃升降器的功能要求操作方便，搖手柄力矩不大于2Nm；結(jié)構(gòu)可靠，制動力矩足夠，在臂桿滾輪處沿玻璃切線方向加300N反力無逆轉(zhuǎn)，在上升行程任意位置，玻璃下沉量不大于5mm；強(qiáng)度：上止點，在手柄上加負(fù)荷，各部位不扭曲，運(yùn)動自如；壽命：4×105次耐久實驗，無異?！，F(xiàn)在確定的玻璃面為，圓半徑為2638mm的圓柱面；玻璃的運(yùn)動為螺旋線運(yùn)動；螺旋線螺距P4000mm。下面是該玻璃面的運(yùn)動仿真，玻璃在運(yùn)動過程中近似螺旋線運(yùn)動，。圖3－3玻璃運(yùn)動仿真玻璃及玻璃升降器的安裝形式，如下圖：用7個螺栓固定在車門內(nèi)板上。圖3－4玻璃升降器工作示意圖車門鉸鏈布置及運(yùn)動校核車門鉸鏈的設(shè)計是車門設(shè)計的一項重要工作，直接關(guān)系到車門能否正常開啟。在鉸鏈設(shè)計中，鉸鏈中心線定位和鉸鏈中心距是重要的設(shè)計硬點。鉸鏈軸線一般設(shè)計成具有內(nèi)傾角和后傾角。內(nèi)傾角指鉸鏈軸線在x0平面上的投影與z軸之間的夾角，內(nèi)傾角一般為0～4°，見圖3－5；后傾角指鉸鏈軸線在y0平面上的投影與z軸之間的夾角，一般為0～2°，見圖3－6。內(nèi)傾角和后傾角都是為了使車門開啟時獲得自動關(guān)門力，也有個別汽車門鉸鏈具有前傾角，但一般不會有外傾角。圖3－5內(nèi)傾角圖3－6前后傾角1、鉸鏈旋轉(zhuǎn)中心的確定根據(jù)外表面及車門分縫確定鉸鏈旋轉(zhuǎn)中心；為保證運(yùn)動間隙，車門鉸鏈盡量離車門外表面近；為保證鉸鏈的強(qiáng)度，車門鉸鏈的跨距要盡量的大；車門繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)的過程中，；根據(jù)外表面及這些約束條件，確定車門鉸鏈的位置，確定旋轉(zhuǎn)中心，，；兩鉸鏈跨距434mm，。2、車門翻轉(zhuǎn)角度的確定車門翻轉(zhuǎn)的角度需要滿足人機(jī)，上下車方便性的要求；上下車方便性的人機(jī)要求為：下部空間大于250mm，上部空間大于650mm；如下圖所示車門旋轉(zhuǎn)60度下部空間為381mm，上部空間為856mm，符合要求；打開狀態(tài)下門沿最低點比關(guān)閉狀態(tài)下高14mm。圖3－7車門鉸鏈開度鉸鏈中心距的確定可參考車門長度，一般鉸鏈中心距/車門長度33%，或者更長。需要說明的是在布置鉸鏈時，應(yīng)注意在結(jié)構(gòu)允許的情況下，車門上下兩鉸鏈之間的距離應(yīng)盡可能大。為了避免打開車門時與其它部分干涉，鉸鏈的軸線應(yīng)盡可能外移，使其靠近車身側(cè)面。確定鉸鏈軸線其實就是合理地布置鉸鏈。鉸鏈?zhǔn)擒囬T總成中的受力構(gòu)件。當(dāng)車門關(guān)閉時，車門上的承力件為門鎖和鉸鏈；當(dāng)打開車門時，車門的重力完全由鉸鏈來承受。鉸鏈軸線的布置會影響車門的開度、門柱的尺寸、以及車門開縫線的位置和形狀。在布置鉸鏈時，應(yīng)注意以下幾方面的問題。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，車門上、下兩鉸鏈之間的距離應(yīng)盡可能大。布置鉸鏈時，為了避免打開車門時與其它部分干涉。鉸鏈的軸線應(yīng)盡可能外移，使其靠近車身側(cè)面。根據(jù)以上要求，我們來對S16車門鉸鏈軸線進(jìn)行確定：S16車門左右是對稱的，我們分析時只要分析一邊的車門即可，此次分析主要分析左邊的車門。左邊車門鉸鏈的位置在XOZ、YOZ平面，其軸線的位置如下圖3－8所示XOZ平面軸線位置YOZ平面軸線位置圖3－8鉸鏈軸線位置經(jīng)初步的鉸鏈軸線運(yùn)動校核顯示，車門不會與鉸鏈及翼子板產(chǎn)生干涉，鉸鏈軸線初步得到確認(rèn)。鉸鏈中心線位置和中心距確定后，需要進(jìn)行運(yùn)動干涉校核，這也在主斷面設(shè)計中完成，可能出現(xiàn)的干涉位置有前后門干涉?前門與A柱翼子板干涉?門與鉸鏈干涉等，在可能干涉的位置取主斷面，將車門延中心線旋轉(zhuǎn)，即可一目了然，如圖3－9。圖3－9門鉸鏈運(yùn)動校核將所有的誤差都累計到鉸鏈上的校核方法：車門鉸鏈中心在一個長6mm寬4mm的長方形內(nèi)運(yùn)動，車門與周邊零件不干涉；如下圖所示，鉸鏈軸心在最差的位置車門運(yùn)動間隙為：；與周邊零件沒有干涉。。圖3－10車門運(yùn)動間隙限位器布置及運(yùn)動校核由于限位器的布置相對來說比較獨立，。限位器布置的輸人條件：所用限位器的結(jié)構(gòu)類型、車門鉸鏈中心線位置、玻璃滑槽位?、車門玻璃運(yùn)動包羅面、車門內(nèi)外蒙皮邊界條件、密封面、側(cè)圍外蒙皮邊界條件及車門內(nèi)飾板邊界條件等。布置限位器時應(yīng)滿足以下幾點要求：布?空間要求：為減小限位器的有效摩擦力，提高使用壽命，降低開發(fā)難度，一般要求限位器相對于鉸鏈中心線的最小力臂盡量大，因此，限位器中心線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離車門鉸鏈中心線，以增大限位器的力臂。在前期總體布置時，應(yīng)考慮車門內(nèi)外蒙皮之間的厚度能滿足限位器布置的空間要求。與周邊零件的安全間隙主要考慮：限位器最大開啟角度比車門鉸鏈開啟角度小大約5°左右。限位器旋動軸線與鉸鏈軸線應(yīng)平行。限位器在Z方向上的布置應(yīng)盡量布置在上下鉸鏈間或靠下的位?。盡量在玻璃滑槽最彎處。限位器盒固定螺釘周圍要有工具安裝空間。限位器盒與車門玻璃包羅面、玻璃滑槽應(yīng)有足夠的安全間隙。限位器臂運(yùn)動過程中與玻璃包羅面應(yīng)有足夠的安全間隙。限位器臂尾部運(yùn)動過程中與內(nèi)飾板應(yīng)有足夠的安全間隙。限位器臂運(yùn)動過程中與內(nèi)蒙皮焊接總成應(yīng)有足夠的安全間隙。限位器臂運(yùn)動過程中與限位盒的夾角一般不大于8°。限位器在車門內(nèi)蒙皮上的安裝位?的鈑金結(jié)構(gòu)工藝可行性應(yīng)考慮?，F(xiàn)布置空間如下圖：圖3－11限位器結(jié)構(gòu)限位器安裝座固定在側(cè)圍上，滑盒安裝在車門內(nèi)板上，布置在車門上下鉸鏈中間，限位器旋轉(zhuǎn)軸與車門旋轉(zhuǎn)軸平行。限位器運(yùn)動校核限位器運(yùn)動仿真，分析限位器整個運(yùn)動過程中與玻璃及玻璃導(dǎo)軌的間隙，要求最小間隙在10mm以上。，如圖3－12。，如圖3－13。整個運(yùn)動過程中，。圖3－12車門關(guān)閉狀態(tài)圖3－13車門運(yùn)動到7度車門的密封車門的密封車門密封包括車門整體與門洞之間的密封、車門玻璃與窗口之間的密封及內(nèi)板與內(nèi)飾板之間的密封等。為了能很好地起到密封作用，車門密封條的安裝位置越靠外表面越好，但針對具體的結(jié)構(gòu)，門鎖處較容易處理，而鉸鏈處受車門開關(guān)運(yùn)動的限制，密封條一般安裝在鉸鏈內(nèi)柵，為了保護(hù)鉸鏈，在車門前端外側(cè)設(shè)置密封結(jié)構(gòu)件。除此之外，在車門門洞形成一圈止口密封，在門洞上沿，防止水直接滴到車內(nèi)，再增加一道密封如圖3－14。圖3－14車門密封結(jié)構(gòu)、性能要求車門密封系統(tǒng)所包含零件一般在功能、性能和尺寸等方面具有如下要求：由于在工作中處于被反復(fù)壓縮狀態(tài)，因此，其材料在具備足夠的常溫環(huán)境拉伸強(qiáng)度、高溫環(huán)境耐老化特性、低溫耐脆特性。由于在工作中處于被反復(fù)壓縮和摩擦，零件工作表面要求具備優(yōu)良的耐摩擦性能，同時要求其具有較的低摩擦系數(shù)以確保系統(tǒng)的運(yùn)動順暢。一般在產(chǎn)品設(shè)計上，要求對工作表面進(jìn)行植絨或噴涂低摩擦涂層以保證上述功能和性能要求。零件上用于壓縮變形的工作部位，要求具有符合設(shè)計要求的壓縮負(fù)荷，以確保開閉件操作力在控制范圍內(nèi)。制造工藝上廣泛采用定截面擠出工藝、金屬滾壓一彎曲成型工藝、注塑接角工藝。截面必須具備一定符圖性以確保其正常的工作變形，三維彎曲成型以及接角部位尺寸必須符合圖紙、檢具要求，以確保裝配穩(wěn)定正常。大部分零件在車輛上安裝后暴露于外界，因此，其耐紫外線、耐臭氧等耐候性要求較高。為避免對車內(nèi)空氣形成污染，零件使用材料的甲醛含量、氣味、總碳揮發(fā)量等方面必須符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。第四章防撞梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計汽車防撞梁的對比選擇側(cè)門防撞梁（桿），也叫車門防撞梁（桿），是指在車門內(nèi)部結(jié)構(gòu)中加上橫梁（從外面并看不到），用以加強(qiáng)車輛側(cè)面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高側(cè)面撞擊時的防撞抵抗力，以提升側(cè)面的安全。據(jù)調(diào)查，在所有車的碰撞模式中，側(cè)面碰撞占到1/3左右。因此，如何保護(hù)駕駛者在側(cè)面撞擊時的安全顯得尤為重要。車門防撞作為一種額外吸能保護(hù)，可以降低乘員可能遭受的來自外部的力量。事實證明，車門防撞梁在車輛撞擊固定物體（比如樹木）時的保護(hù)效果非常明顯。依據(jù)美國國家公路交通安全管理局NHTSA發(fā)布的數(shù)據(jù)，車門防撞梁在2002年拯救了994名事故受害者。車門防撞梁常見的形式有鋼管防撞桿和帽形防撞桿兩種，目前日韓系車型中常用鋼管，而歐美系車型常用沖壓的帽形防撞桿，而國內(nèi)自主車型基本都還是用鋼管，少量車型開始嘗試使用帽形防撞桿。相對于鋼管防撞梁，帽形防撞梁更是具有以下一些方面的優(yōu)點：圓管防撞桿接觸面積小，防護(hù)空間小于帽形防撞桿，對乘客易形成傷害。圓管防撞桿在斷裂處有可能形成尖角，對乘客安全有隱患；而帽形防撞梁接觸面積大，在斷裂處不會形成尖角。在正面碰撞中，圓管防撞桿太強(qiáng)，有可能會鎖死車門，而帽形防撞梁則不會，同時帽形防撞梁可以傳導(dǎo)部分能量；帽形防撞梁在正碰可以傳導(dǎo)部分能量。圓管防撞桿是直桿，不能按車門弧度設(shè)計，所以一般其靠車門較遠(yuǎn)；而帽形防撞梁可以根據(jù)車門弧度進(jìn)行設(shè)計，更好的利用車門內(nèi)空間，同時使防撞梁靠車門板更近，也就能更早更好的發(fā)揮其吸能的作用。熱處理圓管防撞桿的焊接性能比較差，在側(cè)碰過程中可能發(fā)生支架脫落或者管子焊縫發(fā)生失效，吸能效果大大降低；雙相鋼（1000DP）或者馬氏體鋼（1200M）的碳當(dāng)量很低（%左右），其制造的帽形防撞梁使用傳統(tǒng)的焊接方法（點焊、MAG、激光、高頻焊等）均可達(dá)到滿意的焊接效果。熱處理圓管防撞桿必須在兩端焊接支架，后期過程相對復(fù)雜（先將管子焊接到支架上，然后焊接到車身上），過程成本加上材料成本（包括管子及支架）后的總成本相對較高；而帽形防撞梁是直接點焊接在車門內(nèi)，兩端不需支架。在同等質(zhì)量同等強(qiáng)度的前提下，圓管防撞桿（包括兩端的焊裝支架）和帽形開口截面的防撞梁所能吸收的能量大致一樣。不過帽形防撞桿達(dá)到載荷峰值時的潰縮量小于圓形防撞桿，也就是帽形防撞梁在侵入量少的時候會吸收更多的能量，這意味著將更少的能量傳導(dǎo)給其周圍的零件（A、B柱、車門檻等），這樣就更早、更好地發(fā)揮了防撞梁的作用，更大程度地保護(hù)了乘客艙空間。綜上所述，通過兩種防撞梁的對比可知，本次設(shè)計選用的是帽形防撞梁。并且針對帽形防撞梁的優(yōu)缺點進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。使其具有更加安全的性能。汽車防撞梁碰撞性能的評價參數(shù)防撞梁在受剛性柱撞擊過程中主要產(chǎn)生彎曲壓潰變形，其結(jié)構(gòu)設(shè)計要在設(shè)計原則的指導(dǎo)下進(jìn)行，為具體評價防撞梁結(jié)構(gòu)的耐碰撞性能，研究人員針對設(shè)計原則提出了許多評價指標(biāo)，其中最常用的吸收的總能量E及變形過程中的撞擊力峰值F。1、吸收的總能量E防撞梁在受剛性柱撞擊的情況下吸收的總能量由下式計算：式中：Fs?撞擊力，s?變形位移。顯然防撞梁在相同位移內(nèi)吸收的能量越多，碰撞性能越好，對于乘員安全越有利。由FMVSS214中的側(cè)門強(qiáng)度的靜態(tài)試驗中的規(guī)定可知，6inch152mm縱向位移是一個臨界位移，超過這個位移側(cè)門就會接觸司乘人員，就可能對司乘人員造成傷害。故將152mm位移時吸收的能量作為評價防撞梁碰撞性能的一個重要指標(biāo)。2、撞擊力峰值F由FMVSS214中的側(cè)門強(qiáng)度的靜態(tài)試驗中的規(guī)定，在0?。車門在受剛性柱撞擊時，其受到的瞬時的總撞擊力是不變的，若防撞梁承受較多的撞擊力，車門其它部件承受撞擊力就相應(yīng)減少。撞擊力峰值的提高，會帶動平均撞擊力的提高。防撞梁的撞擊力峰值F一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)剛開始產(chǎn)生屈曲時，即臨界狀態(tài)，由結(jié)構(gòu)的彈塑性屈曲決定。防撞梁撞擊力峰值越大，車門剛度就越強(qiáng)，車門耐碰撞性能就越好。故將撞擊力峰值作為評價防撞梁碰撞性能的另外一個重要指標(biāo)。汽車防撞梁的耐撞性分析在側(cè)面碰撞過程中，車輛不像在發(fā)生正面碰撞時，前部結(jié)構(gòu)有很大的緩沖區(qū)，可以吸收碰撞的能量。車輛側(cè)面結(jié)構(gòu)離駕乘人員距離較近，無法像正面碰撞那樣有效的吸收碰撞能量。故作為車門防撞梁，其主要作用就是在側(cè)面碰撞發(fā)生時，有效的起到抗撞吸能和分散傳遞撞擊力的作用。防撞梁的抗彎性與結(jié)構(gòu)優(yōu)化橫力彎曲時，彎矩隨著截面位置變化變化，一般情況下，最大正應(yīng)力σ發(fā)生于彎矩最大截面上，且離中性軸最遠(yuǎn)處，由下式計算，其中抗彎截面系數(shù)W，則上述公式可寫成≤[σ]若把彎曲應(yīng)力的強(qiáng)度條件改寫成可見梁能承受的與抗彎截面系數(shù)W成正比，W越大越有利。另一方面，使用材料的多少和自重的大小，則與截面面積A成正比，面積越小越經(jīng)濟(jì)，越輕巧。因而，合理的截面應(yīng)該是截面面積較小，而抗彎系數(shù)W較大。為了增加防撞梁的抗彎能力，又要滿足輕量化要求，改變防撞梁截面形狀，以提高其耐碰撞性能。本設(shè)計主要從改變防撞梁的高度和截面厚度來增加防撞梁的抗彎能力，并進(jìn)行如下分析。選取防撞梁的截面為雙U型，中間做加強(qiáng)筋處理，對其截面進(jìn)行優(yōu)化。如下圖4－1所示，料厚為1mm。圖4－1最初選擇截面用CATIA測量功能測得該截面的慣性矩如下圖所示：重心及重心慣性矩一目了然。圖4－2慣性矩測量改變防撞梁的高度為了增加防撞梁的抗彎能力，首先進(jìn)行改變防撞梁的總高度?？梢詮膬蓚€方面進(jìn)行改變：a、改變總高度。為了考慮防撞梁的重量及空間位置，把總高度增加1mm、2mm，觀察其抗彎能力的變化。b、通過改變中間加強(qiáng)筋的高低來增加防撞梁的抗彎能力。1、改變總高度（1）防撞梁總高度增