《轿车前车门设计》

摘 要车门作为一个综合的转动部件和车厢一起构成了乘员舱的空间界面，设计的车门应具有足够大的强度、刚度和良好的振动特性，以满足车门闭合时耐冲击性及与侧碰时的耐撞性等各项性能的要求。本设计在参考了多种车门结构形式的基础上，具体设计了一个分体式前车门。关键词：分体式；轿车前车门；结构设计AbstractThe cars front doors as integrated compartment of the rotating parts and constitute the crew of the space module interface together, the design of the door should have sufficient strength, stiffness and good vibration characteristics, to meet the impact resistance when the door closed and with the side met resistance at the time of into the performance of such requirements. The design of the door in reference to a variety of structures based on the specific design of a split before the door.Key words：split; cars front door; structural design目 录1 绪 论 .12 轿车前车门结构形式及特点 .23 轿车前车门结构设计 .43.1 结构形式及组成 .43.2 铰链设计 .43.3 限位器设计 .53.4 后视镜设计 .63.5 外板设计 .73.6 内板设计 .73.7 门锁机构设计 .83.8 门玻璃设计 .93.9 玻璃升降器设计 .93.9.1 车门窗玻璃升降器操纵手柄位置 .93.9.2 平面图布置 .113.10 防撞梁设计 .113.11 密封设计 .124 结 论 .13参考文献致 谢轿车前车门设计1 绪 论车门是轿车车身设计中十分重要而又相对独立的一个部件，其质量直接关系到整车的舒适性和安全性，其性能直接影响着车身结构性能的好坏 1。它是车身中工艺最复杂的部件，涉及到零件冲压、零件焊接、零部件装配、总成组装等工序，尺寸配合和工艺技术等要求都非常严格。因此，车门要求密封性好、防尘、防水、隔音，如果车门的质量差，时间久了容易产生车门卡死、关闭不严等现象，随之带来的噪声和振动不但降低乘坐舒适性，而且容易造成汽车零部件的损坏。过去的车型主要以整体式车门为主，如桑塔纳、富康、赛欧、派力奥等等，只有在部分高端车型上才使用分体式车门；从不同车系来看，日韩车系更多的采用分体式车门，而一些欧美车型依然沿用整体式车门的结构；从车门内部构件来看，防撞梁由钣金件代替过去的管梁结构，限位器由凸轮机构式替代了传统形式的拉杆式，玻璃升降器由双导轨绳轮式结构取代了传统的齿轮式结构等等。由于分体式车门显而易见的优势，而其缺点也可以通过一些工艺手段轻易的解决，越来越多的车型上开始采用分体式车门，目前几乎所有档次的车型都开始采用。而一些老车型在进行换代开发时也开始用分体式取代原来的整体式车门，如：老款的蒙迪欧和新款蒙迪欧、老款的马自达323和新款的马自达3等。21世纪以来， “安全、环保、节能”的造车理念已基本确立。随着汽车行业的发展，汽车的优化设计包括车门的轻量化设计都成为研究的重点，其中逆向设计技术也得到了广泛应用。然而，从每年交通事故比例看，侧撞要占1/3 左右，其致死率仅次于正面碰撞，而致伤率则居第一位。2006年7月1日起正式实施的侧撞法规主要要求的是车辆侧门结构的安全性。因此，在概念设计阶段完成好车门的布置设计是轿车前车门结构概念设计中相当关键的一环, 可以为以后的详细设计打好基础。本设计将依据轿车前车门的结构现状做进一步改进，充分考虑影响车门开度的各种因素（H点、人体模型尺寸、头部间隙、高宽度、A 柱视野障碍角等） ，采用Y型防撞梁、三道密封条等设计，优化门铰链、门锁及门窗附件等的布置，将传统设计与逆向造型设计在汽车车门设计中的应用技术相结合，进行及车门各附件的功能、结构等的分析、计算和校核，总成及零部件的布置，车门密封、通风设计等，最后应用Auto CAD等软件进行绘图。2 轿车前车门结构形式及特点车门的结构类型多种多样，按开启方式可分为旋转门、拉门、折叠门和外摆式车门；按车门结构可分为整体式车门和分开式车门；按有无窗框可分为有窗框和无窗框式车门；按旋转方向可分为顺开门、逆开门和上开门 2。对于不同类型的车门又可分为车门本体、车门附件两部分。车门本体包括车门内外板、加强板和窗框等，如图2-1所示，是一个整体涂漆、未装备状态的钣金焊接总成，是实现车门整体造型效果、强度、刚度及附件安装的基础框架。而附件则是为满足车门的各项功能要求，在车门本体或其它相邻结构件上装配的零件及总成。车门作为一个综合的转动部件，和车厢一起构成乘员的周围空间范围，车门具有足够大的强度、刚度和良好的振动特性，以满足车门闭合时耐冲击性及与侧碰时的耐撞性等各项性能的要求。前车门以安装于车门前侧的铰链为旋转轴来实现开启和关闭。承担载荷的部件有外门板、内门板、上加强板、下加强板、门锁加强板、铰链加强板和铰链，由薄板冲压成型并通过焊接连成一个整体的受力结构。图 2-1 车门及窗框结构形式a）有窗框车门（独立窗框） b）有窗框车门（整体窗框） c）无窗框车门按车门结构形式的不同，车门可分为整体式车门和分体式车门。两种形式各有优缺点：（1）整体式车门的整体刚度好，密封容易保证，装配尺寸公差易保证，维修时拆装简单；但缺点在于冲压工艺中窗口位置要产生大面积废料，而且外部门框一般宽大且不均匀，外观效果较差，门框占据了侧围上边梁的部分区域，使上边梁主断面面积受到影响；（2）分体式车门的门框细而均匀，甚至可做成无窗框效果，提供更大范围的视野，如果配合窗口周圈装饰亮条的使用可达到前后车窗的整体化效果，美观实用，同时有利于提供上边梁主断面更大的截面面积，大量使用滚压成形，降低模具难度和成本，极大提高材料利用率；但缺点是装配工艺复杂，尺寸公差尤其是外部公差保证的难度加大，整体刚性差，密封困难。3 轿车前车门结构设计3.1 结构形式及组成本设计采用分体式车门结构，外板上集成窗框，内板与车门框架集成一体，外、内板之间焊接连接。车门附件均参照现有成熟结构进行设计，设计的具体部件包括：铰链、限位器、后视镜、外板、内板、门锁、门玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。3.2 铰链设计铰链是车门与车身连接的关键部件 3，同时也是车门上一个重要的活动部件。通常车门铰链采用强度适当、冲压性能好的钢板材料（通常厚度为 4 mm）冲压而成，并使用螺栓紧固。车门铰链的设计要求结构简单、安装方便、工作可靠、成本低。结构简单也是铰链设计的发展趋势。 图 3-1 为铰链的受力分析图，其中 R 为手柄上的力沿竖直方向的分力，P 为车门重力，S、Q 为铰链处的受力沿竖直和水平两个方向的分力 2。本设计中选用的设计参数分别为：b = 400 mm d = 880 mm 铰链轴线：后倾角=0 内倾角=2 紧固件：M 10 2 & M 8 2由车门受力关系可得：S= （3-1）RPQ= （3-2）bda见断面B B, ，由材料力学理论可知，本结构中的剪应力可以忽略（即忽略Sth的作用） ，则下铰链处的应力可表示为：图 3-1 铰链的受力分析图 1= = = （3-3）yWMlht62Q2)Rda(btlP已知：g=10 N/kg P=260 N R=0 N（掀拉式外手柄受力水平向上） 则： （3-4）NS890132bRdP1254.a 下铰链 = = =yWMlht62Q2)(htl 7210.08.6.06.)(6铰链的具体结构尺寸为：铰链轴长为46 mm，固定叶板长74 mm、宽80 mm，活动页板长116 mm、宽32 mm，铰链轴直径8 mm，活页钢板厚度4 mm、宽度12 mm。铰链的强度校核（1） 校核铰链轴的剪切强度：F s=Q=325 N；钢板的许用正应力为160 MP；铰链轴与钢板的许用挤压应力为200 MP；铰链轴许用剪应力为80 MP。（3-5）MPDFAS 8094.1283542s 铰链轴的剪切强度足够；（2） 校核铰链轴与钢板的挤压强度：挤压力F bs=325 N（3-6）PPAFbsjbs 2016.048325js 铰链轴与钢板的挤压强度足够；（3） 校核钢板的拉伸强度：活页上铰链轴截面拉伸钢板时最危险截面，其轴力N=325 N（3-7）MPtdbA1603.204)81(5）（钢板的拉伸强度足够；故所设计的车门铰链满足结构及强度要求。3.3 限位器设计车门的开度限位器用以限制车门的最大开度，防止车门外板与车体相碰，还必须能使车门停留在最大开度，起着防止车门自动关闭的作用。目前应用的限位器类型有两种：拉杆式限位器（传统形式）和凸轮机构式限位器（与铰链一体） 。本设计采用拉带式限位器，由于弹簧力作用，滚轮压在限位杆，当门的开度到滚轮被拉过限位杆上的凸起时，由于限位杆端头的橡胶缓冲块与限位盒壳相碰而使门限制在最大开度 4。限位器的具体结构尺寸：限位拉杆长 280 mm、宽 12 mm、厚 10 mm，滚轮 D=15 mm2。限位器的拉伸强度校核由于限位拉杆圆孔对杆的截面面积的削弱，所以要对杆进行拉断校核。为此，先将拉杆端部截开，在截开的截面上有拉应力 ，假定它是均匀分布的，其合力为 N1，由平衡条件可知：N 1 = P 根据轴向拉伸强度校核公式：（3-8）1AN式中 A 是被切开杆的横截面积的净面积，为（3-9）)(db将有关数据代入得：（3-10）MPdbPAN302510)82(10)(61 故所设计的限位杆满足拉伸强度要求。3.4 后视镜设计后视镜是汽车必有的安全件之一，驾驶员在行车过程中，通过后视镜来获取汽车后方、侧方和下方的外部信息。后视镜按照镜面形状不同，可以分为平面镜、球面镜和双曲率镜。后视镜按照镜面反射材料不同，可以分为铝镜、铬镜、银镜和蓝镜。后视镜由主体结构和安装附件构成。如图 3-3 所示，主体结构包括镜片、壳体、万向球头、压板等件，安装附件包括安装座和安装螺钉。外后视镜镜片在壳体加热后卡入壳内，压板通过两个螺钉紧紧压在球头销上，用来防止行车时后视镜自行转动，后视镜总成通过球头销杆部螺纹与支杆连接，支杆则固定在车身上 5。图 3-2 限位器结构图 3.5 外板设计如图 3-4 所示，车门外板采用强度适当、冲压性能好的薄钢板材料（厚度为 1 mm）经冲压、辊压等工艺制成。因车门外板是车身外表面件，中部不应该有焊点