发罩设计说明书.doc

发动机罩设计说明书一、设计原则：1、 发罩结构设计原则1) 根据制造策略及相关成型原则确定成型工艺尺寸，尽量使设计出来的零件结构简单，便于制造。2) 根据装配原则及装配工艺尺寸，尽量使各零件搭接合理，便于工人操作。3) 根据生产成本，尽量使各零件分块合理，减少废料产生。4) 根据零件数量，在制造可行的情况下尽量减少零件分块。2、 发罩开度原则1) 对使用方便性来说，要求开关灵活、轻便、自如，当二级锁（安全钩）被打开，发罩应能在气撑杆的带动下自动开启。2) 发罩开启高度满足95%male人体头部活动空间，满足5%female人体展开手臂活动空间3、 发罩可靠原则1) 行驶安全和开启安全原则：保证所有使用状态（锁止或非锁止）下，顾客的安全性（机罩不开启），这里包括极限值情况：最大速度。在最大速度时，一级锁处于解锁位置，但发罩保持在安全钩（二级锁）位置上，在任何情况下，发罩不能自行打开。2) 高速碰撞（正面碰撞，偏置碰撞），设计时考虑机罩在碰撞时变成V字形，限制机罩的后退，避免机罩进入座舱，机罩铰链无断裂。机罩/铰链机罩/前围不脱开（机罩不应是伤人的）3) 机罩防腐性，在机罩内板上事先考虑电泳排液孔和水的排出孔。4) 行人碰撞要满足GTR法规（全球技术法规）5) 降噪功能：密封胶条，隔音垫的设计安装保证绝缘，吸音。6) 坚固性印象，保证车辆给人以坚固耐用的印象，保证在特殊情况下的永久变形程度能够被用户所接受，即满足抗凹性要求。7) 机罩过冲击和耐久，要求发罩刚度大，强度高，在反复开关下，不因变形而影响发罩性能。4、发罩轻量化原则1) 在满足要求的情况下，尽量选择轻质材料。2) 在满足要求的情况下，尽量减小零件尺寸和数量。3) 在满足要求的情况下，尽量减小零件壁厚和料厚。5、 发罩附件布置原则1) 各附件能正常发挥其应有功效。2) 使各附件的工作状态、工作环境达到最佳效果。3) 使各附件方便安装、拆卸，便于维修。二、设计目标1、发罩强度、刚度、模态、抗凹性等满足各项法规要求。2、满足行人保护要求，满足人机要求。3、实现轻量化目标。4、实现减少零件数量目标。5、实现采用先进工艺制造目标。6、产品性能达到或超过同类产品标准车门附件部分7、隔热隔音。三、方案说明1、选材 发罩外板，内板，加强板均采用铝合金材料。2、连接方式1) 发罩外板与发罩内板采用包边，打胶连接。2) 发罩内板与加强板采用激光焊接技术焊接连接。3) 加强板安装孔采用铆接螺母以便安装附件。3、制造工艺发罩外板、发罩内板、发罩加强板均采用冲压，适合于当前国内的制造水平。 4、密封方案 采用一条密封。四、发罩附件发罩的附件有：发罩铰链总成、发罩锁系统（包括一级锁和二级锁）、气撑杆总成。1、铰链常用的铰链有合页式铰链和四连杆铰链，中气选用的铰链是四连杆铰链，既符合安全要求满足发罩为弹出式铰链，又可以轻松布置。合页式铰链四连杆铰链（弹出式铰链）图1 发罩铰链（1）发罩铰链技术要求1）参考法规：GB15086-1994 汽车门锁及门铰链性能要求；QC/T 586-1999 汽车门铰链。2）技术要求 汽车铰链应按照规定程序批准的图样和有关技术文件制造，并符合本标准的要求。 铰链表面应进行防腐蚀处理，并符合制造厂要求。 门盖铰链的最大开度角应不小于设计要求的车门开度角，铰链的最小关闭角应小于设计要求的门盖关闭角。对于装有开度限位器的门铰链，其限位应可靠。（2）性能（或功能）描述1）要符合总成的刚度特性要求；2）要符合总成的疲劳寿命要求；3）要符合总成的开启与闭合的限位要求。2、锁下图为中气项目选用的一级锁和二级锁简图。图2 发罩一级锁图3 发罩二级锁（1）发罩锁的技术要求1）参考法规：GB 115681999 汽车罩（盖）锁系统； 汽车工程手册 人民交通出版社 2001年。2）技术要求 发动机罩锁总成应按经规定程序批准的图样及技术文件制造，是经制造厂质量检验部门检验合格的产品，并附有产品合格证。 锁装置金属件必须经防腐蚀处理，或使用具有耐腐蚀性的材料制造。 锁装置塑料件表面应平整，无气泡，无影响使用的变形。 金属零件的涂镀层和化学处理层应均匀，不得有明显缺陷。 锁扣，锁总成处于关闭状态，在垂直方向施加250 daN的力不会造成机罩总成零件断裂。锁扣，锁总成处于关闭状态，在垂直方向施加100 daN的力不会造成机罩总成零件的塑性变形。锁扣，锁总成处于开启状态，安全钩处在钩住机罩的位置，锁扣锁总成在试验中不允许有任何分离。但是可以接受偶然的损坏或者不能手动开启锁的情况。 总成应按图纸规定进行疲劳试验后不得有失效情况。3）性能要求 有很高的安全性。在垂直方向施加250 daN的力不会造成发罩总成零件断裂；在垂直方向施加100 daN的力不会造成发罩总成零件的塑性变形。 耐振性发动机罩锁装置应能经受扫频振动试验，试验后应符合使用要求。 耐久性表1罩锁系统的耐久性能主要项目及模拟10年使用寿命序 号检验项目开、合试验次数（次）要求1发动机罩5000 在试验过程中罩锁系统不得出现严重损坏或失效； 试验后，罩锁系统仍具有良好的基本使用性能； 试验后，罩锁系统仍具有良好的基本安全性能。（2） 性能（或功能）描述 发动机罩锁装置应能可靠地闭锁和开锁； 如果发动机罩在其开启后的某一位置会妨碍驾驶员前方视野时，则该发动机罩所使用的发动机罩锁装置必须有二次开启功能，或在该发动机罩上装有第二个发动机罩锁装置。3、气撑杆如图为中气项目选用的发罩气撑杆简图。图4 发罩气撑杆（1）气撑杆的技术要求1）参考法规：QCT 207一1996 中华人民共和国汽车行业标准 汽车用普通气弹簧。2）技术要求 气弹簧应符合本标准规定，并按照经规定程序批准的图样及技术文件制造。 气弹簧的安装长度公差应符合QCT 29087的A级。 气弹簧的外形应光洁、平整，没有毛刺。 气弹簧活塞杆的镀层应均匀，不允许存在可见的裂纹、起泡、麻点、起层等缺陷。 除活塞杆外的其它零件镀层应均匀：不允许存在局部无镀层、明显的裂纹、起泡、粗糙等缺陷。 气弹簧的涂覆层应均匀，不允许存在露底、起皱、起泡、剥落等缺陷。 工作温度范围：一4080。（2）性能（或功能）描述 要符合总成的刚度特性要求； 要符合总成的阻尼特性要求； 要符合总成的疲劳寿命要求。五、发罩结构设计与分析 图5 发罩结构设计流程图1、 产品定位中气轿车定义为中高档轿车，所以结构方案、选材、工艺都应该达到较高水准。材料选用铝合金材料，采用激光焊接技术，冲压成型技术。2、确定输入和输出输入一般指：总布置提供的设计任务书；车身CAD表面三维数据模型和二维线图及发罩附件，设计法规等。输出一般是确定需要建立的三维模型和图纸等；在无特殊要求的情况下现在一般都要求采用已有而且比较成熟的附件，不需要从新开发。这样即可以节约研发成本又可以节约开发时间还可以保证结构的可靠性。 所以此次中气发罩上的附件均采用了已有的结构比较成熟的附件。3.、造型校核及附件布置（1）造型校核结构设计并不是单独进行，在进行结构设计的同时别的部门例如总布置，人机工程，造型设计，安全组等都在同时进行，进行工程校核若发现有问题，不能实施结构，就要及时与相应的部门联系沟通，提交修改方案。下面试一个造型修改反馈的例子：6月4号造型3月7号造型图6 造型校核及问题反馈如图6所示为6月4日造型与3月7日造型的比较，发罩高度变化不大，前端相对降低了。分缝线发生了变化，发罩后端两个角结构难以实现（见椭圆2）6月4号的造型，发罩铰链的位置需向后移，致使铰链已经插入A柱内，这样使A柱结构很难实施，建议造型分缝线参考3月7日造型（见椭圆1）（2）附件布置1）铰链的布置在进行铰链布置的时候不但要考虑到发罩内板铰链安装面的结构实施，同时也要考虑到铰链所在的位置是否也方便其他部件的结构实施。铰链的位置本着在可以实施结构的前提下尽量靠前靠外布置。发罩开启的过程中与周边部件无干涉且保证最小距离为10mm。2）锁的布置 根据前舱数据，造型面，前格栅来布置锁的位置，一般将发罩二级锁布置在中间位置，两个一级锁布置在两端，充分考虑各个部件之间的间隙，运动时是否产生干涉，装配时螺栓与外板之间的距离是否足够等要素要布置锁的位置。3）气撑杆的布置 气撑杆的布置需要结构工程师与人机组共同完成。气撑杆一端固定在前舱，需要选合适的位置安放，结合人机所要求达到的开启角度确定气撑杆长度。另一端安装在发罩内板上，以方便结构实施为原则协调布置。4、典型断面的设计结构设计之前先进行典型断面设计，一个典型断面要包含的信息有：DTS，部件名称，关键尺寸，工艺，特殊结构方案等。典型断面的设计要充分考虑到该部件与周边零件的关系，像发罩这种运动件还要做运动仿真保证一些关键尺寸使其运动时与周围部件不会产生干涉。如图为发罩的典型断面。图7 发罩典型断面5、在CAE分析、人机、安全的支持下建模这里着重介绍发罩内板的结构设计。发动机罩内板的几何形状是自由选择的，但设计时要考虑到它的加工工艺，轻量化，车身的防腐蚀和最低成本原则等方面。应该按照发罩的设计原则来设计以达到设计目标。根据典型断面搭建出内板的框架，同时安全，人机，CAE也提供了很多参考。当结构设计出来一版时就要将数据发给别的部门进行分析，有问题及时提交修改方案进行修改，再提交分析，直到达到要求为止。下面一些图片就是在整个设计过程中安全、人机、CAE提供的一些设计参考。（1） 安全建议1） 发动机罩内板应避免过大的筋，筋应多而且小，均匀分布，或制成蜂窝状，如图8所示：图8 内板结构示意2） 铰链与内板连接因中气车采用弹出式发罩，因此对铰链要进行改动，内板与铰链的连接关系如图9所示。图9 弹出式发罩铰链 图 10 铰链连接 图11 发罩铰链连接为减小铰链处的强度，将原有模型的纵向连接改为横向连接（与发罩内板侧向连接改为底部连接），以减小局部强度，如图10所示，因此发罩内板因将其铰链处设计为横向安装。内板和铰链连接处部件尺寸如图11.3） 大腿碰撞仿真分析大腿碰撞主要考虑力和Y方向的力矩。通过测量，测得保险杠伸出长度=78mm，发动机罩前缘基准线高度=778mm，得出大腿撞击速度v=11.11ms/ms，撞击角度=29.1，撞击能量E=700J。图12为大腿在Y=0mm处的碰撞模型，图13为时间与力的曲线图，最大力为4.3KN；图14为时间与Y方向的力矩曲线，最大力矩为400Nm；最大的变形量仅为88.7mm。图12 Y=0mm大腿碰撞仿真图13 时间-力曲线图14 时间-Y方向力矩曲线图15为大腿在Y=300mm处的碰撞模型，图16为时间与力的曲线图，最大力为4.96KN；图17为时间与Y方向的力矩曲线，最大力矩为577Nm；最大的变形量仅为65mm。图15 Y=300mm大腿碰撞仿真图16 时间-力曲线图17 时间-Y方向力矩曲线从曲线图看出大腿发生二次碰撞且变形较小，Y方向力矩都超过了法规极限值380Nm，因此为减小大腿损伤应弱化大腿碰撞处，增加吸能。如图18将发罩内板前缘圆滑过渡成为易压溃结构，改进后Y=0处结果如图19、20所示，最大力降低为3.75KN，力矩为329Nm。 图18 发罩内板前缘结构改进图19 时间-力曲线图20 时间-Y方向力矩曲线（2） 人机建议图21 发罩开启位置 根据人机要求：发罩开启高度满足95%male人体头部活动空间，满足5%female人体展开手臂活动空间。发罩开度以绿色为参考，设计铰链，距离为1100mm。（3） CAE分析建议CAE分析也给结构设计提供了很多参考。当结构做好之后就要及时发给CAE进行分析，然后根据反馈进行修改，分析的内容主要是：模态，成型性，抗凹性，刚度，强度分析，只有达到指标才能算合格的产品。1）刚度分析表2 刚度分析分析项目工况评价指标指标来源刚度分析油罐载荷作用下的正交挠度（纵向） 最大变形量为4.759mm 某高级轿车发动机罩试验刚度分析报告油罐载荷作用下的正交挠度（横向） 最大变形量为4.729mm 锁闩载荷作用下发动机罩四周边的垂直位移 最大变形量为10.101mm 悬臂弯曲工况下的挠度 最大变形量为16.913mm 扭转工况下的挠度 最大变形量为18.303mm 整个盖体受4g分布载荷工况下的挠度 最大变形量为2.979mm 砰击工况:给予4g的加速度挠度 0.25mm图22 发罩刚度分析2）自由模态分析表3 自由模态分析分析项目评价指标指标来源自由模态发动机罩盖模态分析文献资料非常少，在同行交流中一般认为轿车的发动机罩盖一阶模态为35Hz左右。某高级轿车发动机罩试验模态分析报告图23 发罩自由模态分析3）抗凹性分析表4 抗凹性分析分析项目评价指标用直径为=40mm 的刚性球作用在外板上,给定刚性球一个s=20mm的位移（方向为垂直于外板向内），使得外板发生一定量变形200N对应的位移6.0mm,初始刚度30N/mm,（初始刚度: 球与外板的接触力为50N时与外板的变形量之比)图24 发罩抗凹性分析图25 抗凹性分析方案对比4）刚体运动分析发罩是否能顺畅开闭，不与周围结构发生干涉。5）优化分析主要是轻量化优化以及形貌优化，使结构满足以上指标，并尽可能