轿车车门总体布置设计方法.doc

轿车车门总体布置设计方法卢金火 王伟胜北京精卫全能科技有限公司摘要 本文介绍车门的构造与设计的基本要求，重点讨论了车门总成总体布置的设计方法与布置时应注意的问题。主题词：车门 结构 布置Abstract: This paper introduces the structure of door and basic requirements for design, mainly discussed the design methods and the notices for door layout.Keyword: Door Structure Layout1 前言车门总成的总体布置设计是车门设计的重要环节，总布置质量的好坏将直接影响到车门总成的使用性能。因此设计人员在进行车门总成的总体布置设计工作以前，应充分了解与掌握车门的构造与结构形式、主要性能参数和尺寸参数、车门附件的种类与性能以及它们的位置关系，在此基础上进行车门总成的布置工作。总布置工作的重要内容是：合理地、准确地选择车门附件并将其布置到车门总成的合适位置上。2 车门的构造与设计要求2.1 车门的构造 轿车车门由门体板金件、车门附件和内饰组成。门体板金件包括车门外板、车门内板、车门窗框、车门内外加强板、防撞杆、铰链加强板、锁加强板、后视镜安装板等零件组成；车门附件包括铰链、锁系统、限位器、玻璃升降器、车门玻璃、密封条、扬声器、后视镜等组成；内饰由门护板骨架、蒙皮、内扶手、玻璃升降器开关等组成。2.2车门设计的基本要求 车门设计的基本要求如下：车门开启时应保证乘员上下车的方便性，要合理确定车门数，车门的开口位置，设计车门的开口大小和形状。并且车门要停留在最大开度的位置上。车门开启的过程中不应和车身的其他部位发生位置干扰。车门关闭时，要锁止可靠、安全，行车中车门不会自动打开。车门机构操纵要方便，包括开关车门自如，玻璃升降轻便等。应具有良好的密封性能。具有大的透光面，满足侧向视野要求。门体应具有足够的强度和刚度，保证车门工作可靠，减小车门部分振动，提高车辆侧向碰撞的安全性。足够的车门安装刚度，防止车门下沉。良好的车门制造，装配工艺。造型上应与整车协调一致，包括外表面形状，覆盖件的分块，门缝的设计和内饰3 车门附件的布置 车门附件的设计与布置是车门设计的重要内容，其质量直接影响到车门的使用性能。3.1铰链轿车车门依靠上下两个铰链支撑在车身骨架上，并实现车门的顺利开关（见图1）。对车门铰链的布置要求是：图1 铰链布置图3.1.1铰链轴距，为实现车门耐久、可靠地进行工作，车门上下铰链之间一定要保证足够的距离。对前门而言，由于使用频率、重量等因素，要求上下铰链的距离在320mm以上；后门则要求在300mm以上。3.1.2考虑到铰链轴线内倾角有利于车门的关闭，同时又使车门关闭时不产生过大的力，铰链内倾角要求0-3之间。3.1.3考虑到车身的造型需要，车门门缝线的位置、尺寸与倾角以及门打开时与周围零件的最小间隙大小，车门铰链轴线的前、后倾角要求在0-1.5之间。3.1.4 门侧铰链安装面与车身坐标系Y轴方向的角度，考虑到车门内板的冲压工艺性要求，铰链安装面与Y轴方向的角度大于3。3.1.5铰链限位角度，考虑铰链与限位器的运动关系，车门铰链的限位角度应大于限位器的限位角4以上。3.1.6考虑到车身骨架、门总成的制造误差、使用过程中的变形情况以及为了实现车门的顺利开关，要求在车门开闭过程中，检查门与周围零件的最小距离，其值应大于3mm；前门检查与翼子板、A柱、铰链座本身的距离；后门检查与前门、B柱、铰链座本身的距离。3.1.7铰链的位置确定3.1.7.1确定铰链在X方向的位置，考虑铰链安装在A、B柱时，工具进入的安装空间，即门缝线与铰链安装孔之间的最小距离大于安装工具的半径。3.1.7.2确定铰链在Z方向上的位置铰链在Z轴方向上的确定，先定义下铰链的位置，为了保证车门的结构要求、车门内板的冲压工艺要求和铰链的安装空间，下铰链座最低位置与车门的下边缘的距离，一般应大于130mm。为了确保车门与车身骨架的连接刚度，除在门内板和立柱上设计必要的加强板外，布置时应尽量加大上下铰链的间距，减小作用在铰链上的力，提高铰链的使用耐久性；前门铰链距大于320mm，后门铰链距大于300mm。3.1.7.3确定铰链在Y轴方向上的位置在车门铰链布置时，铰链应尽量靠近车门外板，以增大车门打开时，车门前端包边线与翼子板后翻边之间的最小间隙。但是受门内板结构的限制，铰链座离车门外板（class-A表面）的最小距离不得小于10mm 。3.1.8 由于车门开启时，整个车门的质量及作用在其上的力都作用在门铰链上，因此，应对铰链进行强度、刚度、耐久性分析，以保证车门的正常工作。3.2锁系统车门锁系统包括锁体结构、锁扣、锁芯、锁传动机构、锁止结构、内外手柄等组成（见图2）。锁系统的布置要求如下：图2 锁系统3.2.1锁安装面的角度，考虑到锁的工作要求以及车门内板的冲压工艺性要求，锁安装面与Y轴方向的角度应大于4。3.2.2为保证锁系统有足够的使用寿命，锁在关闭的瞬间锁钩进入锁扣内的切入角度应控制在903以内。3.2.3为保证锁系统能正常地工作，锁与玻璃导轨之间的最小距离应大于6mm。3.2.4为保证锁传动结构能正常有效地工作，锁传动结构与玻璃导轨、玻璃、门里板之间的最小距离应大于6mm，同时应对锁传动机构进行传动可靠性分析、工作稳定性分析、结构强度、刚度分析。3.2.5为保证车门在关闭时，车门工作的可靠性和稳定性，锁在高度方向上的布置应尽量布置在上、下门铰链中间的位置或中间向上偏移一段距离的位置上。3.2.6为保证锁芯能可靠地工作，锁芯和玻璃外表面之间的距离应大于9mm，这主要考虑门玻璃在升降时，玻璃在玻璃泥槽里有一定的晃动量和玻璃运动的不稳定性。 3.2.7锁的开启行程的校核，为保证锁系统能正常有效地工作，锁开启机构（外把手、内扣手、锁止结构、锁芯）的开启行程应大于锁体工作行程4mm以上；这主要考虑锁传动机构在工作过程中的变形、零件的制造、装配误差以及零件之间的间隙等因素。 3.3升降器玻璃升降器是实现车门玻璃升降运动的车门附件。通过玻璃升降器带动玻璃托架作上下运动，从而使车门玻璃沿着导轨作升降运动。3.3.1 玻璃升降器应具备以下三个方面的要求：玻璃升降平顺、工作可靠、无冲击和阻滞现象。操作轻便、省力。具有防止玻璃升降器倒转的制动装置。3.3.2升降器布置时应考虑的问题 目前常用的玻璃升降器有臂式玻璃升降器和绳索式升降器。臂式玻璃升降器可分为单臂式升降器和双臂式玻璃升降器；绳索式升降器可分为单导轨式升降器和双导轨式玻璃升降器。玻璃升降器应根据玻璃曲率半径的大小、玻璃升降行程大小和玻璃的质量大小来选择。当玻璃横向断面的弦高尺寸大于15mm时，为了玻璃能顺利地升降，应选择绳索式升降器；当玻璃横向断面的弦高尺寸小于15mm时，可选择绳索式升降器和臂式玻璃升降器。前门升降器由于使用频率高和前门玻璃重量相对较重等原因，一般选择双臂式玻璃升降器和双导轨式玻璃升降器；后门升降器，一般选择单臂式玻璃升降器和单导轨式玻璃升降器。玻璃升降器布置时应注意的问题。3.3.2.1当玻璃升到最高位置时，玻璃下端与水切口上端之间的距离值应大于50mm，以确保玻璃的稳定性。3.3.2.2 当玻璃下降到最低位置时，玻璃下端与门里板下框之间的最小距离值应大于15mm；玻璃上端高出水切口02 mm。3.3.2.3升降器与限位器在运动过程中的最小距离值应大于6 mm，以确保车门附件能正常地工作。3.3.2.4 要充分检查升降器电机的有关参数，以确认参数的合理性。3.3.2.5 合理确定玻璃升降器活动导轨在最高位置、中部位置、最低位置的布置，并检查滑轮与导轨之间位置的合理性。3.3.2.6 合理定义臂式玻璃升降器的压缩量和拉伸量。由于臂式升降器的理论运动轨迹是平面，而玻璃运动则是曲面运动。为了能使玻璃实现顺利地升降运动，必须要消除平面运动和曲面运动的弦高误差，这些误差是通过玻璃升降器的臂的变形和滑轮的转动来实现的。也就是说玻璃处于最高、最低位置时，玻璃升降器的臂会出现压缩变形，而玻璃处于中间位置时，玻璃升降器的臂会出现拉伸变形。其压缩量的分配见图3所示。活动导轨处在最高位置时的压缩量L113mm，活动导轨处在最低位置时的压缩量L215mm，活动导轨处在中间位置时的拉伸量L310mm。三者的比例关系为：L1:L2:L3=8:5:10。 图3臂式升降器压缩量分布图3.3.2.7玻璃升降器布置步骤：玻璃升降器布置步骤见图4所示，具体步骤如下：布置玻璃升降器的最高位置，当玻璃处于最高位置时，玻璃下端距水切口上端的距离大于50MM，玻璃夹持器处于水平位置；滑轮位置的确定，玻璃在运动的时候，玻璃的质心必须在两滑轮中心线以内，保持玻璃升降运动的平稳性。布置玻璃升降器的最低位置，对前门玻璃升降器而言，由玻璃的高度确定玻璃升降器的工作行程，根据玻璃升降器的最高位置和升降行程定义玻璃升降器导轨的最低位置，玻璃上端高出水切口上端02 mm之间。对后门玻璃升降器而言，当玻璃下降到最低位置时，玻璃下端与门里板下框之间的最小距离值应大于15mm来确定玻璃的最低位置。 图4 臂式升降器平面布置图3.4限位器限位器是一种控制车门开度，并能使车门停留在设计所需的位置上的运动机构。限位器布置要求如下（见图5）： 图5 限位器布置图3.4.1 为实现车门顺利开关，限位器旋动轴线应与铰链轴线平行。3.4.2 限位器的限位角度一般定义在60-70之间，其值与门的宽度参数有关，车门宽度越大，设计的角度可以越小。3.4.3 限位器在高度方向上的布置应尽量布置在上、下铰链中间的位置上或向下偏离一段距离。3.4.4 在车门开闭过程中，限位器与门玻璃、玻璃导轨、玻璃升降器之间的最小距离为6mm，以确保车门附件的正常工作。3.4.5限位器的限位角度一般定义为二挡或三挡，以实现车门的不同开度，这通过在限位器臂上设计凹槽结构来完成，凹槽的位置通过运动分析模拟来确定。4.5门框滚压件在门框滚压件布置设计时，应考虑如下问题：4.5.1滚压件的断面形状必须与密封条断面形状相匹配，以保证密封条的安装需要。4.5.2滚压件的断面形状必须与玻璃导轨断面形状相匹配，以保证滚压件、玻璃导轨的焊接关系和安装玻璃泥槽的需要。4.5.3滚压件进入门里板内的伸入量应大于100mm，保证滚压件与门内板至少有二个焊点存在，使滚压件与门内板有足够的连接强度和刚度，确保车门的整体刚度。4.5.4选择的滚压件一定要选择成熟的产品，具有足够的强度与刚度，保证车门的整体刚性要求。4.6玻璃导轨 在玻璃导轨布置设计时，应考虑如下问题：4.6.1玻璃导轨的断面形状必须与门框滚压件的断面形状相匹配4.6.2玻璃导轨的形状必须与玻璃形状相匹配，以确保玻璃的顺利升降。4.6.3玻璃导轨的断面形状必须与玻璃泥槽的断面形状相匹配，以确保玻璃导轨与玻璃泥槽准确的安装关系和密封效果。4.6.4玻璃后导轨一般设计成上下二段，上半部分设计成焊接结构，下半部分设计成活动导轨，以便于锁体的拆装性。4.6.5玻璃导轨与锁体之间的距离大于6mm，避免因制造、装配误差和汽车行驶过程中的变形与振动，影响其功能的发挥。4.6.6在门开闭过程中，玻璃导轨与门限位器的最小距离大于6mm。4.7防撞杠防撞杆是车门碰撞时，防止车门发生变形的结构件。其结构形式一般有二种：其一是：二端支架、中间圆管的焊接形式，圆管直径一般选择为2832mm，材料一般选择高强度低合金型材；其二是：整体冲压件，结构形式设计成防撞的波状结构，材料一般选择高强度低合金钢板。在防撞杠布置设计时，应考虑如下问题：4.7.1防撞杠断面尺寸要满足侧碰撞要求。4.7.2防撞杠外形与门外板之间的最小距离为3mm，这主要考虑到涂胶要求。4.7.3 在玻璃升降过程中,防撞杠与玻璃外表面之间的距离大于9mm，避免因在汽车行驶过程中的变形与振动等因素，玻璃表面与防撞杠发生碰撞，损坏玻璃。4.7.4 防撞杠与玻璃导轨之间的距离应大于6mm。4.8 密封条 轿车车身密封性设计是针对车身室内居住性环境改善，提高车身密封性要求而进行的。主要包括：防止雨水、尘土、污染气体侵入室内的密封设计；防止振动、噪声、热量侵入室内的密封设计；防止腐蚀介质侵蚀车身板金的密封设计。密封条是实现车身密封性能的主要车门附件，密封条可分为: 门洞密封条、门框密封条、玻璃导槽密封条、水切口密封条等。4.8.1 门洞密封条：当车门采用二道以上密封时,则门洞密封为辅助密封,密封条的压缩量一般定义为3mm左右；同时要考虑门洞焊接面与门框密封面之间的距离,一般定义为1216mm。密封条与密封面之间应有明确的位置关系（即密封条有明确的变形方向性）,以确保密封条的使用寿命与良好的密封效果。4.8.2门框密封条：门框密封一般为主密封, 门框密封条的压缩量一般为6mm左右.为确保门