货车门总成设计

目录或IGES数据，快速生成型、数控加工数控机床可以根据。IGES数据通过传输到通用CAD系统（如：UG、MDT、等），进行下一步的修正和重新设计。此外，还可以通过对一些CAM系统（如：UGMasterCAM、smart-cam，等），进行刀具路径设置，导致NC代码，数控机床将由实体处理。STL数据经表面缺陷处理后，可直接通过激光快速成型制造。1.2.3逆向建模一般流程逆向设计一般流程图如图1-1所示：图1-1逆向建模一般流程图1.3逆向工程的现状及应用逆向工程是近年来发展起来的一种综合吸收和消化吸收的先进的分析技术和应用技术，其主要目的是提高技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。在世界经济和技术发展的过程中，逆向工程的应用吸收了先进的技术经验，给人们带来了有益的启示。据统计，百分之七十以上的技术来自国外，逆向工程作为掌握技术的手段，产品开发周期可缩短百分之四十以上，大大提高了生产效率。因此，它的研究对于中国国民经济的逆向工程技术是很有意义的，科学技术的进步和技术的发展。逆向工程的应用可分为以下几种情况：（1）在产品模仿中的应用有时，生产的产品不符合原设计图纸，但委托单位交付样品或实物型号，请制作单位副本。传统的复制方法是使用三维雕刻机或三轴铣床1:1比例的模具，产品再生产。该方法属于模拟复制，缺点是工件的尺寸不能确定，不能与现有的CAD软件修改。在这种情况下，形成设计图纸或零件CAD模型为基础的逆向工程原型，并在NCNC代码加工的基础上创建同一零件的副本。（2）在新产品设计中的应用在造型美观的产品造型设计上，不是传统的机械工程师可以做的培训。有的设计师有艺术背景，可以用CAD技术创新美观，然后用手工制作模型，如木材、石膏、粘土模具、橡胶模具、塑料模具、玻璃纤维工程模型，再建立曲面型立体测量方式来掩模。在美学设计特别重要的领域，如汽车的外观设计是广泛使用的比例在实木或粘土模型评价的方法设计的审美效果，而不是规模对投资对象看电脑屏幕，用逆向工程的方法设计。（3）应用RPM（快速原型制造、快速原型制造）快速成型制造（也称RP）是80年代后期基于材料添加的一项新技术，在过去20年中被认为是制造业领域的重大突破。转机械、CAD、数控、激光和材料科学技术，可以自动、直接、快速、准确地将设计转化为具有一定功能的原型或直接制造零件，快速评估，修改和产品设计的功能测试，缩短产品开发周期。快速模具（quicktooling/成型）和快速铸造技术（quickcasting）基于RP系统可以实现零件的快速制造。为了应用这一技术，产品的三维几何模型应该是第一个。虽然已经有很多成功的3DCAD软件，使用这些软件构建复杂的零件模型还是相当耗时的。所以工程提供实物，是需要由物理模具或设计改进制造，所以才经常使用RPM逆向工程技术，建立产品的几何模型。此外，在计算机图形学领域也有一定的应用。

第二章逆向工程应用实例2.1逆向工程软硬件设备2.1.1扫描设备2.1.2点云曲面处理软件目前，逆向工程软件对市场上常用的使用从表面基本的NURBS功能，或他们的操作方法，它们共同的特点是构造一个曲线，或直接用曲线来构造曲面，或通过曲面拟合区域的界定、曲面片的第一代，然后拼接面型号齐全。它的优点在于NURBS曲面的应用是非常广泛的CAD/CAM领域。因此，它是非常方便的沟通和沟通与其他CAD/CAM系统。特征曲线的构造在其中起着重要的作用。2.1.3实体建模软件产品设计按照几何尺寸名称建立三维CATIA模型，所有额外的几何尺寸和公差二维图纸中的二维信息，满足数字产品定义的需要。各部分根据CATIA主模型的原理建立完整、统一的产品信息描述。三维实体模型，能够精确反映零件的尺寸和实际尺寸，根据二维图的规定编写代码。2.2逆向工程一般步骤2.2.1实体三维数据的获得——扫描三维扫描设备是基于三维测量系统的基础上的接触型和非接触式（激光，摄影，X光等）两类。在探头的早期阶段，虽然价格便宜，但速度较慢，与探针的对象将有一个盲点，使软件容易变形，影响扫描的准确性。激光扫描速度快，精度高，可以扫描三维物体获得大量的点云数据，从而改善曲面重建。三维扫描技术问世以来，已经发展了很多扫描原理，一般来说，分为以下几种技术，见图（图2-1）：图2-1三维扫描技术分类从三维数据采集的角度来看，非接触法具有速度快、精度高的特点，在逆向工程中得到了广泛的应用。三维激光扫描技术，可以完成高精度的物理或三维重建，三维实体模型和原始映射数据。最大的特点是：精度高，速度快，接近样机。法国KREON系列三维激光超高精密度扫描仪，（KREONKZ50）具有很多优质：扫描密度非常高，扫描速度快，有利于快速成型目标、实时扫描、同步移动操作等。在同一时间同步的双CCD实时扫描可以没有任何复杂的目标是死的，减少重复性的工作，目前国际同类技术是CCD双CCD技术适用于实时检测和监测工作，KREON和三坐标测量机、数控加工中心、机械臂关节匹配KREON，扫描头和现有的许多设备交替使用，KREON激光扫描技术不同于传统的光学三维成像技术，KREON保证测量各扫描点云的实时性和真实性，和光学相机技术不能做，后处理三是少数测点维E数学基于点云计算后。在kz50KREON系列的选择是一个三维激光扫描系统。分辨率可达5米，速度：30000分/秒，（带机械臂或数控机械平台扫描任意大小物体）。2.2.2逆向工程后处理要求在逆向工程中，曲面重建是其中一个最重要的和最复杂的，因为要完成的模型上，需要的是一个平滑的表面模型和三角网格的点群的生成是好的，所以加工和表面数据的建设方式和切边的声音和分析的逆向工程曲面模型重建功能的一个重要组成部分。在实施逆向工程计划时，应该对模型有一个全面的了解，主要涉及以下几个方面：(1)后继承接的工作在各种不同领域的应用，其模型建构在处理上也是不相同，即在同一工业用的产品随着产品种类的不同，对精度与曲面质量的要求也大不相同。所以在计划执行以前，应该对后继的要求有所了解。(2)精度要求的误差和必须实现的误差必须包括测量误差和表面数据与表面误差。所有产品都需要达到对不同零件的标准精度的更高要求，具有非精度要求较低，但这些都必须在计划执行之前制定一个计划，完成任务才能达到完美。（3）表面质量必须达到在过去经验的逆向工程的平整度和连续性，高精度和高表面质量一直追求的两大目标，在大多数情况下，它们是相互冲突的，如果一个表面点的数据完美，那么表面必须有一个很大的波动。必须是两者之间的折中，在大多数情况下，只要误差不超过允许范围，更强调高质量的表面。2.3点云处理扫描后，通常是由大量的点的三维坐标测量得到的数据，根据自然、扫描参数和被测物体的大小，从点对点从数以亿计，这些大量的三维数据点称为点云（云）。得到的产品数据的出现不可避免地会引入误差，特别是测量数据在锋利的边缘和边界点，测量数据，可以使表面点及其周围偏离原来的表面，所以原始点云数据进行必要的预处理，通常要经过以下步骤：1去除噪声点时，常用的方法是检查点云在图形终端上的显示，或生成曲线和曲面，采用半交互式半自动光顺方法来检查和调整点云数据；2数据插值，对于一些扫描到的区域，数据只能通过数据插值的方法来填充，在这里我们需要考虑两种曲面造型技术，基于样条曲面和基于曲面拟合的逆向建模技术点。3数据平滑，数据平滑，以消除噪声，得到准确的模型和良好的特征提取效果，平滑的处理方法，应努力保持参数可以提供信息。4数据平滑，平滑流畅，赏心悦目，但不允许精度对改性大量满足公平性要求应用的测量数据，另一方面，物理边界曲面的多样性，在边界上的一些特征点（边折拐点）必须保留。但不能被视为“坏点”。重新定位5点云数据，形成多个扫描，再夹紧重新定位整合，目前的CAD软件一般都具备这一功能，手工缝合的需要，两部分选择参考点二次定位状态在测量过程中，在两定位测量，基准点定位条件的坐标进行测量，然后确定每个基准点的测量精度来确定一定的规则，并最终显示测量数据的CAD系统的定位下，与数据移动位置，这样所有的数据整合在一定的位置到另一个下。2.3.1点云数据处理测量所得到的数据点一般十分密集，数据量非常庞大，因此常被形象地称为“点云”。这些点云由于测量误差或物体表面反光等原因，会存在大量的杂点，对于一些复杂的曲面，常常采用分块扫描的方法(如车身的覆盖件整体)。进行分块扫描时，点云数据可能丢失或重叠，并且由于扫描过程中存在误差，在点云中存在大量的噪音点，这样的数据是不适合于重构曲面的，这就需要对点云进行处理。一般先对这类点云进行预处理，将数据点规范化，然后再进行曲面的重构，以得到高质量的曲面模型。Imagewar。软件在点云处理方面具有强大的功能，它几乎可以接收所有的三坐标测量数据，并能对点云进行降噪、除杂、取样、光顺和网格化等操作，笔者采用该软件方便地构建出了车门外侧板的cad模型。在处理海量数据时，其中的处理方式是采用定义点距大小的方式简化数据，降低计算量，便于多边形网格化等操作。在imagPwarr软件下打开扫描得到的数据点云，用快捷键Ctrl十1查看，如点的个数、图层、最大可操作距离、点云总体尺寸等。对点云进行预处理，手工删除不需要的及噪点点云。2.3.2曲线的构建和分析处理后的数据可以用来建立一个精确和光滑的曲线。曲线的构造与分析对于曲面的构造非常重要。通过平滑和点数据的约简，可以看出自由曲线的自动拟合会出现抖动现象。这是由于曲线的过多控制点，根据数据点的构造特点，精度和平滑度是关注的焦点。它通常用于调整参数，如公差，曲线的顺序，控制点的数量，和曲线的边界条件之前，构建的自由曲线。曲线被构造后，它也可以被用来修改曲线平滑曲线或连续性边界。从逆向工程的角度来看，在构建曲线时应注意以下几点：现有硬件大多可以得到很多点，即使经过部分提取或特征搜索，数据非常多。其实施工曲线不需要太多的分。连续曲线之间良好的连续性对曲面的连续性有很大的影响。对于同一曲面的构造，最好有相同的曲线参数。如果用相同的参数构造曲线，可以得到更高质量的曲面。当在选定的视图上绘制直线时，系统将被投影到点数据上。当角度作为一个变换时，可以发现，该线已自动贴到点数据成曲线。在参数设置窗口中调整曲线和控制点的数目。绘制曲线后，通常可以使用曲线和点群的误差分析来分析曲线的精度和平滑度。由于点数据在密度上的特征并不一定相同，所以不一定要清楚，所以绘制曲线可以选择到正确的位置是没有预料到的。此外，视角的选择更为重要，视觉上的2D画面是三维的状态，经常有不同的观点而引起的误判，因此在使用此功能，可以使用该软件的显示功能，如使用三角测量显示或照明的方式，帮助特征点的位置，找准位置。1、剖面曲线的施工所谓的轮廓曲线的构造，在数据处理中使用的方法和点数据在同一点上，点数据可以由点组的曲线绘制。该操作方式为指定的轮廓法和区间矢量轮廓参数，系统将自动绘制曲线，功能好且平滑的点组可以相当大，并慢慢改变曲线的施工和表面张力。由于这个曲线是自动构建的，有必要进行修改，修改后的曲线可以被构造为比较的复合表面的要求。除了常用的外逆向工程软件曲线构建上述两种，也有一个简单的几何曲线的构建功能，如孔的模型，也可以使用自动搜索功能，圈画出来，同时系统将显示在中心和半径，但它是循环引用不一定准确。2、曲线修改曲线的修改主要有：曲线的扩展、剪枝、连接等，在逆向工程软件上，大部分通过曲线得到的点进行修正。你可以拖动控制点或线点来调整曲线，而曲线是曲线参数编辑的主要简单，曲面通常更简单，曲线可以构造高质量。这些函数拟合曲线和点群的误差分析函数，可以调整最佳曲线状态。有些软件采用了较为直观的方法来平滑曲面，但完成参数设置后，系统会逐渐改变方式，将曲线变化显示出来，以消除曲线畸变。2.3.3曲线的拟合曲线拟合原理：利用测量仪器获取点数据恢复曲线一般有两种方法：逼近法和内插法。利用曲线拟合近似方法的近似方法，我们必须指定一个允许的误差值，并设置控制点得到测点的投影曲线计算误差曲线，如果误差超过允许误差，需要增加控制点的数目，计算曲线和最小二乘法方法。所有误差曲线，直到投影测量点后的值小于允许值。然后逼近过程中必须增加控制点的数目，和测量点接近曲线，直到误差小于允许值，所以计算时间要求和测量数据和系统指定的允许误差值，如果测量数据非常密集或指定的允许误差是非常小的，手术时间长。插值插值法是将数据插值到两个相邻的测量点，通过这些点得到曲线。这种方法的优点是，曲线可以近似插值。这种方法的优点是，所得到的曲线必须通过所有的测量数据。缺点是，当数据量大，控制轨迹也增加。同时，如果数据是嘈杂的，曲线不会是光滑的。因此，最好是插值的数据，以消除噪音。2.4本章小结近年来，利用AutoCAD软件进行二维平面设计已经非常流行。然而，二维图不能全面、准确地反映设计，设计师和2D图纸，后续的有限元结构分析、运动分析、公差分析，生成的NC代码和设计对象，分析通常是必不可少的，只有三维建模可以满足上述要求。本章重点介绍了，在对工业设计产品进行逆向工程建模的软硬件设备和方法步骤，为下一步进行货车门总成逆向设计分析奠定理论基础。

第三章车门设计及校核3.1货车门外形逆向开发流程3.1.1模型分析通过对卡车外形的观察发现，固体表面主要分为两个曲面。他们的内表面，外表面、侧面和斜面。每个上表面、下表面和侧表面具有共同的表面特征，并可用于生成所需表面。然后切割出来，得到所需的表面尺寸。3.1.2点云数据的获取在汽车车身覆盖件样件的测量中，测量精度并非需要考虑的首要问题，因为覆盖件产品强调的是曲面的整体效果，而不在于局部精度。但要求产品开发的周期尽量短，根据各评判因素的权重系数最终决定采用深圳市思瑞精密机械有限公司的HEREIN三维激光扫描机，将涂有反差剂的车模固定在转台上，装夹时注意摆放角度，保证能够将车模扫描完全，最终完成对汽车模型的数据测量。3.1.3点云数据的处理测量所得到的数据点一般十分密集，数据量非常庞大，因此常被形象地称为“点云”。这些点云由于测量误差或物体表面反光等原因，会存在大量的杂点，对于一些复杂的曲面，常常采用分块扫描的方法(如车身的覆盖件整体)。进行分块扫描时，点云数据可能丢失或重叠，并且由于扫描过程中存在误差，在点云中存在大量的噪音点，这样的数据是不适合于重构曲面的，这就需要对点云进行处理。一般先对这类点云进行预处理，将数据点规范化，然后再进行曲面的重构，以得到高质量的曲面模型。Imagewar。软件在点云处理方面具有强大的功能，它几乎可以接收所有的三坐标测量数据，并能对点云进行降噪、除杂、取样、光顺和网格化等操作，笔者采用该软件方便地构建出了车门外侧板的cad模型。在处理海量数据时，通常的处理方式是采用定义点距大小的方式简化数据，降低计算量，便于多边形网格化等操作。在imagPwarr软件下打开扫描得到的数据点云，用快捷键Ctrl十1查看，如点的个数、图层、最大可操作距离、点云总体尺寸等。对点云进行预处理，手工删除不需要的及噪点点云。图3-1点云信息3.1.4点云的对齐对点云对齐，使用云协调计算机系统的初始输入点三坐标与局部坐标测量机的坐标系和Imageware坐标系统通常不一样，所以导致点云处理的合适位置信息的缺乏，高达+分所以不便。点云对齐。检测初始数据是否对齐的方法是快捷键F1一F8切换到各个视图，观察位置是否对正即可。点云对齐如图2-2所示：图2-2点云对齐图3.1.5点云平行剖切截面在点云上按住右键弹出点云浮动工具条“ParallelCloudCrossSections'，对话框，如图2-3所示为在Cloud栏选择要创建截面的点云，根据预览效果在.`Direction”栏选择要创建剖切方向，勾选"AutoCalculateSpacing”选项.在“Sections”栏输入要创建的剖切截面数量，点击“Apply”按钮完成操作，效果如图4所示。需要注意的是剖切截面的质量会和点云数据的质量十分接近。如果点云数据上有噪音点，每个剖切截面(扫描线)上也将包含这些噪音点，这也是先去除噪音点的原因之一。图2-3创建平行剖切截面图2-4平行截面剖切结果3.1.6曲线误差分析及调整需要注意的是，完成样条曲线绘制后需要进行误差分析。在imageware软件下运行Ctrl+Shift+Q或MeasureICurvetoICloudDifference，出现误差分析对话框，选择误差显示方式。一般选较直观的“ColorMap”彩色图谱形式，一次选择要比较的点云和曲线“Max.CheckingDistance"(最大检查距离)栏输入对曲线的精度要求即最大偏差(一般情况下A级曲面取0.1~0.3)，经过误差分析后结果如图2-5所示，可见最大偏差达0.2427mm，可满足一般曲面要求，想要获得更高精度的曲面，则需要对曲线做进一步的精度调整。将光标移到曲线编辑“EditCurve”按钮上，对曲线的控制点或结点进行调整，用鼠标点击选中一个点或按住Ctrl键选中多个点，然后根据需要对其进行手动调整或单方向上一步步的按既定数值调整，值得注意的是步进值要取得合适，而且值要由大变小，做微调时以0.1~0.2为宜。因为后续要对曲面进行裁剪、缝合等操作，因此要求生成的曲面要超出边界一段距离，需要再次对生成的扫描线进行延伸(E.r-lend)操作。用拉伸构面、扫描构面(Sweep)等方法创建剖平面提取剖面点云，拟合扫描线及扫描轨迹线，完成曲面，然后对曲面组进行裁剪、延伸等编辑操作。如果这时仍有一部分细节特征无法创建。在UGNXS中对曲面进行外观造型设计、进入曲面编辑模式，对曲面进行缝合、修剪、倒圆角最终的曲面效果如图2-8所示。图2-5曲线误差分析结果彩色图谱图2-6曲率分析结果图2-7曲面拟合效果图2-8曲面编辑效果3.2铰链的设计3.2.1铰链的法规零部件设计，都要满足国家相关法规要求，所以设计的基础。铰链的法规如表3-1所示：表3-1铰链的法规标准号标准内容备注GB15086—2006货车门锁及车门保持件的性能要求纵向负荷11110N；横向负荷8890NQC／T586—1999汽车门铰链耐久：铰链进行105次耐久性试验3.2.2铰链的结构作用铰链是车门实现转动的机构。铰链同时也是受力构件，车门关闭时，车门上的承力件为门锁和铰链，当打开车门时，车门的重力完全由铰链来承受。铰链一般包括：固定部分（即铰链座，固定在门柱上）,活动部分（固定在门上）和轴、轴套等。如图2-9所示：图2-9铰链结构图图2-9中所示活动部分通过螺栓与车门相连接，固定部分与车身相连接。在车门开闭过程中活动部分和车门围绕铰链轴做旋转运动。图中脚镣座上的结构中间缝隙为预留焊接间隙。铰链座上的两侧不但对固定臂起到加强筋的作用，还对车门起到限位保护作用。如果车门限位器发生故障，可以限制车门最大开闭位置，使车门和车身不致发生碰撞。在铰链轴和活动部分之间装有轴套。铰链轴套采用高耐磨材料制成，具有耐磨、自润滑、成本低、寿命长、工况要求低等特点。避免了铰链轴和活动部分直接接触，大大较少了铰链轴的磨损，增加了铰链的寿命，同时也提高了车门的使用性能。3.2.3铰链的类型及选择1、铰链有的铰链，在结构形式的暗铰链，在主体外表面呈现外铰链枢轴。本实用新型具有结构简单、紧凑、体积小、重量轻的优点，易于安装和拆卸的门和铰链，铰链是暴露在外的缺点，风阻系数增加，汽车的外观是影响，本实用新型容易划伤。铰链是用在卡车、吉普车和军用车辆。铰链的旋转轴位于本体的外表面内其优点是结构坚固，连接可靠，车门不易下沉；铰链不外露，不破坏车身侧面造型；缺点是结构复杂、尺寸大、重量重、安装调整不方便。货车的车门铰链出于美观和空气动力学的要求，都采用暗铰链。图2-10明铰链（左）和暗铰链（右）图2-11冲压式（左）和自限位式（右）铰链从型式上有自限位铰链和冲压式铰链之分（见图2-11），冲压式铰链相对自限位铰链成本低、重量小、需要的布置空间小、维修性能好，但是不可以拆装车门。自限位铰链对碰撞影响很大，并且还对侧围外板结构、成型性以及密封条布置都有较大影响。但限位清晰，有利于门闭合，并在一些特殊情况下，只能用这种铰链。铰链的链接方式有螺栓链接；也有采用半焊接，半用螺栓连接的方式或采用全焊接的方式。由于焊接引起的变形较大，现普遍采用螺栓连接的方式。铰链的制造有铸件和钣金件。铸件加工难度大，对材料和加工工艺要求高，所以加工成本高，但是不易产生塑性变形。铸件铰链在欧美车上用的较多。钣金件工艺较简单所以加工成本低，但是容易产生塑性变形。钣金件在日韩车系及国产车上用的较多。考虑铰链的强度以及确保门的整体刚度，一般料厚在4mm以上。本次设计采用最常用的钣金冲压式暗铰链，铰链与侧围和车门都使用螺栓连接的方式。下铰链座最低位置距离车门下边缘的距离大于150mm。铰链轴距，前门要求400mm左右，后门要求350mm左右。根据上述原则和要求对铰链间距的布置为HS=390mm，铰链锁柱间距DL=1100mm。则：HS/DL>1/3符合要求。铰链座最低位置距离车门下边缘距离取190mm。2、铰链轴线的确定在铰链轴的布置中，应注意以下几个方面：（1）根据外表面及车门分缝确定铰链轴线；（2）铰链轴安装在更有利的前接近门；原因是：越靠近车门外板的轴，门完全打开，前车门和翼子板间隙和前门缺口较大，避免干扰；轴靠近前门时，A和B柱侵入小；（3）轴线的内倾角一般在0～3°[7]；前、后倾角不超过3°；（4）车门绕铰链旋转的过程中，保证车门与翼子板的间隙在3.5mm以上。把铰链轴线定成内倾和后倾。一般给铰链轴心线的后倾角和内倾角的范围在3度以内，这个倾角有两个作用，一个是车门打开时车门有一个向上运动，防止车门碰到街边的台阶；另外借助重力可以让关门变得轻松。倾斜角度的铰链轴在x=0平面的Z轴（参见图2-12（左）；角指角之间在y=0平面铰链轴和Z轴（见图2-12（右）），在重力作用下屏障可以自动关闭。图2-12轴线内倾角图（左）和轴线前、后倾角（右）根据以上布置要求，通过CATIA软件对车门铰链轴线进行确定。首先通过逆向的思路，明确在CATIA软件里得到铰链轴线的方法。铰链轴线在空间上有唯一确定的位置，那么轴线在整车坐标下的XZ和YZ平面内的位置就是确定的。反过来，可以在XZ和YZ平面做两条直线作为轴线投影，然后在CATIA创成式外形设计模块分别对轴线在两个平面上的投影线进行拉伸得到两个面，使用相交命令做两个面的交线即为铰链的轴线。图2-13铰链轴线综上三部分设计结果考虑实际加工装配精度问题，对一些尺寸数值在精度允许范围内进行圆整得到铰链的总布置结果如下：铰链轴线的内倾角2.25°，前倾角2.25°铰链轴线与车门锁柱的距离DL为1100mm；铰链间距HS为390mm;车门的最大开启角度为60°。3.2.4铰链运动仿真校核在车门开闭过程中，可能出现的干涉位置只有前门与A柱翼子板、门与铰链。在装配设计模块对可能的干扰源的位置做了简介，然后在DMU运动机构模块将沿中心线旋转的门，你可以看到。通过分析门的运动，可以得出结论，门可能会干扰列翼时，门达到最大开口。图2-14为车门达到最大开度下的仿真模型剖面图，从图中可以得知车门和A柱翼子板间有足够的安全距离。图2-14车门与A柱翼子板校核剖面图图2-15车门与铰链校核剖面图车门与铰链的固定臂在车门完全开启状态下有可能发生干涉。同样使用做剖面的方法进行校核。图2-15为车门开启状态下的铰链剖面图，从图中可以得知铰链固定臂与门也有足够的安全间隙。考虑到白车身及车门铰链在制造和安装过程中产生的累积误差，要对铰链轴心做进一步的校核。结合国外一些先进设计经验，给出一个3mm×4mm（车身前后方向±2的误差即AB=4，车身左右方向±1.5的误差即BC=3）的误差矩形（见图2-16）。车门铰链中心在这个误差距形内运动，车门与周边零件不能发生干涉。图2-16误差矩形3.3车门锁的布置1、车门锁的功能汽车门锁系统是一个锁，锁，锁芯，钥匙，内、外拉手、连接杆、电缆接头的工作，以达到安全门开闭功能的机电一体化系统，是一套功能，安全门盖系统[9]与装饰发展。在驾驶和停车过程中，确保车主和乘客的安全。2、车门锁的结构，它的主要组成如下图所示：图2-17车门锁的主要组成表4-1车门锁的组成零件序号零件名称1内开手柄2传动拉杆3外开手柄4锁本体5锁芯6锁扣3、门锁的选用为节省成本一般采用厂家现有成熟，在相同的价格区间内，优先选用体积小，集成性高，密封性好，功能选用比较齐全（配置升级方便性）产品；车门锁总成尺寸应包括各活动臂运动扫过的轮廓区域，还应考虑拉杆拉线所需空间等因素，决定门锁允许布置空间因素有车门宽度，导轨位置，玻璃平面等。4、门锁的布置锁体布置步骤：（1）设计输入：确定借用的锁体数据，并将锁体锁扣啮合数据校核准确，收集到外板computeraddedstying（计算机辅助造型曲面设计）面，门内板初始面，门洞computeraddedstying面，密封截面，B柱初始数据，玻璃面，导轨等数据。（2）锁体位置大致定位：X方向：尽量避免和外把手相距太远，缩小外把手和锁体在X向的距离，以保证把手外开力可靠的传递到锁体上，同时保证与玻璃导轨距离至少15mm。Y方向：锁体最大尺寸不能超过门内板基本面，确保锁体布置在内外板之间，以保证密封配合面设计的方便性。锁扣布置在B柱或C柱安装面上。Z方向：理想的高度位置的锁母的冰体在垂直表面的铰链轴的中心，这使得门锁和铰链的两个isosceles三角形状，或重力中心的门组件（包括冰饰）在同一水平线。同时应考虑布置在外把手及其内开把手下端，利于合理布置外开，内开拉杆。图2-18Z向布置（3）锁体位置微调以保证：1）在啮合瞬间，锁体卡板与锁扣垂直啮合。2）在啮合过程中（从接触锁扣到卡到全锁位置过程），啮合线在锁扣中心平面内（锁扣中心平面为：过锁柱两中心线的平面）。3）保证锁体安装面与锁扣安装面的冲压角度满足要求。详细说明：4）在啮合状态，锁扣与卡板垂直，在啮合瞬间，最理想的状态是锁体的运动方向是：以铰链轴线为圆心，经过啮合点的圆的切线方向。这就要求锁柱啮合点延长线与铰链轴线相交。即要求锁扣圆柱段中心线与以铰链轴线为圆心，过啮合点的圆弧的切线为90°。实际布置过程中，由于各种条件的限制，很难保证90°，允许有±3°以内的偏差。图3-19啮合点延长线与轴线相交图3-20圆柱段中心线与铰链轴线关系5）要保证啮合过程中，啮合线在锁扣中心平面内，需要保证垂直与铰链轴线，且过啮合点的平面与锁扣中心面与卡板中心面交线夹角为0°。允许有小角度的偏差，偏差最大不超过锁体开口两边的角度。3.4玻璃面的设计校核1、提取（计算机辅助造型曲面设计）上玻璃面2、还原玻璃外形3、提取computeraddedstying玻璃的两个边4、通过减少在两个边界线中心的玻璃的形状5、以直线建立一个平面6、在平面上做草图草图内容：1）画一个圆（半径先取一个随机），中心线与第四直2)绘一直线，直线过圆心，且是水平方向（或垂直方向）；3）绘另一直线，直线一端在圆心上，另一端在圆上；4）标注圆的大小和两直线的夹角。图3-21第6步草图7、做第二根直线第一直线的另一端的直线的一端，第第五条的另一侧的第二直线的一端的一端。8、作平面；垂直第七步的直线且过其端点。9、做草图10、调整第六步草绘测量的参数11、在圆上取三点做圆弧线12、通过圆弧和第八步平面拉伸一曲面（假玻璃大面）。13、检测14、绘制螺旋线（保证玻璃面与computeraddedstying面完全一致）1）过玻璃大面作轴线2）在玻璃边界线的提取（选择较长的线）端点对投影轴3）链接端点与投影点4）测量两链接线的距离及角度5）画第二条螺旋线；同一方向的5步，间距的大小与66.436×360／18.434。图3-22绘制螺旋线16、作玻璃面1）以两条螺旋线在第二步所作大面的投影线剪切此大面2）再用玻璃上下边界剪切17、校核螺旋线与玻璃大面1)玻璃将运动到下止点，玻璃边界与螺旋线偏差不大于0.3mm2)玻璃在各位置相差在0.5mm范围内，故此玻璃面合格。图3-23检查玻璃面3.5限位器的布置和运动校核3.5.1限位器标准一般要求应按照批准的产品图纸和技术文件，并符合本标准的要求。限制器应符合图案中指定的正确安装位置。限幅塑料表面应不可见划痕、斑点、毛刺边缘和严重收缩缺陷；涂层和化学处理层的金属零件应均匀结晶，无锈蚀、剥落、色泽缺陷。限位装置应有减震结构，振动不能传递给机体。（2）性能要求限位装置应能承受80000次门开关耐久性试验，应平稳运行，无限卡滞后现象，在试验过程中，清除移位，无声音，无异常噪音，无异常现象，严重噪音、磨损、变形和断裂。限幅器的噪声应小于65Db。移动力：限幅器的转变应在350n~400n抗过载性：限位器应能承受≥280N•m的过载力矩。耐低温性：限位器应能经受-30℃低温试验2h，试验后开启力矩最大值为50N•m，关闭力矩的最大值为60N•m。耐高温：限位器应能经受+80℃高温试验2h，试验后开启力矩最大值为50N•m，关闭力矩的最大值为60N.m。耐温度变化性：限位器应能经受温度变化试验，试验后开启力矩最大值为50N•m，关闭力矩的最大值为70N•m。3.5.2限位器类型和选择在目前的汽车车门上主要存在两类限位器结构，一类是拉杆式限位器（图3-24），这类限位器由于结构简单，成本低得到广泛应用，一般货车上都使用此类。缺点是制造和装配要求较高，装配时不好，容易产生不正常的声音；另外，齿轮的感觉也不是很清楚。另一种保持架和门铰链集成（图3-24），限位装置主要用于其他框架不能满足个人的限制安装使用，限位器结构复杂，容易发生爆震问题；高与此配置的铰链的设计与制造，从而减少限制器。图3-24拉杆式限位器（左）和集成于铰链的限位器结构（右）考虑整车的定位级别和成本问题，本次设计采用最常用的拉杆式限位器。3.5.3限位器的结构作用杆式限制器的结构比铰链复杂，限制器的结构如图3-25所示。门限制器的作用是限制开门的程度。一方面，它可以限制门的最大开度，防止门开得太大，与车身或其他部件发生碰撞；另一方面，它可以使门保持开着，如车停在坡道上或刮一般风时，门不会关上。限位器通常可以将车门限制在全开和半开两个状态[13]。图3-25限位器结构图3.5.4限位器主臂的设计通过简化，限制器的主臂可以被视为曲线，限制器盒可以被视为一个点。首先，门被旋转到最大开口位置，并且当最大开口被打开时，该块的位置被发现。步骤如下：（1）限幅箱视为直线，直线中心位置的主臂曲线交点有限箱体沿轴心轨迹的铰链（其中轨迹分为10步）。（2）限制器的旋转中心的中心是圆的中心。（3）限位盒的中心点是垂直于限制器的直线，长度在台阶的两个圆之间（2）。（4）在步骤（3）中的直线从最外面的直线开始，并且限制装置轴旋转到下一直线上。（5）通过类比得出极限臂曲线。图3-26限位器主臂曲线从理论上讲，限位器应满足每一个连续开角的极限要求，但考虑到难度和简单的机构指导，通常限制器被划分成几个档位来控制门的开闭，本设计采用双速限制器。其特征在于限位装置的主臂与限位盒中的滑块的接触面上设有凹槽。3.5.5限位器轴线的确定限位器轴线的确定是限位器布置的核心工作，轴线的布置主要有两方面的要求。一是空间要求：限位器旋转轴线要与铰链轴线平行。为了减小限位器的有效摩擦，提高其使用寿命，降低开发难度，一般有必要限制中心线的最小力臂。因此，应该限制远离门铰链中心线，一般60mm以上的距离，以增加限位臂[15]。二、对周边部位的安全间隙要求：（1）工具安装空间设置在限位盒的固定螺钉的周围。限位箱与车门玻璃盖面、玻璃导轨应具有足够的安全间隙；（2）在限位臂的运动过程中，应该有足够的安全间隙与玻璃盖；（3）在限位器臂的运动过程中，内板应具有足够的安全间隙；（4）在限位器臂的运动过程中，与内蒙古皮焊总成应具有足够的安全间隙；（5）限位臂与限位箱的夹角一般不超过8度；（6）应考虑在钣金工艺可行性限制器在内蒙古门上安装的皮肤。根据以上布置要求，通过CATIA软件对车门限位器轴线进行确定。由于限位器轴线和铰链轴线平行，可以在垂直于铰链轴线的平面上创建一个点作为限位器轴心，然后拉伸这个轴心的方法得到一条直线即为限位器轴线。在草图里对所创建的点按照上述要求与铰链轴心进行约束，使限位器轴线有唯一确定的位置。然后再通过反复调整点的位置来得到合适的限位器轴线（见图3-27）。图3-27确定限位器轴线图3-28限位器轴线通过上述布置过程得到限位器轴线与铰链轴线的位置关系：水平方向距离33.3mm，竖直方向距离60.4mm。3.5.6限位器轴向方向位置确定图3-29限位器轴线方向位置图限位器在轴线方向的位置确定后，整个限位器的安装位置就确定了。因此，在布置限位器轴线方向位置时不但要考虑布置轴线位置时的各种安全间隙问题，而且有以下两点布置要求需要考虑：（1）在设备的轴位置的方向的限制应尽可能在上部和下部铰链的中间或由放置；（2）尽量在玻璃导轨最弯处，以保证限位臂与玻璃导轨有足够的安全间隙。综合考虑以上布置要求，对限位器的布置结果如图3-29所示。限位器连接架下表面与车门下铰链固定件上表面的距离为87.4mm。综合以上布置结果，对限位器的装配结果如图3-30所示：图3-30限位器装配图3.5.7限位器运动仿真校核对于限位器的校核，主要是看在车门运动过程中限位臂是否与周边零件发生干涉。在限位器运动过程中，有可能发生干涉的部位是限位臂和玻璃导轨。所以只需分析限位臂和玻璃导轨在车门运动过程中的间隙即可。限位臂与玻璃导轨之间的最小间隙在10mm以上通过运动仿真测出在车门运动过程中限位臂与玻璃导轨间距（见图3-31）数据。在EXCEL中对所得数据进行分析得出图3-32所示曲线图。图3-31限位臂与玻璃导轨间距测量图3-32限位臂与玻璃导轨间距变化曲线从图3-32中可以得出无论车门处在任何开启角度，限位臂和玻璃导轨的间距都在10mm以上。当车门开启9°时限位臂与玻璃导轨产生最小间距11.8mm（见图3-33)。图3-33车门开启9°时限位臂与玻璃导轨间距经过上述运动校核，得出限位器的布置结果符合要求。3.6车门运动仿真校核车门附件布置完成以后，都要经过检验校核才能确定其位置的合理性。判断车门铰链和限位器布置结果是否合理的原则很简单，就是看在车门运动过程中会不会与周边部件发生干涉。最直观的检验方法是通过车门的运动仿真来实现，在车门的运动过程中测量有可能发生干涉的两部件之间的距离看能否满足安全要求。车门运动仿真模型的建立要用到CATIA软件的装配设计模块和DMU运动机构模块。由于本课题只对铰链和限位器进行布置设计，所以，只对铰链和限位器的运动关系进行仿真分析。3.7运动关系分析铰链的运动关系是一个转动副，在车门开闭过程中由车门带动铰链的活动件围绕铰链轴做旋转运动。限位器的运动是复合运动，在门的开启和关闭过程中，限定在车体门上的限位块驱动限位臂绕限位器的轴线旋转。其中限位器盒推动限位臂的运动是一个高副，用一个转动副和移动副来代替；限位臂绕轴线的旋转运动是一个转动副。由于限位器的轴线与铰链轴线是平行的关系，所以车门运动机构可以简化在同一平面内。其运动机构简图如图3-34所示：图3-34车门运动机构简图表3-4车门运动机构零件序号零件名称1铰链轴心2限位器轴心3车门4限位臂在整个车门运动机构中，铰链的固定臂和限位器的连接架是固定构件，车门以及固定在其上的铰链传动臂和限位器盒是原动件，限位臂是从动件。从图3-34可以得知机构有三个活动构件n=3，包含三个转动副和一个移动副PL=4，所以机构自由度：该机构有一个原动件（车门），原动件个数和机构自由度数相等。3.8仿真模型建立在CATIA软件里建立仿真模型的第一步是，在装配设计模块完成车门的装配工作，然后输入DMU运动机构模块进行运动关系的约束来完成仿真模型。由于铰链和限位器建模时是在同一个PART里完成的，因此，在装配车门之前，需要先对铰链和限位器模型进行拆分。根据上述理论分析，铰链需要分为两部分，传动臂单独作为一部分，剩下的固定臂、铰链轴和轴套共同作为铰链固定臂部分。限位器需要分为三部分，限位器盒及其内部的限位块和橡胶块共同作为限位器盒部分，连接架和铆钉为连接架部分，剩下的限位臂、挡块、缓冲块和销共同作为限位臂部分。图3-35铰链结构拆分图表3-5铰链结构拆分零件序号零件名称1