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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1汽車(chē)車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)行業(yè)形勢(shì)
車(chē)門(mén)是轎車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)中十分重要而又相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到整車(chē)的舒適性和安全性，其性能直接影響著車(chē)身結(jié)構(gòu)性能的好壞。它是車(chē)身中工藝最復(fù)雜的部件，涉及到零件沖壓、零件焊接、零部件裝配、總成組裝等工序，尺寸配合和工藝技術(shù)等要求都非常嚴(yán)格。因此，車(chē)門(mén)要求密封性好、防塵、防水、隔音，如果車(chē)門(mén)的質(zhì)量差，時(shí)間久了容易產(chǎn)生車(chē)門(mén)卡死、關(guān)閉不嚴(yán)等現(xiàn)象，隨之帶來(lái)的噪聲和振動(dòng)不但降低乘坐舒適性，而且容易造成汽車(chē)零部件的損壞。
過(guò)去的車(chē)型主要以整體式車(chē)門(mén)為主，如桑塔納、富康、賽歐、派力奧等等，只有在部分高端車(chē)型上才使用分體式車(chē)門(mén)；從不同車(chē)系來(lái)看，日韓車(chē)系更多的采用分體式車(chē)門(mén)，而一些歐美車(chē)型依然沿用整體式車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)；從車(chē)門(mén)內(nèi)部構(gòu)件來(lái)看，防撞梁由鈑金件代替過(guò)去的管梁結(jié)構(gòu)，限位器由凸輪機(jī)構(gòu)式替代了傳統(tǒng)形式的拉桿式，玻璃升降器由雙導(dǎo)軌繩輪式結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的齒輪式結(jié)構(gòu)等等。
由于分體式車(chē)門(mén)顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)，而其缺點(diǎn)也可以通過(guò)一些工藝手段輕易的解決，越來(lái)越多的車(chē)型上開(kāi)始采用分體式車(chē)門(mén)，目前幾乎所有檔次的車(chē)型都開(kāi)始采用。而一些老車(chē)型在進(jìn)行換代開(kāi)發(fā)時(shí)也開(kāi)始用分體式取代原來(lái)的整體式車(chē)門(mén)，如：老款的蒙迪歐和新款蒙迪歐、老款的馬自達(dá)323和新款的馬自達(dá)3等。
21世紀(jì)以來(lái)，“安全、環(huán)保、節(jié)能”的造車(chē)?yán)砟钜鸦敬_立。隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括車(chē)門(mén)的輕量化設(shè)計(jì)都成為研究的重點(diǎn)，其中逆向設(shè)計(jì)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。然而，從每年交通事故比例看，側(cè)撞要占1/3左右，其致死率僅次于正面碰撞，而致傷率則居第一位。2006年7月1日起正式實(shí)施的側(cè)撞法規(guī)主要要求的是車(chē)輛側(cè)門(mén)結(jié)構(gòu)的安全性。因此，在概念設(shè)計(jì)階段完成好車(chē)門(mén)的布置設(shè)計(jì)是轎車(chē)前車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中相當(dāng)關(guān)鍵的一環(huán), 可以為以后的詳細(xì)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)將依據(jù)轎車(chē)前車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀做進(jìn)一步改進(jìn)，充分考慮影響車(chē)門(mén)開(kāi)度的各種因素（H點(diǎn)、人體模型尺寸、頭部間隙、高寬度、A柱視野障礙角等），采用Y型防撞梁、三道密封條等設(shè)計(jì)，優(yōu)化門(mén)鉸鏈、門(mén)鎖及門(mén)窗附件等的布置，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與逆向造型設(shè)計(jì)在汽車(chē)車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行及車(chē)門(mén)各附件的功能、結(jié)構(gòu)等的分析、計(jì)算和校核，總成及零部件的布置，車(chē)門(mén)密封、通風(fēng)設(shè)計(jì)等，最后應(yīng)用Auto CAD等軟件進(jìn)行繪圖。
1.2車(chē)身外形設(shè)計(jì)在汽車(chē)工業(yè)中的地位和意義
在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中，車(chē)身作為汽車(chē)的三大總成之一和新車(chē)型的象征，其研制與生產(chǎn)技術(shù)的水平是汽車(chē)工業(yè)水平的重要標(biāo)志。車(chē)身工程已經(jīng)為汽車(chē)工業(yè)中發(fā)展最迅速而最具活力的分支之一。一個(gè)總成設(shè)計(jì)優(yōu)良的汽車(chē)品牌在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的成敗主要取決于其外形能否吸引顧客和能否不斷更新。一部汽車(chē)的地盤(pán)生存周期一般在10年左右，而車(chē)身的生命周期只有3~5年。一個(gè)國(guó)家沒(méi)有高水平的車(chē)身研制與生產(chǎn)技術(shù)，就沒(méi)有自主發(fā)展的汽車(chē)工業(yè)，就難以在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。因此，如何利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，加快車(chē)身設(shè)計(jì)總體和外形的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，是一個(gè)汽車(chē)品牌在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地的重要法寶。
探討汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的理論和實(shí)際意義主要體現(xiàn)在有助于促進(jìn)汽車(chē)車(chē)身制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，有助于縮短車(chē)身產(chǎn)品的在設(shè)計(jì)周期，有助于制造和完善各種外形美觀的車(chē)身產(chǎn)品，有助于提高車(chē)身產(chǎn)品的制造精度和經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 傳統(tǒng)車(chē)身外形設(shè)計(jì)方法
汽車(chē)車(chē)身外形是汽車(chē)結(jié)構(gòu)中與底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)并列的三大部分之一，其開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期最長(zhǎng)，圖紙及工藝準(zhǔn)備的工作量最人，并且還經(jīng)常要改型，不像底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)那樣容易做到系列化、通用化。
車(chē)身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于組成車(chē)身外形的各個(gè)零部件多為尺寸大而形狀復(fù)雜的空間曲面(即所謂人型覆蓋件)，這些空間曲面無(wú)法用一般的機(jī)械制圖方法將其完整地表現(xiàn)出來(lái)，因而不得不建立立體模型作為依據(jù)。為了使這些圖紙和換型能夠確切地表現(xiàn)出車(chē)身的形狀和結(jié)構(gòu)，需要通過(guò)一套復(fù)雜的設(shè)計(jì)程序來(lái)完成。
在傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)方法中，車(chē)身的設(shè)計(jì)信息和數(shù)據(jù)的傳遞主要是靠二維圖紙和主模型，人的手工設(shè)計(jì)部分較多。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法克服的缺點(diǎn)土要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、人力物力消耗大。傳統(tǒng)的車(chē)身設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需要美工人員、工程技術(shù)人員及其工人通力合作，如二維工程圖(車(chē)身曲線圖的繪制)、土模型的制作和保存、模具設(shè)計(jì)、制造、研配和調(diào)試、生產(chǎn)準(zhǔn)備中的工藝設(shè)計(jì)等都將耗費(fèi)人量的人力和物力。
2、設(shè)計(jì)精度低、周期長(zhǎng)。精度低的主要原因在于設(shè)計(jì)和生成準(zhǔn)備的各個(gè)環(huán)節(jié)之間信息傳遞是一種“移形”，例如由主圖板制作主模刑，由主模型進(jìn)行加工工藝補(bǔ)充，制造工藝模型，由凸的工藝模型翻成凹的工藝模型，再由工藝模型反靠加工沖模，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)這些環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換，各種人為的誤差就在所難免，導(dǎo)致加工出的模具精度無(wú)法保證，只有靠下一步的手工研配來(lái)解決。
3、車(chē)身定型過(guò)早且不能進(jìn)行并行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)基本上是一種單向不可逆設(shè)計(jì)狀態(tài)，產(chǎn)品一旦定型，修改或改型非常困難，通用化、系列化程度低。
此外，現(xiàn)代汽車(chē)的車(chē)身零部件由于結(jié)構(gòu)和美觀的需要，空間曲面日趨復(fù)雜化，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法己很難滿足設(shè)計(jì)要求。
傳統(tǒng)的車(chē)身設(shè)計(jì)方法的流程可用圖1.1來(lái)表示。
繪制1:5的車(chē)身總布置圖
繪制縮小比例的色彩效果圖
制作縮小比例的油泥模型
繪制1:1油泥模型并繪制1:1黑板圖
繪制1:1的內(nèi)板模型圖
繪制車(chē)身主圖版
繪制車(chē)身工作圖
繪制主模型
模具設(shè)計(jì)和制造
樣式試制、生產(chǎn)準(zhǔn)備
圖1. 1 傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)方法流程圖
1.4現(xiàn)代車(chē)身外形設(shè)計(jì)方法
近幾年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)(CAD/CAM/CAE/CIMS等)的迅猛發(fā)展，車(chē)身外形設(shè)計(jì)方法己經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的突破。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息來(lái)源的不同采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的流程上要分為以下幾大類(lèi)：
1、產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)(仿形設(shè)計(jì))，如圖1.2所示，產(chǎn)品信息來(lái)源土要是實(shí)物(樣車(chē))、二維圖紙等。
2、產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)(概念設(shè)計(jì))，如圖1.3所示，產(chǎn)品信息來(lái)源土要是圖片、模型及造型人員的設(shè)計(jì)思維等。
3、基于上述兩者之間的交互式設(shè)計(jì)(改型設(shè)計(jì))。
汽車(chē)造型設(shè)計(jì)
總布置圖
設(shè)計(jì)思維
設(shè)計(jì)思維
1:5油泥模型
平面效果圖設(shè)計(jì)
1:1油泥模型
CAD面表模型建構(gòu)
制定曲面分塊方案
油泥數(shù)控銑削造型確定
模擬表面數(shù)據(jù)采集
CAD結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)
點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析處理
CAE分析
曲面拼接、精修
快速原始制造
曲面數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估
模型設(shè)計(jì)及制造
最終造型審查
樣車(chē)試制生產(chǎn)準(zhǔn)備工作
圖1. 2 產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)(仿形設(shè)計(jì)) 圖1. 3 產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)(概念設(shè)計(jì))
現(xiàn)代車(chē)身設(shè)計(jì)中大量采用CAD/CAM技術(shù)，這會(huì)帶來(lái)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：
1、提高了設(shè)計(jì)精度：造型一旦完成建立了車(chē)身外表面的數(shù)學(xué)模型并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)管理便可以多方共享，為生產(chǎn)準(zhǔn)備、工裝設(shè)計(jì)制造提供方便、詳細(xì)、準(zhǔn)確的原始依據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，使模具加工的精度大大提高，并可消除凸凹模之間的研配，使調(diào)試、修改的工作量大為減少。
2、提高了設(shè)計(jì)和加工效率，縮短了設(shè)計(jì)和制造周期：一方面表面數(shù)學(xué)模型可直接用來(lái)進(jìn)行沖模設(shè)計(jì)，提高沖模設(shè)計(jì)的成功率，另一方面模具的制造可以通過(guò)直接引用CAD模烈進(jìn)行數(shù)控加工，從而大大提高了模具制造的速度。
3、可以方便地將造刑結(jié)果的CAD數(shù)學(xué)模型用于車(chē)身設(shè)計(jì)中的各種分析；建立了車(chē)身的CAD數(shù)學(xué)模型后，即可用于車(chē)身的強(qiáng)度、剛度有限元分析、車(chē)身覆蓋件成烈模擬和空氣動(dòng)力特性模擬，獲得對(duì)招個(gè)車(chē)身設(shè)計(jì)的車(chē)身剛度，車(chē)身安全性，整車(chē)空氣動(dòng)力特性的初始評(píng)定，使得設(shè)計(jì)的可信度大為提高。有了這樣一個(gè)基礎(chǔ)，一般只需要試制一輪樣車(chē)作為驗(yàn)證，產(chǎn)品即可定型。
4、在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上改型和換刑比較容易?？梢员苊獯舐柗辨i重復(fù)性的工作，縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期、提高效率。如轎車(chē)的二廂、三廂車(chē)的設(shè)計(jì)，卡車(chē)的單排、排半、雙排、寬車(chē)、窄車(chē)、高頂、平項(xiàng)系列車(chē)身的設(shè)計(jì)等，均可在一個(gè)車(chē)身平臺(tái)的基礎(chǔ)上衍生多個(gè)車(chē)身，使得產(chǎn)品的系列化、通用化程度大人提高，極人的滿足了客戶的需求。
1.5車(chē)門(mén)的流程化設(shè)計(jì)
車(chē)門(mén)是汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，同時(shí)相對(duì)獨(dú)立，是供乘員或貨物進(jìn)出的必要通道。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整車(chē)的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘坐空間等諸方面的優(yōu)劣。
車(chē)門(mén)主要由車(chē)門(mén)內(nèi)外板、內(nèi)飾板、加強(qiáng)梁、加強(qiáng)板、車(chē)門(mén)玻璃及升降器、門(mén)鎖、內(nèi)外手柄、車(chē)門(mén)鉸鏈、限位器、車(chē)門(mén)密封條和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車(chē)門(mén)從布置到設(shè)計(jì)再到制造，每一個(gè)環(huán)節(jié)考慮的因素都比較多，既要保證車(chē)門(mén)與整車(chē)的協(xié)調(diào)一致，還要保證車(chē)門(mén)本身的技術(shù)要求。很多時(shí)候，各個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)循環(huán)反復(fù)的過(guò)程，造成了傳統(tǒng)的車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)難度與周期很長(zhǎng)。
車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)必須走流程化的道路，并且要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)做早期的判斷分析、循環(huán)優(yōu)化，是目前我們公司正在努力探索的一個(gè)方向。車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)分析的早期介入，可以及早解決因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的機(jī)能件運(yùn)動(dòng)干涉、鈑金成型性差、總成的振動(dòng)特性無(wú)法滿足整車(chē)NVH的需要，避免后期修改造成的資金與時(shí)間上的大量浪費(fèi)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，結(jié)合知識(shí)工程，各大汽車(chē)公司紛紛建立了自己的研發(fā)流程，確立了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車(chē)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
長(zhǎng)期以來(lái)，車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，使得車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的后期分析可以提前到設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行，使設(shè)計(jì)的難度降低。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)兼顧的方面多、初期布置復(fù)雜、需要有豐富的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，基于流程與知識(shí)的車(chē)門(mén)布置很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。所以本課題以某款新車(chē)的開(kāi)發(fā)為例，在該領(lǐng)域做一些研究是很有意義的。
1.6 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
基于逆向的現(xiàn)代車(chē)身設(shè)計(jì)方法日前己在技術(shù)先進(jìn)的國(guó)外汽車(chē)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。世界上比較大的汽車(chē)公司都已普遍采用CAD系統(tǒng)進(jìn)行車(chē)身的二維設(shè)計(jì)，如車(chē)身的總布置(人機(jī)工程)、內(nèi)外覆蓋件的曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件結(jié)構(gòu)和裝配設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)，并自動(dòng)生成相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)檔。CAM/CAE乃至CIMS技術(shù)應(yīng)用也很普遍。各大汽車(chē)制造公司都擁有自己龐大的車(chē)身開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，而且不惜投入巨額資金建立先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)發(fā)或引進(jìn)專(zhuān)門(mén)的軟件進(jìn)行車(chē)身設(shè)計(jì)。
在車(chē)身設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用較多的可進(jìn)行逆向工程設(shè)計(jì)的軟件包主要有美國(guó)ALIAS公司的Autostudio, IBM公司的子公司Daussault的CATIA, EDS公司的UG、參數(shù)技術(shù)公司的PRO/Engineer等。這些軟件都屬于通用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，具有較強(qiáng)的曲面設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)能力或混和設(shè)計(jì)功能，并能支持機(jī)械制造的全過(guò)程，即設(shè)計(jì)建?！こ谭治觥庸ぶ圃欤行┥踔聊茌^好的支持車(chē)身設(shè)計(jì)的最初階段，即概念設(shè)計(jì)(Concept Design)階段(如Autostudio)，并通過(guò)一定的手段將其與建模結(jié)合起來(lái)，將平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為二維模型。
國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)用于汽車(chē)設(shè)計(jì)始于70年代。長(zhǎng)春汽研所研制了曲面光順程序車(chē)身專(zhuān)用功能板，建立了其車(chē)身設(shè)計(jì)用的圖形庫(kù)，開(kāi)發(fā)了基于逆向工程基礎(chǔ)上的汽車(chē)車(chē)身表面造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪制車(chē)身土圖板和車(chē)身零件圖，提供加工主模型NC數(shù)據(jù)，制作土模型的能力。北京汽車(chē)摩托車(chē)制造公司研制了BJA-BSM車(chē)身CAD系統(tǒng)，成功地應(yīng)用于BJ124, BJ125等各種新車(chē)型的車(chē)型工作。上海通用汽車(chē)、上海同濟(jì)同捷科技有限公司等對(duì)基于逆向工程基礎(chǔ)上車(chē)身設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行了比較深入地研究，形成了一套比較完善的車(chē)身開(kāi)發(fā)程序。但在逆向工程點(diǎn)數(shù)據(jù)處理、曲面表面光順、數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換過(guò)程等方面仍存在很多急需解決的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)很多中小汽車(chē)企業(yè)由于資金、設(shè)備和人員的限制，使得對(duì)UG的應(yīng)用水平不高，未能對(duì)基于逆向I程基礎(chǔ)上的車(chē)身設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，或者僅應(yīng)用逆向工程的某一領(lǐng)域，應(yīng)用得最多的也只是對(duì)產(chǎn)品做局部或少黃的改動(dòng)?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)逆向工程在汽車(chē)車(chē)身外形設(shè)計(jì)中應(yīng)用的深度和廣度與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大差距，尤其在CAD/CAM、UG集成應(yīng)用等方面還處于起步階段。
1.7本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容
本設(shè)計(jì)是以威馳汽車(chē)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為依托，主要完成了車(chē)門(mén)限位器設(shè)計(jì)、后視鏡設(shè)計(jì)、外板設(shè)計(jì)、內(nèi)板設(shè)計(jì)、門(mén)鉸鏈設(shè)計(jì)、門(mén)鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、玻璃升降器設(shè)計(jì)、防撞梁設(shè)計(jì)及門(mén)玻璃等設(shè)計(jì)。并對(duì)車(chē)門(mén)各個(gè)機(jī)能件選型，結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行了深入的研究。
第2章 車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)流程及主要硬點(diǎn)
在本章里，我們將以威馳車(chē)的開(kāi)發(fā)為例，從車(chē)門(mén)外表面建立發(fā)布開(kāi)始，到車(chē)門(mén)生產(chǎn)裝車(chē)為止，介紹車(chē)門(mén)鈑金、密封與機(jī)能件的前期布置方法、設(shè)計(jì)流程以及簡(jiǎn)單介紹后期的技術(shù)處理。
2.1車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)流程
1)確定車(chē)門(mén)類(lèi)型
一般情況下，車(chē)門(mén)類(lèi)型根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)及使用調(diào)研分析結(jié)果來(lái)確定，然后再結(jié)合汽車(chē)廠以前產(chǎn)品存在的問(wèn)題，以及保持結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、工藝的延續(xù)性等，最后確定車(chē)門(mén)的類(lèi)型和選擇車(chē)門(mén)上的附件。一般在確定車(chē)門(mén)類(lèi)型時(shí)，我們應(yīng)考慮如下一些因素，車(chē)門(mén)的實(shí)用性、舒適性、安全性、密封性、工藝性和藝術(shù)性等。
2)初步確定車(chē)門(mén)邊界
在車(chē)門(mén)類(lèi)型確定后，就可根據(jù)車(chē)身外表面線圖及車(chē)身總布置確定車(chē)門(mén)的尺寸和位置。車(chē)身骨架與車(chē)門(mén)的相對(duì)關(guān)系，鉸鏈及門(mén)鎖的位置、窗玻璃中心線等。同時(shí)車(chē)門(mén)與座椅的相對(duì)位置也很重要，要用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)進(jìn)行校核，在確定車(chē)門(mén)邊界時(shí)，各邊界處的結(jié)構(gòu)斷面應(yīng)該初步確定下來(lái)。在具體確定邊界線時(shí)還可以做一定修改，以適應(yīng)其它的要求。窗玻璃中心線與鉸鏈中心的位置對(duì)邊界的走向有很大影響，車(chē)門(mén)與門(mén)洞之間采用幾道密封以及密封條的固定方法都直接影響邊界的確定。
3)車(chē)門(mén)附件布置
關(guān)于車(chē)門(mén)附件，除了門(mén)鎖、鉸鏈、玻璃升降器三個(gè)主要部件外，車(chē)門(mén)后視鏡
車(chē)燈、空調(diào)裝置、音響設(shè)備等也可能布置在車(chē)門(mén)上。車(chē)門(mén)附件的布置在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)中占有很大的工作量，而車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大部分也是為了解決車(chē)門(mén)附件的緊固和保證車(chē)門(mén)附件在使用中的可靠性和方便性。
4)車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
進(jìn)行車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)際就是把前面的工作細(xì)化。應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題，
要考慮零件的加工工藝，設(shè)計(jì)的東西必須能夠制造出來(lái)。無(wú)論汽車(chē)外形設(shè)計(jì)如何漂亮，但如果制造不出來(lái)，它只是一幅藝術(shù)畫(huà)，沒(méi)有任何實(shí)際功用。車(chē)門(mén)前端板上通常焊有加強(qiáng)板，因?yàn)樵撎幰b鉸鏈、開(kāi)度限位器等。此外，還要求保證密封 不干涉等要求，形狀較復(fù)雜對(duì)于車(chē)門(mén)本體上面的兩個(gè)角部要考慮與車(chē)窗連接的強(qiáng)度以及密封性。所以這部分形狀較為復(fù)雜附件與操縱機(jī)構(gòu)的連接應(yīng)滿足易拆裝 不脫落不變形，運(yùn)動(dòng)中不產(chǎn)生撞擊等要求。
車(chē)門(mén)本體也要密封，它可保護(hù)附件不受腐蝕。運(yùn)動(dòng)件能正常運(yùn)動(dòng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)于制造材料的選擇是很重要的，如鋁制車(chē)門(mén)比鋼材輕有輕量化的優(yōu)點(diǎn)。車(chē)門(mén)的各附件要容易裝拆，門(mén)內(nèi)板上要留有足夠大的孔洞并考慮玻璃的裝配方法。
5)運(yùn)動(dòng)校核
車(chē)門(mén)是運(yùn)動(dòng)件，在設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，包括鉸鏈、限位器、門(mén)鎖的布置，以及車(chē)門(mén)的形狀和尺寸與車(chē)身骨架之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系另外要避免車(chē)門(mén)內(nèi)部附件運(yùn)動(dòng)干涉。
6)安全性校核
為了保證安全性，車(chē)門(mén)必須具有足夠的強(qiáng)度，包括車(chē)門(mén)與骨架連接的鉸鏈和門(mén)鎖在內(nèi)都要進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外，還要檢查是否有尖角或突出物避免碰傷乘員或行人。
當(dāng)然，上述的設(shè)計(jì)步驟并不是絕對(duì)不變的，要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要靈活進(jìn)行各步驟之間的反復(fù)往往要多次進(jìn)行，如根據(jù)鉸鏈位置等初步確定車(chē)門(mén)邊界，然后進(jìn)行附件布置，但布置過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題又要求重新修改邊界等等。各步驟不斷交叉進(jìn)行多方面考慮才能保證最終設(shè)計(jì)的合理。一旦發(fā)現(xiàn)有不合格的一定要回到前面程序進(jìn)行修改，切不可馬虎草率以免造成不可挽回的損失。
2.2車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的主要硬點(diǎn)
車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)總的設(shè)計(jì)原則是由外而內(nèi)、先外板再內(nèi)板、先斷面再數(shù)模、先周邊再內(nèi)部的過(guò)程。主要設(shè)計(jì)硬點(diǎn)有外板曲面、分縫線、門(mén)鎖結(jié)構(gòu)、內(nèi)板結(jié)構(gòu)、密封間隙、鉸鏈中心線長(zhǎng)度姿態(tài)、玻璃升降器位置和玻璃曲面等。
2.2.1車(chē)門(mén)外板設(shè)計(jì)
車(chē)門(mén)外板設(shè)計(jì)是在光順好的整體造型面和車(chē)門(mén)輪廓線的切割面片基礎(chǔ)上加周邊翻邊和門(mén)鎖等特征后的車(chē)身零件。分縫線和鎖機(jī)構(gòu)等是門(mén)外板的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。分縫線通過(guò)2種方法獲得：(1)一般先將汽車(chē)內(nèi)外觀面整體造型面光順到A級(jí)曲面(CLASS A)，同時(shí)將造型邊界線投影到XZ鉛垂平面后光順到A級(jí)曲線，然后采用該投影的邊界線投影到光順好的A級(jí)大造型面與造型面相交，獲得邊界線，該交線理論上定為A級(jí)曲線。(2)另外也可以采用空間曲線光順后與曲面相交，反復(fù)相交反復(fù)光順的方法，相交后將交線進(jìn)一步光順，重新獲得邊界線，再將該線投影到光順面上獲得更新的邊界線，重復(fù)這一過(guò)程直到邊界線達(dá)到A級(jí)曲線要求，用最后獲得的邊界線作為車(chē)門(mén)邊界線，并與大的光順面相切割得到車(chē)門(mén)外板面。
外板面設(shè)計(jì)好后，將門(mén)鎖機(jī)構(gòu)等有關(guān)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)特征加上去便完成了車(chē)門(mén)外板設(shè)計(jì)，較大的門(mén)外板需與內(nèi)板或車(chē)門(mén)側(cè)向防撞梁，采用傳力膠進(jìn)行支承，不允許直接接觸外板焊接，以防止熱變形和幾何干涉變形。
2.2.2門(mén)鎖設(shè)計(jì)
車(chē)門(mén)內(nèi)板設(shè)計(jì)是先建立門(mén)鎖。門(mén)鎖與上下鉸鏈共同構(gòu)成車(chē)門(mén)的3個(gè)受力點(diǎn)，因此要求門(mén)鎖高度的理想位置居于鉸鏈軸線的中心垂直面；門(mén)鎖的位置還應(yīng)保證車(chē)門(mén)順利開(kāi)啟和鎖止，因此在后視圖中鎖舌的中心線必須與鉸鏈軸線平行。鎖扣到門(mén)內(nèi)板魚(yú)嘴口的距離設(shè)計(jì)有2種方案：(1)當(dāng)鎖扣超出車(chē)門(mén)內(nèi)板表面時(shí)，直接留足鎖開(kāi)啟和閉合的余量，超出鎖體口邊緣3 mm；(2)當(dāng)鎖扣不超出車(chē)門(mén)內(nèi)板表面時(shí)，鎖扣到門(mén)內(nèi)板魚(yú)嘴口的距離在超出鎖體口邊緣的情況下為7 mm以上。這考慮到保證碰撞后車(chē)門(mén)仍能順利打開(kāi)。
2.2.3車(chē)門(mén)內(nèi)板設(shè)計(jì)
車(chē)門(mén)內(nèi)板設(shè)計(jì)首先依靠主斷面來(lái)進(jìn)行，預(yù)先考慮車(chē)門(mén)密封要求，確定好設(shè)計(jì)斷面，斷面便成為設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。各汽車(chē)廠商為了縮短開(kāi)發(fā)周期、節(jié)省設(shè)計(jì)成本，更多的是根據(jù)已有成熟車(chē)型的主斷面加以調(diào)整修改，得到新車(chē)的設(shè)計(jì)主斷面。主要方法有：(1)肥邊調(diào)整法。當(dāng)新車(chē)的外造型面與原車(chē)在y方向相差－3～+5 mm，分縫線x方向相差不超過(guò)50 mm時(shí)，可直接調(diào)整原車(chē)內(nèi)板斷面肥邊，其他部分不變，得到新的車(chē)門(mén)內(nèi)板結(jié)構(gòu)。(2)斷面平移。當(dāng)新車(chē)外造型面相對(duì)于原車(chē)較大時(shí)，采用肥邊調(diào)整法，將造成肥邊過(guò)短、車(chē)門(mén)剛度強(qiáng)度不足、車(chē)門(mén)過(guò)重等情況，采用斷面平移法，使原車(chē)主斷面平移至原車(chē)外造型面與新車(chē)外造型面重合，得到新車(chē)內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面。
2.2.4車(chē)門(mén)密封系設(shè)計(jì)和檢查
車(chē)門(mén)密封系的設(shè)計(jì)主要是車(chē)門(mén)內(nèi)板與周邊零件如側(cè)圍等的間隙，密封條及其壓縮量的設(shè)計(jì)。這兩項(xiàng)車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)應(yīng)在設(shè)計(jì)之初根據(jù)制造商制造精度確定，制造精度高、公差小，則間隙可設(shè)計(jì)得相對(duì)較小，密封條壓縮量也可設(shè)計(jì)得較??；制造精度低、公差較大，則間隙必須設(shè)計(jì)得相對(duì)較大，密封條及其壓縮量也要設(shè)計(jì)得相對(duì)較大。如果設(shè)計(jì)得較小，在公差較大的情況下，將出現(xiàn)關(guān)門(mén)力過(guò)大關(guān)不上或者密封條壓縮量太小關(guān)不緊的情況。
車(chē)門(mén)密封系的設(shè)計(jì)以斷面為主要手段。在車(chē)門(mén)內(nèi)板和側(cè)圍建模完成后，取車(chē)門(mén)周邊不同位置的斷面，逐一檢查修改，根據(jù)國(guó)內(nèi)廠商的生產(chǎn)精度水平，車(chē)門(mén)周邊密封間隙應(yīng)取15 mm左右，日本車(chē)廠車(chē)身制造精度較高，密封間隙多取在10～12 mm。密封條的斷面應(yīng)處于裝配狀態(tài)，這樣可以根據(jù)密封條斷面進(jìn)行檢查和修改。密封面密封條處于干涉狀態(tài)，干涉不能太大或太少，一般為有效壓縮尺寸的1/3～1/2，這樣既保證了密封效果，又不至于運(yùn)動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的噪聲和關(guān)門(mén)力。另外在車(chē)門(mén)與側(cè)圍之間沒(méi)有密封的部分要留9～12mm的騰空間隙，以防止干涉。
2.2.5車(chē)門(mén)鉸鏈設(shè)計(jì)
車(chē)門(mén)鉸鏈的設(shè)計(jì)是車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作，直接關(guān)系到車(chē)門(mén)能否正常開(kāi)啟。在鉸鏈設(shè)計(jì)中，鉸鏈中心線定位和鉸鏈中心距是重要的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。
鉸鏈軸線一般設(shè)計(jì)成具有內(nèi)傾角和后傾角。內(nèi)傾角指鉸鏈軸線在x=0平面上的投影與z軸之間的夾角，內(nèi)傾角一般為0～4°，后傾角指鉸鏈軸線在y=0平面上的投影與z軸之間的夾角，一般為0～2°。內(nèi)傾角和后傾角都是為了使車(chē)門(mén)開(kāi)啟時(shí)獲得自動(dòng)關(guān)門(mén)力，也有個(gè)別汽車(chē)門(mén)鉸鏈具有前傾角，但一般不會(huì)有外傾角。
2.2.6車(chē)門(mén)玻璃以及車(chē)門(mén)玻璃升降器的設(shè)計(jì)
玻璃要設(shè)計(jì)為雙圓環(huán)面，可以和外造型匹配，達(dá)到玻璃升降的平順性，圓環(huán)面的數(shù)學(xué)方程如下，當(dāng)R足夠大且圓柱半徑r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R時(shí)，從圓環(huán)面上截取的玻璃曲面仍近似為柱面。玻璃的運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是一種繞圓環(huán)面中心引導(dǎo)線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡是與引導(dǎo)線成一定夾角的圓環(huán)截面線的一部分。R=15～25km，r=1200～2000m；大客車(chē)為R=∞，r=4000～7000m。
玻璃升降器是車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它的合格與否直接影響到車(chē)窗的開(kāi)閉。玻璃升降器在設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)鍵在于安裝和玻璃導(dǎo)軌的曲線確定。
有了玻璃的數(shù)據(jù)后，可求出玻璃的質(zhì)心位置，根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和一些樣車(chē)數(shù)據(jù)，一般單導(dǎo)軌的位置是在玻璃質(zhì)心位置向B柱方向偏移15～25mm，雙導(dǎo)軌的間距應(yīng)在不干涉內(nèi)門(mén)板和其它附件的情況下盡可能大，但兩個(gè)導(dǎo)軌的中線應(yīng)該在玻璃質(zhì)心位置向B柱方向偏移15～25mm。導(dǎo)軌位置確定后，通過(guò)偏置玻璃面求出導(dǎo)軌的弧度，此導(dǎo)軌弧度為空間螺旋曲線。
由于玻璃運(yùn)動(dòng)近似圓弧運(yùn)動(dòng)，但升降器的長(zhǎng)導(dǎo)軌在自由狀態(tài)下是平面運(yùn)動(dòng)，所以在玻璃升降過(guò)程中，升降臂和平衡臂會(huì)變形隨長(zhǎng)導(dǎo)軌一起運(yùn)動(dòng)。為了提高升降器的壽命，應(yīng)使運(yùn)動(dòng)過(guò)程中升降臂和平衡臂的變形量盡可能小。玻璃運(yùn)動(dòng)軌跡和長(zhǎng)導(dǎo)軌在自由狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)軌跡，A、B、C分別表示了玻璃在上、中、下3個(gè)位置時(shí)升降臂和平衡臂的最大變形量，其中C>A=B。
2.3本章小結(jié)
車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)是總布置設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證零部件之間的協(xié)調(diào)和裝配，及造型風(fēng)格要求所確定的控制點(diǎn)(或坐標(biāo))、控制線、控制面及控制結(jié)構(gòu)的總稱(chēng)。這是汽車(chē)零部件設(shè)計(jì)和選型、附件及車(chē)身設(shè)計(jì)最重要的尺度和設(shè)計(jì)原則，能使項(xiàng)目組分而不亂，是并行設(shè)計(jì)的重要方法，一旦確定后不要輕易調(diào)整。
第3章 車(chē)門(mén)布置
3.1車(chē)門(mén)玻璃面校核確認(rèn)
對(duì)過(guò)程外表面切斷面測(cè)量主要是對(duì)玻璃和車(chē)門(mén)外板面的成立性進(jìn)行探討，對(duì)玻璃升降器需要的空間做初步分析。如圖3.1所示，對(duì)頂蓋、腰線、外手柄、地板邊梁處做斷面分析，分析的目的是探討玻璃面和外板面的成立性。
圖3.1 玻璃面校核斷面
1)頂蓋斷面A
此斷面主要對(duì)噪音等級(jí)做探討。首先確定a值，如在威馳車(chē)中，a=9.7mm，噪音等級(jí)為8級(jí)（豐田標(biāo)準(zhǔn)）；同時(shí)還要對(duì)車(chē)門(mén)開(kāi)口線點(diǎn)相對(duì)密封膠條的位置做初步確定，并據(jù)此對(duì)頂蓋、窗框斷面做出初步設(shè)想，對(duì)開(kāi)口線的間隙做初步確認(rèn)，如圖3.2所示。
圖3.2 頂蓋斷面A
2)腰線斷面B
此斷面主要對(duì)內(nèi)、外板及加強(qiáng)板在此處相對(duì)玻璃的關(guān)系作出分析，對(duì)玻璃升降器的安裝面也要確認(rèn)，據(jù)此內(nèi)板一般面也可以有初步的定位，如圖3.3所示。
圖3.3 腰線斷面B
3)車(chē)門(mén)外手柄斷面C
對(duì)車(chē)門(mén)外手柄斷面的分析，主要目的是分析外手柄對(duì)玻璃的間隙。對(duì)此間隙要做三種分析，如圖3.4所示：
外手柄動(dòng)——玻璃動(dòng)b大于8mm
外手柄動(dòng)（靜）——玻璃動(dòng)（靜）b大于5mm
外手柄靜——玻璃靜b大于3mm
對(duì)外手柄的分析還有一項(xiàng)重要內(nèi)容：危險(xiǎn)感的分析（在后面詳細(xì)討論）。在1：5模型階段就要對(duì)此項(xiàng)做研討，以確保造型的成立。
外手柄斷面還應(yīng)對(duì)所初選的門(mén)鎖作出一定的分析，主要也是分析與玻璃面的間隙。
圖3.4 車(chē)門(mén)外手柄斷面C
4)梁處斷面D
此斷面的主要目的是分析車(chē)身開(kāi)口線及地板邊梁上口線，根據(jù)內(nèi)板一般面的位置，初步確定車(chē)身開(kāi)口線的斷面位置，如圖3.5所示。
圖3.5 邊梁處斷面D
3.2車(chē)門(mén)開(kāi)口線定義與鉸鏈中心定義
表3.1 開(kāi)口線主要控制尺寸目標(biāo)值
序號(hào)
項(xiàng)目
前后車(chē)門(mén)
目標(biāo)值(mm)
1
a
前車(chē)門(mén)
≥380
2
后車(chē)門(mén)
≥330
3
b
前車(chē)門(mén)
≤35
4
后車(chē)門(mén)
≤30
5
c
——
≥15
6
d
——
≥15
7
e
——
≥16
8
f
——
≥16
車(chē)身外表面數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)造型與質(zhì)量檢查確認(rèn)之后，會(huì)發(fā)布到工程部門(mén)，作為工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。外表面上有全部的車(chē)身開(kāi)口線，這些開(kāi)口線是造型階段概念設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)的共同結(jié)果。現(xiàn)在我們需要將發(fā)布過(guò)來(lái)的外表面數(shù)據(jù)做工程設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析，反饋到外表面調(diào)整上，做最終定型。
造型階段對(duì)開(kāi)口線所做工程概念分析只是為了分析外板面的成立性。一般來(lái)講，車(chē)門(mén)開(kāi)口線的確定，與外板面和鉸鏈的位置有很大關(guān)系，但鉸鏈對(duì)車(chē)門(mén)來(lái)講承擔(dān)著支撐車(chē)門(mén)重量、回轉(zhuǎn)中心的任務(wù)，因此鉸鏈應(yīng)盡可能拉開(kāi)間距，鉸鏈中心線盡可能向外板一側(cè)靠近，這樣可以減小車(chē)門(mén)開(kāi)口線的回轉(zhuǎn)半徑。
設(shè)計(jì)目標(biāo)值如表3.1所示：
這些經(jīng)驗(yàn)值僅作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考，重要的是斷面分析，防止干涉。
車(chē)門(mén)開(kāi)口線的確定直接與造型有關(guān)，一定要首先做好，以免在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，牽一發(fā)而動(dòng)全身。
1)車(chē)門(mén)開(kāi)口線界限
車(chē)門(mén)是運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)干涉是設(shè)計(jì)中的大忌，而車(chē)門(mén)開(kāi)口線又是造型師體現(xiàn)其個(gè)性的要點(diǎn)，因此，有必要確定一個(gè)限界，防止發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。開(kāi)口線的限界通過(guò)斷面分析可以做出。
前車(chē)門(mén)應(yīng)分析上、下鉸鏈、限位器、一般位置等幾個(gè)斷面，從而確定開(kāi)口線的限界。一般做法為：切鉸鏈位置的斷面，車(chē)門(mén)的活動(dòng)余量為1.5mm（前門(mén)），因此，以此余量為基礎(chǔ)，將外板向外、向前移動(dòng)1.5mm，然后以鉸鏈中心為軸回轉(zhuǎn)78°，并保證車(chē)門(mén)外板與前翼子板運(yùn)動(dòng)間隙為0.4mm，此時(shí)即可確定相對(duì)前翼子板限界點(diǎn)，對(duì)鉸鏈的限界應(yīng)保證回轉(zhuǎn)78°后不發(fā)生干涉，與鉸鏈座面(側(cè)圍安裝)間隙為0mm時(shí)，確定相對(duì)鉸鏈的限界點(diǎn)。此兩點(diǎn)之間為開(kāi)口線區(qū)。
就像鉸鏈位置斷面一樣，要對(duì)圖中所有位置進(jìn)行斷面分析，找出對(duì)應(yīng)的限界點(diǎn)，然后將點(diǎn)光滑連接，即為車(chē)門(mén)開(kāi)口線對(duì)鉸鏈和前翼子板的限界區(qū)間。下鉸鏈同樣做斷面分析。
2)鉸鏈布置
車(chē)門(mén)開(kāi)口線限界的確定是以鉸鏈中心為基礎(chǔ)進(jìn)行的，前面提到過(guò)鉸鏈的配置，但只是為了分析外板成立性而進(jìn)行的簡(jiǎn)單分析。在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)中，鉸鏈的配置是十分關(guān)鍵的一步，下面就前車(chē)門(mén)，介紹鉸鏈的配置。
在L方向以車(chē)身開(kāi)口線為基準(zhǔn)，確定鉸鏈。鉸鏈的安裝要求有一定的空間，還要確保其平面位置，以有充足的調(diào)整余量。鉸鏈與內(nèi)板之間的間隙為D1=2.5mm，內(nèi)、外板間距3mm，內(nèi)板厚度1.2mm，所以鉸鏈凸緣到外板的間距為2.5mm+3mm+1.2mm=6.7mm，車(chē)門(mén)上安裝鉸鏈平面調(diào)整余量為D2=2.5mm，鉸鏈座與外板間距D=2.5mm+6mm+3mm=11.5mm，以這兩個(gè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)在H、W兩方向反復(fù)比較，使上圖中a、e兩值盡可能合理，最終確定鉸鏈位置。鉸鏈安裝位置的密封條線要光滑。
各種間隙應(yīng)是用作分析的參考，而不應(yīng)作為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，前后車(chē)門(mén)鉸鏈配置不要把目標(biāo)值作為限界，而應(yīng)以斷面分析為主要依據(jù)。
鉸鏈中心線在經(jīng)歷概念定義、開(kāi)口限界、詳細(xì)定義、鉸鏈布置這一過(guò)程之后，最終確定，同時(shí)外表面開(kāi)口線也已經(jīng)確定。至此，工程分析對(duì)前車(chē)門(mén)外表面的定義已經(jīng)基本結(jié)束。
3.3車(chē)門(mén)主斷面設(shè)計(jì)
主斷面設(shè)計(jì)是車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的重要組成部分，能夠?yàn)樵煨驮O(shè)計(jì)提供盡可能多的結(jié)構(gòu)信息，也是指導(dǎo)詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。在主斷面設(shè)計(jì)中，包含了盡可能多的信息：來(lái)自各個(gè)方面的概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：外板、內(nèi)板、鉸鏈、限位器、手柄、內(nèi)飾、升降器等；部件的安裝點(diǎn)表示、與相鄰部件之間的位置關(guān)系以及相鄰部件的料厚關(guān)系等；設(shè)計(jì)目標(biāo)品質(zhì)；材料信息；料厚信息估算的重量、重心；估算的成本；設(shè)計(jì)規(guī)則；繼承件信息；部件的設(shè)計(jì)形狀趨勢(shì)描述，等等方面。
主斷面設(shè)計(jì)要自成一系，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，從外表面發(fā)布開(kāi)始，到主斷面設(shè)計(jì)而止。外表面的變動(dòng)能夠直接引起主斷面的快速更新。主斷面不能被其他設(shè)計(jì)直接引用，主斷面位置如圖3.5所示。
圖3.5 前車(chē)門(mén)斷面分布
3.4車(chē)門(mén)剛性設(shè)計(jì)
a)車(chē)門(mén)窗框的剛性設(shè)計(jì)與膠條壓縮量定義
窗框剛性設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題如下：
1)前車(chē)門(mén)：高速運(yùn)行時(shí)的負(fù)壓影響；結(jié)構(gòu)本身剛性（用密封條反作用力來(lái)計(jì)算）。2)后車(chē)門(mén)：結(jié)構(gòu)剛性；品質(zhì)剛性。
密封條的壓縮量S的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮表3.2中的幾個(gè)方面
表3.2 密封條壓縮量考慮的幾個(gè)方面
序號(hào)
變量
內(nèi)容
推薦值（mm）
1
a
負(fù)壓吸出量
≤2.1
2
b
安裝公差
±2
3
c
窗框振動(dòng)量
0.5
4
d
密封永久變形
1.4
5
e
最低密封量
1.0
S=a+b+c+d+e (S一般為7mm)
不論在任何位置，都要確保密封條的安裝平面，及密封條與內(nèi)板的貼合部位不能超過(guò)R終止線。密封條的壓縮量要大于5.5mm，密封條線要光滑，最小圓角不得小于R90。
密封條的質(zhì)量對(duì)保證車(chē)體外形質(zhì)量十分重要，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)密封條的反力計(jì)算也是建立在質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上的。
一般的車(chē)采用一層密封，高級(jí)車(chē)采用雙層密封。
通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)及分析，可得出窗框最大負(fù)壓處及結(jié)構(gòu)剛性最差處如a、b兩點(diǎn)。所以在設(shè)計(jì)中就應(yīng)把這兩點(diǎn)作為最大位移來(lái)調(diào)整窗框，即向車(chē)內(nèi)偏轉(zhuǎn)。具體分兩步：
第一步，以m軸轉(zhuǎn)o點(diǎn)，偏1mm；
第二步，以n軸轉(zhuǎn)，偏2mm。
b)車(chē)門(mén)外板剛性設(shè)計(jì)
外板張剛性設(shè)計(jì)也是外板設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。首先要確定目標(biāo)值（下表為參考等級(jí)），然后選定測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)的選定以經(jīng)驗(yàn)確定，如表3.3所示。
表3.3 剛性等級(jí)推薦值 測(cè)試力：10kgf
等級(jí)
4級(jí)
5級(jí)
6級(jí)
7級(jí)
8級(jí)
變形（mm）
2.98—3.83
3.83—4.68
4.68—5.53
5.53—6.38
6.38—7.23
對(duì)于測(cè)試結(jié)果不合格的點(diǎn)，有以下幾項(xiàng)對(duì)策：
1)增加板厚，如圖中②、④（前門(mén)）不合格，板厚增加到0.7mm時(shí)，②點(diǎn)變形量為6.7mm，④點(diǎn)變形量為6.3mm，由此可知，t=0.7mm時(shí)，基本滿足8級(jí)要求。
2)增加加強(qiáng)梁，加強(qiáng)梁的位置應(yīng)與變形量相對(duì)應(yīng)。
3)增加PP片
這三種方法要對(duì)其成本加以考核，最終確定（如圖3.7所示）。
圖3.7 外板剛性測(cè)試點(diǎn)
對(duì)外手柄周邊位置的張剛性探討，以永久變形為主，目標(biāo)值為25kgf時(shí)，永久變形小于0.3mm。
3.5車(chē)門(mén)玻璃升降器布置
a)W方向升降器壓縮、引張量的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖3.8所示：
圖3.8 升降器壓縮、引張量
1)上止點(diǎn)壓縮量：a≤12mm
2)最大引張量： b≤9.3mm
3)下止點(diǎn)壓縮量：c≤25mm
b)擠出力計(jì)算
如圖3.9所示：
圖3.9 擠出力計(jì)算
1）上升力F1
(：上升最大扭矩 D1：齒板直徑 D2：齒輪直徑)
2）擠出力P
(：效率80%)
c)壓縮引張量的確定
1）a、b分別為上、下止點(diǎn)的兩臂交叉點(diǎn)；
2）以a、b連線處切斷面；
3）得出玻璃中心線和c、d兩點(diǎn)，對(duì)應(yīng)在玻璃中心線上的e、f兩點(diǎn)，即為計(jì)算壓縮量的兩點(diǎn)，中間一點(diǎn)g為引張量的計(jì)算點(diǎn)。
表3.4 升降器布置尺寸推薦值
序號(hào)
變量
內(nèi)容
推薦值
1
a
玻璃托架與玻璃導(dǎo)槽夾角
≤104°
2
b
上止點(diǎn)滾輪間距
≥200mm
3
c
下止點(diǎn)滾輪間距
≥190mm
4
d
滾輪中心到止點(diǎn)余量
≥10mm
5
e
舉升臂滾輪的余量
≥10mm
6
f
平衡臂滾輪中心的余量
≥10mm
7
g
玻璃殘余量
3mm≤h≤5mm
d)升降器布置經(jīng)驗(yàn)判斷
升降器布置以經(jīng)驗(yàn)值來(lái)判斷，但不是絕對(duì)的，最終的參數(shù)確定需要經(jīng)過(guò)校核，其推薦值如表3.4所示。
e)升降器與玻璃中心的關(guān)系
玻璃升降器在H方向的配置：以玻璃下邊緣為基準(zhǔn)，放置在中間，在L方向，以玻璃中心為基準(zhǔn)，玻璃中心與臂交叉點(diǎn)距離為S，S≤60mm，如圖3.10所示。
圖3.10 叉臂交點(diǎn)與玻璃重心的關(guān)系
f)布置的實(shí)現(xiàn)
按照如上進(jìn)行升降器布置，玻璃托架也在此時(shí)定義。將升降器按照斷面點(diǎn)裝配到位，它的安裝座面就確定了。
3.6車(chē)門(mén)外手柄布置
外手柄配置中最重要的就是位置的確定，如果位置確定得不合理，乘員在開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)時(shí)就有可能發(fā)生危險(xiǎn)。以額頭、鼻子、下顎三部分為基準(zhǔn)點(diǎn)，確定三個(gè)橢圓，橢圓長(zhǎng)軸336mm，短軸184mm，傾角θ=31.2°
A——外手柄距地面高
B——車(chē)門(mén)角距地面高
C——外手柄距車(chē)門(mén)角距離
D——車(chē)門(mén)角軌跡與橢圓間隙
1)下顎：
L=0.159×（A）+0.498×（C）+94
W=0.0917×（A）+157
Z=0.0302×（B）-0.244×（D）-38.7
2)鼻子：
L=0.151×（A）+0.557×（C）+66
W=0.118×（A）+104
Z=0.0328×（B）-0.257×（D）-48.6
3)額頭：
L=0.167×（A）+0.561×（C）+51
W=0.137×（A）+87
Z=0.0320×（B）+0.216×（D）-47
以上計(jì)算式中，L、W確定橢圓中心，Z為判別式，Z小于零為合適。
以經(jīng)驗(yàn)值來(lái)判斷，從外側(cè)手柄中心到車(chē)門(mén)窗框的距離C≤244mm，外拉式外手柄相對(duì)車(chē)門(mén)外板的突出量要小于40mm
在車(chē)門(mén)外手柄位置確定后，根據(jù)外手柄的位置，確定車(chē)門(mén)外板的翻邊深度、倒角、扣手的空間等尺寸，并將這些信息以斷面的型式傳遞給外板設(shè)計(jì)人員，作出外手柄的安裝結(jié)構(gòu)及型面。
3.7內(nèi)手柄布置
內(nèi)手柄的位置是造型所必需的，而且要滿足人體工學(xué)的要求，根據(jù)人體工學(xué)的要求，內(nèi)手柄相對(duì)的適用范圍見(jiàn)圖。內(nèi)手柄安裝螺釘與玻璃面間隙要大于8mm。
3.8內(nèi)板作業(yè)孔、內(nèi)飾板安裝孔及其它孔的布置
內(nèi)板作業(yè)孔主要是為了安裝機(jī)能部件設(shè)計(jì)的，分別為玻璃升降器作業(yè)孔（兼有安裝玻璃導(dǎo)槽下固定位安裝）、門(mén)鎖安裝作業(yè)孔、限位器安裝作業(yè)孔。內(nèi)板面上其余位置可作相應(yīng)加強(qiáng)處理。
其他孔的布置主要包括:裝焊基準(zhǔn)孔、沖壓基準(zhǔn)孔、升降器安裝孔、限位器安裝孔、鎖安裝孔、玻璃導(dǎo)槽安裝孔、內(nèi)飾安裝孔、內(nèi)扣手支架安裝孔、鉸鏈安裝孔、線束卡子安裝孔、排液孔、工藝過(guò)孔等。
3.9密封膠溝的設(shè)計(jì)
密封膠溝的設(shè)計(jì)應(yīng)光滑，溝寬一般為d1=14mm，溝深d2=1mm，溝邊倒角R≤3，防水罩到溝邊距離d3≥10。
密封膠溝設(shè)計(jì)注意以下幾點(diǎn)：
1)防水罩的密封要可靠地實(shí)施；
2)全周設(shè)定丁基膠帶；
3)按各車(chē)的要求性能、線束等的切口部要設(shè)定海綿條、粘貼膠帶，要仔細(xì)檢查。
3.10其它部件布置
車(chē)門(mén)止動(dòng)塊、后視鏡安裝面等部件的布置也需要逐步與相關(guān)人員溝通確認(rèn)，最終在車(chē)門(mén)布置階段做分析。
在經(jīng)歷了以上詳細(xì)布置以后，所有的布置信息在中用最簡(jiǎn)單的點(diǎn)、線、面構(gòu)建出來(lái)，作為對(duì)所有車(chē)門(mén)部件詳細(xì)設(shè)計(jì)的必備輸入條件來(lái)發(fā)布。
3.11本章小結(jié)
本章對(duì)車(chē)門(mén)的前期準(zhǔn)備、布置流程與方法、詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方法、分析內(nèi)容做了研究，特別是對(duì)車(chē)門(mén)的布置流程與方法作了深入的探討，對(duì)涉及布置的硬點(diǎn)分別從理論上與經(jīng)驗(yàn)上做了判斷，另外在詳細(xì)設(shè)計(jì)的技巧與分析工作的內(nèi)容上也作了研究，該流程的研究能夠?qū)?shí)際的開(kāi)發(fā)工作起到一定的借鑒意義。
第4章 車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)附件的強(qiáng)度校核
4.1車(chē)門(mén)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)
汽車(chē)車(chē)門(mén)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)采用幾何約束控制產(chǎn)品形狀的幾何特征，改變約束可迅速獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，提高設(shè)計(jì)效率，有助于減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。
參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前CAD/CAM系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，主要是通過(guò)改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)，只需要根據(jù)某些具體的條件和參數(shù)來(lái)決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計(jì)的柔性，并在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達(dá)、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)寬松。
在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的布置設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品的內(nèi)部機(jī)能件主要位置、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)難以具體化，設(shè)計(jì)師關(guān)心的是產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系，因此無(wú)法采用具體尺寸繪圖設(shè)計(jì)。參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)可以在布置設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)捕捉模型中存在的關(guān)系及其定義的參數(shù)化的位置點(diǎn)來(lái)捕捉機(jī)能件的位置，同時(shí)也允許對(duì)零件進(jìn)行反復(fù)地編輯，允許用戶試探不同的設(shè)計(jì)方案或生成不同的位置版本和零件版本，對(duì)位置的編輯可以簡(jiǎn)單地通過(guò)改變草圖的關(guān)系來(lái)完成，如在鉸鏈布置時(shí)，通過(guò)改變幾個(gè)不同方向上的草圖上的幾個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行重新計(jì)算，就可以完成新的設(shè)計(jì)，非常簡(jiǎn)便。
4.2車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)
車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型多種多樣，按開(kāi)啟方式可分為旋轉(zhuǎn)門(mén)、拉門(mén)、折疊門(mén)和外擺式車(chē)門(mén)；按車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)可分為整體式車(chē)門(mén)和分開(kāi)式車(chē)門(mén)；按有無(wú)窗框可分為有窗框和無(wú)窗框式車(chē)門(mén)；按旋轉(zhuǎn)方向可分為順開(kāi)門(mén)、逆開(kāi)門(mén)和上開(kāi)門(mén)。
對(duì)于不同類(lèi)型的車(chē)門(mén)又可分為車(chē)門(mén)本體、車(chē)門(mén)附件兩部分。車(chē)門(mén)本體包括車(chē)門(mén)內(nèi)外板、加強(qiáng)板和窗框等，如圖4.1所示，是一個(gè)整體涂漆、未裝備狀態(tài)的鈑金焊接總成，是實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)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(chē)門(mén)的各項(xiàng)功能要求，在車(chē)門(mén)本體或其他相鄰結(jié)構(gòu)件上裝配的零件及總成。
車(chē)門(mén)作為一個(gè)綜合的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，和車(chē)廂一起構(gòu)成乘員的周?chē)臻g范圍，車(chē)門(mén)具有足夠大的強(qiáng)度、剛度和良好的振動(dòng)特性，以滿足車(chē)門(mén)閉合時(shí)耐沖擊性及與側(cè)碰時(shí)的耐撞性等各項(xiàng)性能的要求。前車(chē)門(mén)以安裝于車(chē)門(mén)前側(cè)的鉸鏈為旋轉(zhuǎn)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉。承擔(dān)載荷的部件有外門(mén)板、內(nèi)門(mén)板、上加強(qiáng)板、下加強(qiáng)板、門(mén)鎖加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板和鉸鏈，由薄板沖壓成型并通過(guò)焊接連成一個(gè)整體的受力結(jié)構(gòu)。
a)有窗框車(chē)門(mén)（獨(dú)立窗框） b)有窗框車(chē)門(mén)（整體窗框） c)無(wú)窗框車(chē)門(mén)
圖4.1 車(chē)門(mén)及窗框結(jié)構(gòu)形式
按車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)形式的不同，車(chē)門(mén)可分為整體式車(chē)門(mén)和分體式車(chē)門(mén)。兩種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)：
（1）整體式車(chē)門(mén)的整體剛度好，密封容易保證，裝配尺寸公差易保證，維修時(shí)拆裝簡(jiǎn)單；但缺點(diǎn)在于沖壓工藝中窗口位置要產(chǎn)生大面積廢料，而且外部門(mén)框一般寬大且不均勻，外觀效果較差，門(mén)框占據(jù)了側(cè)圍上邊梁的部分區(qū)域，使上邊梁主斷面面積受到影響；
（2）分體式車(chē)門(mén)的門(mén)框細(xì)而均勻，甚至可做成無(wú)窗框效果，提供更大范圍的視野，如果配合窗口周圈裝飾亮條的使用可達(dá)到前后車(chē)窗的整體化效果，美觀實(shí)用，同時(shí)有利于提供上邊梁主斷面更大的截面面積，大量使用滾壓成形，降低模具難度和成本，極大提高材料利用率；但缺點(diǎn)是裝配工藝復(fù)雜，尺寸公差尤其是外部公差保證的難度加大，整體剛性差，密封困難。
4.3車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)組成
本設(shè)計(jì)采用分體式車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)，外板上集成窗框，內(nèi)板與車(chē)門(mén)框架集成一體，外、內(nèi)板之間焊接連接。車(chē)門(mén)附件均參照現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的具體部件包括：鉸鏈、限位器、后視鏡、外板、內(nèi)板、門(mén)鎖、門(mén)玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。
車(chē)門(mén)總成由門(mén)體，車(chē)門(mén)附件，和裝飾件三部分組成。如表4.1所示。
表4.1 構(gòu)成車(chē)門(mén)的主要零部件
車(chē) 門(mén)
門(mén)體
車(chē)門(mén)附件
裝飾件
車(chē)門(mén)外板
車(chē)門(mén)鉸鏈和限位系統(tǒng)
內(nèi)飾板
車(chē)門(mén)內(nèi)板
門(mén)鎖機(jī)構(gòu)及內(nèi)外手柄
內(nèi)扣手
車(chē)門(mén)防撞梁
車(chē)門(mén)玻璃及后視鏡
喇叭罩
車(chē)門(mén)加強(qiáng)板
玻璃升降器
車(chē)門(mén)窗框
4.3.1 車(chē)門(mén)門(mén)體
4.3.1.1車(chē)門(mén)外板
車(chē)門(mén)外板是汽車(chē)覆蓋件中極為重要的部件之一,是車(chē)身上的活動(dòng)部件,對(duì)其剛性及表面質(zhì)量要求很高;它是典型的具有復(fù)雜型面的大型板料沖壓件。一般對(duì)車(chē)門(mén)外板的質(zhì)量要求高：外觀表面光順平滑,棱線清晰,周邊尺寸精度0.7mm,剛性好。由于門(mén)外板是一種平坦淺拉延件。成形時(shí)凸模表面與毛坯以大平面接觸,由于平面上的拉應(yīng)力很低,材料得不到充分的塑性變形，所以車(chē)門(mén)外板剛性差，一般選擇外板材料時(shí)，考慮硬質(zhì)板材，如圖4.2所示。車(chē)門(mén)外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點(diǎn)焊、粘接及咬合等方法。
圖4.2 車(chē)門(mén)外板
圖4.3 外板的剛度加強(qiáng)
如圖4.3所示，車(chē)門(mén)外板采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的薄鋼板材料（厚度為1 mm）經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成。因車(chē)門(mén)外板是車(chē)身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就差，行車(chē)時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪音，因此必須對(duì)外板剛度進(jìn)行加強(qiáng)，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁，與外板柔性粘接。
所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)外板如圖4.4所示。
圖4.4 車(chē)門(mén)外板
2.3.1.2車(chē)門(mén)內(nèi)板
內(nèi)板是車(chē)門(mén)附件主要的安裝機(jī)體，許多主要受力件均安裝在內(nèi)板上，如鉸鏈、限位器、門(mén)鎖等，為增加連接部位強(qiáng)度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設(shè)置加強(qiáng)板。
車(chē)門(mén)內(nèi)板是車(chē)門(mén)中所有主要部件的安裝載體，其結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)建也是我們本課題研究的重點(diǎn)之一。在車(chē)門(mén)靠近車(chē)身A、B柱一側(cè)，由于需要考慮車(chē)門(mén)的下沉及鉸鏈等結(jié)構(gòu)的安裝此處剛度和強(qiáng)度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為1.6mm或1.4mm的高強(qiáng)板，其余部分采用了0.7mm的鋼板，這樣在保證車(chē)門(mén)內(nèi)板必要的剛度和強(qiáng)度性能時(shí)又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖4.5所示
圖4.5 車(chē)門(mén)內(nèi)板
所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)內(nèi)板如圖4.6所示。
圖4.6 車(chē)門(mén)內(nèi)板
4.3.1.3車(chē)門(mén)防撞梁
汽車(chē)側(cè)面是車(chē)門(mén),強(qiáng)度較為薄弱。因此對(duì)車(chē)門(mén)內(nèi)部的防撞梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高車(chē)門(mén)剛度,進(jìn)而提高汽車(chē)側(cè)面碰撞安全性,對(duì)提高乘員的安全防護(hù)和改善道路交通安全有著非常重要的意義。
作為車(chē)門(mén)內(nèi)部的防撞梁，在側(cè)面碰撞發(fā)生時(shí)起到了很重要的抗撞吸能作用，故防撞梁的碰撞性能至關(guān)重要。由于汽車(chē)輕量化要求不斷提高，因此在保證總質(zhì)量不變的情況下，改變防撞梁界面形狀，以提高其耐碰撞性能。
車(chē)門(mén)防撞梁的布置方式：最常見(jiàn)的是對(duì)角線布置方式，也有垂直布置的。
車(chē)門(mén)防撞梁的吸能效果主要與以下幾個(gè)因素有關(guān)：
a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——這是最重要的一點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，帽形防撞梁的吸能效果比管狀防撞梁好；另外，雙帽形結(jié)構(gòu)一般比單帽結(jié)構(gòu)要好；當(dāng)然，還有帽形結(jié)構(gòu)的高度，與A/B/C柱、車(chē)門(mén)檻等的匹配等都至關(guān)重要；
b)材料的強(qiáng)度——人們通常以為里面的管子是普通水管之類(lèi)的，其實(shí)不然；一般日韓車(chē)中所用的管子抗拉強(qiáng)度高達(dá)1400-1570MPa（目前有些國(guó)內(nèi)品牌車(chē)是用的較為普通的管子），是普通管子強(qiáng)度的4倍以上；而歐美車(chē)中常見(jiàn)的帽形防撞梁的抗拉強(qiáng)度一般為1000-1600MPa；
c)材料的厚度——當(dāng)然是材料越厚，吸能效果越好（不考慮與A/B/C柱、車(chē)門(mén)檻的匹配），吸能效果與材料的厚度成正比。
可以是圓管，也可以是用高強(qiáng)度鋼板沖壓成型的異型截面梁截面厚度約在33-36mm范圍內(nèi)兩端通過(guò)連接焊接在門(mén)內(nèi)板上。本設(shè)計(jì)采用Y型防撞梁，因?yàn)樗膹?qiáng)度高，而且耐久性好。
圖4.7 車(chē)門(mén)防撞梁結(jié)構(gòu)示意圖
4.3.1.4車(chē)門(mén)加強(qiáng)板
根據(jù)需要在內(nèi)板上焊接加強(qiáng)板和支架等，以便將局部集中載荷有效地傳到內(nèi)板較大的垂直面上。車(chē)門(mén)加強(qiáng)板用以提高附件安裝部位的剛度和連接強(qiáng)度。
圖4.8 車(chē)門(mén)J平面和窗臺(tái)界面
4.3.1.5車(chē)門(mén)窗框
車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)可分為無(wú)玻璃窗框結(jié)構(gòu)，組裝式窗框結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)和玻璃布置在窗框外側(cè)的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用成體式車(chē)門(mén)殼體結(jié)構(gòu)。
(a)無(wú)窗框結(jié)構(gòu) (b)組合式窗框結(jié)構(gòu) (c)整體式車(chē)門(mén)殼體結(jié)
圖4.9 車(chē)門(mén)窗框結(jié)構(gòu)形式
4.3.2車(chē)門(mén)附件
4.3.2.1車(chē)門(mén)鉸鏈
車(chē)門(mén)通過(guò)上、下鉸鏈懸掛在門(mén)柱上整個(gè)車(chē)門(mén)（包括門(mén)內(nèi)飾板）的重量及任何作用在車(chē)門(mén)上的力，在車(chē)門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下，是由兩個(gè)鉸鏈、門(mén)鎖及固定在車(chē)身門(mén)柱上的鎖閂系統(tǒng)來(lái)支承；在車(chē)門(mén)打開(kāi)時(shí)全由鉸鏈支承車(chē)門(mén)的下垂：通常由于載荷作用下，鉸鏈與車(chē)身或車(chē)門(mén)的連接部位變形所致。
本設(shè)計(jì)采用合頁(yè)式鉸鏈，兩個(gè)合頁(yè)分別與車(chē)門(mén)和車(chē)身門(mén)柱連接，合頁(yè)之間用銷(xiāo)軸定位。優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、剛度高、易于裝配。
1-車(chē)門(mén)合頁(yè) 2-柱合頁(yè) 3-連桿
4-二力構(gòu)件 5-彈簧 6-鉸鏈軸線
圖4.10 合頁(yè)式上、下鉸鏈
鉸鏈?zhǔn)擒?chē)門(mén)與車(chē)身連接的關(guān)鍵部件，同時(shí)也是車(chē)門(mén)上一個(gè)重要的活動(dòng)部件。通常車(chē)門(mén)鉸鏈采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的鋼板材料（通常厚度為4 mm）沖壓而成，并使用螺栓緊固。車(chē)門(mén)鉸鏈的設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、工作可靠、成本低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也是鉸鏈設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
圖4.11為鉸鏈的受力分析圖，其中R為手柄上的力沿豎直方向的分力，P為車(chē)門(mén)重力，S、Q為鉸鏈處的受力沿豎直和水平兩個(gè)方向的分力。
圖4.11 鉸鏈的受力分析圖
本設(shè)計(jì)中選用的設(shè)計(jì)參數(shù)分別為：b = 390mm d = 860 mm
鉸鏈軸線：后傾角=0° 內(nèi)傾角=2°
緊固件：M 10 × 2 & M 8 × 2
由車(chē)門(mén)受力關(guān)系可得：
S= Q=
見(jiàn)斷面B—B, ，由材料力學(xué)理論可知，本結(jié)構(gòu)中的剪應(yīng)力可以忽略（即忽略S的作用），則下鉸鏈處的應(yīng)力可表示為：
σ1===
已知：g=10 N/kg P=250 N R=0 N（掀拉式外手柄受力水平向上）
則：
鉸鏈的具體結(jié)構(gòu)尺寸為：鉸鏈軸長(zhǎng)為41mm，固定葉板長(zhǎng)67 mm、寬72mm，活動(dòng)頁(yè)板長(zhǎng)104 mm、寬29mm，鉸鏈軸直徑8 mm，活頁(yè)鋼板厚度4 mm、寬度11 mm。
鉸鏈的強(qiáng)度校核
（1） 校核鉸鏈軸的剪切強(qiáng)度：Fs=Q=320 N；鋼板的許用正應(yīng)力為160 MP；鉸鏈軸與鋼板的許用擠壓應(yīng)力為200 MP；鉸鏈軸許用剪應(yīng)力為80 MP。
鉸鏈軸的剪切強(qiáng)度足夠
（2） 校核鉸鏈軸與鋼板的擠壓強(qiáng)度：擠壓力Fbs=320N
鉸鏈軸與鋼板的擠壓強(qiáng)度足夠；
（3） 校核鋼板的拉伸強(qiáng)度：活頁(yè)上鉸鏈軸截面拉伸鋼板時(shí)最危險(xiǎn)截面，其軸力N=320 N
鋼板的拉伸強(qiáng)度足夠；故所設(shè)計(jì)的車(chē)門(mén)鉸鏈滿足結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度要求。
所設(shè)計(jì)鉸鏈機(jī)構(gòu)如圖4.12所示。
圖4.12 鉸鏈機(jī)構(gòu)
4.3.2.2車(chē)門(mén)限位器
車(chē)門(mén)的開(kāi)度限位器用以限制車(chē)門(mén)的最大開(kāi)度，防止車(chē)門(mén)外板與車(chē)體相碰，還必須能使車(chē)門(mén)停留在最大開(kāi)度，起著防止車(chē)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉的作用。目前應(yīng)用的限位器類(lèi)型有兩種：拉桿式限位器（傳統(tǒng)形式）和凸輪機(jī)構(gòu)式限位器（與鉸鏈一體）。本設(shè)計(jì)采用拉帶式車(chē)門(mén)限位器如圖4.13所示，由于彈簧力作用，滾輪壓在限位桿，當(dāng)門(mén)的開(kāi)度到滾輪被拉過(guò)限位桿上的凸起時(shí)，由于限位桿端頭的橡膠緩沖塊與限位盒殼相碰而使門(mén)限制在最大開(kāi)度。
圖4.13 拉桿式車(chē)門(mén)限位器
限位器的具體結(jié)構(gòu)尺寸：限位拉桿長(zhǎng)188 mm、寬6 mm、厚10 mm，滾輪D=8 mm×2
限位器的拉伸強(qiáng)度校核
由于限位