1、车身门系统设计及附件布置,授课人: 朱祖伟,开闭件设计规则,前 言门系统是消费汽车使用人员最常用的系统；开闭件是车身中工艺较复杂的部件，它涉及到零件冲压、包边焊接、零部件装配、总成组装等工序；开闭件是车身上安装附件最多的总成，对尺寸配合和工艺技术要求都严格；开闭件是车身关键运动件，其灵活性、坚固性、密封性等方面的缺点易暴露，对汽车产品的使用质量有严重的影响；生产商对开闭件的制造均十分重视，开闭件质量的好坏，实际上也直接反映了生产商的工艺制作水平的高低；为了严格控制本公司汽车车身开闭件设计质量，参照国内外汽车白车身开闭件设计要求，结合本公司已经开发的各种车型，简要阐述汽车开闭件设计规则。意在对你
2、们在今后的设计中进行指导、评估和监督，让汽车车身开闭件的设计更符合实际要求。,一. 前、后车门系统的设计. 1、功能要求: 1) 车门应具有必要的开度, 以保证人和货物进出方便，且开启后能停止在最大开度和半开的位置上。 2）车门安全可靠，关闭时能锁住，且能防盗；行车或撞车时，车门不会自动打开；发生车辆侧撞或翻滚时，车门能起到结构支撑作用，且能正常打开。 3）操作性良好。车门开关方便，玻璃升降轻便、灵活;部件系统可靠耐久。 4）具有良好的密封性，使乘员与外界隔离。车内噪声最小, 灰尘和废气的吸入量最少，并应有防止门腔内积水的措施。 5) 具有足够的刚度, 不易变形下沉；行车时不振动。,6）制造工
3、艺性好，易于冲压并便于安装附件。 7）车门造型与整车协调，保证表面齐平，门缝间隙均匀；色彩与内饰和整车匹配。 8）设计就满足人机工程要求，如空间位置、操作件位置和视野障碍最小化等要求，以提高乘员舒适性。,二、车门系统的组成: 由于大家都比较熟悉开闭件系统的构成，在此简要叙述一下: 车门系统一般由门体、车门附件和车门内饰件三部分组成。 1. 门体-包括车门内、外板，门体加强板，窗框等零件的焊接总成，如图1。 2.车门附件包括铰链、限位器、锁体、升降器、密封条等。 3.车门内饰件包括门护板、门拉手、开手、扶手板等。,三 车门附件布置及要求 1. 铰链和限位系统功能要求 如图2所示, 车门通过上、下
4、铰链悬挂在门柱上。整个车门（包括门内饰板）的重量及任何作用在车门上的力，在车门关闭状态下，是由两个铰链、门锁及固定在车身门柱上的锁扣来支撑；而在车门打开时，则全由铰链支撑； 铰链的结构形式：一般为合页式。此种铰链的优点是质量轻、刚度高和易于装配。还有一种是带限位器的铰链。此限位合安装在门下铰链上。 门铰链的最大开度角应不小于设计要求的车门开度角，对于装有车门限位器的门铰链，其限位应可靠；,车门的开度限位器具有门半开时的支撑功能和全开时的制止功能，其作用是限制车门的最大开度，防止车门外板与车身相碰，并使车门停留在所需开度,防止车门自动关闭。 车门限位器的结构一般如图3所示，通过改变臂的形状，可设
5、定门半开的保持位置和保持力。设计时要考虑过力开启和暴风吹开门的作用力。,车门开度-车门的最大开度一般在60-75，较多的车门开度设置在70。这要根据上下车方便性，上车后关门方便以及车门与车身不干涉等条件而定。 链轴线在车身上的布置-铰链轴线与车门外板表面距离愈大则愈容易发生干涉，所以铰链轴线应尽可能向车身宽度方向外移。但轴线外移受上下铰链跨距的限制。从受力观点出发，上下铰链的跨距Z与车门长度L之比Z/L1/3。且上铰链的上轴衬到下铰链下轴衬之间的距离330mm。如图4、5所示。 铰链轴线的倾斜-为了车门有自闭趋势。为此，应使车门铰链轴线内倾或后倾，内倾一般不大于4。图6所示。 铰链的开启角度铰
6、链的设计开启角度比车门的最大开启角度大3-5，其目的是防止限位器失效或过开门时门板与翼子板干涉。 车门间隙建议车门开启的最少间隙在2.5mm以上，工艺水平高的公司不小于2.0mm。,2 车门铰链布置和门边结构设计 车门靠铰链和门锁悬挂于车身门框上。当给定车门表面形状和车门边缘的结构形式及尺寸后，即可开始布置车门铰链。 1） 车门摆动分析解图 铰链轴线的布置影响车门的摆动轨迹。在车身外形设计的初步阶段，就需要布置铰链轴线并对车门旋转轨迹进行检查，防止车门边缘与周边结构（如翼子板、门框）或前、后门之间发生干涉，确保造型设计（门缝设计）的可行性，并确定门柱尺寸等。 车门绕铰链轴线的摆动轨迹分析是通过
7、作一系列的摆动解图来完成的。解图作法:,1.1 垂直于铰链轴线截取需要分析的截面. 1.2 在截面图上给出铰链轴心的位置. 1.3 作门边的摆动轨迹. 1.4 分析间隙. 由于车门与门框的相对位置主要靠铰链总成的位置来调整,因此在车身门柱上的铰链合页装配位置,应允许在车身上/下、前/后和内/外方向有一定的调整量。如：铰链轴线在车身前后方向的调整量a=1.5mm，在宽度方向调整量b=4mm，前门制造偏差c=1.0mm，d=1.5mm。还要考虑后门边缘有超差c=1.0mm的制造偏差，和前门砰击关闭时前后门后边缘深入表面e=3mm的情况。,根据我国城市建设对道路设计标准CJI37-1990规定，路面
8、横向坡度为2，最大路缘高度为200mm，建议车门开启时提升值为1530mm。（车门提升高度值，是定义为车门开启60时，在离铰链轴线垂直距离为762mm处的门下边缘一点的高度值。按照这个定义，根据所要求的高度升起/下降值，即可估算所需要的铰链内倾或后倾角度。一般内、后倾角之和在4 内。其计算方法如图7所示。 2）铰链的位置受结构的限制 铰链最外侧与车门内、外板有一定的间隙要求，其间的关系如图8所示。,2.1 ) 铰链在y方向有4mm的调节量； 2.2 ) 铰链与门内板的接触面离内板倒角处最小间隙2mm； 2.3） 车门内板和外板外覆盖面的净间隙不小于2mm； 综上所述：铰链安装面与外板外覆盖面的
9、间距在11mm左右。,图 7 铰链轴线倾角的计算,3 锁及锁扣系统 锁及锁扣布置要符合以下要求； 门锁上所有运动件应灵活，开关车门轻便，不应有异常噪音。2) 门锁必须具有半锁紧位置和全锁紧位置。 当锁处于全锁止位置时应能承受一定的纵向负载，横向负载和冲击惯性力的作用，防止汽车碰撞、翻车、颠簸而使门锁失灵。 锁及锁扣系统包括啮合部分和连动部分。 啮合部分连接车门和车身，锁扣固定在车车身门柱上，锁体装在门体内。锁扣和锁体的啮合形式有转子卡板式和齿轮齿条式。由于卡板式啮合可靠，可以承受较大的车辆前后方向和车门开闭方向的载荷，且装配精度要求不很苛刻，故目前用的最多。,4）锁扣啮合部分所在平面应与铰链中
10、心线垂直，允许误差1。这样才能使锁体在开闭件关闭或打开的时候能顺利工作，不至于出现卡死现象。 5） 锁扣到门内板锁体锁舌处的距离在设计的时候有两种方案: (1)当锁扣超出车门内板表面时，直接留足锁顺利开启和锁止的余量，超出锁体口边缘3mm；（2）当锁扣不超出车门内板表面时，要求锁扣到门内板锁舌处的距离在超出锁体口边缘的情况下为10mm以上。这是考虑碰撞之后车门仍能顺利打开而规定的。 如图9所示 锁体的连动机构是门内外手柄及其操作力的传动部分和锁止、开启部分，包括门内锁止杆和锁芯。见图10所示。 锁体连动机构的设计由内外饰负责，但是车身需将输入条件（特别是锁体行程）提供给内外饰，锁体的行程为锁体
11、有效方向（x/y/z）方向行程，不是锁体转动弧长行程。且提供给内外饰的行程一定要比锁体的开启行程大5-8mm（视主机厂家生产工艺而定）以弥补零件误差和装配误差。,4 玻璃升降系统 玻璃升降系统是车门最关键的附件系统，其升降系统的好坏直接影响购买者对该车的评价，也是反映主机厂生产水平高低的重要环节之一。 玻璃升降系统由支撑玻璃托架、导轨和玻璃升降器组成。系统应满足如下要求： 1）玻璃升降平顺，工作可靠，无冲击和阻滞现象。 2）操作轻便省力。 3）具有防止玻璃受外力时升降器倒转的机构，防止人从车外能够迫使玻璃滑下。,目前常用的玻璃升降器有交叉臂式升降器和绳轮升降器两种结构类型。 交叉臂式升降器优缺
12、点：1、总体刚度好，对玻璃支撑区域宽，玻璃上升、下降过程中稳定性好；2、升降器 的“平衡弹簧”可大大减少升降器滑动配合面的接触应力，提高升降器的运行寿命；3、缺点是运行中受到侧面因玻璃弧度引起交叉臂变形而产生的应力增加了运行阻力，且其本身质量比绳轮升降器大。 绳轮式升降器优缺点：1、绳轮式升降器可以适应玻璃弧面半径小于2 000 mm 的车型（轿车为了美观，玻璃弧面半径或曲率半径通常小于2 000 mm）；2、运行时噪声低，主要元件是塑料件，占用金属少、质量轻，对减轻车门质量和车门铰链负担有利；3、缺点是支撑玻璃区域窄，玻璃上升、下降时若两侧受力相差过大玻璃扭转与两侧导轨的摩擦力大增会被卡住；
13、,4、钢丝绳绕线复杂，若松动则容易相互缠绕脱轨而失效，钢丝绳如果润滑不好与导轨摩擦会增大， 绷断几率很高；5、由于没法安装玻璃上升、下降过程蓄能装置“平衡弹簧”，手动绳轮升降器转动手柄上升用力很大，而下降时玻璃下降太快手柄用力小，手感很差。综合上述2 种升降器特点， 新车型设计时建议优先选用交叉臂式升降器， 没有布置交叉臂式升降器条件时再考虑选用绳轮升降器。 由于绳轮升降器布置相对简单，所以在此不讨论。以下主要讨论交叉臂式升降器的布置与设计。,玻璃实际运行轨迹和门框高度结构分析,图1 1是车门纵向剖面（从车头往车尾看）示意图。 升降器上止点是指玻璃上升到门框顶点时玻璃导槽的位置，反之为对应的下
14、止点；升降器上止点到下止点的距离称为升降器总行程，刚好是车门框高度。 当玻璃托槽跟随玻璃由上止点运行到下止点时，在X 方向上发生的最大总变形量称为总挠度B，BR R2H2 4 。B 值对升降器的运行阻力、弹性变形以及耐久性有重要影响，B 值太小玻璃与腰线密封胶条的压力值小，密封不好；B 值太大升降器变形大，玻璃与胶条摩擦力大，容易发生永久性变形。 B 值根据车型大小一般在818 mm 之间。设计中，如果B 值在814 mm 之间时选用适应变形能力一般的交叉臂式升降器；而B 值在1418 mm 之间时选择适合变形更大的绳轮式升降器。 因此，应尽量避免将车窗玻璃轨迹线的圆弧半径设计的过小，导致B
15、值过大而给升降器布置设计造成困难。,升降器理想工作平面设计,升降器挠度布置如图12 所示。升降器理想工作平面是指没装玻璃的状态下升降器玻璃导槽在完全自由时上下滑动经过的轨迹平面；装上玻璃后，玻璃停在任意位置导槽会被玻璃挤压或拉伸而离开升降器理想工作平面一段距离， 这段距离称为升降器的运行挠度。把玻璃实际运行轨迹分割成3 段，总挠度也被分成B1、B2及B3 三 处挠度。 玻璃处于门框顶部（即闭合状态）时升降器玻璃托槽被玻璃往车内压迫，若B1大一些玻璃托槽可以产生较大的反作用力向车外（X 方向）推玻璃向腰部密封胶条挤压， 对车门玻璃的密封和降低零件相互振动噪声有利， 但B1太大会对升降器正常运行不
16、利，迫使升降器长臂发生太大变形、增大玻璃运行摩擦力，因此B1取值范围在512 mm 之间。,B2是指主臂中心线、副臂中心线与玻璃完全重合时的挠度，此时玻璃导槽被玻璃往车外拉伸，避免了玻璃导槽与主臂或副臂发生干涉； 分担升降器上止点部分挠度（变形）的作用，避免B1过大。因此B2取值要在保证避免玻璃导槽与主臂或副臂发生干涉的前提下视B1大小适当调整，一般取25 mm 之间。B3要在保证B1、B2取值合理的基础上尽可能小，以减少玻璃受到的摩擦力，降低升降器手柄的启动力矩或减低电机的启动电流。升降器理想工作平面必须依照以上原则来布置，升降器理想工作平面可不与YZ 平面平行，也可完全垂直于XY 平面（地
17、面）。,升降器厚度、安装基准面的确定,升降器厚度（图13）是指升降器理想运行平面到升降器安装基准面之间的平行距离； 升降器安装基准面是指固定升降器的车门内板平面， 一般包括固定座板和固定滚轮滑槽的2 处平面， 通常为了模具制造、测量方便等原因把这2 处设计在同一平面内； 升降器厚度的取值主要依照2 个原则： 确保升降器支撑玻璃的距离不因过长而导致升降器所受扭矩过大，发生大的变形；升降器安装平面不影响其他功能件比如门锁、门限器等零件的布置。因此给出升降器厚度的一般经验值是3045 mm 之间。,升降器厚度、安装基准面的确定,升降器厚度（图13）是指升降器理想运行平面到升降器安装基准面之间的平行距
18、离； 升降器安装基准面是指固定升降器的车门内板平面， 一般包括固定座板和固定滚轮滑槽的2 处平面， 通常为了模具制造、测量方便等原因把这2 处设计在同一平面内； 升降器厚度的取值主要依照2 个原则： 确保升降器支撑玻璃的距离不因过长而导致升降器所受扭矩过大，发生大的变形；升降器安装平面不影响其他功能件比如门锁、门限器等零件的布置。因此给出升降器厚度的一般经验值是3045 mm 之间。,升降器中位线、主臂旋转中心的布置以及升降器大小的选择,中位线、主臂旋转中心布置如图14 所示。升降器中位线是指升降器的小导轨中心线， 小导轨将副臂一端的滚轮圆心与主臂旋转中心保持在中位线上，副臂另外一端的滚轮中心
19、与主臂滚轮中心连线（玻璃导槽中心线） 在运动过程中也始终与中位线保持平行，从而实现玻璃的水平升降。当升降器的玻璃导槽运动到中位线时，主臂中心线、2 个副臂中心线与玻璃导槽中心线完全运动到同一水平面上。中位线将升降器总行程分为上行程X1与下行程X2。对没有特殊布置要求的车门，X1与X2大致相同，相差最大不能超过40 mm，以保证主臂不会弯曲，从而保证主臂强度以及材料利用率。 升降器大小主要指主臂长度，主臂长度小，则升降器交叉支撑臂的宽度J1、J2小，支撑玻璃的稳定性差，如图15 所示；主臂长度越大，J1、J2越大，支撑玻璃的稳定性越好。但主臂长度还受到以下因素的限制，主臂顶端滚轮运动圆弧轨迹不能
20、过于靠近门锁布置区，否则容易造成干涉；为保持升降器总传动比不会减少太多， 主臂长度增大需要相应增大扇形齿板半径R1，增加升降器质量，以加大车门铰链的负担；主臂工作转角取6095， 以便选取较合适的平衡弹簧；扇形齿板半径R2增大，手柄旋转半径R3轨迹也会相应靠近仪表板，容易造成干涉，如图16 所示。,升降器支撑中心区与玻璃质心线的布置,支撑中心区域与玻璃质心的布置如图17 所示，交叉臂的旋转中心从上止点运动到下止点时在Y方向的投影区称为升降器支撑中心区。交叉臂式升降器支撑玻璃的2 个支撑点比绳轮式升降器支撑点宽得多， 在升降器支撑中心区内玻璃质心的少量偏移对升降器支撑玻璃稳定性几乎没有影响， 因
21、此升降器主臂旋转中心在Y 方向的布置可以在保证玻璃质心落在升降器支撑中心区的基础上适度偏向玻璃的长边，以抵消玻璃长边滑动摩擦力f1与玻璃短边滑动摩擦力f2的差值。,小齿轮中心（升降器手柄轴中心）位置的布置,当升降器上行程X1大于下行程X2时， 小齿轮中心需绕主臂旋转中心往下偏转一定角度（一般与中位线夹角不超过20），在保证主臂可在大齿轮中间区域焊接的同时还可让手柄的运动轨迹避开仪表板突出部分，如图18 所示； 当升降器上行程X1小于下行程X2时，小齿轮中心需要绕主臂旋转中心往上偏转一定角度；当大、小齿轮传动比增大，即大齿轮齿数越多时升降器手柄运动轨迹越靠近仪表板，从而增加干涉的风险； 应尽量将
22、升降器手柄的运动轨迹处于乘员手部可以舒服驱动的区域内。,升降器细节结构设计要点,以上主要讲述了升降器的布置及其结构设计大体方案。关于升降器细节结构设计要点包括以下方面，主要由升降器配套厂家完成，所以不详细说明。1、升降器与玻璃受力分析-主要目的是对齿轮传动比以及平衡弹簧的力矩转角特性曲线进行优化设计，以减轻升降器驱动机构的负担，增加升降器寿命；2、升降器传动比的选取-主要目的是匹配启动驱动力和升降器从下止点到上止点摇柄的转动圈数，建议圈数不大于5，否则会让操作人员感觉操作太慢不舒服，目前较多升降器产品的传动比都在12-28之间；3、平衡弹簧设计计算-主要目的是有效缓冲玻璃升降过程，使升降过程平稳。,
