汽车车身设计-第八章.ppt

普通高等教育“十一五”国家级规划教材汽车车身设计第八章 车身闭合件设计提纲第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门（Liftgate）和门框车身闭合件(Closures),包括车门、发动机罩和行李舱盖等部件第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成1.有必要的开度，开启后能停止在最大开度和半开的位置2.安全可靠3.操作性良好4.具有良好的密封性，使乘员与外界隔离5.具有足够的刚度6.制造工艺性好，易于冲压并便于安装附件7.车门造型与整车协调；色彩与内饰和整车匹配8.设计应满足人机关系的要求，提高乘员舒适性9.在车辆使用寿命结束时，要求拆卸分解工作最少，而且不能回收的材料最少第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成车门系统一般由门体、附件和内饰件三部分组成第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（一）门体1车门外板一般采用0.65mm0.85mm厚的薄钢板冲压成型由于轻量化和侧面碰撞安全性的要求，广泛使用高强度钢板2车门内板是车门几乎所有附件的安装体，是车门的重要的支撑板件一般采用0.70.85mm的薄钢板拉延成型，对于整体式门内板，拉延深度形成门体厚度的侧板为安装车门附件机构，内板主要的立面上需压出各种形状的凸台、窝穴、手孔和安装孔等为保证车门附件安装位置的精度要求和保证车门周边的密封间隙要求，车门内板应具有足够的刚度，所以内板周边需冲压出凸边、加强筋或使用加强板焊于母板上第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（一）门体3车门加强板车门加强板用以提高附件安装部位的刚度和连接强度第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成车门J平面和窗台截面（一）门体4抗侧撞横梁可以是圆管，也可以是用高强度钢板冲压成型的异型截面梁截面厚度约在33-36mm范围内两端通过连接焊接在门内板上第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（一）门体5车门窗框车门结构可分为无玻璃窗框结构，组装式窗框结构，整体式结构和玻璃布置在窗框外侧的结构第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（一）门体5车门窗框第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成玻璃布置在窗框外侧（一）门体5车门窗框无窗框结构敞亮，外形效果好，板材利用率高，内、外板冲压方便；但玻璃运行稳定性差，密封困难组装式的窗框结构窗框用螺钉固定或焊接在门体上，装配长度100mm多采用滚压成型窗框，板料厚一般为0.81.0mm断面形状要考虑窗框的刚度、玻璃密封条的布置和固定、窗框与内门板的连接和安装等板材利用率高，门内、外板冲压方便，制造质量高，表面造型效果好。但零件/总成装配水平要求较高；密封条的选择受限制，在窗框转角处，密封条需45角接整体式结构的车门窗框内、外板是分别与门的内外板一体冲压的车门本体零件数量少，制造方便车门刚性好，便于设两道密封条，提高密封性能需较大的压床台面尺寸，且废料较大第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件1车门铰链和限位系统车门通过上、下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闩系统来支承；在车门打开时全由铰链支承车门的下垂：通常由于载荷作用下，铰链与车身或车门的连接部位变形所致第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件1车门铰链和限位系统合页式铰链两个合页分别与车门和车身门柱连接，合页之间用销轴定位优点是质量轻、刚度高、易于装配第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件1车门铰链和限位系统车门开度限位器具有门半开时支承功能和全开时限制车门的最大开度功能，防止车门外板与车身相碰，并使车门停留在所需开度，防止车门自动关闭的作用第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件2门锁体和锁闩系统啮合部分连接车门和车身，锁闩固定在立柱上，锁体装在门体内锁闩和锁体的咬合形式转子卡板式：啮合可靠，可承受较大的前后方向和门开闭方向载荷，对装配精度要求不高，应用普遍齿轮齿条式连动机构是门内、外侧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钥匙芯第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件3车门玻璃升降系统由支承玻璃的托架、导轨和玻璃升降器组成系统应满足如下要求：玻璃升降平顺，工作可靠，无冲击和阻滞现象。操纵轻便省力具有防止玻璃受外力时升降器倒转的机构，以免人强迫进入第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件3车门玻璃升降系统玻璃升降器传动：臂式、钢丝绳驱动方式：手动、电动正确选择玻璃升降器是保证玻璃升降操纵轻便，工作可靠、平稳的关键。对于电动玻璃升降器，还应考虑防夹功能第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件3车门玻璃升降系统升降器的选择根据具体的车门结构和升降玻璃形状选择窗框上具有平行的玻璃导槽：可采用单臂式结构车门窗框不平行，导向槽短：应采用交叉臂传动结构（或钢丝绳传动结构）。玻璃质心在升降过程中应始终位于支持玻璃的两个支承点之间，从而能保证升降的平稳性大曲率弧形升降面：应采用钢丝绳式结构第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件4车门密封系统1）车门与车身门框之间的密封通过安装橡胶密封条来实现车室内部与外界的隔离，以防雨水、灰尘、风和噪音侵入车内密封条对车门的关闭起到缓冲作用，且防止车辆在行驶中发生振响和气流啸声第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件4车门密封系统1）车门与车身门框之间的密封密封条的材质一般是表面具有合成橡胶护膜的海绵橡胶，其性能要求：弹性好，永久变形小良好的耐候性和耐老化性，低温下不发硬具有一定的强度和表面护膜的耐磨性吸水率低便于成型（挤压或模具成型）和装配密封条的布置型式安装在车门上或门框上，或双重布置两种型式并用密封条的固定方式：粘接、卡扣固定，嵌入式或夹持第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件4车门密封系统1）车门与车身门框之间的密封密封条的设计应使车门与车身门框间隙不均匀时，密封条的载荷不会有大的变化第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成密封条的弹性特性最好取用图示的中间一段如果取用载荷变化大的一段，虽可提高密封性，也可减小车门振动，但会使车门关闭力加大，影响商品价值（二）车门附件4车门密封系统1）车门与车身门框之间的密封密封条的断面形状分中空形和唇形两种中空压缩型密封条：广泛采用，由起密封作用中空海绵橡胶部分和夹持于门框上的夹持部分所组成，的弹性特性良好，使关门时对车门的反力小，密封效果好，便于布置第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（二）车门附件4车门密封系统2)门窗玻璃的密封结构靠玻璃导槽和车门窗台处横置的密封条实现玻璃导槽的装配断面形状设计车门窗台的密封第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（三）车门内饰用以装饰车室内部外，还起到隔音、吸音、防止车外灰尘进入和水浸入的作用由于车门内饰及构件软化，车辆碰撞时能保护乘员，提高安全性结构由芯材、衬垫、蒙皮、内饰固定板及附件组成第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成（三）车门内饰现在多采用成型内饰，有部分成型和整体成型两种成型方法：真空成型，发泡成型，注塑成型，热冲成型和树脂冲压成型等在内饰上安装车门扶手，除可以靠肘外，还可以作为开关门的把手用各种开关和烟灰盒等多为内置式，使内饰表面美观并有效利用空间，还可减少零件数量第一节 车门系统一、车门系统功能要求二、车门结构组成汽车概念设计阶段，车身轮廓尺寸、外形和车身结构形式逐步形成车身侧围结构设计与车门设计不可分割，车门的布置设计（包括车门的选型、轮廓形状、车门开度、附件型式、密封型式等）必须同时进行第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计车门布置设计内容：1.确认已知条件2.铰链布置和门边结构设计3.车门内部布置4.车门与车身侧围（门柱）的配合关系第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（一）由车辆总布置提供满足人机关系要求的尺寸第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计a-最小头部间隙 b-肩部空间 c-金属门厚 d-步出宽度e-门槛上部到地面高度 f-座椅到地板内饰空间 g-腰线高度 h-进/出高度 w-车身总宽 n-门内饰板 p、q-手操作空间 影响进出方便性尺寸第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计l1、l2、l3、l4-乘员SgRP点到前/后门框B线的水平距离h、h1-乘员SgRP点到门框止口线的高度（二）车身总宽和车身侧面外形曲面，门洞线、腰线、门窗口线，玻璃形状和分块，轮罩开口线等第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（三）车门周边与车身门框的配合关系第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计典型截面示例 1-内饰线 2-后轮罩 3-前围挡板（四）前、后门主要边缘结构和尺寸第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计前门前边缘结构1-前翼子板 2-门外板 3-铰链 4-限位臂 5-导线管 6-铰链轴线当给定车门表面形状和车门边缘的结构形式及尺寸后，即可开始车门铰链和门锁的布置第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（一）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（如前翼子板）或前、后门之间发生干涉车门绕铰链轴线的摆动轨迹分析解图：垂直于铰链轴线截取需要分析的截面在截面图上给出铰链轴心位置作门边的摆动轨迹分析间隙第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（二）检查门缝线造型的”钥匙”（K线）车身的门缝线是空间曲线。检查车门开缝线的位置和形状定得是否合理的方法是作K线门缝最后极限位置线第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计表面门缝线与铰链轴线的关系C-风窗下边缘线 D-前翼子板D线 T-前门边缘T线（二）检查门缝线造型的”钥匙”（K线）K线的研制是为了确保车门摆动时车门与其它部分（如翼子板，门体等）具有合适的间隙确定间隙最小的条件根据上述条件，和初始车门外板表面和铰链轴线位置，在A、F、D、B、G、C、E等位置作垂直于铰链轴线的截面，并作各截面前门摆动运动分析图第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（二）检查门缝线造型的”钥匙”（K线）将其余截面（A、B、D、E）向后移调至K线，并将其边缘点反投到车身侧表面上，连接这些反投点所得的线就是铰链上、下穿透点之间的门缝后移的限制线第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（三）铰链轴线在车身宽度方向的布置铰链轴线与车门外板表面的距离愈大则愈容易发生干涉，铰链轴线应尽可能向车身宽度方向外移铰链布置时要处理好轴线外移与铰链跨距和车门长度三者之间的关系第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计铰链的跨距与车门的长度 1-上铰链；2-下铰链；3-铰链轴线；4-门外板；5-门内板锁啮合口s点；A-铰链轴线至车身最宽点距离；z-铰链跨距；l-门长度（四）铰链轴线的倾斜应使车门铰链轴线内倾或后倾内倾比后倾效果更好。当铰链轴线外倾或前倾时，车门在开启时往下斜第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计铰链轴线的倾角计算 a)铰链轴线的倾斜 b)铰链轴线傾角计算1-侧视铰链位置 2-车门打开位置 3-车门关闭位置 U/D-车门打开60时车门A点的上升量或下降量（五）铰链的位置受结构的限制在铰链布置区域，内板表面位置线往往限制铰链外移布置铰链轴线要考虑合页尺寸和形状，轴心的调节量，门内板的圆角半径，内板到外板的表面距离等上、下铰链的最高和最低位置也受结构约束上铰链最高位置与腰线的距离，一般控制在100125mm而下铰链的最低位置是受门内板J线拐角圆弧的限制第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计车门内部的布置主要是门体内的附件和结构布置从门内板J平面到车身最宽线的距离，即车门的厚度，车身中段车门的厚度大约150mm。在这个厚度内，要布置车门的防侧撞梁，玻璃和玻璃升降机构，以及门锁和操纵机构等第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（一）玻璃及玻璃升降系统布置1布置玻璃升降系统的已知条件1）侧视图上车门窗框线（D线），造型给出的车门腰线C，玻璃上边缘点A和下边缘点B2）车身最宽处（如坐标3300处）的车门主截面图3）侧玻璃向车身中心的倾斜度和曲率4）已知玻璃升降器基本尺寸第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（一）玻璃及玻璃升降系统布置2车门腰线的调整对造型给出的腰线需要进行检查和调整，使玻璃可以全部降至窗台对于后门,由于结构限制,有的车门玻璃不能降至窗台,设计时应保证露出窗台部分的玻璃高度尺寸尽可能小第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（一）玻璃及玻璃升降系统布置3玻璃曲面和玻璃导轨第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计车门的玻璃表面应为鼓形表面垂直于鼓轴的各截面半径是变化的，各截面玻璃曲线是一组同心圆弧（一）玻璃及玻璃升降系统布置4玻璃升降器的布置侧视图布置主动臂摆动中心的高度玻璃质心交叉臂臂端的滚轮活动滑槽布置升降器底板在门内板平面上的固定位置和角度升降器在门厚度方向的位置第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（一）玻璃及玻璃升降系统布置5对于无窗框车门玻璃升降器的布置玻璃升降的平稳性必须由门体中的玻璃导轨和窗台内定位托玻璃升降的平稳性必须由门体中的玻璃导轨和窗台内定位托架来保护和导向玻璃架来保护和导向玻璃第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计无窗框玻璃的导向1-定位托架;2-滑轮;3-导轨;4-推杆;5-下落时玻璃脱离密封槽;6-下落时玻璃不脱离密封槽;7-设计位置（二）门锁布置门锁啮合口布置：距离铰链轴线尽可能远处门锁支持平面与铰链轴线布置必须协调门锁大多布置在玻璃升降机构的内侧操纵车门锁的外手柄一般应布置第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（二）门锁布置第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计操作手柄的布置1-门内板 2-外手柄 3-锁芯 4-玻璃（三）车门主截面的布置取车身中段靠近车身最宽处的截面进行车门内部布置玻璃上边缘点X值一般不应大于1/2Y，Y是车门腰线以上玻璃高度 车身中段玻璃曲率半径一般在10001800mm范围车门玻璃下端点到门内板间隙，臂式升降器不应小于25mm，缆绳式升降器不应小于42mm臂式升降器底板支持平面与车门内板垂直平面的偏角不大于3抗撞梁等所有金属件与玻璃的间隙不应小于18mm，抗撞梁与车门外板内表面间隙取5mm左右；抗撞梁应布置在离地面800mm左右的高度位置第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计应注意：1.门柱的强度和刚度2.车门、限位器、门锁闩等安装位置和精度3.与密封措施有关的车身结构要求4.门和门洞配合的一些控制措施5.选择的材料和加工方法等第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（一）前门锁啮合处B柱外板截面设计1.截取通过前门门锁啮合中心线的x-x截面。在x-x截面上作后门摆动到全开启位置并超过4的门边轨迹第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计检查后门门边运动间隙解图 1-后门最外极限位置 2-最内极限位置 3-后门全开启并超过4位置 4-门边最大调节位置（一）前门锁啮合处B柱外板截面设计2.调整锁支持面与B柱外板的关系，布置锁啮合中心线3.根据门合页尺寸h1 画圆弧;在后门处于关闭位置时，让后门前侧内板的斜度为6。参考前门内板J平面确定后门内板J平面4.根据密封要求，确定B柱外板B、R点，获得B柱宽度尺寸J5.取B柱侧外板与前、后门侧内板平行，其间隙至少取为11mm；考虑安装线束导管，确定B柱外板斜面P第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计B柱外板截面设计柱外板截面设计1-前门锁；2-锁啮合中心线；3-后门全开启并超过4位置；P-B柱外板P平面外移极限位置（二）后门上、下铰链处B柱外板截面设计铰链轴线到车身最宽线距离A是铰链布置的特征尺寸影响车门开启时门边间隙、车身门柱外板和门内板的拉延深度必须将铰链轴线沿车身宽度方向外移若不外移,则需加大柱合页高度h2，会影响门柱和车门的厚度应分析上铰链门柱合页与门边的关系第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计B柱下铰链处G截面 1-外板最外极限线;2-内板最内极限线;3-G水平最外极限位置;4-F、H水平最外极限位置;5-F水平最内极限位置;6-G、H最内极限位置;7-后门全开启并超过4位置;8-间隙线;9-密封三角形;T-切点;-门缝（三）作B柱的侧视图1.侧视图：若铰链后倾，求对应所需上升值的铰链后倾角22.作新设计的B柱前、后B线；求后门铰链轴线，并布置上、下铰链第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计布置后门铰链轴线 a)侧视图；b）前视图；1-后门铰链轴线；2-车门腰线（三）作B柱的侧视图3.安装锁于S线4.作B柱轮廓形状5.考虑密封结构，B柱强度、刚度和加工要求等因素，完成B柱设计第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（四）密封条布置许多车门采用两道密封结构，第一道是门内板J线与门框翻边上的密封条配合采用中空型夹持密封条时，要设计好TBR三角形，门上要有足够的密封面宽度确定安装于前车门上的第二道密封条与B柱的配合路径第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计（四）密封条布置为了密封功能可靠，对某些密封结构截面也要在考虑各种偏差条件下进行车门摆动轨迹分析第二节 车门布置设计一、已知条件二、车门铰链布置和门边结构设计三、车门内部布置四、车门与门柱的配合设计a)密封条安装于车身门框上 b)密封条安装于车门上1-第一道密封条（中空型）2-第二道密封条（唇型）3-密封条绕铰链轴线摆动轨迹白车门CAE分析车门扭转刚度分析车门垂直刚度分析车门外板凹陷分析铰链强度、刚度分析车门边缘齐平度分析拼焊板应用于车门的研究，车门零件板厚的优化等第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求（一）白车门总成分析某公司在开发新车型前车门时，参考原车型的车门CAE分析结果，提出新的车型方案；为了减轻重量，前门内板板厚由0.75mm改为0.7mm第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求前门爆炸图1-外板；2-内板；3-内板加强腰梁；4-后加强板；5-前加强板；6-外板加强腰梁；7-抗侧撞梁；8-玻璃升降器固定加强板；9-铰链固定加强板（一）白车门总成分析计算车门总成时，假设车门系统挂在刚性墙上，按技术标准施加规定的向下载荷第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求两种车门系统的性能都在技术要求范围内，而新车门重量减轻了0.4kg（二）车门窗框刚度分析研究窗框的横向刚度可取两种分析模型1）初步设计时用简化的梁单元模拟前、后、顶三段的截面参数视为常数窗框前、后段的底端固定于刚性门体载荷垂直作用于窗框的后上角计算框架在车身坐标系Y向的最大位移值，进行不同窗框截面方案的比较第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求（二）车门窗框刚度分析2）详细设计时用板单元模拟研究结构的细节，如截面的变化和加强板、焊点等的影响载荷作用于窗框的后上角，而铰链是刚性固定于车身侧围的门柱上，并约束门闩的Y向平移自由度第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求（三）车门内板采用拼焊板的研究目的将原车门装铰链一侧的门内板及其加强板改换成拼焊板，要研究为保持车门的结构刚度不变，确定应采用拼焊板的板厚1.将拼焊板组合到车门有限元模型中，代替原侧板和加强板2.约束车身铰链柱上两个合页的x、y、z方向的平移自由度，和锁闩处垂直于门的y方向自由度3.载荷条件施加使车门下沉的载荷，作用于车门重心1500N集中力作用于门上的锁闩啮合点4.计算啮合点的垂直挠度第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求（三）车门内板采用拼焊板的研究5.用MSC.Nastran的灵敏度分析与优化功能优化板厚优化模型为：优化变量：拼焊板板厚约束条件：限定门闩啮合点的垂直挠度优化目标：求解拼焊板最小板厚原方案：车门整体内板厚0.75mm，在安装铰链一侧附加有加强板新方案：门内板改为铰链侧1.8mm板厚、门内板0.75mm板厚，在分割线处激光焊接的拼焊板，取消铰链侧加强板改进后减轻了重量约0.9kg；刚度虽然略低，但不影响下沉量第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求（四）其它分析车门腰部内、外腰带挤压刚度分析限位器作用区域的车门刚度分析车门动态性能分析（略）第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求在期望的车辆寿命期间，车门应该经受住任何复杂的使用条件，包括各功能的可靠性和耐久性第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求（一）车门砰击（Slam）的耐久性车门耐久性试验要综合考虑环境条件，车门玻璃位置，砰击能量第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求驾驶员前门，按组合进行10个重复，总共10万次耐久性试验乘员前门，按组合进行5个重复，总共5万次耐久性试验后门，按组合进行2个重复，即总共2万次耐久性试验破坏性砰击试验，每个门仅作表中的12次砰击，不再重复每次试验后要检查车门各项功能和载荷变化的全部情况（二）车门限位器的耐久性定义为限位器的受载循环次数门在全开位置施加规定的力，然后释放并移动回到最初关闭位置，为一次限位器受载循环将限位器使用生命期间分为1000个间隔，检查功能和力的变化第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求（三）车门铰接系统耐久性在正常环境条件下测试前门，要求总循环次数为65000次后门为32500次整个使用周期分为5000个间隔，检查其功能和力的变化铰接系统耐久性试验的一次循环，定义为移动门从初始关闭位置到全开位置，然后关闭到初始位置第三节 车门总成的性能分析和试验一、分析实例二、车门耐久性试验要求稳健设计方法一种保证产品质量的有效设计方法可分成两类：传统的稳健设计方法，以经验或半经验设计为基础田口（Taguchi）方法、响应面法等现代稳健优化设计方法，与优化技术相结合容差模型法、容差多面体法、随机模型法等第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用田口方法以正交试验设计为基础，强调产品设计都必须经过系统设计、参数设计和容差设计三个阶段将损失函数模型转化为信噪比指标，再通过正交试验设计来确定参数值的最佳水平组合优点设计变量可以是连续变量、离散变量甚至非数值型变量优化过程对模型的连续性和可微性等数学性态要求不高，可求解相当复杂的模型通过正交表的统计分析，可以定量地了解各设计参数对目标性能的影响缺点事先要知道最优解的大致范围和水平，否则就要通过多轮的正交试验求解，从而明显降低效率第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用对车门铰接系统和对限位器系统的刚度要求系统垂直刚度不足会导致车门因变形而下沉影响车门和门框的间隙及表面平齐度使车门关闭费力和密封性变差车门系统设计要求车门下沉量越小越好通用汽车公司要求：车门边缘垂直挠度(弹性变形)不大于16mm永久变形(车门下沉量)不超过116mm第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用车门结构对车门下沉量的影响因素分析筛出可控制因素对产品性能影响的程度，以利于有效控制因素的最佳组合提出与车门铰接设计相关的8个因素第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用选用不等水平的正交表L18(21 37)，得到L18的DOE矩阵第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用有限元计算分析固定铰链合页位置门的全部自由度下垂分析：在车门内板质心处施加垂直向下载荷P=20kg下沉分析：在质心处作用P1=40kg的载荷,同时在车门闩位置加P2=150kg垂直向下的载荷分别计算门闩处的垂直位移,即车门的下垂量和下沉量第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用车门结构优化设计结果第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用结果分析-正交表的响应均值分析研究因素水平变化对产品质量特性的影响首先计算对应每个因素各水平的平均响应值作响应图(各因素水平与试验结果的关系图)第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用比较平均响应值,可见各因素对响应特性的影响,以及各因素不同水平之间的极差E因素的极差最大，说明变更该因素对设计响应特性会有较大的影响极差小的因素是F、G、H 3个因素，说明腰带梁板厚、抗撞梁板厚和门外板板厚,对车门下沉影响不大结果分析-正交表的响应均值分析根据试验目的(车门下沉量最小),从响应图中找出每个因素的最佳点,它们是参数的最佳组合A1B2C3D3E1F1G2H2第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用结果分析-试验数据的方差分析用于确定设计因素对偏差的贡献程度，定量给出因素的主次关系参数的最佳组合主要考虑贡献率大的主要因素及其相应的水平，并进行控制和调整；对于次要因素可根据其它条件确定，以便获得最佳的设计方案第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用最佳设计方案的选择：要考虑设计、制造、成本等因素对于最佳组合A1B2C3D3E1F1G2H2 门内板拉延深度，还需要考虑车门布置因素门内板只能要求开口最小化该组合方案不是质量最轻、成本最低的方案应该对上述方案进行调整。调整时要注意各因素对响应值的敏感性第四节 稳健设计方法用于车门系统设计一、Taguchi参数设计方法二、Taguchi稳健设计方法在车门系统设计中的应用(一)盖体发动机罩盖前部用锁固定，后部通过铰链悬挂于车身前围挡板上，是往后开启的形式行李舱悬挂于后围挡板上，后端用锁固定，是往前开启的形式两盖都是由内、外板组成外板是车身上的大型覆盖件，一般由内板起加强作用内板沿罩、盖的外板四周设置，通过翻边压合或粘接与外板组合；在内板上焊有安装铰链、锁和支撑杆用的加强板；为结构轻量化，在内板上挖去受力小的材料第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框(二)铰链机构应满足下列要求：保证盖有足够的开度，开启过程中不与车身其它部分干涉开闭盖轻便灵活，因此铰链机构采用平衡弹簧有足够的强度和刚度，以保证运动正确，可靠耐久第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框(二)铰链机构 带有平衡弹簧的铰链称平衡铰链简单平衡铰链：绕固定轴旋转，可通过恰当选择轴线位置及铰链臂的形状，避免盖在开启过程中与车身干涉连杆式平衡铰链：在开启盖时其瞬时旋转中心是不断变化的，可通过改变机构连杆尺寸来实现所要求的任何运动轨迹和开度第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框(三)锁止机构由上、下锁体，操纵机构，安全钩等组成。多用柱销锁或卡板锁行李舱盖锁止机构的典型结构，一般是关上舱盖便自动锁紧，采用正常的操作方法便可打开按钮式：按钮钥匙芯藏在按钮内，只要不是用钥匙锁上，既便是关上舱盖，用按钮也可打开第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框(三)锁止机构开启装置行李舱盖锁止装置上装有安全机构，必须通过操作锁止器上的操纵杆或与锁止器相连接的钥匙芯才能打开遥控开启装置：一般采用缆线控制，操作手柄设置在驾驶席旁边电磁式开启装置第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框罩盖的模拟分析1.静态分析在油罐载荷下发动机罩表面的正交挠度在弯管接头载荷下的发动机罩最大单元应力在刚爪印压载荷下的发动机罩最大单元应力在锁闩载荷作用下发动机罩四周边的垂直位移发动机罩悬臂弯曲刚度发动机罩扭转刚度第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框发动机罩盖计算模型发动机罩盖计算模型a-锁闩载荷工况 b-弯曲载荷工况 c-扭转载荷工况 d-整个盖体受4g载荷工况罩盖的模拟分析2.自上往下滥摔发动机罩（无锁闩）时的非线性变形3.模态分析第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框实例1）锁闩载荷工况集中载荷223 N作用于锁闩安装处，并考虑盖的分布载荷盖的两个后支点是在固定铰链的螺钉处，除绕y轴转动外，其它自由度全部约束；前端左、右角只约束垂直位移 2）弯曲载荷工况集中载荷223 N作用于锁闩安装处，并考虑盖的1g分布载荷约束盖的两个后支点全部自由度3）扭转载荷工况集中载荷178 N作用于盖的前左角盖两个后支点除绕y轴转动外，其它自由度全部约束前端右角约束全部自由度4）整个盖体受4g分布载荷工况约束条件与第1工况相同模型用板单元模拟；盖总成周边用焊点单元模拟；橡胶块用弹簧元模拟第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框实例结果-A和B两车型的发动机罩静态计算结果B型比型比A型重量轻型重量轻20%，而应力却比，而应力却比A型小，说明还有减轻的潜力型小，说明还有减轻的潜力第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框背门也称后门，是斜背式或快背式轿车上的重要部件背门通过两个铰链悬挂在顶盖后横梁上，背门上安装有玻璃窗，并与后保险杠、后灯具和后翼子板组成整个轿车的尾部一般采用臂式铰链，空气弹簧减振支撑杆，卡板式门锁；门锁的解扣由拉索控制第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框铰接系统刚度不足，特别是顶盖后横梁的刚度不足，将影响背门的下沉量，从而影响车身外观和功能背门设计时需进行CAE分析对门框，尤其是对安装铰链的顶盖后横梁，需要进行强度和刚度分析，并尽可能减轻结构重量第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框实例某车型顶盖后横梁总成结构分析约束结构截割面上x、y、z的全部自由度载荷沿x方向和z方向施加于铰链安装位置A、B两种新设计方案与原结构的计算结果第五节 白车身前、后闭合件一、发动机罩盖、行李舱盖二、前、后盖结构性能分析三、白车身背门和门框a-顶盖后横梁中段截面 b-安装铰链处截面 C-原结构 D-内饰线 虚线-截割面