轎車前車門設計設計說明書李凱

中華人民共和國教育部東北林業(yè)大學畢業(yè)設計說明書 設計題目： 轎車前車門設計 學 生： 李 凱 指導教師： 李宏剛 講師 學 院： 交通學院 專 業(yè)： 交通運輸類(車輛工程)2005級2班 2009年4月東北林業(yè)大學畢 業(yè) 設 計 任 務 書設計題目 轎車前車門設計 指導教師 李宏剛 講師 專 業(yè) 交通運輸類（車輛工程）2005級2班 學 生 李 凱 2009年1月3日題目名稱：轎車前車門設計任務內容（包括內容、計劃、時間安排、完成工作量與水平具體要求）首先要求對轎車前車門的結構及功能特點進行分析，并根據(jù)轎車前車門的位置及功能特點選擇前車門的具體結構形式，并按照車門的有關設計要求具體設計一轎車前車門，完成車門具體尺寸的計算和相關校核，撰寫設計說明書，并按要求繪制相關零件圖和裝配圖。要求設計合理，結構緊湊。時間安排：2009年1月1日2009年3月1日：調研、查閱參考資料，了解轎車前車門的功能、主要結構形式。確定研究方法，撰寫開題報告。根據(jù)設計內容自找相關單位進行畢業(yè)實習，填寫實習日志。2009年3月16日2009年3月20日：開題。上交實習報告、實習日志。2009年3月21日2009年4月10日：查找相關設計資料或手冊，分析并確定轎車前車門的具體結構形式，主要零部件及相互位置關系，繪制轎車前車門的結構草圖。2009年4月11日2009年4月19 日：根據(jù)選定的設計參數(shù)，按照車門設計的有關要求和順序進行具體結構尺寸參數(shù)的計算及其他有關參數(shù)的選配，繪制部分零件圖及總成草圖。 要求設計完整正確，圖紙能夠完整表達所設計總成或零部件的結構特點。2009年4月20日2009年4月25日：接受中期檢查。2009年4月26日2009年5月15日：對設計草圖進行修改，進行相關校核，完成設計圖紙及說明書初稿。2009年5月16日2009年5月25日：說明書及圖紙送審，根據(jù)審閱老師意見進行修改。準備預答辯。2009年5月25日2009年5月31日：預答辯2009年6月1日2009年6月7日：修改預答辯中發(fā)現(xiàn)的問題，包括圖紙、說明書格式、中英文摘要等。要求完全符合學校制定的撰寫規(guī)范。準備答辯。其中： 參考文獻篇數(shù)：10篇以上（其中，外文文獻3篇以上）圖 紙 張 數(shù)：折合0# 圖紙3張以上，其中至少含1張0# 圖紙 說明書字數(shù)：6000字以上 專業(yè)負責人意見簽名：年 月 日轎車前車門設計摘 要車門作為一個綜合的轉動部件和車廂一起構成了乘員艙的空間界面，設計的車門應具有足夠大的強度、剛度和良好的振動特性，以滿足車門閉合時耐沖擊性及與側碰時的耐撞性等各項性能的要求。本設計在參考了多種車門結構形式的基礎上，具體設計了一個分體式前車門。關鍵詞：分體式；轎車前車門；結構設計Design of cars front doorAbstractThe cars front doors as integrated compartment of the rotating parts and constitute the crew of the space module interface together, the design of the door should have sufficient strength, stiffness and good vibration characteristics, to meet the impact resistance when the door closed and with the side met resistance at the time of into the performance of such requirements. The design of the door in reference to a variety of structures based on the specific design of a split before the door.Key words：split; cars front door; structural design目 錄1 緒 論12 轎車前車門結構形式及特點23 轎車前車門結構設計43.1 結構形式及組成43.2 鉸鏈設計43.3 限位器設計53.4 后視鏡設計63.5 外板設計73.6 內板設計73.7 門鎖機構設計83.8 門玻璃設計93.9 玻璃升降器設計93.9.1 車門窗玻璃升降器操縱手柄位置93.9.2 平面圖布置113.10 防撞梁設計113.11 密封設計124 結 論13參考文獻致 謝東北林業(yè)大學畢業(yè)設計說明書轎車前車門設計1 緒 論車門是轎車車身設計中十分重要而又相對獨立的一個部件，其質量直接關系到整車的舒適性和安全性，其性能直接影響著車身結構性能的好壞1。它是車身中工藝最復雜的部件，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等要求都非常嚴格。因此，車門要求密封性好、防塵、防水、隔音，如果車門的質量差，時間久了容易產(chǎn)生車門卡死、關閉不嚴等現(xiàn)象，隨之帶來的噪聲和振動不但降低乘坐舒適性，而且容易造成汽車零部件的損壞。過去的車型主要以整體式車門為主，如桑塔納、富康、賽歐、派力奧等等，只有在部分高端車型上才使用分體式車門；從不同車系來看，日韓車系更多的采用分體式車門，而一些歐美車型依然沿用整體式車門的結構；從車門內部構件來看，防撞梁由鈑金件代替過去的管梁結構，限位器由凸輪機構式替代了傳統(tǒng)形式的拉桿式，玻璃升降器由雙導軌繩輪式結構取代了傳統(tǒng)的齒輪式結構等等。由于分體式車門顯而易見的優(yōu)勢，而其缺點也可以通過一些工藝手段輕易的解決，越來越多的車型上開始采用分體式車門，目前幾乎所有檔次的車型都開始采用。而一些老車型在進行換代開發(fā)時也開始用分體式取代原來的整體式車門，如：老款的蒙迪歐和新款蒙迪歐、老款的馬自達323和新款的馬自達3等。21世紀以來，“安全、環(huán)保、節(jié)能”的造車理念已基本確立。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車的優(yōu)化設計包括車門的輕量化設計都成為研究的重點，其中逆向設計技術也得到了廣泛應用。然而，從每年交通事故比例看，側撞要占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日起正式實施的側撞法規(guī)主要要求的是車輛側門結構的安全性。因此，在概念設計階段完成好車門的布置設計是轎車前車門結構概念設計中相當關鍵的一環(huán), 可以為以后的詳細設計打好基礎。本設計將依據(jù)轎車前車門的結構現(xiàn)狀做進一步改進，充分考慮影響車門開度的各種因素（H點、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、三道密封條等設計，優(yōu)化門鉸鏈、門鎖及門窗附件等的布置，將傳統(tǒng)設計與逆向造型設計在汽車車門設計中的應用技術相結合，進行及車門各附件的功能、結構等的分析、計算和校核，總成及零部件的布置，車門密封、通風設計等，最后應用Auto CAD等軟件進行繪圖。2 轎車前車門結構形式及特點車門的結構類型多種多樣，按開啟方式可分為旋轉門、拉門、折疊門和外擺式車門；按車門結構可分為整體式車門和分開式車門；按有無窗框可分為有窗框和無窗框式車門；按旋轉方向可分為順開門、逆開門和上開門2。對于不同類型的車門又可分為車門本體、車門附件兩部分。車門本體包括車門內外板、加強板和窗框等，如圖2-1所示，是一個整體涂漆、未裝備狀態(tài)的鈑金焊接總成，是實現(xiàn)車門整體造型效果、強度、剛度及附件安裝的基礎框架。而附件則是為滿足車門的各項功能要求，在車門本體或其它相鄰結構件上裝配的零件及總成。車門作為一個綜合的轉動部件，和車廂一起構成乘員的周圍空間范圍，車門具有足夠大的強度、剛度和良好的振動特性，以滿足車門閉合時耐沖擊性及與側碰時的耐撞性等各項性能的要求。前車門以安裝于車門前側的鉸鏈為旋轉軸來實現(xiàn)開啟和關閉。承擔載荷的部件有外門板、內門板、上加強板、下加強板、門鎖加強板、鉸鏈加強板和鉸鏈，由薄板沖壓成型并通過焊接連成一個整體的受力結構。a）有窗框車門（獨立窗框）b）有窗框車門（整體窗框）c）無窗框車門圖 2-1 車門及窗框結構形式按車門結構形式的不同，車門可分為整體式車門和分體式車門。兩種形式各有優(yōu)缺點：（1）整體式車門的整體剛度好，密封容易保證，裝配尺寸公差易保證，維修時拆裝簡單；但缺點在于沖壓工藝中窗口位置要產(chǎn)生大面積廢料，而且外部門框一般寬大且不均勻，外觀效果較差，門框占據(jù)了側圍上邊梁的部分區(qū)域，使上邊梁主斷面面積受到影響；（2）分體式車門的門框細而均勻，甚至可做成無窗框效果，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到前后車窗的整體化效果，美觀實用，同時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；但缺點是裝配工藝復雜，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。3 轎車前車門結構設計3.1 結構形式及組成本設計采用分體式車門結構，外板上集成窗框，內板與車門框架集成一體，外、內板之間焊接連接。車門附件均參照現(xiàn)有成熟結構進行設計，設計的具體部件包括：鉸鏈、限位器、后視鏡、外板、內板、門鎖、門玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。3.2 鉸鏈設計鉸鏈是車門與車身連接的關鍵部件3，同時也是車門上一個重要的活動部件。通常車門鉸鏈采用強度適當、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。車門鉸鏈的設計要求結構簡單、安裝方便、工作可靠、成本低。結構簡單也是鉸鏈設計的發(fā)展趨勢。 圖3-1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為車門重力，S、Q為鉸鏈處的受力沿豎直和水平兩個方向的分力2。圖3-1 鉸鏈的受力分析圖本設計中選用的設計參數(shù)分別為：b = 400 mm d = 880 mm 鉸鏈軸線：后傾角=0° 內傾角=2° 緊固件：M 10 × 2 & M 8 × 2由車門受力關系可得：S= （3-1） Q= （3-2）見斷面BB, ，由材料力學理論可知，本結構中的剪應力可以忽略（即忽略S的作用），則下鉸鏈處的應力可表示為：1=（3-3）已知：g=10 N/kg P=260 N R=0 N（掀拉式外手柄受力水平向上） 則：（3-4） 下鉸鏈=鉸鏈的具體結構尺寸為：鉸鏈軸長為46 mm，固定葉板長74 mm、寬80 mm，活動頁板長116 mm、寬32 mm，鉸鏈軸直徑8 mm，活頁鋼板厚度4 mm、寬度12 mm。鉸鏈的強度校核（1） 校核鉸鏈軸的剪切強度：Fs=Q=325 N；鋼板的許用正應力為160 MP；鉸鏈軸與鋼板的許用擠壓應力為200 MP；鉸鏈軸許用剪應力為80 MP。 （3-5）鉸鏈軸的剪切強度足夠；（2） 校核鉸鏈軸與鋼板的擠壓強度：擠壓力Fbs=325 N （3-6）鉸鏈軸與鋼板的擠壓強度足夠；（3） 校核鋼板的拉伸強度：活頁上鉸鏈軸截面拉伸鋼板時最危險截面，其軸力N=325 N （3-7）鋼板的拉伸強度足夠；故所設計的車門鉸鏈滿足結構及強度要求。3.3 限位器設計車門的開度限位器用以限制車門的最大開度，防止車門外板與車體相碰，還必須能使車門停留在最大開度，起著防止車門自動關閉的作用。目前應用的限位器類型有兩種：拉桿式限位器（傳統(tǒng)形式）和凸輪機構式限位器（與鉸鏈一體）。本設計采用拉帶式限位器，由于彈簧力作用，滾輪壓在限位桿，當門的開度到滾輪被拉過限位桿上的凸起時，由于限位桿端頭的橡膠緩沖塊與限位盒殼相碰而使門限制在最大開度4。圖3-2 限位器結構圖限位器的具體結構尺寸：限位拉桿長280 mm、寬12 mm、厚10 mm，滾輪D=15 mm×2。限位器的拉伸強度校核由于限位拉桿圓孔對桿的截面面積的削弱，所以要對桿進行拉斷校核。為此，先將拉桿端部截開，在截開的截面上有拉應力，假定它是均勻分布的，其合力為N1，由平衡條件可知：N1 = P 根據(jù)軸向拉伸強度校核公式： （3-8）式中A是被切開桿的橫截面積的凈面積，為 （3-9）將有關數(shù)據(jù)代入得： （3-10）故所設計的限位桿滿足拉伸強度要求。3.4 后視鏡設計后視鏡是汽車必有的安全件之一，駕駛員在行車過程中，通過后視鏡來獲取汽車后方、側方和下方的外部信息。后視鏡按照鏡面形狀不同，可以分為平面鏡、球面鏡和雙曲率鏡。后視鏡按照鏡面反射材料不同，可以分為鋁鏡、鉻鏡、銀鏡和藍鏡。后視鏡由主體結構和安裝附件構成。如圖3-3所示，主體結構包括鏡片、殼體、萬向球頭、壓板等件，安裝附件包括安裝座和安裝螺釘。外后視鏡鏡片在殼體加熱后卡入殼內，壓板通過兩個螺釘緊緊壓在球頭銷上，用來防止行車時后視鏡自行轉動，后視鏡總成通過球頭銷桿部螺紋與支桿連接，支桿則固定在車身上5。 圖3-3 后視鏡剖面圖3.5 外板設計圖3-4 外板的剛度加強如圖3-4所示，車門外板采用強度適當、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。因車門外板是車身外表面件，中部不應該有焊點，以免影響外觀質量，這樣外板中部剛度就差，行車時易產(chǎn)生振動噪音，因此必須對外板剛度進行加強，采取的措施有：在外板內側粘貼磁性瀝青板；設計加強梁，與外板柔性粘接6。3.6 內板設計內板是車門附件主要的安裝機體，許多主要受力件均安裝在內板上，如圖3-5所示，如鉸鏈、限位器、門鎖等，為增加連接部位強度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設置加強板6。外后視鏡限位器限位塊音 響門 鎖內手柄門鉸鏈圖3-5 桑塔納轎車內板3.7 門鎖機構設計一個完整的汽車門鎖系統(tǒng)必須能實現(xiàn)內開啟、外開啟、內鎖止保險、外鎖止保險及鎖緊車門的功能，因此汽車門鎖是一個結構復雜、功能要求多的組合系統(tǒng)7。門鎖看成是由多個構件組成的運動鏈系統(tǒng)，應用機構運動簡圖測繪法畫出在鎖緊狀態(tài)的機構運動簡圖，如圖3-6、3-7所示，從而為機構的結構分析、運動分析及力分析提供依據(jù)。圖3-6 鉤簧鎖結構圖外開啟機構鎖體機構內開啟機構鎖緊機構圖3-7 門鎖系統(tǒng)組成原理框圖從圖3-6中可以清楚地看出整個車門鎖有如下幾部分機構組成：(1) 鎖緊機構部分，即圖中鎖鉤20、擋塊兒組成的機構，當關閉車門時，鎖鉤從擋塊兒的開口方向進入帶動鎖鉤擺動至圖示的嚙合狀態(tài)，實現(xiàn)鎖緊動作；(2) 外開啟機構部分為外拉式手柄，是一鉸鏈四桿機構，原動件是外開啟手柄；(3) 內開啟機構部分，由構件11等機架組成，為一空間四桿機構，內開啟手柄與擺桿的運動處在兩個相互垂直的平面內，原動件是內開啟手柄。 3.8 門玻璃設計傳統(tǒng)的柱面汽車車門玻璃（調質玻璃，曲率 R=1210 mm）配合柱面導軌，其導軌為單一半徑圓弧，前后導軌為柱面上的等距線；其設計簡單，運動校核方便。3.9 玻璃升降器設計玻璃升降器是車門上主要附件之一，它帶動玻璃上下運動占據(jù)門內大量空間，在選擇玻璃升降器時應考慮以下因素：車門造型特點、車窗開口大小、玻璃形狀和安裝方式等。大致有以下幾種類型：繩輪式、齒輪叉臂式、齒輪式和軟軸式等。本設計采用齒輪交叉臂式玻璃升降器，如圖3-8所示，其優(yōu)點是結構堅固、使用壽命長，運行較穩(wěn)定（雙玻璃導軌設計），但噪音相對較大。圖3-8 齒輪交叉臂式3.9.1 車門窗玻璃升降器操縱手柄位置在確定操縱手柄時，應從人機工程學的角度來考慮。為了使手柄布置，在方便的位置就要把手柄的位置和駕駛員的位置聯(lián)系起來。如圖3-9所示，為汽車的手柄位置確定。圖示的陰影區(qū)域是在有關標準中對汽車駕駛室車門玻璃升降器手柄三角窗框及車門扶手所限定的區(qū)域8。圖3-9 汽車的手柄位置確定圖3-10 車門升降機構平面布置圖1 鉸鏈中心線；2 主動臂擺動中心；3 前導軌；4 門鎖內手柄；5 滑槽上止點；6 聯(lián)動桿；7 門鎖；8 后導軌；9 滑槽下止點；10 限位塊3.9.2 平面圖布置 圖3-11 交叉臂式玻璃升降器簡化結構側視圖如圖3-10、3-11所示為玻璃升降器的平面布置圖：（1）主動臂擺動中心的位置應設在靠近玻璃升程的一半處，這樣可以保證滾輪的水平移動量最小；（2）對于玻璃升降器從動臂的固定導軌，一般來說可以水平布置，但有時可以將它斜向布置，以減小摩擦力，不過在上下方向的位置應該與擺動中心的位置差不多；（3）當主動臂在水平位置時，應使玻璃升降器的支撐中心與玻璃質心相近以使升降平穩(wěn)；（4）升降器底板在門內板平面上的固定位置和角度，則決定于按人機工程學的校核區(qū)域內手柄位置和主動臂的擺動中心，還要考慮齒板齒輪的嚙合范圍；（5）主動臂的長度是設計升降器時應該考慮的因素，一般由玻璃升程和玻璃大小決定。在確定擺動中心后（升程一半處），主動臂的長度越長，則滾輪的水平移動量越小；（6）玻璃的限位在上止點靠的是窗框的最上端，而在下止點靠的是玻璃限位塊10，它一般焊在蓋板上當蓋板拆下后，玻璃還可沿導軌下滑，直到滾子可以從滑槽中脫開為止，以便拆裝和更換玻璃。3.10 防撞梁設計圖3-12 Y型防撞梁結構示意圖圖3-12為Y型側門防撞梁，采用特殊材料的鋼材，大大提高了車門的抗扭性，保證了駕乘人員的安全。3.11 密封設計要求密封材料耐候性好、耐摩擦性好、耐熱老化性好、吸水率低、低溫時可撓性好及不受車輛的涂漆侵蝕等。為滿足上述性能，一般采用EPDM（三元乙丙橡膠）制海綿。另外，為提高耐摩擦性、降低與車身的摩擦聲及提高在寒冷地帶車身與密封條之間的防凍性能，一般都在密封條表面涂層。密封方式采用安裝在車門上的方式，防止車門與車身間進入雨水、灰塵并防止上下車時弄臟成員的衣物；為防止水和灰塵進入車門鎖內，盡量在車門外側密封；密封質量好，提高隔音性能9。圖3-13所示為空心壓縮型密封條，是由起密封作用的海綿橡膠部分和起夾緊于門框作用的夾持部分所組成，其尺寸隨車型的不同而不同；非線性的彈性特性使關門時消耗能量小，密封效果也好。為降低壓縮密封條的載荷，可在密封條上加工排氣孔，孔徑一般為34 mm，孔距約為200 mm。圖3-14 車門密封條安裝方式圖3-13 密封條截面圖4 結 論通過對現(xiàn)有轎車前車門結構形式及其特點的分析，設計了一款轎車前車門，該車門采用分體式結構，主要包括鉸鏈、限位器、后視鏡、外板、內板、門鎖、門玻璃、玻璃升降器、防撞梁、密封等部件。 參考文獻1 王宏雁，徐少英。車門的輕量化設計。汽車工程，2004，32 唐建春?；谥R的車門附件布置設計系統(tǒng)的開發(fā)。吉林大學碩士學位論文，2000.92002.2：18343 何若天。輕型汽車車門鉸鏈結構與維修。汽車技術，1990，84 黃天澤、黃金陵。汽車車身結構與設計。機械工業(yè)出版社，1997.10：1912185 古正氣。轎車車身。人民交通出版社，2002.10：1922026 姜連渤，王紹春。汽車車門設計。設計·計算·研究，1999，47 李卓森，高云凱，李宇彤。中外汽車構造圖冊。1995.1：22288 陳華初，伍德榮。車門玻璃升降器制動力矩的分析與計算。湖北汽車工業(yè)學院學報，1993，39 汽車工程手冊編輯委員會。汽車工程手冊·設計篇。人民交通出版社，2001.5，68870810 萬德安、呂龍鶴、汲長志。轎車車門與側圍虛擬裝配及裝配質量的測試與分析。中國機械工程， 2004年9月下半月，第15卷第18期11 崔建、昆周偉。轎車車門斷面設計的原則和方法。上海理工大學學報，2008，Vol.30 No.512 楊蕾、張淑敏、李應軍。面向最優(yōu)關門能量的轎車車門設計。機械制造，2006，44卷第499期15致 謝在此要感謝我的指導老師對我悉心的指導，感謝老師給我這樣的鍛煉機會。在整個畢業(yè)設計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益！東北林業(yè)大學畢業(yè)設計評審意見表畢業(yè)設計題目轎車前車門設計學生姓名李 凱專業(yè)班級車輛工程05級2班指導教師評語:建議成績：指導教師（簽字）： 年 月 日東北林業(yè)大學畢業(yè)設計評審意見表畢業(yè)設計題目轎車前車門設計學生姓名李 凱專業(yè)班級車輛工程05級2班評閱人評語:建議成績：評閱人（姓名、職稱）: 年 月 日東北林業(yè)大學畢業(yè)設計評審意見表畢業(yè)設計題目轎車前車門設計學生姓名李 凱專業(yè)班級車輛工程05級2班評閱人評語:建議成績：評閱人（姓名、職稱）: 年 月 日答辯委員會意見: 答辯委員會(教師姓名、職稱)：畢業(yè)論文成績：