毕业设计（论文）汽车前门铰链角板设计

西华大学毕业设计说明书 目 录摘要 1Abstract 21 前言 31.1 课题背景 31.2 风力发电国内外发展现状与趋势 41.3 风电齿轮箱的类型及国内外研究现状 72 风电齿轮箱的设计与计算 132.1 传动方案的确定 132.2 传动零件设计计算 143 风电齿轮箱的三维造型 283.1 pro/E 参数化建模概述 283.2 三维模型建立 284 风电齿轮箱的有限元分析 364.1 箱体的有限元分析 364.2 中间齿轮轴的有限元分析 385 总结 41个人体会 42致谢词 42参考文献 43摘要随着人民生活的日益提高，汽车渐渐进入许多家庭。随之带动的是汽车工业大步跨进。我国已经连续两年成为汽车产销第一大国。而在商用车市场中微客的销量呈现出耀眼的成绩。微客市场2000-2002年经历了第一个高速增长的期，平均增速29.4%；2003-2008年进入平稳增长期，平均增速9.1%；2009年呈现出井喷式增长，增速为83.4%；2010年增速放缓全年增长27.8%，全年销量达到249万辆的一个崭新高度。正是由于汽车销量的旺盛，带动了汽车零部件的发展，在这段时间里成就了一大批企业。企业规模从几亿元的年销量收入发展到十几亿甚至几十亿元，有些企业接到的订单甚至已经排到了第二年或者第三年。但是，总体来说我国的汽车零部件企业是属于中低技术水平的，一些高新和核心技术仍然掌握在国外厂商手中。在车身部分，前门铰链角板总成零件作为汽车零部件，由于汽车销量的猛增，也使车身加强件零件的需求加强。在某公司已经完成的上市车型上，对该零件进行重新优化设计，使前门铰链角板 加强的作用得到加强，满足不同顾客在各种工况下的苛刻要求。 【关键词】：汽车产销；汽车零部件；加强件； Abstract As the development of living standards，the automobile are bought by thousands of family.By the way ,it drives the automobile industry leap over a long.China has become the automobile made and sales market in continuation two years. And in commercial vehicle market in which shows the sales customer dazzling achievements. minibus market experienced first forecasted 9.3%, the average growth in 2000-2002; From 2003 to 2008, the average growth into smooth growth 9.1%; 2009 blowout showed the growth, growth in 2010 for 83.4% 27.8%, annual growth slowing annual sales of 249 million vehicles a brand-new height. It is due to the strong in automobile sales, leading to the development of Auto parts parts, during this period achievements a large number of enterprises. Enterprise scale from hundreds of millions of dollars in annual sales revenue growth become even more billions , some enterprise receiving orders have even row by the next year or the third year. However, on the whole Chinas auto parts enterprise belongs to the low technical level, some still possess high and core technology in foreign manufacturers hands. automotive body hinge in body parts, horny board assembly parts as automobile parts, because the car sales surge is also body strengthen pieces. The demand to strengthen parts In a company has completed the listed vehicles parts, to optimize design of door hinge horny board strengthen role strengthened meet different customers in various working conditions of strict requirements. Auto production Auto parts Strengthen pieces 前言前门铰链角板是汽车车身上与车体一起焊接的零件，对于加强前门支撑以及对前门上下铰链起到支撑作用。该零件在国内许多微客制造企业被普遍使用，由于该零件大部分是由冲压和焊接而成的，许多零件主要是在工艺上有所改进。例如常采用的电阻焊和二氧化碳气体保护焊等。但是，随着微型客车从以前单纯的载人，而发展到不仅能够载人也要求能够载运人和货。而且由于在许多农村市场的发展，各种工况和路段的出现，对微客在强度、扭转和刚度上提出了新的要求。据国内的微客2010年销量的统计，国内前三名的微客销量市场占有量预估分别是 49%、30%、15%。可见，国内的微客市场竞争也是相当激烈的。所以在汽车零部件上选择更有竞争力的材料和对零部件的优化设计是企业发展的必然趋势和要求。从大的整体来看，前门铰链角板总成的设计发展方向有以下几点：首先，前门铰链角板发展采用不同板料的激光拼焊技术，发展更高强度和低重量的零部件。并且这种技术的发展必将取代原有的整板冲压成型技术。这种技术将为汽车轻量化的设计方面带来一定的优势。其次，零件集成化程度越来越高，总成零件由以前的多零件、多焊点，发展多冲压、少焊点，提高零件的优化程度。并且也是车身轻量化工作需要研究的方向。本毕业设计需要对某上市车型前门铰链角板总成的整体钣金件，前门铰链角板的重新设计布置。满足前门铰链角板在汽车前门上立柱、前壁板、前轮鼓包以及侧围外蒙皮上的布置和刚度、扭转、强度的要求。重新设计铰链角板总成上的零件，对前门上下铰链螺板，开门限位器焊接总成的改进和优化。同时，在汽车车身上要求对汽车电器线束总成走向分析，确定前门铰链角板线束孔。对车门安装孔的确定优化等。最后完成前门铰链角板总成的设计布置。正文1 前门铰链角板总成设计简介1.1 前门铰链脚板总成毕业设计任务要求整个毕业设计需要完成的任务量如下： 1、前门铰链角板总成市场需求及其未来发展趋势；2、前门铰链角板总成在汽车结构上的作用及零件分析；3、前门铰链角板在汽车上的布置设计；4、前门铰链角板设计过程；5、对前门铰链脚板总成进行必要的CAE分析和断面间歇验证；6、利用 CATIA对前门铰链角板总成三维建模以及折合为三张A0的二维图纸；1.2 前门铰链脚板总成设计流程前门铰链角板总成设计在汽车过程中由于主要是起的加强作用，因此与汽车外板设计以及内板设计不相同。整个汽车设计本来是一个十分庞大的过程，许多零部件的设计需要重新设计，但是有的是不需要完全自己重新设计的。因为如此大的一个系统，需要很多人来完成。但是由于现在中国的技术水平和资金实力等的条件的不足，因此无法满足现在汽车的全新设计。作为世界第一大汽车制造企业丰田汽车，之所以成为全球汽车行业的龙头能够时时推新，其实也是在其丰田悠久的历史技术沉淀，以及各种开发车型平台息息相关的。前门铰链脚板总成设计流程如下图1.1所示；概念设计法规输入市场输入CAS面及草图输入三维数模造型周围零部件搭接分析总成零件关系设计验证截面间隙验证CAE分析图1.1 前门铰链脚板总成设计流程2 前门铰链脚板总成概念设计2.1 法规输入汽车产品的技术法规一般指涉及车辆主动安全、被动安全、一般安全、环境保护、节能和防盗等方面的内容。前门铰链铰链角板总成由于该零件主要受的主要力是前门的载荷，因此考虑到车门上有限位器、车窗升降器、上下铰链、车身侧围、门锁以及防盗装置等相关车门法规主要有以下几点：国内法规：GB 15086-2006汽车门锁及门铰链的性能要求和试验方法GB 15743-1995轿车侧门强度GB 11566-1995轿车外部凸出物GB 15740-1995汽车防盗装置性能要求QCT3231999汽车门锁 QCT5861999汽车门铰链QCT6261999汽车玻璃升降器QC/T 636-2000汽车电动玻璃升降器 国外法规：70/387Door latches and hingesECE R26关于就凸出物方面批准车辆的统一规定ECE R11关于就门锁和车保持件方面批准车辆的统一规定前门铰链角板总成不仅受到车身自身载荷，而且要求在各种工况和突发事件发生是保证人身安全，以及尽量减少人身伤亡的要求。相关法规主要有以下几点：国内法规：GB11551-2003汽车正面碰撞时乘员保护GB 20071-2006汽车侧面碰撞的乘员保护国外法规：96/79Frontal impact96/27Side impactECE R95关于侧碰撞中乘员防护方面批准车辆的统一规定 通过输入汽车相关法规的要求，明确前门铰链角板设计所做的要求。保证设计满足国家以及生产实际的规定。2.2 市场分析微型客车顾名思义就是微小型客车，它的界定就是小型客车以下的所有车辆，界定的标准有两个是排量在1.0L以下的（含1.0L），载客人数在8人以下的（含8人），同时达到上述两个条件的车辆为微型客车。可以看出微客是一个特殊的细分市场，更多面向的是城乡结合部以及农村的消费市场，正是由于他的特殊性，微客更多的被看做是低端消费市场的产物。 我国的微客市场广阔，据盖世汽车网整理的乘联会批发销量数据，我国微客市场在2009年同比大增79.7%后，2010年仅同比增长25.5%，但相比2008年不到6%的增速仍比较可观。我们对竞争车型进行分析，2010年我国微客销量达到242.35万辆。其中，四大集团（上汽、东风、一汽、长安）下属企业销量共计227.14万辆，占总销量的93.7%，比2009年的占比（97.1%）减少了3.4%。四大集团下属企业之外，最突出的微客企业为奇瑞和海马。二者2010年微客销量均超过5万辆，且增速均在150%以上。二者在微客市场的份额之和由2009年的2.0%增至2010年的4.8%，但相比“四大”集团下的企业来说，仍属微小。2010全年微客企业销量和市场份额比较如表2.1表2.1 2010全年微客企业销量和市场份额比较上汽通用五菱年销超百万，哈飞销量下滑。上汽通用五菱2010年以105.78万辆的微客销量稳居该市场榜首，不过其市场份额由2009年的47.5%，缩减3.8%至43.6%。长安汽车2010年微客销量同比增长32.1%至72.29万辆，市场份额则提升1.5%，至29.8%。其与上汽通用五菱的销量差距已由2009年的近37万辆，减至约33万辆。长安汽车的单月销量还曾超过上汽通用五菱。2010年11月，长安汽车的微客销量达到7.55万辆，而上汽通用五菱该月为7.18万辆。如表2.2 2010年微客企业销量排名。表2.2 2010年微客企业销量排名长安集团新并购来的企业哈飞和昌河在微客市场的份额均出现下滑，其中哈飞较为显著。哈飞2010年微客销量下降15.9%至13.21万辆，市场份额也缩减2.7%，至5.5%。昌河2010年微客销量增速也低于行业平均水平，仅为18.4%，其市场份额也缩减约0.2%。四大集团下属企业中，除长安汽车外，东风渝安和一汽吉林的2010年微客销量增速也超过行业平均水平。东风渝安生产的“东风小康”微客销量同比增长45.4%，至22.62万辆。一汽吉林的佳宝销量同比增长49.4%，至7.01万辆。吉奥汽车2010年微客销量虽翻番，但仍仅达到3.14万辆，规模较小。已停产“菱利”的东南汽车2010年11月上市微客新品“希旺”。该车11月和12月销量共计4028辆。针对以上竞争市场分析，对市场上的销量需求和用户诉求得知，微客市场增长也是十分旺盛。微客市场潜力巨大，各个企业之间竞争异常激烈。因此要推陈出新，就必须推出新产品建立新的客户群。面包车价格从3万到5万之间不等，但是产品面向主要是低端的市场。随着人们生活水平日益的提高，用户对高级微客的诉求异常强烈。而我完成的前门铰链角板在以往的微客设计上应该在性能和质量上提出更高的要求。对于前门铰链角板的设计需要考虑与前门相关的附件，一方面是承载车身及其附件本身的重力。另一方面也要考虑外来载荷的受力情况。在不同的车型上，由于配置的不同，具体情况也会各不相同。与车门相关配置如表。总结相关竞争车和参考车参数及其配置要求的特点，对车门（包括前门的要求）如下表2.3所示：表2.3 车门相关配置这次毕业设计我选择长安牌某系列微客作为此次毕业设计的参考车型。该系列车型定位为高级微客，产品推出以来抢占了微客高端市场较大的市场份额。并且树立了微车品牌的新标杆。该款产品采用科技仿真CAE分析配合高强度纵梁骨架设计，科学增强整车抗变形能力；40万公里强化路面疲劳破坏试验，车身扭转刚度提升3.72%，弯曲刚度提高13%；大幅度延长实用寿命。大梁加厚，节点刚度提升10%-15%；ABCD柱节点刚度提升10%；全方位防震抗变。吸能式转向柱华荣镁铝合金骨架方向盘，在汽车发生正面碰撞时能够收缩能量，安全更放心。时代典范的长安金牛星，不仅保护驾乘者的安全，为行人的安全也倾心倾力。特别设计的高刚度前保险杠和ABS+EBD高效制动刹车技术，制造一片安宁和谐的放心路途。产品广告如图2.1图2.1 参考车示意图 从该款车的介绍也不难看出，市场对高级微客的定义其实主要是在车身强度及碰撞上有许多投入。那么正是作为汽车加强件的前门铰链总成零件在设计时就应该考虑更好的刚扭转强度等。3 前门铰链脚板总成三维数据模型确定3.1 整车草图及CAS面的建立汽车开发的步骤是将整个车身的草图经过绘制、修改之后，然后根据整个车身的效果图，造型设计需要在整个汽车开发过程中一方面满足用户对微客的审美观念，同时要符合企业的标志血统，以加深该系列在客户印象中的地位和社会认可度。最终也就是提高企业的品牌形象。完成造型设计以后将经过CAS面获得造型输入，确定一些重要的面及A面。将这个时候的CAS面造型输入完成后，将它实体化。接下来做成油泥模型。通过扫描获取三维数据模型。这个时候获取的三维数据模型是汽车外蒙皮以及重要的在汽车外观能够见到的三维数据模型。但是要设计像钱梦龙铰链角板总成这类型的加强件，也必须是先经历先由汽车外蒙皮获取以后才能进行开发设计的。3.2 前门铰链角板总成三维数据模型的建立对于前门铰链角板总成，首先需要等待扫描完成之后获取与前门铰链角板总成相关的三维数据之后根据周围零部件与前门铰链角板总成的相关性，以及对前门铰链角板总成应满足的加强作用进行布置和设计。前门铰链角板三维数据造型输入的确定方法如下。首先应该确定边界条件应该满足的要求。前门铰链角板总成与周边零部件之间的间隙应该满足的要求如下表3.1所示。表3.1 前门铰链角板总成与周边相关零件搭接间隙评价内容项目目标前门铰链角板总成与与周边零部件搭接间隙（mm）前立柱加强件0内外侧围2.01前壁侧板4.01前壁侧板加强件4.01前轮鼓包4.01建立三维数据造型数据，借用的平台是先前是市场输入选择的长安牌某车型。由于前门铰链角板总成是以侧围外蒙皮作为基础搭接，侧围外蒙皮内侧与铰链角板总成相关结构如图3.1所示。图3.1与前门铰链角板总成相关部件前门侧围前门铰链角板总成凸起参照侧围凸起而设计，相关间隙满足上表2.1内外侧围满足2.01mm的要求。同时满足上下铰链安装孔，线束安装孔，以及外后视镜安装过孔，前窗框装饰件安装孔等的孔位要求。此处没有特殊说明，一般按照侧围孔偏差A+10的要求设计。同时设计的前门铰链角板满足周边能够被外蒙皮翻边包络，具体尺寸根据CAE分析作适当的调整，同时考虑到前门铰链角板并不是与侧围外蒙皮内侧相贴合，因此在前门铰链角板制造工艺上允许的偏差要大些。对于重要的孔，如前门铰链角板与侧围定位的工艺孔，设计的孔的偏差一般是在0.2，这样的要求也是为了满足前门铰链角板与侧围外蒙皮之间的焊接定位准确的关系。设计与前立柱搭接的部分，如图3.2前门铰链角板总成与前立柱搭接所示图3.2 前门铰链角板总成与前立柱搭接前门铰链角板总成与前立柱加强件搭接应该满足的要求是直接拼焊而成的。一般情况下，考虑制造是由供应商提供，并且限制的前门铰链角板总成越来越多的是将前立柱加强件一起完成。因此设计该部分的搭接关系考虑的间隙值为0。同时这里是承担与前门受力的关键部分。该处前门铰链角板搭接关系可以是与前立柱加强件在刃口处通过二氧化碳保护焊焊接而成。但是如果这样的搭接关系在更高强度要求上并不能够满足刚度及其扭转关系。而且焊接的质量也是与夹具和工人师傅的技术有很大的关系。大批量的生产不能保证其刚度条件的要求。于是设计成了将前门铰链角板直接在前立柱加强件上搭接，这样焊接的质量能够完全保证。因为经过改进以后搭接面积增大，焊接工艺更为的简单方便，在技术难度上也减少了不少。所以这样反而在长远的成本上减少了。前门铰链角板总成与前壁侧板、前壁侧板加强板、前轮鼓包之间的搭接关系，如图3.3所示 图3.3 前门铰链角板总成与侧围下部零件搭接关系 前门铰链角板总成与前壁侧板，前壁侧板加强件，前轮鼓包（上图不包括）之间的搭接由于加强板加强作用主要不是由周边以上这些零件承受载荷，因此在间隙上可以适当调整的较大，因此间隙值在4.01mm。前门铰链角板是一块加强件，因此对与筋的设计以及圆角过渡有许多需要注意的地方如图3.4，红色部分即说明加强件在这部份设计时的要求。同时在铰链角板厚度选择上也有要求。如果直接借用参考车的厚度，对于我们提出的在性能上更高的要求要求是不够的。因此综合以上的一些因素，确定前门铰链角板的设计厚度在1.2mm，并且如果按照以往的参数，前门铰链角板质量不应超过140g，这也是车身强量化需要考虑的地方。图3.4 前门铰链角板圆角过渡加强筋的作用是在不加大制品厚度的条件下，增强制品的强度和刚性，以节约制品的用量，同时起到减轻质量的目的。前门铰链角板加强筋一方面满足前门已经提到的侧围凸起要求，另一方面在加强筋圆角过渡方面尽量保持一致使得满足受力和起到加强巩固汽车的前门固定的作用。在图中我们可以很清楚的看出，下铰链铰链孔的周围与加强筋距离很短。这样做的好处是在工艺上，由于铰链在与车门安装时需要一个很高的位置。铰链孔正好位于在铰链角板凸起上，这样铰链受力能够在铰链角板上受力获得。另一方面铰链角板的孔设计与加强筋距离相近，主要是因为在筋周围的部分，钣金强度要比其他地方高很多，因此这样的设计也是最合理的。最后最终设计的前门铰链角板如图3.5所示。前门铰链角板总成是在前门铰链角板基础上焊接而成。因此主要是利用CATIA软件设计前门铰链角板。图3.5 前门铰链角板前门铰链角板总成主要是前门铰链角板与前门铰链上铰链螺板，前门铰链下铰链螺板和开门限位器焊接总成之间以孔的定位为基础焊接而成。主要的定位孔有铰链安装过孔，以及开门限位器安装过孔，内饰安装过孔，前滑槽总成安装过孔，线束安装过孔，外后视镜安装过孔，铰链安装过孔，前门限位器总成安装过孔。对于前门铰链角板总成，主要是由前门铰链角板，前门铰链上铰链螺板，前门铰链下铰链螺板，以及开门限位器加强件焊接总成焊接而成的。在以往的平台中，前门铰链角板焊接总成包含了转向托架衬套，但是由于车型上的不同，该零件不再前门铰链角板总成零件上。最终的前门铰链角板总成各个零件之间的焊接关系，以及基础孔如图3.6，图3.7所示。图3.6 上铰链螺板与铰链角板 考虑到铰链是受力的主要部分，因此在铰链安装上焊接了一个铰链螺板。两个螺孔由正方体中心带园孔的结构。基本尺寸是9mm，在角板上的孔偏差是9+00.5mm，对于上铰链工艺孔，按照工艺统一的原则，该工艺孔即是前门铰链角板与侧围的安装定位孔，也是上铰链铰链螺板安装在铰链角板上的定位孔。该定位孔的基本尺寸8，由于该孔比较重要，公差及制造精度相应的更高些，根据标准，将该孔设计成8+00.2的尺寸。 图3.7 总成与下螺板及车门限位器焊接总成图3.8 前门限位器前门限位器如图3.8所示对于不同门结构的限位器是不一样的，其功能与作用也是不一样的，对于旋转门的限位器，工作时主要是限制车门的最大开度。滑动门的限位器主要是防止车门关门时关不到位，以及力量过大时车门与B柱撞击影响车门寿命。由于在限位器的工况经常受到变力因此需要在限位器安装处设计一个限位器加强件。对于上铰链铰链螺板的设计参照的是下铰链铰链板的设计。最后根据这些定位孔以及各个零件之间焊接总成的关系。利用CATIA装配前门铰链角板总成如图3.9所示。图3.9 前门铰链角板焊接总成4 前门铰链角板总成性能、质量目标要求4.1 前门铰链角板总成满足性能要求汽车开发是整个车身协同开发，单个部件的设计也要满足整车性能或者各个模块的性能的要求。对于开发一款比较高档的车型，对于零件设计和质量要求也会相应的提高。前门铰链角板总成的性能目标具体要求如下表4.1所示。表4.1 前门铰链角板总成性能目标项目内容（与前门铰链角板总成相关）整车正面碰撞性能（四星）侧面碰撞性能（四星）前门满足承受前门垂直加载15和全开的刚性要求满足前门开闭耐久性要求满足前罩盖扭转刚性要求工艺前门铰链角板总成具有良好的冲压、焊接工艺性前门铰链角板总成零件以前门铰链角板作为焊接、冲压基准。4.2 前门铰链角板总成满足的质量要求前门铰链角板总成的质量要求是工艺设计进行相关验证的要求。对于验收整车和评价完成前门铰链角板质量目标的总结。前门铰链脚板总成质量主要是与试装时前门铰链螺钉安装、前门安装、线束穿孔以及在前门与外部载荷受力的情况下，分析安装调试时所出现的问题。前门铰链脚板总成质量需求如表4.2。表4.2 前门铰链角板总成质量目标评价内容项目（与前门铰链角板总成相关）目标前门铰链安装，变形（总装试制）首次故障（辆）200间隔故障（辆）250总装试制故障扣分（辆）400总装试制故障否决（辆）0质量整改及过程控制重大质量问题数（设计国家法律法规和召回，如3C、环保）0试制生产质量问题整改率10%4.3 前门铰链角板总成对受力零件质量要求在汽车设计中的车身轻量化考虑和前门铰链角板设计的考虑。对前门铰链角板性能的考虑，如下表4.3，前门铰链角板总成对周边零件重量的指标。表4.3 前门铰链角板周边零件重量指标系统零部件结构/尺寸重量（Kg）玻璃升降器单轨绳轮式1.3铰链冲压总装铰链0.2门锁门锁上集成闭锁器0.65限位器滑移式限位器0.15外开手柄环形手柄0.3前门玻璃但曲面35 前门铰链角板总成设计截面分析和静强度分析5.1 前门铰链角板总成设计截面分析角板与上立柱加强件搭接（截面在搭接处）角板与外蒙皮搭接间歇分析（截面在腰型孔上）角板下部与前壁板搭接角板在上铰链处的间隙角板在下铰链出的间隙5.2 前门铰链角板总成静强度分析s- 29 -