毕业设计（论文）-一种汽车车门的设计（全套图纸）

本科毕业设计（20XX届）题 目一种汽车车门的设计学 院专 业班 级学 号学生姓名指导教师完成日期摘 要车门作为汽车的重要组成部分，是车身侧面最富变化和最受人关注的对象。一方面，车门作为车身结构中的重要组成部分，其造型风格、强度、刚度、可靠性及工艺性等必需满足车身整体性能的要求；另一方面，车门结构自身的视野性、安全性、密封等性能，既对整个车身结构性能影响较大，也是车门功能要求的重要部分。本文的汽车车门以微型SUV（运动型多用途汽车）为匹配车型，在微型SUV的基本尺寸以及性能要求都视为已知的前提下分别从车门结构和工艺的角度，对车门的设计进行了全面的分析和探讨，并对车门的整体布置和运动校核进行了一定的分析和探讨。课题的研究步骤基本分三个步骤：首先是根据微型SUV的使用特点及结构特性对车门的型式和结构进行确定，再根据已知的参数及性能目标对车门的整体布置进行分析，最后根据得出的车门参数进行工艺设计及强度校核。最终设计的车门为整体式车门结构。关键词：车门；整体布置；工艺设计；微型SUV全套图纸，加153893706朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容ABSTRACT As an important part of the car, the door is the most changeable and attractive object from the side of the body. On one hand, as an important component of the body structure, the style, strength, stiffness, reliability and process of the door must meet the requirements of body performance. On the other hand, the vision, safety, sealing performance of the door structure itself, not only have great influence on the entire body structure performance, but also is the important part of the door functional requirements. The design of the door take after miniature SUV（Sport Utility Vehicle）for matching object, and with the miniature SUV basic dimensions and performance requirements are known as premise, from the door structure and technological perspectives, the design of the door were analysed and discussed, and carried out some analysis and discussion about the the overall arrangement of doors and check of the movement. Research step basically consists of three steps: first, according to the miniature SUV characteristics and structural characteristics, door type and structure were identified, secondly, according to the known parameters and performance target, overall layout of the door is analysed, finally obtained the door parameters for process design and strength check.The final design of the door is an integral type door structure.Keywords:door ; overall layout;process design ;miniature SUV 目 录 mvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv第一章 绪论11.1课题研究的背景及意义11.1.1汽车车门综述11.1.2课题的研究依据11.1.3窗框形式与车门结构的关系21.2课题相关研究的国内外发展状况31.3课题研究的目的31.4课题研究内容41.4.1微型SUV的类型、结构特点41.4.2车门布置41.4.3各零部件强度校核41.4.4图纸绘制41.5课题研究的设计路线41.5.1前期策划阶段41.5.2造型设计阶段41.5.3工程设计阶段4第二章 车门结构型式选择52.1车门总成的结构方案选择52.1.1全尺寸车门内外板板金结构52.1.2滚压窗框结构52.1.3半开放式车门结构62.2车门铰链的类型选择72.3车门限位器的类型选择82.3.1拉杆式限位器82.3.2凸轮机构式限位器9第三章 车门布置103.1车门主要附件布置103.1.1铰链布置103.1.1.1车门下铰链103.1.1.2车门上铰链123.1.1.3车门铰链位置的调整123.1.2限位器布置123.1.3限位器主臂轨迹的力臂验证12第四章 车门布置检查144.1车门CAS检查144.2车门间隙及面差检查15第五章 车门CAE分析175.1车门外板抗凹CAE分析175.1.1有限元模型建立175.1.2约束条件及载荷条件185.1.3计算结果18第六章 车门工艺方案设计206.1冲压工艺制定206.1.1冲压工艺制定206.2车门装配工艺制定226.2.1焊接工艺设计236.2.2涂胶工艺设计25第七章 总结27致 谢28参考文献29 第一章 绪论1.1课题研究的背景及意义1.1.1汽车车门综述车门的结构设计与优化是整车开发设计中的重要环节，对车门的结构性能要求除了要有必要的开度，密封性、工艺性好等要求外，最重要的是要安全可靠，满足刚度、强度与良好的振动性能的要求。车门有多种类型，不同类型的车门可分为车门本体，车门附件两部分。车门本体属白车身范畴，指作为一个整体涂漆、未装备状态的饭金焊接总成，包括车门内外板、加强板和窗框等，是实现车门整体造型效果、强度、刚度及附件安装的基础框架。而附件则是为满足车门的各项功能要求，在白车身上装配的零件及总成，其中包括车门锁、铰链、限位器、玻璃、拉手、操纵钮、出风口、密封件及内外装饰件等，另外还有一些其它的在车门上装备的附件，如烟灰盒、扬声器、放物袋、限位块和行程开关等1。车门总成的组成，由车门内外板，加强板，车门锁，铰链及限位器，玻璃长降器，内外饰装饰件及其它附件。其中铰链的布置对车门运动的影响非常重要。1.1.2课题的研究依据 车门作为汽车的重要组成部分，是车身侧面最富变化和最受人关注的对象。一方面，车门作为车身结构中的重要组成部分，其造型风格、强度、刚度、可靠性及工艺性等必需满足车身整体性能的要求；另一方面，车门结构自身的视野性、安全性、密封等性能，既对整个车身结构性能影响较大，也是车门功能要求的重要部分。第一，对使用方便性来说，要求：开关方便性：灵活、轻便、自如，有最大、中间两档开度，并能可靠限位；上下车方便性：开度应足够，一般不低于60或开度不小于650mm。第二，对视野性来说，要求：尽量加大车门窗口及玻璃尺寸，并合理布置三角窗位置、大小、形状。第三，对可靠性安全性来说，要求：足够的强度、刚度，不允许因变形、下沉而影响车门开关可靠性；车门开关时不允许有振动噪声；部件性能可靠、不干涉；撞翻车时不能自行开门，以确保乘员安全；满足侧撞时对乘员的保护要求。 第四，对密封性来说，要求：雨、雪、尘不能进入车内，应具备良好的气密封性。第五，对工艺性维修性来说，要求：易于生产制造，拆装方便。 1.1.3窗框形式与车门结构的关系窗框的结构形式对车门整体结构影响较大，可分为分开式车门和整体式车门、有窗框车门和无窗框车门，因此，在对车门结构形式进行分析时，车门窗框的结构形式及特点很关键。(1) 分开式车门及窗框特点 分开式车门的窗框通常为辊压型材，经成型焊接等工序制成独立的窗框总成，再与内板焊接，最后合成车门焊接总成。辊压型材的断面形式较多，一般辊压型材窗框断面应具备玻璃导轨并可嵌装橡胶导槽、密封条安装槽，并具有足够的强度、刚度。由于分开式车门内、外板冲压件明显减小、窗框较窄、视野性好，因此普遍应用。但由于该窗框为等断面型材制成，外表面形状变化受到限制，与车身外表面随行性不好，而且，为实现玻璃顺利升降，窗框与车门下部饭金件不能平齐，外形造型效果不佳。(2) 整体式车门及窗框结构 整体式车门是指车门内、外板都是板料整体冲压件，再合成车门总成框架。这种车门框架结构因内、外板都是板料整体冲压件，随形性好、精度高、强度和刚度均较好，但在窗框部分结构上处理不佳，如玻璃导轨及密封条嵌槽的结构需另外设计装配结构件，使结构比较复杂。有的直接将密封条安装在门洞上，对门锁等车身附件没有密封作用，且门洞下部因上下车时经常被踩踏，无法安装密封条（密封条安装在车门上），使密封条沿周不连续，密封效果不好。为了解决这些问题，也有采用辊压窗框和冲压件同时并用的结构，这样既可解决玻璃导轨、密封条嵌装槽一体化成型，又可使车门的外表面形状与整车造型完整统一。一般具体结构处理时，都采用外板为整体冲压件，窗框主体为辊压成型件，而内板上下分开为两部分，上部分与窗框焊接后再与下部分焊接，最后与外板压合或焊接成车门总成。(3) 无窗框车门的结构一般敞篷车、硬顶车、运动车上采用无窗框车门结构，如这种车门仍有可升降的玻璃，则车门窗口线上部均是玻璃，视野宽阔，但其结构难度较大，必须使玻璃牢靠地贴紧密封条，并且不能影响外表面形状，又要兼顾行车时安全可靠性，有时在工艺上采取将玻璃预先向车内倾斜的办法，以保证玻璃关闭后由于密封条反力作用使玻璃保证正确位置。也有玻璃在窗框外部、靠连接在窗框内部的滑动滚轮引导玻璃升降的结构，从车外看有无框的感觉，称作隐藏式窗框车门。1.2课题相关研究的国内外发展状况随着社会的发展和汽车工业的繁荣，汽车作为一种交通工具，在人们生活中起着举足轻重的作用。汽车车身是整车的重要组成部分，而车门作为车身的一个重要组成部分，又发挥着它所特定的功能。车门的结构型式很多，有旋转门，拉门，折叠门和外摆式车门。后两者主要用于大客车上。各类车的驾驶员专用门，货车及轿车车门，大多采用旋转门，开门时旋转方向可以是往前（顺开门）或往后（逆开门），顺开门在行车中比较安全。车门结构设计对车身乃至整车都有重大的影响，随着经济全球化进程的加快，汽车工业的竞争日益加剧，汽车巨头们都在加紧新车型的设计与开发，由于发动机、底盘设计制造技术基本成熟，新车型便主要体现在电子设备和车身造型的更新上。同时，为减少新车型的开发成本、缩短新车型的开发周期、提高新产品的市场竞争力，全球各大汽车公司普遍实施了“平台战略”（Platform Strategy)，车身的开发便是该战略的主要组成部分。目前，在一种新车型的开发项目中，40的设计师和工程师是在从事与车身相关的开发。车身与汽车电子一起己经成为目前汽车整车产品中最活跃的因素2。而车门作为车身的重要组成部分，其设计的好坏将直接影响整车的优劣。1.3课题研究的目的汽车车身属于汽车的3大总成之一，在汽车设计中占有极其重要的地位。车门又是车身的重要组成部分，直接影响汽车的美观和安全性。设计出一种造型美观、工作可靠、造价低廉的车门，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车产业的革新。而车门的性能好坏不仅取决于个部件的性能好坏，而且很大程度上取决于各个部件是否相互协调和配合，因此车门的布置设计好坏也是保证车门的功能和使用要求的关键。设计出的车门要符合国家各项标准，保证质量和安全性，为此车门刚度和强度等性能的校核也是车门设计完成制造之前的必要环节。本课题为开发设计微型SUV的车门总成，作为汽车车身总成的重要组成部分，在设计之初必须充分考虑并确定其所匹配的车型及功能要求。1.4课题研究内容1.4.1微型SUV的类型、结构特点了解国内外主要的微型SUV，确定质量目标车，分析其技术要求及车门的各种参数。以这些已有数据作为参考对比，确定匹配车型所要达到的技术要求，根据要求确定车门及附件的类型及技术参数。1.4.2车门布置确定汽车的总布置方案，总布置基本完成后，便从中提取车门信息，进行车门的布置。车门的布置设计首先应该确定其外部条件，即车门与门框周边的结构件的关系，只有满足了车门和周边结构正常配合的要求，才能保证车门的功能和使用要求。1.4.3各零部件强度校核各部件设计要求达到标准强度，材料运用科学合理，重量轻噪音小同时也控制成本。使该总成达到最佳性价比，这对整车的整体品质贡献很大。1.4.4图纸绘制根据初步设计结果，根据设计参数绘制主要零件图纸，包括车门的装配图及车门钣金件及铰链、限位器的零件图。运用AUTOCAD软件绘制各类图纸，机械制图是反映设计成果的直接写照，零件图是零件生产加工的唯一参照，标准清晰地绘制零件图能直接影响生产效率。1.5课题研究的设计路线1.5.1前期策划阶段(1) 根据开发需求初步确定车门的类型(2) 车门附件的初步选择，包括铰链和限位器的类型等(3) 确定各部件的相互关系1.5.2造型设计阶段(1) 根据产品定义描述进行草图、效果图绘制(2) 设计前期的布置方案的制定(3) 设计前期的布置检查(4) 初版CAS制作并分析问题1.5.3工程设计阶段(1) 车门CAE分析，进行强度及安全的校核(2) 车门工艺分析，制定车门内外板的工艺方案(3) 分析校核各部件的布置，形成工艺问题报告，提出设计变更方案并执行(4) 零部件数据冻结(5) 开模具4第二章 车门结构型式选择2.1车门总成的结构方案选择 目前主流的门结构有三种，它们分别是全尺寸车门内外板板金结构、滚压窗框结构和半开放式车门结构。2.1.1全尺寸车门内外板板金结构全尺寸车门内外板主要由全尺寸的冲压外板、全尺寸的冲压内板和嵌在内外板间的窗框导轨组成，导轨为U 字形滚压成型件，焊接在内板上，最后外板与内板总成通过包边方式闭合起来，如图2-1所示。图2-1 全尺寸车门结构这种车门板金结构在许多早期的车型被普遍采用，它的优点是有比较好的完整性，整个门的刚性比较好，一体冲压出来门板能够得到比较好的尺寸精度，并且由于制造中的工序比较少、工艺简单，所以整个门板金总成的制造精度相对容易控制。同样这种结构也存在一些缺陷，比如它的窗框外边框通常比较宽大，窗框的可装饰性不强，对造型有限制，不太符合现代造型的要求，而且全尺寸的门板需要比较大的冲压模具，对冲压模的要求也比较高，整套模具的成本很高，由于窗框是一体冲出来的，所以废料面积比较大，材料的利用率比较低。目前新款的车型采用这种结构的越来越少，目前市面上的代表车型有：大众宝来、标致307、老款蒙迪欧和斯柯达明锐等。2.1.2滚压窗框结构在这种车门结构中，整个窗框部分从内外板中被分离出来，门内外板尺寸缩小为只有窗台以下部分，窗框是由几段通过滚压工艺成型的窗导轨和一些小冲压件拼焊而成的一个总成件，然后窗框总成与门内板在窗台位置通过焊接的方式连接成一个完整的车门，如图2-2所示。图2-2 滚压窗框结构这种结构的优势是窗框宽度可以不受冲压和焊接工艺的限制设计得比较窄，有利于车身造型，也有利于乘员视野，并且滚压窗框的截面形状受工艺影响较小，可以比较自由地根据密封条或者造型的需要设计成很多样子。由于内外板尺寸缩小了一半，所以相应模具成本降低了许多，同时内外板的材料利用率也大幅提高，节省了材料成本。组成滚压窗框的几段导轨的截面形状还可以设计成统一的截面，被多个车型采用，增强了通用性，节省了重复开发成本。滚压窗框结构的缺点是，滚压件受弯曲工艺影响，容易出现径缩现象，而且弯曲半径不能过小，否则会出现褶皱，造型受到制约。窗框与门内板在窗台区域焊接时需要有较长的交叠部分，设计时需考虑留出空间避免出现干涉，同样也会影响门分缝线设计。另外，滚压窗框本身是多段导轨拼焊而成的，并且整个窗框总成也是和门内板焊接连接的，制造精度比较难控制。这种滚压窗框的结构形式目前主要被日韩系车广泛采用，美系车也有少量采用， 而欧洲车很少采用。2.1.3半开放式车门结构这种结构的门板金主要由全尺寸的冲压内板、窗框加强板和一半尺寸的冲压外板组成，窗台以上是没有外板遮盖的，意味着整个窗框内部结构是暴露于车外的（如图2-3所示），通过安装一些装配件到窗框内板上将形成窗框外表面，比如导轨饰板和密封条。由于车门外板没有了窗框部分，使得外板模具尺寸减小，板材的利用率提高，白车身的重量减轻了，同时窗框外侧通过安装一些带有装饰性作用的附件，使得车窗外边框具有很强的装饰性，有利于车身造型设计。这种车门结构的缺点有，玻璃周边的装配附件比较多， 增加了装配的难度，各零件相互间的匹配精度比较难控制，容易影响玻璃升降3。图2-3 半开放式车门结构通过分析对比，由于微型SUV强调的越野性能，需要高强度的车门才能承担，因此选用全尺寸车门内外板板金结构来匹配车身，使整个车身的刚度得以提升，并同时提高安全性能。2.2车门铰链的类型选择汽车门铰链是链接汽车车门与汽车车身的一种零部件，是汽车上一种关键的零部件，国家规定汽车的四门铰链必须做强检的零部件，是一种安全功能件。汽车铰链按结构可分为整体枢轴式铰链、整体单轴套式铰链、整体两轴套式铰链、整体单轴轴承式铰链、整体限位式铰链、四连杆铰链、滑轮式铰链等等。(1) 6 d, u4 R! O0 6 d/ E% t整体枢轴式铰链一般用在轿车、越野车较多，欧系、美系车采用的此铰链类型较多。它的特点是强度高、变形小、安全性能高，它的劣势就是制造成本高，加工精度要求高，需要专业的制造设备。(2) 6 D* l+ J4 m6 P z L整体单轴套式铰链和整体两轴套式铰链它的用途较为大，可用的车型较多，也是日系车、韩系车、国内采用较多的铰链类型。它的特点是制造成本低、一致性高、设备要求不高，它的劣势就是易变形、强度较低。; k)(3) 整体单轴轴承式铰链现在它使用不是很广泛，现主要是一些日系的高档轿车在使用，是一种市场上少见的铰链类型。它的特点一致性高、开关灵活、无异响、使用寿命长，它的劣势就是轴承需定制，成本较高。(4) . v3 R* J2 5 - 8 7 A2 / N$ l0 K整体限位式铰链是一种常见的铰链结构，它的存在，可以减少汽车门限位器，给车门空出了较大的空间，也是一种常用的铰链类型。它的特点是制造成本低、一致性高、设备要求不高，它的劣势就是容易产生异响。: N- D& q$ y3 (5) 四连杆铰链是一种常用的铰链类型，常用在汽车引擎盖铰链、汽车行李箱铰链上，也是一种轿车和客车常用的铰链类型。它的特点是制造成本低、汽车安排空间较易，它的劣势就是要求配合精度高。(6) / R6 b) e ?5 i a3 i0 E滑轮式铰链主要用在面包车、MPV、微车等中门铰链上，也是一种常用的铰链类型。 基于微型SUV车型对于强度的高要求，宜采用整体枢轴式铰链，提升越野性能的同时也可提高安全性能。2.3车门限位器的类型选择汽车车门上的限位器主要作用是：(1)、限制车门的最大开度，防止车门外板与车体相碰；(2)、保持车门的开启状态，防止车门自动关闭。车门限位器按其结构和是否和铰链联接在一起可以分为拉杆式限位器和凸轮机构式限位器两种。2.3.1拉杆式限位器车门内板侧围转销弹性体辊子限位橡胶限位室限位杆完全开启图2-4 拉杆式限位器如图2-4所示，这类拉杆式限位器由于结构简单，成本低得到广泛应用，一般轿车上都使用此类。其缺点是：对制造和装配要求较高，当装配不良时，容易产生异响；另外，它的档位感不是很清晰。这类限位器在布置时应考虑如下事项：(1) 限位器旋动轴线与铰链轴线应平行；(2) 在车门开启限位角（要求6070）与门的宽度有关，门越宽，设计的角度可以越小；(3) 限位器在高度方向上的布置应尽量布置在上、下铰链中间的位置上或向下偏移一段距离；(4) 在车门开闭过程中，限位器与门玻璃、玻璃导轨、升降器之间的最小距离为6mm；(5) 在限位器布置后要进行运动模拟分析。这类限位器设计的难点在于限位杆形状的确定，理想的限位器是在限位器运动过程中，限位杆始终与限位室垂直，但实际上是达不到的，但是我们可以通过作图法保证限位室在每级开度位置与限位杆垂直：1） 首先确定每级车门开度的限位器的位置，并做出每个位置上与限位盒的垂线；2） 把这些位置的线段组合起来，就可得出限位杆的轨迹线；3）运动校核来进行验证。2.3.2凸轮机构式限位器这类限位的结构特点是：铰链和限位器是集成在一体的，装配容易，较易满足力矩要求和开启角度要求，以及实现关门力的要求。缺点是铰链的占用空间较大，需要充分分析铰链和限位器的布置空间。它的基本原理是用齿板和滚柱来限位的，即在齿板边缘开出每级限位的限位槽，滚柱沿齿板滚动并卡在相应的限位槽里，从而控制车门的开度位置。本课题中的限位器出于结构简单、降低成本的考虑，采用广泛运用于轿车的拉杆式限位器，并使用销轴与车身连接。28第三章 车门布置3.1车门主要附件布置在汽车车身设计过程中，汽车总布置设计是汽车设计开发工作最重要的环节。汽车性能的好坏不仅决定于各部件的性能如何，而且在很大程度上取决于各个部件是否相互协调和配合。总布置基本绘制完成后，便可以从主图板上提取车门信息，进行车门的布置，车门的布置设计首先应该确定其外部条件，即车门与门框周边结构件的关系。这些关系的确定，应考虑下面的原则：(1) 满足车门与门框之间的密封要求，保证相配合断面能使密封条沿周边压缩量均匀一致；(2) 保证铰链在前立柱和车门上的正确装配及车门运动与立柱不干涉；(3) 保证门锁与后立柱上的锁扣配合以及门锁的开关运动不干涉。这些要求是车门布置设计的依据，也是门框结构件设计的技术条件。只有同时满足了这些要求，才能保证车门的功能和使用要求。3.1.1铰链布置铰链是车门总成中的受力构件，当车门关闭时，车门上的承力件为门锁和铰链，当打开车门时，车门的重力完全由铰链来承受。铰链轴线的布置会影响车门的开度、门柱的尺寸以及车门开缝线的位置和形状。在布置铰链时,应注意以下几方面的问题：(1) 在结构允许的情况下，车门上下两铰链之间的距离应尽可能大。 (2) 布置铰链时，为了避免打开车门时与其它部分干涉，铰链的轴线应尽可能外移，使其靠近车身侧面。(3) 车门上下铰链必须布置在同一直线上。从车的侧面看过去，一般是一条垂直于地面的直线；从车的正面看过去，应为一条向内倾的直线。本课题所研究的车门中铰链轴线在分缝线之后，称为内开式铰链。安装方式采用螺栓连接门和侧围的方式。确定了铰链的结构型式和安装方式后，需要初步拟定铰链的倾角，然后把上下铰链安放在适当的位置，这期间要检查车门旋转到最大开度加超程角度过程中，保证车门和车身不干涉，车门外板和铰链本体不干涉。3.1.1.1车门下铰链(1) 车门下铰链的最低安装点Z值的确定（如图3-1所示）由车门的尺寸参数为已知的条件下，从车门止口边沿Z方向向上平移距离LL=L1+L2(3-1)L1：车门内板的圆角R80mm；L2：经验值图3-1 下铰链安装示意图根据微型SUV车型给定的参数定义，L1=R=96.3mm，L2经验值暂取8mm，得到L=96.3+8=104.3mm。根据L值确定车门下铰链的最低安装点所在的平面Z1。(2) 车门下铰链X、Y值得确定第一步：首先作车门外板和车门外板包边的切线，两条切线相交于O点，然后以O点为端点作一条与车门外板切线成45的射线MN；第二步：以车门外板切线为基线，沿Y方向向上平移L，作一条平行于XZ平面的直线，与MN相交于P点，该交点P即为铰链轴心的位置。其中：L=车门外板厚度+G1+铰链加强板厚度+车门内板厚度+G2+R。注：G1、G2为涂装液通过间隙，且G1、G2通常为5mm左右； R为铰链座的最大半径，具体如图3-2所示。图3-2 铰链轴心位置根据车门参数定义，车门外板厚度为3mm，车门内板厚度为3.5mm，铰链加强板厚度为0.8mm，G1、G2取5mm，R取9mm，得到L=26.3mm。由L值可确定下铰链的轴心位置的X、Y值均为26.3mm，根据已得到的Z值，可以确定下铰链安装的轴心位置，具体的位置还需要调整。3.1.1.2车门上铰链在已确定下铰链轴心的基础上，由车门下铰链轴心沿Z方向向上平移320mm350mm，即可得到车门上铰链轴心Z轴的坐标值，本课题中取332mm，即Z2=Z1+332=436.3mm。车门上铰链X、Y的坐标值同确定车门下铰链的相同。3.1.1.3车门铰链位置的调整将上下铰链轴心连接起来，内倾角a和外倾角p需要满足a+p3，对于不能满足的进行调整使其满足。同时也可以先设定内倾角和外倾角，再对铰链轴心位置进行适当对微调。当满足角度要求后，铰链的布置就基本完成了。3.1.2限位器布置由于限位器的布置相对来说比较独立，而且要保证与周边零件的安全间隙，因此，限位器的具体布置工作应该在车门其他附件布置基本完成后进行。布置限位器时应满足以下几点要求：(1) 为减小限位器的有效摩擦力，提高使用寿命，降低开发难度，一般要求限位器相对铰链中心线的最小力臂尽量大，因此，限位器中心线应尽量远离车门铰链中心线，以增大限位器的力臂；(2) 限位器的最大开启角度比车门铰链开启角度小大约5左右；(3) 限位器旋动轴线与铰链轴线应平行；(4) 限位器臂运动过程中与限位盒的夹角一般不大于84。3.1.3限位器主臂轨迹的力臂验证主臂轨迹的力臂关系如图3-3所示，其中已知条件为： (1) 铰链中心与限位器盒中心的距离R；(2) 铰链中心与限位器旋转中心的距离b；(3) BAC的初始角度0。由图3-3可知： X=Rsin（3-1） 其中 所以 （3-2）图3-3 限位器主臂轨迹与力臂关系图一般要求限位器相对于铰链中心线的最小力臂大于60mm，而a一般应大于20mm，以便安装限位器。初步设计R=192mm，b=85mm，开启角度设定为66初始角度为1，把以上数据带入式中:利用EXCEL软件计算出不同角度对应的主臂力臂值如图3-4所示图3-4 不同角度对应主臂力臂值由图中可知，力臂最小值为刚开启车门时的力臂，且大于60mm，满足要求。第四章 车门布置检查3.1车门CAS检查当车门的各个部件布置完成之后，就可以开始制作效果图了。全尺寸效果图具有等大的真实尺度感，可以更真实而准确的反映整车的造型效果，有助于造型师更进一步深入推敲，为制作全尺寸模型提供更细致而准确的依据。传统研发流程中效果图绘制之后就要进行油泥模型的制作，然而油泥模型的制作周期长，更改工作量巨大，随着计算机技术的进步，现在的研发流程中在油泥模型制作之前增加了一步CAS制作的步骤，CAS是英文COMPUTER AIDED STYLING的缩写，意思是计算机辅助造型设计。CAS步骤通过计算机，把效果图所表达的设计意图在三维尺度上再现，是继续深化的设计。效果图与工程布置是大方向宏观上的统一，是定性的设计；相比较而言，CAS与工程布置的联系更加详细，是定量的设计。本课题通过上文对车门的布置所确定下来的相关数据为输入条件，对输出的CAS模型进行细节的检查和进一步的设计，使车门和车身的配合更加完善，以防止后期工程设计阶段出现过多的设计更改工作量。(1) 问题一CAS车门窗框部分宽度约为20mm, 由于该车门定义为整体式车门开发，考虑到该处车门内板密封面的设计，存在较大设计风险，加宽CAS窗框处宽度至32mm。A-AAA图4-1 CAS问题一(2) 问题二门窗隔板过窄（仅12.3mm），无法设计玻璃倒槽，参考其他车型将隔板加宽到15mm。图4-2 CAS问题二3.2车门间隙及面差检查车门是汽车车身的外观开启件，在车身制造中所具有的普遍性和工艺上的特殊性越来越引起人们的重视。车门要与周围零件保持圆滑过渡和均匀的装配间隙，以达到良好的互换性。车门间隙的定义主要是考虑到美观性和工艺性，面差的定义主要是考虑空气动力学。外观间隙值越小，对于工艺保证能力的要求也就越高，质量控制难度也就越大，同时所要求的运动间隙也就越难满足要求。下文针对上文中的车门CAS模型进行间隙及面差的检查(1) 问题一A车门上部与侧围间隙（A-A）定义为5mm，考虑到门下垂，建议调整为4mm。A图4-3 间隙问题一(2) 问题二缺少车门窗框前部与侧围的间隙定义（下图红色圈处），同时建议1、2、3处间隙由4.5mm调整为4mm，增加美观。213图4-4 间隙问题二通过以上分析，对汽车车门与侧之间的间隙进行了验证，发现不利于造型美观和制造的间隙要求，并提出完善建议，保证了数据的可制造性，为达到向生产基地提供可以生产、确保质量、面向制造的数据，全面、深入开展同步工程工作起到很大作用。第五章 车门CAE分析5.1车门外板抗凹CAE分析在前文中已经对车门的布置进行了具体的分析，布置完成后车门总成的初步设计阶段已经基本完成。前期的设计都是基于造型的要求来进行的，符合车型开发的外观定义，但进入工程设计阶段之后，还有很多工程分析步骤需要完成。在工程分析阶段最主要的工作是对车门的刚度和强度性能进行分析，以达到车门的制造要求和提高安全性能。本课题在此阶段主要对车门外板的抗凹性能进行具体分析，车门外板尺寸相对比较大，带有曲率，有一定的预变形，在用户使用过程中常常会受到外载荷作用，如人为的触摸按压、行进过程中的振动以及碎石冲击等，这些载荷往往使车门外板发生凹陷挠曲，甚至产生局部的永久变形，这些将直接影响到车辆的外观品质。此外，出于减重节能，节省成本的目的，更薄的高强度钢板在汽车钣金件中的应用越来越多，已成为一大趋势，在车门外板采用高强板后，会导致外板变软，从而引发板材局部刚度不足等一系列问题。对于汽车外覆盖件在承受外部载荷作用下，抵抗凹陷屈曲和局部凹痕变形的能力称为抗凹性。解决好覆盖件的抗凹性能，对提高整车综合性能非常重要，而对车门外板等覆盖件进行抗凹性数值模拟分析，对预测和评价板材的抗凹性具有重要意义。5.1.1有限元模型建立抗凹性分析一般会涉及到材料的非线性与边界非线性（接触）问题。本课题以Abaqus6.9为求解器，对车门进行静态凹痕变形过程的数值模拟分析，以检验车门材料及结构的合理性。建立有限元模型时，车门外板、内板及其他附件均采用壳单元模拟，基本单元尺寸10mm，对于涉及接触的关键区域进行局部细化网格的方法，基本尺寸调整为2.5mm。胶粘采用体单元模拟，焊点采用acm单元模拟，用于加载载荷的刚性压头模型采用离散刚体进行模拟。对于所用材料，车门外板材料为B180H1，厚度T=0.7mm，压头模型与外板接触端为橡胶，施加载荷端为金属钢。分析中，采用单位制为：长度mm，力N、时间s。由此建立的有限元模型如图5-1所示：图5-1 车门有限元模型5.1.2约束条件及载荷条件根据试验条件，在关门状态时有门锁的约束和车身对车门边框的约束，这些力学边界条件在进行有限元分析时是必须加以考虑的，同时进行必要适当的简化。每个固定铰链约束了六个自由度中的五个：三个位移、两个转动；车门边框约束了一个位移，门锁约束了前后方向和垂直方向两个位移自由度。车门所受到的外界载荷是压头结构在各加载点处施加的载荷，大小为400N，方向垂直于车门外板向内，然后卸载。根据车门结构，加载点的个数及位置如图5-2所示：图5-2 载荷加载点的个数及位置5.1.3计算结果对于计算结果，本课题通过考察加载点处最大变形量和卸载后残余变形量来评估车门抗凹性能。针对所选加载点进行加载、卸载过程后，得到了这些加载点的最大变形量和残余变形量数据，结果如表5-1所示。表5-1 CAE分析结果加载点加载卸载初始刚度评价最大变形（mm）目标（mm）评价残余变形（mm）目标（mm）评价P13.215OK0.10.7OKOKP23.415OK0.10.7OKOKP33.515OK0.10.7OKOKP43.515OK0.10.7OKOKP53.115OK0.10.7OKOKP610.115OK0.10.7OKOKP715.715NG0.10.7OKNGP816.815NG0.10.7OKNGP916.015NG0.10.7OKNGP1012.515OK0.10.7OKNGP116.515OK0.20.7OKOKP1211.215OK0.20.7OKOKP1313.915OK0.40.7OKOKP1411.115OK0.30.7OKOK由上表可得出以下结论：(1) 加载时各加载点的最大变形除7、8、9点外均小于目标值（15mm），满足抗凹设计要求；(2) 卸载时各加载点的残余变形均小于目标值（0.7mm），满足抗凹设计要求；(3) 各加载点的加载曲线除7、8、9、10点外，均在目标刚度曲线上方，满足初始刚度设计要求；(4) 加载点7、8、9、10处刚度不足，可在此位置增加外板加强衬板，设计完善后，再做进一步分析。车门外板的抗凹CAE分析结果对车门的进一步设计具有极大地参考价值和指导意义，CAE工程分析应用在在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、强度、NVH分析、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，已投入实际使用，完全可以用于定性分析和改进设计。 第六章 车门工艺方案设计6.1冲压工艺制定车门的CAE分析完成后，在车门强度和刚度等方面的设计有了保障，到此设计出来的车门数据已经初步成型，理论上可以把数据输出到生产基地进行后续的加工制造了。但基于生产成本和制造技术方面的考虑，很多设计出来的数据如直接用来加工会给制造工序带来很多意想不到的困难。因此，在设计数据冻结之前还需要进行车门工艺方案的设计，保证工艺制造的可行性，才能真正的完成车门的设计工作。汽车车身外形是由许多轮廓尺寸较大且具有空间曲面形状的覆盖件焊接而成，因此对覆盖件的尺寸精度和表面质量有较高要求。车身覆盖件要求表面平滑、按线清晰，不允许有皱纹、划伤、拉毛等表面缺陷，此外还要求具有足够的刚性和尺寸稳定性。车门是重要的车身覆盖件之一，为了满足其性能要求，其制造过程也需要制定合理的工艺方案。一个车门的制造过程为：冲压、焊接、包边等，以下将以此对车门的各个工艺步骤进行具体的方案设计，并从中发现一些前期设计过程中产生的影响后期制造的工艺性问题，形成问题报告，对后期的设计更改提供依据。6.1.1冲压工艺制定车门具有尺寸大，相对厚度小，形状复杂等特点，决定了在冲压成形中板料变形的复杂性，变形规律不易被掌握，不能定量地对主要工艺参数和模具参数进行计算，在工程实践中还主要运用经验类比来进行冲压工艺设计。8本课题根据车门的工艺性和本身的结构特点，结合实际生产情况，制定了车门内板钣金件的工艺过程如下：拉延+切角；二次拉延+切边；切边+冲孔；侧切+侧冲孔翻孔+冲孔+整形；整形+冲孔。工序一，拉延+切角，拉延工序是覆盖件冲压成形的关键工序，覆盖件的大部分形状是在此工序形成的，拉延成形的好坏将直接影响覆盖件质量。该工序一方面将成形出零件的大部分形状，同时在拉延过程中还将对坯料进行切角，减少落料模具，降低成本。工序二，二次拉延+切边，由于在图6-1中标注椭圆处存在大约12mm高的台阶，此部分若在第一次拉延过程中直接成形，则压料面可能有以下两种分法：(1)将椭圆部分作为压边面的一部分，即将分模线分在零件侧壁圆角处，这样由于台阶对板料的进料阻力较大，易导致零件在拉延过程中可能产生破裂;(2)将椭圆部分作为凸模的一部分，即将分模线分在椭圆部分外侧的法兰上，则在拉延过程中该区域的板料是悬空的，在径向拉应力和切向压应力的作用下，材料集中收缩到此处，可能导致零件的该部分起皱，甚至有迭料的可能，所以该工序需对椭圆部分进行二次拉延。其他局部区域进行整形，切边时由于窗框内废料较大，将其分为三块进行切除，本工序先切出窗框两端的两块。图6-1 车门内板工序三：切边+冲孔，将余下全周边进行切边，同时冲出部分孔。工序四：侧边+侧冲孔翻孔+冲孔+整形，窗框内边整形，侧向门锁安装孔在此工序全部完成。 工序五：整形+冲孔，冲切余下的孔。由于车门内板的法兰边要与外板进行包边扣合，法兰边的平展度将直接影响扣合的质量，故在此工序安排了法兰边全周的整形。以上为以车门内板为例进行冲压工艺方案的设计，而冲压工艺能否顺利完成，除了需要有明确合理的工序步骤以外，还需要对车门的原始数据进行检查分析，找出不适合直接进行冲压工艺的设计，推过工艺问题报告的形式提出问题，进行设计更改，以达到满足工艺要求的目的。如图6-2所示，在检查车门防撞梁固定板时发现1处零件孔与圆角距离不到1mm，不满足冲压工艺要求，为达到工艺要求，把孔边与圆角具体设计成5mm以上；2处零件翻边结构不满足冲压工艺要求，需将该区域处圆角半径由5mm改为20mm。12图6-2 车门防撞梁固定板6.2车门装配工艺制定车门的冲压件生产完成以后，车门的主要零部件制作就基本完成了，接下来就可以进行车门总成的装配过程了。车门的装配过程中，首先要求车门外板总成和车门内板总成表面光滑平整，没有压痕、凹陷、凸包等缺陷，为后续涂装工序提供质量保证；另外一个方面，由于车门是活动装配件，为保证车门与门框保持均匀的门缝间隙和面差超差，要求车门内、外板总成的整体尺寸精确稳定，强度和刚度好，不易变形。车门的装配是多个薄板冲压零件在多个工位上进行层级装配的复杂工艺过程。其装配过程一般是在若干个焊接工位、涂胶工位和一个包边工位上完成的。根据本课题研究的微型SUV车门的零件组成,车门总成的装配流程如图6-3所示。车门装配工艺主要包括焊接、涂装、包边等。后视镜加强板外板加强板外板玻璃导轨内板加强板内板产品检测胶合固化补焊包边内外板装配涂胶涂胶内板分总成外板分总成图6-3 车门装配流程图6.2.1焊接工艺设计焊接是目前国内车门装配中应用最广泛的连接方式，是将车门柔性薄板件装配成车门的重要工艺。车门的焊接工艺包括点焊、弧焊、凸焊、螺柱焊以及激光焊等。目前车门焊接工艺以点焊为主。点焊是电阻焊的一种，是利用在焊件之间形成一个个焊点来连接焊件的，其原理是利用电流通过焊接区产生的电阻热来熔化金属。焊接区域形成的总电阻R为： R=2R件+R触+2R极(6-1)式中R件是焊件本身电阻（假设两板件厚度一致）；R触是焊件的接触电阻；R极是电极与焊件的接触电阻。根据焦耳定律，点焊的总发热量W为：W=Iw2Rtw(6-2)式中Iw是通过焊接区域的平均电流值；tw是通电时间。通常，焊接电流Iw和通电时间tw都是根据焊接规范选定的，在焊接控制器中选定，而总电阻是焊件内部热源的基础。总电阻是由接触电阻和焊件电阻组成，在点焊过程中起着不同的作用。接触电阻对焊点的形成起到极其重要的作用，点焊时，由于接触电阻的作用，使焊件间接触表面的金属达到焊接温度，从而形成均匀分布在接触面两边的焊点。焊件电阻是形成焊点的主要热源，为焊点的形成提供足够的热量。车门主要是靠若干个合格的焊点实现连接的，焊点质量要求表面压坑浅、平滑呈均匀过渡，无明显的鼓起，外表面无环状或径向裂纹。因此，车门点焊的质量需要一定的工艺条件来保证，主要包括点焊工艺参数、焊点位置、焊点间距和点焊顺序等。(1) 工艺参数点焊工艺参数主要有焊接电流、电极压力、焊接时间等。参数的设定主要取决于焊接件的材料特性、厚度、结构形式以及焊接设备的特点。常见的焊接工艺规范如表6-1所示。表6-1 点焊工艺参数表板厚（mm）电极工作表直径（mm）最佳规范中等规范焊接时间（周波）电极压力（MP）焊接电流（KA）焊接时间（周波）电极压力（MP）焊接电流（KA）0.54.3-5.351.356.090.905.00.84.5-5.371.907.8131.256.51.05.5-6.082.258.8171.507.21.25.8-6.2102.709.8191.757.71.56.0-7.0133.6011.5252.409.12.07.0-8.0174.7013.3303.0010.33.28.0-100278.2017.4505.0012.9根据前期设计，本课题的微型SUV车门内外板厚度均为3mm左右，所以工艺参数根据表中厚度3.2mm的参数来确定，焊接时间为27个周波，电极压力为8.2MP，焊接电流为17.4KA。在实际生产过程中，可根据实际情况，通过试片剥离实验检测点焊焊接工艺规范的正确性，调整各工艺参数，若选取的参数不符合焊点质量技术要求，可再选取中等规范参数。(2) 点焊位置设计焊点位置时，应该考虑焊接技术要求，焊点载荷均衡、焊枪电极可达性等因素。车门设计和制造过程中，焊接搭接边宽度的减小有利于车门的质量和美观，以及轻量化，搭接边宽度的增加则有利于制造中保证点焊焊接质量，一个合理的搭接边宽度范围对产品设计和制造工艺都非常重要。点焊接头的最小搭边宽度可由以下公式确定：b=4+8(6-3)其中b是搭边宽度（mm）；是两焊接板中较厚的板厚（mm），如图6-4所示。图6-4 点焊位置示意图根据前期设计，本课题中微型SUV车门总成中车门内板和各种加强板的焊接搭边宽度可由上述公式确定。因为车门内板的厚度在各零件中厚度最大，因此为3.5mm，由此可得搭边宽度：b=4+8=43.5+8=22mm(3) 焊点间距焊点间距为相邻两焊点的中心距。在保证连接强度的前提下，焊点间距应该以较大为好，这不仅能减少焊点数量，提高生产率，而且能减少点焊时的分流，有利于提高焊接质量。同时焊点间距应均匀，偏差一般为3mm。点焊接头的最小搭边宽度和焊点的最小点距如表6-2所示。表6-2 焊点位置及间距表项目参数最薄板件厚度0.50.81.01.21.52.02.33.2焊点最小搭边宽度1111121416182022焊点的最小点距912182027354050根据前期设计，本课题研究的微型SUV车门内板焊点按板件厚度3.2mm确定焊点的最小间距为50mm。(4) 焊接顺序焊点的焊接顺序需考虑工艺性问题，不恰当的点焊顺序会造成焊接件变形，焊接顺序应根据具体结构条件合理确定，按工艺文件执行。车门的焊点通常成排出现，生产中点焊顺序一般以中心分散到边或顺着同一方向。若从两侧向中间的顺序，则容易造成板件的变形且变形无法消除。6.2.2涂胶工艺设计涂胶是实现车门粘结密封的重要辅助工艺，可以提高车门的强度、防腐蚀性、抗冲击性、隔热减振性能等。根据车门功能要求，车门装配中应用的粘胶剂