掃路車車門結構設計論文

畢業(yè)設計 1 緒論 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市對環(huán)境衛(wèi)生質量要求的不斷提高，各地環(huán)衛(wèi)部門加快了提高城市道路清掃作業(yè)機械化程度的步伐。 我國掃地車行業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，產(chǎn)品從單一的純掃式發(fā)展到目前的多種型式，產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質量迅速提高，特別是在改革開放以后，通過進口關鍵外購件使掃路車產(chǎn)品性能和可靠性大大提高。但目前我國掃路車的水平與國外發(fā)達國家相比，還存在一定的差距，特別是在產(chǎn)品的可靠性方面。為盡快提高我國掃路車的水平，縮小與先進國家掃路車水平的差距，滿足我國環(huán)衛(wèi)部門對路面清掃作業(yè)的要求，掃路車生產(chǎn)企業(yè)應選擇一個合適 的掃路車研究方向。隨著社會的發(fā)展、進步，不再滿足于單純意義上的吸塵車，將從多功能、環(huán)保、經(jīng)濟等方面提出更多的要求，市場呼喚能滿足各種需求的吸塵車。 為適應市場需求，近年來，國內眾多環(huán)衛(wèi)車輛研發(fā)機構、生產(chǎn)廠家在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，加快了掃路車的自主研發(fā)和生產(chǎn)，推出了一大批各具特色、性能優(yōu)良、符合中國國情的掃路車。隨著機電液一體化技術、數(shù)字化信息技術和自動控制技術的大量采用，我國掃路車的設計和制造水平與發(fā)達國家的差距在逐步縮小。 1.1 背景 本項目的垃圾清掃車擬將意大利進口的 DULEVO 200 QUATTRO 車作為藍本進行設計制造。如圖 1.1。 意大利 DULEVO 道路寶掃地機工廠，系全球為數(shù)不多的專業(yè)生產(chǎn)掃地機之著名企業(yè)，特別在重工業(yè)型掃地車領域，其產(chǎn)品科技含量更是遙遙領先于其它工廠。其產(chǎn)品采用全液壓驅動系統(tǒng)，防塵防水耐低溫、高溫，在極其惡劣的環(huán)境下，仍能正常工作。 Dulevo 在雅典政府的一項競標中脫穎而出，向奧運會提供十三臺掃路機。瑞士制造商 Bucher 也贏得了一項競標，將另外提供九臺設備。希臘的主要環(huán)境特點是多塵和缺水，而 Dulevo 的設備特別適用于此類環(huán)境。在中國， Dulevo 產(chǎn)品在首都天安門廣場、北海艦隊、神華集團均有突出表現(xiàn)！ 畢業(yè)設計 1975 年創(chuàng)立以來，在清掃設備及機械的設計、制造方面已經(jīng)鞏固了它的世界領導地位。 獲得國際組織 DNV - Det Norske Veritas 的專業(yè)認證，它還是重要的清掃設備生產(chǎn)商協(xié)會 Afidamp 的成員及國際衛(wèi)生提供協(xié)會 ISSA 的成員。所有的機型中均使用超細過濾系統(tǒng) (小到三微米 )。 國內相近清掃車調研： 1. FJ5051TSL 道路清掃車 (SHZ22 型單發(fā)動機全液壓驅動掃路機 )(2001 年專用汽車 ) 這款外觀精巧 漂亮的掃路車是由龍馬專用車輛制造有限公司自主開發(fā)的精品這款車同來自德國的凱馳 ICCI 型垃圾清掃車駕駛室外形極為相似采用全景式駕駛室設計寬大的風擋和全景式車門可以讓操作者獲得開闊的視野對道路及作業(yè)情況一目了然駕駛室密封良好室內空間寬敞各種布置簡潔明快操縱控制裝置布置合理操作方便 FJ5051TSL 道路清掃車具有很強的清掃能力可隨意清掃道路 兩側和死角并有掃刷避障和調節(jié)地距功能清掃刷 (盤刷 )前置由液壓系統(tǒng)驅動最大清掃寬度為 2400 mm同前種道路清掃車相比這款道路清掃車最大的特點是只有一個發(fā)動機沒有專門用來驅動 風機的副發(fā)動機發(fā)動機是道路清掃車的動力源啟動后帶動變量泵雙聯(lián)泵通過液壓系統(tǒng)傳遞動力實現(xiàn)清掃作業(yè)系統(tǒng)風機工作系統(tǒng)行走系統(tǒng)轉向系統(tǒng)及其他系統(tǒng)各項作業(yè)是名副其實的全液壓驅動得益于只有 1 臺發(fā)動機的優(yōu)點使得該車結構更加緊湊并具有了低油耗低噪聲低排放的良好的環(huán)保性能這款車的另一個亮點是采用微電腦控制自動化程度更高。這款車采用無級變速技術可以極低速穩(wěn)定行駛平穩(wěn)作業(yè)最小離地間隙 170 mm 通過性能優(yōu)于德國凱馳 ICCI 型垃圾清掃車 (140 mm) 該車最高車速低于 40 km/h 適于城市道路高架橋機場碼頭等路面的清掃保潔 作業(yè)。 經(jīng)過調研，現(xiàn)在龍馬專用車輛制造有限公司在產(chǎn)的產(chǎn)品沒有這款清掃車，全部是雙發(fā)動機形式的清掃車。 2. 揚州盛達特種車有限公司 該車 采用專用底盤，由單臺 發(fā)動機 驅動整機的各個動力裝置，協(xié)調了整車運行與清掃作業(yè)的 匹配 。選用靜液壓行走驅動系統(tǒng)，無級 變速 ，適合掃路車低速工況的要求。駕駛室視野開闊，座椅前后位置可調、靠背角度可調。駕駛室有空調， 畢業(yè)設計 可全天候進行清掃作業(yè)。采用不銹鋼垃圾箱，垃圾箱舉升五十度，自動卸料高度為 1.3m，方便垃圾的傾卸的轉運。風機具有噪音低、耗能少、體積小、靜壓高、自潔能力好等優(yōu)點。對 葉片、蝸殼等易損件進行加強處理，增加其耐磨壽命。清掃工作裝置，電控調節(jié)掃絲與地面的壓力，減少掃絲材料磨損，延長使用壽命，同時還能電控調節(jié)掃盤的清掃寬度，使掃盤起到機械手的作用，把外邊的垃圾掃進吸口處。掃盤具有防撞、避讓功能。 吸口前端部位安裝翻板機構，遇到大體積垃圾時，可通過控制桿手動把前端彈性膠皮翹起，吸入垃圾。液壓系統(tǒng)：清掃部分采用三套液壓回路，工作可靠，方便安裝及維修。電器系統(tǒng)：采用現(xiàn)代電子集成電路，操作方便，易于布置，實現(xiàn)了機電液一體化。 經(jīng)過調研該廠生產(chǎn)的清掃車整車需要定作，使用的是五十鈴的發(fā)動機 ，價格大概在 30 萬左右。底盤由自己設計、生產(chǎn)，驅動橋為液壓驅動，由該廠自行設計制造。 圖 1.1 意大利 DULEVO 200 QUATTRO 1.2 任務和目的 任務：利用 UG 軟件及 Auto CAD 軟件進行新型的路面清掃車的車門總成三維建模和二維結構設計。 目的 :掌握三維建模及二維結構設計方法，熟悉車身結構。 畢業(yè)設計 1.3 課題研究方法 本次設計采用 UG和 CAD對車門進行三維和二維建模。對具體車門結構進行設計和校核。 1.4 論文的構成及研究內容 本篇論文討論了車身部件的結構設計。對車門的分類構成及車門的功 能要求進行了討論。對車門各附件如車門鉸鏈，車門密封條，車門鎖，玻璃導軌和車門窗框的設計進行了具體分析。指出了各種附件的具體選擇和校核方法，各附件的功能要求。車門各附件得選擇應本著簡單實用，方便美觀的原則。完成了各附件的設計計算選擇之后，開始對車門進行三維建模，和二維建模。 畢業(yè)設計 2 車門設計概述 車門是汽車車身結構中相對獨立的總成，是供乘員或貨物進出的必要通道。它主要由車門骨架及蓋板、車門護面、門窗、車門玻璃及玻璃升降器、門鎖及其手柄、車門鉸鏈、車門密封條和車門開關機構組成。車門設計的好 壞直接影響到整車的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘座空間等諸方面的優(yōu)劣。車門結構設計與附件布置考慮的因素較多，既要保證車門與整車的協(xié)調一致，還要保證車門本身的技術要求，具有一定的代表性。 2.1 車門的分類 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。 表 2.1 車門分類 分類方式 類 型 特 點 及 常 用 車 型 開啟方式 旋轉門 用于大多數(shù)汽車 折疊門 多用于客車 拉門 多用于輕型客車 結構 整體式車門 剛度好、質量高、隨形性好 分開式車門 鈑金件少、材料利用率高、視野性好 窗框 有窗框車門 大多數(shù)汽車，可為獨立窗框或整體式車門 無窗框車門 敞篷車、硬頂車、運動車使用 旋轉方向 逆開門 較少采用，僅為方便上 、下車 順開門 安全性好，較常用 上開門 轎車和輕型車的背門，也用于低矮的汽車 2.2 車門的構成 不同類型的車門可分為車門本體、車門附件兩部分。車門本體屬百車身范疇， 畢業(yè)設計 指作為一個整體涂漆、未裝備狀態(tài)的鈑金哈杰總稱，包括車門內外板、加強板和窗框等，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。而附件則是為了滿足車門的各項功能要求，在白車身上裝配的零件及總成，其中包括車門鎖、鉸鏈、限位器、玻璃、拉手、操縱鈕、出風口、密封件及內外裝飾件等，另外還有一些其他的在車 門上的裝備的附件，如煙灰盒、揚聲器、放物袋、限位塊和行程開關等。 車門總成的組成如表 2-2 所示。 表 2.2 車門總成的組成 車門 車 門 本 體 車 門 附 件 內 外 板 加 強 板 與 抗 撞 梁 窗 框 車 門 鎖 鉸鏈 及限 位器 玻璃 及升 降器 門及 窗密 封條 內外 裝飾 件 其他 附件 2.3 車門的功能要求 車門作為汽車的重要組成部 分，是車身側面最富變化和最受人關注的對象。一方面，車門作為車身結構中的重要組成部分，其造型風格、強度、剛度、可靠性及工藝性等必需滿足車身整體性能的要求；另一方面，車門結構自身的視野性、安全性、密封等性能，既對整個車身結構性能影響較大，也是車門功能要求的重要部分。 第一，對使用方便性來說，要求：開關方便性：靈活、輕便、自如，有最大、中間兩檔開度，并能可靠限位；上下車方便性：開度應足夠，一般不低于 60 或開度不小于 650mm。 第二， 對視野性來說，要求：盡量加大車門窗口及玻璃尺寸，并合理布置三角窗位置、大小、形狀。 第三，對可靠性安全性來說，要求：足夠的強度、剛度，不允許因變形、下沉而影響車門開關可靠性；車門開關時不允許有振動噪聲；部件性能可靠、不 干涉；撞翻車時不能自行開門，以確保乘員安全；滿足側撞時對乘員的保護要求。 畢業(yè)設計 第四，對密封性來說，要求：雨、雪、塵不能進入車內，應具備良好的氣密封性。 第五，對工藝性維修性來說，要求：易于沖壓并便于安裝附件。 第六，對造型方面來說，外形上與整車協(xié)調。 2.4 車門的設計流程 車門是車身結構中的一 個分總成，車門設計應與車身總體設計相統(tǒng)一。在進行具體的車門設計前首先應根據(jù)整車參數(shù)，以同類型車為參考，進行車門部分的產(chǎn)品描述，確定車門類型，附件類型及種類。 車門的設計過程一般如下： 1產(chǎn)品描述。應根據(jù)設計任務書和調研的分析結果對車門總成及零件進定性描述； 2確定輸入和輸出。輸入一般指：總布置提供的設計任務書；車身 CAD 表面三維數(shù)據(jù)模型和二維線圖；設計法規(guī)等。輸出一般是確定需要建立的三維模型和圖紙等； 3定車門邊界，進行車門的總體結構方案設計： （ 1） 車門附件布置 （ 2） 車門本體設計 （ 3） 附件 設計 4門的運動校核； 5安全性校核； 6校核結果滿足要求，完成設計。 當然，上述的設計步驟并不是絕對不變的，要根據(jù)設計的需要靈活進行，各步驟之間的反復往往要多次進行，如：根據(jù)鉸鏈位置等初步確定車門邊界，然后進行附件布置，但布置過程中出現(xiàn)問題又要求重新修改邊界等等，各步驟不斷交叉進行，多方面考慮才能保證最終設計的合理。 畢業(yè)設計 3 車門附件布置過程及特點 車門附件是指具有獨立功能并裝置于車門上的總成，它和殼體、內飾蓋板一起組成汽車的車門，如圖 3-1所示。車門附件的種類繁多，同一類附件不同類型車門附 件在性能和特點等方面有很大的差異，而且有許多專業(yè)的車門附件生產(chǎn)廠家，不同廠家生產(chǎn)的車門附件的質量和價格也有差異。如何在種類和數(shù)目眾多的車門附件中選擇合理的附件是車門設計人員在進行車門附件布置設計時非常煩瑣但又非常關鍵的一個環(huán)節(jié)，選擇的好壞往往會影響到整個車門布置設計的最后結果。表 3-1中給出了各附件的功能要求，其中鉸鏈與門鎖是車門承力件，開門時兩鉸鏈受力，關門時兩鉸鏈和門鎖三點受力。因此，鉸鏈、門鎖對強度和剛度的要求較重要，車門限位器雖然不直接承受車門重力，但起開關限位作用，與門鎖和鉸鏈在壽命、可靠性方面要 求應一致。另外，玻璃升降器、鎖操縱手柄、按鈕等的可靠性、耐久性也不可忽視。其它附件的結構和功能一般應與主要附件的要求相適應 。 圖 3.1 車門附件 表 3.1 車門主要附件的功能要求 畢業(yè)設計 車門 附件 結 構 形 式 功 能 要 求 車 門 鎖 1. 機械門鎖（舌簧鎖、鉤簧鎖、 卡板鎖） 手動開閉鎖； 2. 中控門鎖：利用控制按鈕或 點火鎖、有駕駛員集中控制開閉 的門鎖； 3. 防盜門鎖：根據(jù)聲、光、電、 磁、等原理，在于強行開門時， 蜂鳴器或燈光報警； 1 車門外開閉鎖功能及防誤鎖功能，有 全鎖和半鎖兩檔位置，在鎖止狀態(tài)下， 內外手柄打不開車門，開鎖時，車內 用按鈕，車外用鑰匙，有的也設計保 險鎖； 2 開閉耐久性 10 105 次； 3 承受縱橫向載荷能力，全鎖時：縱向 11110N，橫向 8890N，半鎖時縱向 4450N，橫向 4450N； 4 互開率： 1000種不同鑰匙牙花數(shù)以 上； 5 耐慣性力：全鎖狀態(tài)承受 3g 加速度作 用； 玻 璃 升 降 器 1.臂桿式， 其中單臂式、交叉式、 四連桿式常用 2.繩輪式 （都具有電動和手動兩種型式） 1操作方便，搖手柄力矩不大于 2Nm 2結構可靠，制動力矩足夠，在臂桿滾 輪處沿玻璃切線方向加 300N 反力無 逆轉，在上升行程任意位置，玻璃下 沉量不大于 5mm； 3強度：上止點，在手柄上加負荷，各 部位不扭曲，運動自如； 4 壽命： 4 105 次耐久實驗，無異常； 鉸 鉸鏈有明鉸鏈和暗鉸鏈，暗鉸鏈 常用，且有內讓和外讓兩種運動 方式 1運動范圍阻力矩小于 2.45Nm； 2處于關閉角度時余留角 3以上； 3強度：縱向力 11110N；橫向力 8890N； 4垂直剛度：距回轉中心 1000mm 加載 荷 980N 持續(xù)時間 1min 永久變形小 畢業(yè)設計 鏈 于 0.5mm。開關無異常； 5耐久性： 1 105 次，無異常； 限 位 器 有些鉸鏈帶有限位功能，也有獨 立安裝的限位器，限位器應具有 兩個檔位，以實現(xiàn)全開和半開兩 個限位； 1耐久性： 5 105 次，實驗后限位力矩 不小于初始值 50%（ 3 105次后測量）； 2限位器承受 180Nm 以下力矩不損壞； 3.1 鉸鏈的布置 鉸鏈主要包括固定部分（即鉸鏈座，固定在門框上），活動部分（安裝在車門上）和軸。為了改善車身的外形和減小空氣阻力，現(xiàn)代汽車大多使用暗鉸鏈。 車門鉸鏈有兩種合葉式和臂式。 車門是靠兩個鉸鏈懸掛在門柱上的，整個車門的質量及任何作用在車門上的力，在車門關閉狀態(tài)下，是由兩個鉸鏈、門鎖、及定位器來支撐；而在車門打開時，則全由鉸鏈來支撐。實際車門的下垂可能是由于在載荷作用下鉸鏈變形或鉸鏈連接部位的變形所致。 在布置鉸鏈時 ,應注意以下幾方面的問題： 1.在結構允許的情況下，車門上下兩鉸鏈之間的距離應盡 可能大。圖 3.2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。 畢業(yè)設計 圖 3.2 鉸鏈處受力分析 計算得：2 RPS b RdPaQ ；見斷面 B-B， ht,由材料力學理論得，可忽略剪應力即忽略 S 的作用；則下鉸鏈處的應力可表示以下形式為：221)(66b h tlRdPahtQlWMy （式 3-1）式中 M 為彎矩。 由于上下鉸鏈的變形方向相反，這樣就會造成車門下垂。由式 3-1，車門外附件設計基本定形后， R、 P、 a、 d為定值。為減小 1 ，只有加大鉸鏈中距，或加大鉸鏈的橫截面積。當 Q 減小時 ,1 減小，則鉸鏈提高，這對于減小車門的下垂有好處。但鉸鏈的間距 b的大小要受到車門外板曲線的限制，曲線的曲率越大要求 鉸鏈間距越小，從而導致鉸鏈處受力較大，車門容易出現(xiàn)下沉。一般情況下，取 b=300-500mm，大多保持在 400mm左右。 2.布置鉸鏈時，為了避免打開車門時與其它部分干涉，鉸鏈的軸線應盡 可能外移，使其靠近車身側面。如圖 3.3所示，當鉸鏈軸線的投影中心從外移到處時，它與車身外表面的距離從 2R 減小為 1R ，顯然干涉可能性降低。 畢業(yè)設計 圖 3.3 鉸 鏈軸線與車身外表面不同距離的軌跡比較 但由于受外型的影響，鉸鏈軸線又不可能無限地向外移，如圖 3.4所示。當鉸鏈軸線向外移，由 1移到 1 處時，如果還要求上下鉸鏈間距 L =L ，由于車門外板有弧度，那么鉸鏈就要布置到外板以外了，這顯然不符合實際。因此，鉸鏈軸線外移到一 定程度之后，必然導致鉸鏈間距 L 減小，這時，下鉸鏈處的應力增加，強度、剛度降低，車門下沉的可能性加大。所以，前兩項布置原則是互相矛盾、此消彼長的，需要設計人員在滿足強度的條件下從實際出發(fā)，將鉸鏈軸線適當外移，以獲得最優(yōu)設計。 1-鉸鏈軸線； 2-外板； 3-內板； （注：該圖車門旋轉了一個角度） 圖 3.4 車身外形對鉸鏈軸線外移的影響 3.車門上下鉸鏈必須布置在同一直線上。從車的側面看過去，一般是一條垂 畢業(yè)設計 直于地面的直線；從車 的正面看過去，應為一條向內傾的直線，如圖 3.5所示。從圖上可看出，鉸鏈軸線有內傾角 B，則車門在自由開啟狀態(tài)時只受重力 G的作用。將 G分解，沿軸線方向的分力 BGG cos2 ，沿垂直軸線方向的分力BGG sin1 。顯然， 2G 方向平行于軸線，不產(chǎn)生力矩； 1G 垂直于軸線并與軸線 之 間 的 距 離 設 為 ， 所 以 產(chǎn) 生 了 圖 上 的 力 矩 M ， 其 值 為 BGGM s in11 使得車門繞鉸鏈軸線向內旋轉，即使得車門在自由開啟狀態(tài)時有自動關閉的趨勢。 圖 3.5 鉸鏈軸線內傾布置 3.2 門鎖的布置 3.2.1 對車門鎖裝置的要求 1) 操縱內、外手柄時，車門能輕便的打開，關閉時們所裝置具有對車門運動導向 和定位作用（不僅在開門方向，而且上下也要定位）。 2）門鎖應有兩檔鎖緊位置 全鎖緊和半鎖緊，以及防止汽車行駛時車門突然打開起安全保險作用。 3）設有鎖止機構。當鎖止時（如按下鎖鈕或內手柄，處于鎖止狀態(tài)時），在車外只有用鑰匙才能打開車門，在車內必須先解除鎖止狀態(tài)才能打開車門。 4）具有防誤鎖功能。當前們開著而鎖鈕被按下事，若關閉車門撞動鎖爪，即可通過聯(lián)動桿解除鎖止狀態(tài)，從而防止由于鑰匙遺忘在車內而打不開車門。 5）強度要求：當車門處于完全鎖緊狀態(tài)時，車門鎖能承受一定的縱向載荷、橫向載荷和沖擊 慣性力的作用，從而不因汽車碰撞、翻車、顛簸而使門鎖失靈。 畢業(yè)設計 縱向載荷是使汽車前后方向上門柱拉開門鎖與檔塊的載荷，按照日本和美國SAE標準規(guī)定，進行縱向載荷試驗時，在垂直于車門板的方向上，應施加 900N的橫向作用力，以不超過 5mm/min的速度，在處于嚙合狀態(tài)的門鎖與檔塊結合面的垂直方向施加縱向載荷，直至破壞。 橫向載荷，是使汽車車門從關門位置到開門位置，拉開門鎖與檔塊的負荷。 美國 SAEJ839和 J934分別規(guī)定：轎車門鎖和門鉸鏈處于鎖緊狀態(tài)時，承受汽車縱向載荷的能力不小于 11000N，橫向載荷應不低于 8900N。我國新訂專業(yè)標準ZBT26004-87汽車門鎖技術條件中也規(guī)定了此要求和靜態(tài)試驗法。 SAE還要求整個門鎖系統(tǒng)（包括門鎖、檔塊、手柄及任何連接機構）處于全鎖緊位置，在任何方向上承受 30g（ g-重力加速度）慣性負荷時仍能保持鎖緊位置。為滿足次要求，則必須減少門鎖手柄等可東部分的質量，并在設計車門時進行計算。 3.2.2 門鎖結構類型 門鎖按其結構大致可分為舌式、棘輪式和凸輪式。舌式鎖結構簡單，安裝容易，對車門要求不高；取電視只有橫向的定位，不能承受縱向載荷，故可靠性差，加之關門沉重，噪聲大， 鎖舌易與檔塊摩擦，因而在現(xiàn)代汽車上幾乎已經(jīng)淘汰。 棘輪式鎖現(xiàn)在應用廣泛。其特點是鎖內部有一套由鎖鉤（棘爪）和棘輪組成的制楔機構。由于位于門腔外部地鎖閂和門柱上的檔塊形式不同，有轉子式門鎖，卡板式門鎖等等。 在顛簸的路上行駛時，壓緊鎖鉤的彈簧力只要能保證鎖鉤不會因慣性力作用而脫鉤即可，所以輕便省力是轉子式鎖的結構特點。其缺點是齒輪齒條的嚙合間隙要求嚴格，因而對車門的安裝精度要求較高。這種鎖主要用于路面較好的車輛。 卡板式門鎖的鎖緊原理與轉子式鎖相似，所不同的是卡板門鎖以 U型卡板與車身上的環(huán)形鎖扣結合，它既可承 受縱向載荷，又能承受橫向載荷，安全可靠。該鎖適用于各種車輛。 3.2.3 門鎖外手柄位置確定 如圖 3.6及表 3.2所示，為貨車的門鎖外手柄的確定方法， H是指外手柄距離 畢業(yè)設計 水平地面的高度。從表 3.2中的數(shù)據(jù)看， H的選擇是從人機工程學的角度出發(fā)，考慮駕駛員站在地面或踏板上開門時的方便性。另一方面， H值也受汽車造型的影響，要求造型美觀，經(jīng)久耐用，一般造型希望與側面的棱線相適應。 圖 3.6 貨車外手柄位置確定 表 3.2貨車外手柄位置的確定 全車額定總質量（ Kg） 門鎖及外手柄高 度 H（ m） 6000 600015000 =15000 =1.75 3.2.4 內手柄的安裝 內手柄安裝一般在駕駛員的前方稍遠一些的地方，以避免無意中碰到手柄使車門誤開，從而保證行車安全性。在車門附件的布置和設計應注意內手柄的位置布置以及內手柄類型的選擇，內手柄和外手柄一樣 ，位置要確保方便，運動靈活。內手柄與外手柄的相對位置有一定的制約關系。用戶開啟的方便性，用戶易接觸，滿足功能要求。門鎖內手柄一般通過聯(lián)動桿來打開門鎖，如圖 3.7所示。內手柄而且應與汽車其他內飾件相適應，講究車門造型的一致性與協(xié)調性。 畢業(yè)設計 圖 3.7 門鎖機構布置圖 3.2.5 門鎖的位置確定 門鎖一般安裝在車門內板的后端部，其高度位置應與車門質心位置在同一水平線上，由外手柄的位置來確定（門鎖的手柄內、外手柄有旋轉式、掀拉式和手扣式，外手柄還有按鈕式，從不會碰傷人以及不會由于沖擊加速度使車門自 動 打開等安全角度考慮，手扣式比較方便，它凹陷在車門里面，也有利于減小空氣阻力，但手摳式外手柄質量較大，成本也高些），但又要考慮車門鉸鏈的影響以及整個車門高度方向的尺寸。門鎖與玻璃升降器的相對位置主要有以下四種，如圖3.8所示。內側布置型有利于聯(lián)動桿的布置；再設計門鎖裝置的聯(lián)動機構時要確定各桿件的尺寸，校核其位移量，保證各操縱手柄的位移在合適的范圍內，同時避免各桿件發(fā)生干涉；外側布置型有利于外手柄和鎖機構的布置；對于中間布置型，因為門鎖本體有一定的厚度，在布置空間上比較緊張，所以多數(shù)情況下將導軌向后傾斜一個角度 ，使密封條從門鎖外面通過，有利于防止灰塵進入門框和引起風哨聲；對于脫離布置型，門鎖脫離了玻璃導軌，使門鎖本體與內外手柄的機構的連接都比較方便，但是對門玻璃中心的運動軌跡有一定影響。 畢業(yè)設計 內側布置型 外側布置型 中間布置型 脫離布置型 1-玻璃導軌 2-門鎖 圖 3.8 門鎖與玻璃升降器的相對位置 門鎖的位置對密封條的布置產(chǎn) 生直接的影響，門鎖外側布置時，密封條若靠近車門外板布置，則空間緊張；內側布置剛好相反；而中間布置型有利于兩道密封的布置，提高了密封性。 此外，在玻璃升降器的位置、門鎖及內手柄位置確定后，門鎖聯(lián)動桿的 形狀也就確定了。在平面布置圖上，聯(lián)動桿繞過了玻璃升降器底板，但它與 擺臂和導軌仍有重疊之處，因此還需要前后位置錯開，這也需在側面布置圖 中解決。 3.3 密封條的布置 在車門密封條的截面形狀和尺寸選定后，就要著手布置密封條。它的布置型式主要有三種： （ 1）車身裝配型（圖 3.9a）：布置在車身門 框上，這種方式不如以下兩種安裝方式好，但是這種方式可以使安裝在車上的嵌條和密封條一體化，減少零件個數(shù)。歐洲車多采用這種方式。 （ 2）車門裝配型（圖 3.9b）：固定在車門上的方式。 （ 3）兩面裝配型（圖 3.9c）：這種方式密封效果特別好，有利于提高高速行駛時和高壓水洗車時的密封性，而且隔音效果非常好。具體采用哪種型式，可根據(jù)結 畢業(yè)設計 構和工藝要求而定。 a)車身裝配型 b)車門裝配型 c)兩面裝配型 圖 3.9 車門密封條的安裝方法 密 封條的固定方式有以下三種： (1) 粘結：用粘結劑。 (2)機械固定： 多用卡扣或卡槽。 (3)夾持：帶金屬骨架的密封條可直接夾持在門框上，但是這種密封條的制造工藝復雜。為了使車門框在拐角處也能保持密封條的夾緊，拐角處的彎曲半徑不能太小或密封條在拐角處采用模壓接頭。 現(xiàn)在廣泛采用后兩種固定方式，為了方便使用和充分發(fā)揮密封條的功能，采用將變形部分置于致密型橡膠部位上，這樣就兼顧了兩種密封條固有的良好效果。 3.4 玻璃導軌和窗框的布置 汽車的玻璃導軌和窗框共同組成玻璃導向與保護機構。其中玻璃導軌一般用鋼板 沖壓或滾壓成形后，焊接或用螺栓固定于車門上。導軌內與玻璃接觸的部位裝有導槽，導槽用毛氈或橡膠制成，起導向和密封功能。 玻璃導向機構的布置，以及各部分的配合參數(shù)選取是否合理，對玻璃升降運行有重要的影響。很多時候汽車玻璃升降不順、卡滯等故障，就是因為玻璃導向機構的布置不合理所致。因此，選取合理的布置參數(shù)是玻璃導向機構開發(fā)設計成功的一個保障。 3.4.1 玻璃導向機構布置參數(shù) 玻璃導向機構（見圖 3.10）是車門附件的一個子系統(tǒng)，它的設計和布置涉及到車門內外板造型、玻璃型面和曲面參數(shù)、玻璃導軌的安裝方 式、導槽的截面等。玻璃導軌是玻璃導向機構的重要組成部分，在玻璃升降運行中起到導向和限位作用。 畢業(yè)設計 圖 1 玻璃導向機構截面圖 玻璃升降器工作時， 玻璃在玻璃導軌里只能做上升或下降的運行，因為玻璃左右、前后方向已經(jīng)被玻璃導軌限位。下面分析玻璃與玻璃導軌的布置情況（見圖 3.11）。 圖 2 玻璃導向 機構布置尺寸圖 （ 1）玻璃與玻璃導軌底部間隙的分析。玻璃與玻璃導軌配合的間隙 B 是一個關鍵尺寸，它決定了玻璃在玻璃導軌里左右方向的運行空間。如果 B 過小，則玻璃滑行空間窄，玻璃緊貼導槽和導軌的底部，容易造成運動干涉，玻璃升降 畢業(yè)設計 困難；如果 B 過大，則玻璃運行空間寬，玻璃在升降過程中，容易晃動，造成出槽故障。選擇一個合理的尺寸，就得從車門、玻璃導軌制造誤差、升降器的類型等方面去分析。一般而言，制造工藝比較好的轎車， B 的取值可以稍小些；反之，取值可以稍大些。 （ 2）玻璃吃進深度的分析。 A 和 D 也是布置的重 要尺寸，兩者可以等長，也可以不等長。這兩個尺寸決定了玻璃邊緣吃進玻璃導軌的深度，從而影響玻璃升降運行。如果尺寸過短，玻璃升降時容易滑出導軌，造成出槽故障；尺寸過長，玻璃吃進導槽的面積大，滑行阻力增大，容易造成升降發(fā)緊，加速升降器零部件的損壞，從成本方面考慮，無形中也浪費了材料。 3.4.2 布置尺寸的選取 綜合分析車門的制造誤差、玻璃導軌制造和裝配誤差以及升降器吸收誤差能力等因素，再結合升降器電腦仿真運動的計算，得出玻璃導向機構各配合尺寸布置數(shù)值。 一般而言，尺寸 B 推薦選取范圍為 3.5 4.5mm，導槽安 裝厚度一般為 1.52.5mm。因此，設計布置上，玻璃底面到導槽表面的距離（為尺寸 B 減去導槽底面厚度）大概留有 2mm的空間。 尺寸 A 和 D 的選取原則：首先保證玻璃不出槽，也就是當玻璃集中偏向玻璃導軌一邊時，另一邊玻璃不能從導軌脫出；另外，導槽對玻璃的阻力要盡可能小。要想保證玻璃不出槽，就必須讓玻璃盡量多吃進玻璃導軌，圖 2 中的 E 要加大；而要減小導槽對玻璃的阻力，就必須減小導槽與玻璃的接觸面積，即 E 要減小。兼顧兩個因素，一般而言， E 要占到 A 的 70% 75%，再結合尺寸 B（ B+E=A），尺寸 A（注：如果尺寸 A 和尺寸 D 不相等， A 為較短尺寸）推薦選取范圍為 1216mm。 C 的大小與導槽截面的選取有關，導槽截面不同，其變動的范圍也較大，這里不作詳細介紹。 3.4.3 校對檢驗與優(yōu)化 導向機構布置完成后，一下步就是校對與檢驗。玻璃升降器運動仿真是一種校對和檢驗玻璃導向機構布置合理與否的計算機輔助設計工具。因此，在布置完 畢業(yè)設計 成后，我們可以借助玻璃升降器運動仿真來分析各種誤差狀況下的玻璃升降運動，如玻璃導向機構各零件布置是否相匹配，是否出現(xiàn)干涉運動。經(jīng)過反復校核和優(yōu)化，就得到一個較優(yōu)的玻璃導向機構布置方案。 3.5 車門布置及運動校核 當汽車外形和車門附件初步選型完成后，即應著手細致的布置工作，因為往往由于布置上的問題需要重新考慮結構方案和外形。 鉸鏈軸線的布置會影響車門開度或門柱尺寸以及車門開縫線的位置和形狀。 為了避免再打開車門時車門與車身其他部分干涉，鉸鏈軸線應盡可能外移（使靠近車身表面）；但是車身外形曲線一旦確定，鉸鏈軸線的外移將受到加大上下鉸鏈間距的要求的限制。一般轎車，上鉸鏈的上端到鉸鏈的下端的間距大約在 350mm500mm 之間，大多保持在 400mm左右 。 由于車身外形原 因，有時鉸鏈軸線的內傾將有利于布置，并使車門有自動關閉的趨勢，以便克服停在橫坡上，或由于其它原因使車門自動打開的趨勢。 確定鉸鏈軸線的位置后，必須進行運動校核，檢查車門在最大開度時，有無與車身其他部分（如門柱或翼子板）發(fā)生干涉現(xiàn)象。 門鎖大多布置在玻璃升降器的內側，這有利于聯(lián)動桿的布置，為了安裝門鎖玻璃導軌需向后傾斜一個角度；此時密封條從門鎖外面通過，這有利于防止灰塵進入門框和引起風哨聲。 車門密封條的界面形狀和尺寸選好后，要細致的布置密封條的走向，要確定密封條的受壓方向、壓縮量和門 與門框之間的間隙大小，以保證密封效果和正常的開關車門的操縱力，并最后確定密封條的固定方式以及車門內板與門柱的截面形狀。 畢業(yè)設計 4 車門的建模 車門是汽車車身中一個相對獨立的總成，內部附件數(shù)目繁多，結構較為復雜。它的設計質量直接影響到整車的安全性、乘員的操作方便性、密封性及噪聲。車門設計特別是車門附件的布置是一個試探性、重復性很強的過程，占有很重要的地位和很大的工作量，其間許多不確定性因素都有可能導致整個布置的失敗和返工。車門的結構設計大部分任務是解決車門附件布置、運動校核、安全校核、附件的緊固 及保證附件在使用中的可靠性和方便性。車門附件布置設計的多目標，多約束的特點決定了車門附件的布置需要大量領域專家的經(jīng)驗和知識作為指導，才能夠順利實現(xiàn)。將領域專家的經(jīng)驗和知識與 CAD技術相結合，開發(fā)專門用于車門附件布置的智能 CAD系統(tǒng)必將會大大提高車門設計的效率。 圖 4.1 掃地車實體 本次設計先根據(jù)圖 4.1 的掃地車進行大體車身結構設計，確定車身及車內各零件相對布置位置及布置結構。當對車身結構進一步熟悉之后，就對車身進行結構改型。以五十鈴駕駛室結構為藍本。對我們設計的掃地車駕駛室結構進行優(yōu)化 畢業(yè)設計 設計。獲得一個 美觀大方實用的駕駛室結構。 車門的建模是通過三維和二維軟件對車門進行整體描述。對車門細部結構及車門整體進行設計。獲得一個美觀實際的車門。 車門建模要求車門骨架及各附件進行校核并選型。確定好車門結構后再進行三維建模，然后進行二維建模，并在已建好模型的基礎上進行改進性設計。修改車門曲線。本次設計要求對車門玻璃導軌及密封膠條進行獨立的二維結構設計。參考現(xiàn)實中車型，與該車車門進行比對，選擇一種合適的的布置方式。對于車門上的附件要在二維建模中進行結構優(yōu)化選擇，及材料選取。 下面將對車門具體建模過程進行介紹。 4.1 車門三維建模 車門三維建模是采用 UG 軟件對車門及其附件進行大體輪廓設計。首先根據(jù)實體模型（如圖 4.1）測繪出車門的具體尺寸，然后再在 UG 軟件上進行建模。 （ 1）建立車門具體框架模型如圖 4.2 所示 圖 4.2 掃地車車門 UG 模型 （ 2）對車門結構進一步熟悉之后根據(jù)五十鈴對駕駛室進行重新設計之后，車門 畢業(yè)設計 結構也進行重新設計，如圖 4.3 圖 4.4。 圖 4.3 車門結構外部視圖 圖 4.4 車門結構內視圖 畢業(yè)設計 4.2 車門二維建模 車門的二維建模是采用 CAD 軟件，對車門總成進行結構尺寸的細節(jié)設計。 4.2.1 車門骨架的二維建模 該掃地車屬于工程車，適合在城市街道中慢速行駛。在行車安全方面對車輛的要求不高。只是視野要求開闊，使駕駛員對車外情況能一目了然，尤其能夠及時掌握地面情況。因此車門結構的選擇也應該選用簡單實用結構。本掃地車車門骨架，采用矩形鋼管焊接而成。為減輕車身重量。矩形鋼管壁厚不宜選擇太厚。本車車門骨架矩形鋼管壁厚選取為 2mm，鋼管材質選用 Q235。鋼管截面如圖 4.5 圖 4.5 鋼管截面 車門骨架由不同長度不同邊長的矩形鋼管焊接而成。在對車身焊接結構進行設計時，要盡量保證焊縫在剪應力而不是在拉應力下工作（因為低碳鋼焊縫剪應力允許的最大值要大于拉應力允許的最大值）。同時要盡量避免焊縫交匯在一點或者密集布置，否則金屬由于過熱而產(chǎn)生嚴重的應力集中和變形。 鋼管焊接采用 2CO 氣體保護焊。它采用焊絲和工件之間產(chǎn)生的電弧來熔化金屬，由氣體作為保護氣并 利用焊絲作為填充金屬。 2CO 焊由于焊接成本低、抗裂 畢業(yè)設計 能力強、焊后不需清渣、生產(chǎn)效率高、使用范圍廣的優(yōu)點。2CO氣體保護焊的焊接電流均均是由平硬式緩降外特性直流電源。但是，氣體保護焊不可避免地存在一些不足之處，由于使用2CO作保護氣，怕風，就限制了其在露天作業(yè)中的使用，弧光和熱輻射 強，還不能采用交流電源。 由于氣體保護焊由其他焊接方法所不及的優(yōu)點，因此這項新技術在國內外以獲得了廣泛的應用在很多場合已替代了氣焊、手工電弧焊以及埋弧自動焊，個別情況下還可以替代電阻焊。近十幾年來，我國已在汽車車身制造行業(yè)中廣泛的采用了氣體保護焊。 焊縫是指焊接后焊件中形成的結合部分。焊縫的布置設計對焊接結構工藝性有著非常重要的意義。合理的焊縫布置可以減少內應力和變形，提高結構的安全可靠性。焊縫一般應遵循下列原則： （ 1） 盡量減少結構的焊縫數(shù)量和焊縫的長度。 （ 2） 盡量使得焊縫對稱分布。 （ 3） 盡量減少交叉焊縫。 （ 4） 盡量避免將 焊縫布置在結構應力集中處。 在裝配焊接過程一般分三步： 第一步：定位。就是依據(jù)定位基準準確地確定被裝焊的零件或部件相對于裝焊的零件或部件相對于夾具的位置。 第二步：夾緊。就是把定好位置的零部件壓緊夾牢，以免產(chǎn)生位移。 第三步：點固。由于焊縫比較長依序再沒隔一段距離加以點固，把這些零部件的相互位置固定。如果焊點很少或焊縫很短，也可以不進行點固，直接焊接即可。如果裝配好的零部件不需卸下，就在夾具上焊接，也可省去點固。 焊接處焊縫采用 V 型焊縫，焊后打磨光亮。然后在車門上安裝焊接車門附件。最終的車門骨架結構形式如圖 4.6。 畢業(yè)設計 圖 4.6 車門骨架 4.2.2 車門鎖的二維建模 該車車門鎖屬于購買件。本次建模主要是對鎖盒和門鎖外觀進行設計建模。該車門鎖采用青州市勝通汽車配件有限公司生產(chǎn)的工程車門鎖大 504 鎖心結如圖 4.7 圖 4.7 工程車門鎖大 504 畢業(yè)設計 門鎖鎖心固定在車門內板上，鎖心的外圍結構應簡單實用，方便結實。門鎖的外手柄選用手摳式，該方案使手柄不會碰傷人以及不會由于沖擊加速度是車門自動打開。它凹陷在車門板內，也有利于減小空氣阻力。車門內手柄內包裹鎖心。鎖心和鎖扣共同構成車門的鎖緊機構。 其門鎖具體外型結 構如圖 4.8，鎖扣的具體結構如圖 4.9。 圖 4.8 車門手柄 圖 4.9 鎖扣二維結構圖 4.3.3 固定板的二維建模 該固定板是反光鏡固定板，它是焊接在車門上的。它位于左側車門的左上角， 畢業(yè)設計 具體位置見圖 4.3。該板屬于自制件，采用鋼板沖壓加工而成。 在沖壓過程中，拌料的尺寸精度對沖壓性能影響最大的是板料的厚度公差。板厚公差的大小是鋼板軋制精度的主要指標。一定的沖壓模具凸，凹模的間隙應適用于一定的毛坯厚度。厚度超差則影響產(chǎn)品質量。板料過薄則回彈難以控制，或出現(xiàn)“壓不實”現(xiàn)象；板料過后則會拉傷制件表面， 縮短模具壽命，甚至損壞模具或設備。特別是在同一張鋼板上厚度不均，偏差過大，不利因素就更難消除。 板料的表面質量也是影響沖壓性的因素之一。一般對板料表面狀況有如下要求： 1、 表面光潔 表面不應有氣泡、縮孔、劃痕、麻點、裂紋、結疤、分層等缺陷。否則，在沖壓成型過程中，缺陷部位可能因應力集中而引起破裂。 2、 表面平整 如果板料表面瓢曲不平，在剪切或沖壓過程中容易因定位不穩(wěn)而出現(xiàn)廢品；再沖裁過程中會因板料變形展開而損壞模具；在拉深時可能使壓料不均勻而影響材料的流向從而引起開裂或起皺。 3、表面無銹 如果板料表面有銹 ，不僅對沖壓不利，損傷模具，而且還影響后續(xù)的焊裝，涂裝工序的正常進行及質量。 該板件具體結構如圖 4.10 所示。 圖 4.10 反光鏡固定板 4.3.4 車門鉸鏈的二維建模 車門鉸鏈有合頁式和臂式兩種。臂式的鉸鏈軸安裝在門柱內所以要求門柱粗 畢業(yè)設計 大，其有點事有余軸線相對車門的位置較遠，開門時能使車門往外移，因而不易與門框或車身上的其他部分干涉。合頁式的鉸鏈軸線在門柱以外，與臂式相比，不但質量輕、剛度高、結構簡單緊湊，而且裝配關系也簡單，現(xiàn)在應用廣泛。 車門是靠兩個教練懸掛在門柱上的，整個車門的質量以及任何作用 在車門上的力，在車門關閉狀態(tài)下，是由兩個鉸鏈，門鎖，及定位器來承擔，而在車門打開時，則全由鉸鏈支撐。實際車門的下垂，可能是由于載荷作用下鉸鏈變形或鉸鏈連接部位的變形所致。 該車車門鉸鏈選用合頁式鉸鏈，如圖 4.11。鉸鏈的一片合頁通過螺釘固定在門框上，另一片合頁則是焊接在門板上。為防止車門下垂該鉸鏈布置時上下鉸鏈取較大間距。 （ a） 該鉸鏈焊接在車門上 （ b）該鉸鏈通過螺釘固定在門框上 圖 4.11 鉸鏈合頁 4.3.5 車門密封條和玻璃導槽的二維建模 密 封條材料要求：（ 1）彈性好，永久變形小。（ 2）良好的耐候性和耐老化性，低溫下不發(fā)硬。（ 3）具有一定的強度和表面護膜的耐磨性。（ 4）吸水率低。（ 5）便于成型（擠壓成型或模具成型）和裝配（如與油漆表面能牢固粘結且無污染性）。 本次設計的密封條主要是指車門和窗框之間的密封。密封條的材料選用表面具有合成橡膠保護膜的海綿橡膠。表面護膜是采用氯丁二烯類的合成橡膠或氯磺化聚聚乙烯類合成橡膠，護膜厚度 0.1-0.5mm，它不僅改善了密封條的耐候性和 畢業(yè)設計 耐磨性，且使密封條外形美觀。 密封條采用粘結方式與車門結合。具體的密封條形式 如圖 4.12（ a）。玻璃導槽采用鋁合金導槽，導槽內部用粘結劑貼上一層有絨毛的底布。該絨毛能阻止塵土飛入車內。導槽的具體結構如圖 4.12（ b）。 導槽的橡膠材料同樣應具有良好的耐候性，耐臭氧性和非污染性；要求吸水率低，硬度 60Hs ，拉伸強度大于 mMN /8.0 。 （ a）密封膠條模型 （ b）玻璃導槽模型 圖 4.12 門窗截面圖 當車門玻璃滑動時，門窗應具有良好的密封，門窗玻璃的密封是靠玻璃導槽和橫向密封條。 車門上部窗戶由兩塊玻璃組成一塊玻璃固定另一塊在導槽內滑動其具體的固定和相對滑動機構如下圖 4.13。 畢業(yè)設計 （ a） 兩塊玻璃的相對位置 （ b）一塊固定另一塊滑動 圖 4.13 上部玻璃導槽 4.3.6 車門總成建模 車門是汽車車身結構中相對獨立的總成，是供乘員或 貨物進出的必要通道。它主要由車門骨架及蓋板、車門護面、門窗、車門玻璃及玻璃升降器、門鎖及其手柄、車門鉸鏈、車門密封條和車門開關機構組成。車門設計的好壞直接影響到整車的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘座空間等諸方面的優(yōu)劣。車門結構設計與附件布置考慮的因素較多，既要保證車門與整車的協(xié)調一致，還要保證車門本身的技術要求，具有一定的代表性。 車門是車身中工藝較復雜的部件，它涉及到零件沖壓、包邊、焊接、零部件裝配、總成組裝等工序，對尺寸配合和工藝技術等都要求嚴格。車門是車身關鍵運動件，其靈活性、堅固性、 密封性等方面的缺點易暴露，對汽車產(chǎn)品的使用質量有嚴重的影響 。 車門總成是由車門骨架和車門各附件裝配而成。車門的裝焊是車門生產(chǎn)過程中的重要組成部分，車門裝焊質量的好壞，直接影響著汽車車門的外部造型和車門的