低成本加油口門的結構設計

秦海 朱燈宏

摘 要：微車的加油口門通常位于B柱下端，前后分別是鉸鏈式前門和滑移式中門，簡稱附著式加油口門;而一般乘用車的加油口門位于后側上，則成為嵌入式加油口門。對于附著式加油口門，通常應用在微車上，在滿足基本功能前提下，開發出低成本的結構是首要的目標，本文綜合加油口門的設計經驗，總結出微車低成本加油口門結構設計思路以及設計經驗。

關鍵詞：加油口門;結構設計;低成本

一、加油口門的概述

加油口為一個封閉零件，加油時開啟，關閉時保持外觀的整體感。商用微車的加油口門一般位于B柱下端，前后都是運動件，打開前門和后門，加油口門高于側圍外板，稱為附著式加油口門;而乘用車的加油口一般位于后側圍外板上，周圍都是固定件，稱為陷入式加油口門。

加油口門焊合件通常由加油口門外板、加油口門鉸鏈臂、加油口門鉸鏈銷、加油口門加強板組成，加油口門外板和加強板通過側壁上連接，連接方式有兩種：點焊或者包邊。

二、加油口門的設計思路

加油口門的設計過程主要包括如下幾個

步驟：

（1）確定加油口門的DTC間隙。

（2）確定加油口門的鉸鏈中心線。

（3）確定加油口門的開度及限位。

（4）設計加油口門的鉸鏈。

（5）布置鎖芯安裝孔的位置。

具體見下文所述：

（一）確定加油口門的DTC間隙

加油口門是車身零件的重要組成部分，它的主要功能之一就是與側圍配合形成完整的外觀。加油口門與前門和后側門等運動件有間隙斷差的配合，與側圍外板也有運動間隙的配合，而它本身也是運動件，同時還是外觀件。因此，對外觀性來說，加油口門的DTC間隙越小越好;對運動件來說，這個間隙越大越好。考慮制造誤差，附著式加油口門的DTC間隙一般要求5mm;而陷入式加油口門，此間隙一般≤3.0mm。

（二）確定加油口門的鉸鏈中心線及鉸鏈軸

加油口門鉸鏈位置的確定是加油口門設計的第一步，也是最重要的一部。而它有主要分為兩個步驟：

（1）根據經驗初步確定加油口門鉸鏈位置，即鉸鏈中心線。

（2）加油口門的運動分析，并進行鉸鏈軸線的優化。

這兩個步驟不是一個單向通道，而是一個可以反復的過程。因為初步確定的鉸鏈軸需要通過運動校核來確定其正確性，若初選位置不能滿足要求，則可以繼續優化，然后再次運動分析。如此反復便可得到符合要求的鉸鏈位置。具體步驟如下。

1.初步確定加油口門鉸鏈位置

加油口門鉸鏈位置由三個要素組成：

（1）鉸鏈軸的傾斜方式以及傾角：根據傾角的不同，鉸鏈軸的分為三種形式：內傾式，中立式和外傾式。加油口門上的某個旋轉點，分別向3種形式的鉸鏈軸心作垂直線，旋轉點到垂直點的距離便是該旋轉點的旋轉半徑：R1、R2和R3。從圖上的幾何關系可知，旋轉點到外傾軸的旋轉半徑R3最小，因此加油口門繞外傾軸旋轉時，與其內側的側圍外板的干涉可能性最小。為了防止與周圍零件運動干涉，并為了加油口門更容易自動彈出，加油口門鉸鏈通常采用外傾式的鉸鏈軸，一般來說，選取傾角的角度3°～10°，根據加油口門的傾斜方式來選取鉸鏈中心線的傾斜方式。

（2）鉸鏈軸的Y向位置。加油口門上的某個旋轉點繞旋轉中心旋轉時，其運動軌跡。當旋轉中心線距離加油口門越近（Y正向）時，其運動軌跡離側圍外板的距離越大。因此在確定旋轉軸位置時，軸的Y向坐標越大越好（在加油口門的范圍之內越靠近加油口門越好）。綜合考慮鉸鏈軸的大小、鉸鏈臂的厚度、運動間隙等因素，Y向位置可在距離加油口門外板（造型輸入）5mm～10mm之間取值。

（3）鉸鏈軸的X向位置。加油口門上的某個旋轉點繞旋轉中心旋轉時，其運動軌跡。當旋轉中心距離加油口門邊界越大（沿X正向變化）時，其運動軌跡與側圍外板的距離越大，但是與后側門距離越小。因此在確定旋轉軸X向位置時，軸的X向坐標的取值要綜合考慮加油口門運動軌跡對側圍外板和后側門的影響，然后才能確定。一般來說，X向位置在距離加油口門近端5%到15%之間取值。

通過上述上個要素的確定，我們就能初步選出一個鉸鏈軸的位置。另外，鉸鏈軸的直徑一般可設計為4mm，鉸鏈軸的長度需根據鉸鏈臂來確定，原則上鉸鏈軸越長越好。

2.加油口門的運動校核

在初步確定好鉸鏈的位置后，需進行運動分析，具體分析步驟如下：

（1）調整加油口門到安裝的極限位置。由于加油口門與周圍零件存在間隙段差的配合，它的安裝位置在X向和Z向上是可調的。因此在運動分析時要將此因素考慮在內。通常在車內方向（–Y方向，靠近側圍外板的方向）調整時，加油口門與側圍外板的距離會減小。所以運動分析時要將加油口門調至最靠近側圍外板位置，讓其處于極限位置。

（2）調整加油口門鉸鏈軸到最惡劣位置。根據經驗值，鉸鏈軸位置的公差帶取為1.0mm*1.0mm（X向*Y向）。公差帶的四個角部是運動分析的最惡劣位置。在極限情況下，加油口門與其他零件的運動間隙能夠滿足要求的話（大于1.0mm），該加油口門才算滿足運動分析的要求。

（3）建立運動模型并輸出運動間隙數據。通過前兩個步驟，加油口門運動分析的條件已經完全建立。此時，只需將模型導入UG軟件的運動分析模塊，建立機構的固定副（側圍外板、加油口門鉸鏈臂、前門和后側門），以及機構的運動副（加油口門）;然后設置運動過程需計算的間隙（加油口門與側圍外板、前門、中門）;最后，根據驅動設定加油口門旋轉的步長，則可以實現運動分析，而且UG軟件能夠記錄下來運動過程中加油口門與各部件的間隙的最小值，并導出文本文件。

通過分析導出的數據我們便可以知道加油口門的運動間隙是否能夠滿足要求。若不滿足，需要從新調整軸的位置，然后再進行分析。如此反復，直到求出最佳的轉軸的位置為止。

（三）確定加油口門的開度及限位

加油口門的開度，根據需要可設計為80°～100°。低成本的附著式加油口門的限位主要通過加油口門翻邊或者加焊一小塊零件來實現，當加油口門打開到設計最大開度時，凸起的特征與鉸鏈臂接觸，從而實現限位。限位凸點的高度不能太低，不然在制造方面較難控制。而采用彈簧限位的加油口門的成本則相對來說比較高。這種限位方式被大多數汽車采用，彈簧彈力有兩種作用力方向，即關閉狀態下的關緊力和打開過程中的彈開力。

（四）設計加油口門的鉸鏈臂及加強板

加油口門鉸鏈臂的設計通常要考慮以下幾個因素：

1.加油口門的可安裝性

鉸鏈的安裝方向有兩種，X方向以及Y方向，Y方向安裝容易操作，X方向安裝則需要專門的工具。對于附著式加油口門，可采用X向、Y向的安裝方式，不過，Y向安裝要考慮其安裝性，安裝孔位置不要過于靠里面（–Y向），否則安裝工具受周邊零件的影響無法擺正，不方便打螺栓。

2.加油口門的可調整性

加油口門與側圍外板、前后側門有間隙斷差的配合，因此加油口門的位置應該是可以調整的。加油口門的調整主要通過加油口門鉸鏈臂上的安裝孔的設計來實現。加油口門采用M5/M6的螺桿進行安裝。加油口門鉸鏈臂上的安裝孔設計成9mm*7mm（Y向*Z向），因此加油口門可以在Y向和Z向上進行調節，以滿足間隙斷差的要求。需要注意的是，在調節的范圍之內，加油口門焊合件不應于其他任何零件（主要是與加油口支架和側圍外板）產生干涉，并且要保留一定的安全距離。

3.鉸鏈臂卷耳與軸的配合

設計上二者之間配合間隙為0，即二者完全緊密配合。這樣能夠保證加油口門的位置不會收到二者配合間隙的影響，此外二者如果采用間隙配合的話，加油口門就會便可繞軸自由轉動，在白車身過涂裝車間時，加油口門容易前后開合，與后側門干涉，刮傷加油口門漆膜;加油口關上后與B柱碰，B柱處漆膜被碰傷。

由于加油口門的翻邊較低，因此加油口門加強板焊接邊的寬度通常比較窄。因此在設計時要考慮到焊接邊的寬度和角度，保證焊接邊的寬度和焊接角度能夠實現焊接，否則會出現無法焊接的結構，一般來說，加強板與加油口門的焊點至少需要三點。

（四）布置鎖芯安裝孔

確定鎖芯安裝孔的位置要考慮到三個因素：

（1）打開加油口門時鎖芯不能在運動過程中干涉到其他零件;

（2）在注油時，在加油口門完全打開的情況之下，鎖芯不能與油槍干涉，且要保證一定距離，不能影響到注油操作;

（3）鎖芯安裝孔的位置要利于鎖扣的布置。

三、影響加油口門設計的其它因素

（一）沖壓工藝

由于加油口門通常是一個箱式結構，其四面翻邊的拔模角度比較小，因此翻邊不易設計的太高，否則沖壓時在拐角位置處容易產生疊料的現象。

（二）感知質量問題

由于加油口門與側圍外板、前后側門有間隙斷差的配合，加油口門的設計應該與前門、后側門、側圍外板的設計同步進行，保證設計是合理的，各零件能相互配合。如果加油口門設計滯后，則會給加油口門的設計加上過多的約束條件，最終無法得到的設計反復。

為了實現加油口門的可調，其安裝孔設計為長孔。因此一般螺母的墊片無法將整個長孔遮住，因此設計上應采用的大墊片的螺母來，將整個長孔遮住，消除感知質量問題的隱患。

（三）加油口門的剛度

由于加油口門在使用過程容易變形，具因此需要對加油口門及其鉸鏈的剛度進行CAE分析，已確定它具有一定的剛度，在一定外力的作用下加油口門及其鉸鏈的變形在可以接受的范圍內。

四、全文總結

本文闡述了附著式加油口門的設計思路以及經驗值，同時也列舉了一些重要的注意事項，可作為新車型加油口門開發的參考，使得設計開發減少難度，少走彎路。