發(fā)動(dòng)機(jī)蓋常見(jiàn)結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)原則

邢作輝

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋簡(jiǎn)介

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的主要功能是為機(jī)艙里面的設(shè)備提供保護(hù)，遮擋雨水和灰塵，并使得機(jī)艙處于封閉空間，為里面的設(shè)備處于冷、熱平衡的工作環(huán)境提供保障，有一定的設(shè)備防盜和碰撞保護(hù)功能；另外發(fā)動(dòng)機(jī)蓋作為整車(chē)的前部外覆蓋件，對(duì)車(chē)身的美觀有著重要的影響。

2 常用結(jié)構(gòu)型式及選材

2.1 零部件組成

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的結(jié)構(gòu)較車(chē)門(mén)簡(jiǎn)單,主要由內(nèi)、外板和局部加強(qiáng)板組成。外板與內(nèi)板通過(guò)包邊、粘接等方式結(jié)合，為增加機(jī)罩系統(tǒng)的強(qiáng)度及剛度，一般均會(huì)在鎖或鎖扣安裝處、鉸鏈安裝處及撐桿安裝處布置有局部加強(qiáng)板，甚至在內(nèi)、外板組成的空腔內(nèi)設(shè)有支撐板，加強(qiáng)板與撐板通過(guò)焊接或鉚接的方式與內(nèi)板相連接。

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的結(jié)構(gòu)形式目前常用的有兩種，一種是合頁(yè)式的，另一種是四連桿式的。

2.2 材料的確定

目前發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的主要材料分為普通鋼材和鋼鋁混合板材兩大類(lèi)，下面分別按照兩類(lèi)進(jìn)行舉例說(shuō)明：

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板、外板需要滿足一定的強(qiáng)度要求，內(nèi)板成型相對(duì)難度大，一般選用拉延率較好又有一定強(qiáng)度且在能滿足自身剛度的前提下料厚盡量薄。

鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好、耐腐蝕性好、比強(qiáng)度高、具有良好的鑄造性能和加工塑性好的特點(diǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板、外板可以考慮選用鋁合金材料。

3 設(shè)計(jì)原則

3.1 法規(guī)要求

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋作為整車(chē)前部外覆蓋件應(yīng)當(dāng)滿足GB11566《乘用車(chē)外部凸出物》要求，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的外表面一般均會(huì)滿足法規(guī)要求，需要特別指出的是少數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前部包邊懸出前格柵設(shè)計(jì)的車(chē)型，普通包邊難以滿足法規(guī)要求（包邊總厚度需達(dá)到5mm），需將前部包邊做水滴包邊結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與前圍格柵處斷面

3.2 整車(chē)總布置要求

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋設(shè)計(jì)相關(guān)的整車(chē)總布置要求包括：

（1）維修操作方便性。包括：發(fā)蓋抬起高度（可轉(zhuǎn)化為發(fā)蓋開(kāi)啟角度及發(fā)蓋極限開(kāi)度）；發(fā)動(dòng)機(jī)蓋二道鎖開(kāi)啟方便性。考慮到拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)的方便，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)度一般在75～90°。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋打開(kāi)到最大角度時(shí)，根據(jù)50%～95%美國(guó)人體尺寸，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋最高點(diǎn)距地面一般為1600～2200mm范圍內(nèi)；發(fā)動(dòng)機(jī)蓋最大開(kāi)啟角度為83°，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋最高點(diǎn)距離地面高度為1623mm。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋具體開(kāi)度及距離地面高度值由總布置專業(yè)校核確定。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋二道鎖開(kāi)啟方便性要求：拉手抓握區(qū)域的后部邊緣離發(fā)動(dòng)機(jī)罩的前部邊緣應(yīng)小于90mm；拉手最小有效尺寸：20mm×20mm；發(fā)動(dòng)機(jī)罩需要“自動(dòng)跳起”的幅度決定拉手的向后位置；對(duì)于距離發(fā)動(dòng)機(jī)罩邊緣≤65mm的拉手，上述區(qū)域的最小寬度為50mm；對(duì)于距離發(fā)動(dòng)機(jī)罩邊緣＞65mm的拉手，上述區(qū)域的最小寬度為110mm。

（2）隱藏式前雨刮。隱藏式前雨刮包括：①車(chē)內(nèi)乘客通過(guò)前風(fēng)窗透光區(qū)不能觀察到雨刮（該項(xiàng)要求與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋無(wú)關(guān)）；②前雨刮刮條Z向隱藏于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋后部，可有效減小雨刮刮條的風(fēng)阻，并提升外觀品質(zhì)。

3.3 間隙與面差定義

外觀間隙段差的合理設(shè)計(jì)能提高一臺(tái)車(chē)的整體品質(zhì)，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋設(shè)計(jì)主要關(guān)注項(xiàng)為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與前格柵、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與翼子板。

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋從一定高度關(guān)閉時(shí)一般會(huì)有過(guò)關(guān)量，為確保發(fā)動(dòng)機(jī)蓋不與前格柵發(fā)生干涉，需要兩者Z向間隙保證6mm以上；翼子板與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前部配合區(qū)域需發(fā)動(dòng)機(jī)蓋段入翼子板，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋高于翼子板時(shí)顧客客易觀察到分縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響外觀效果；發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與翼子板運(yùn)動(dòng)最小間隙在分縫后部區(qū)域，需將該區(qū)域配合公差設(shè)定為偏向公差，降低發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)啟過(guò)程中與翼子板發(fā)生干涉的風(fēng)險(xiǎn)。具體間隙段差：發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與前格柵間隙，標(biāo)準(zhǔn)≥6，公差1是±1.5，平行公差2，左右公差2；發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與前格柵段差，公差1是±2，以發(fā)蓋為基準(zhǔn)；翼子板與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋間隙，標(biāo)準(zhǔn)4.0，公差1是直線處間隙段差±1.0圓弧拐角處間隙段差±0.5，平行公差1.0(直線處)，左右公差1.0(直線處)；翼子板與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋段差，標(biāo)準(zhǔn)-1，公差1是直線處間隙段差±1.0圓弧拐角處間隙段差±0.5，以翼子板為基準(zhǔn)；翼子板圓角，標(biāo)準(zhǔn)2；翼子板與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋間隙，標(biāo)準(zhǔn)4.0；翼板與發(fā)送機(jī)蓋段差，標(biāo)準(zhǔn)-1，以翼子板為基準(zhǔn)；翼子板圓角，標(biāo)準(zhǔn)2，公差1是±1.0，平行公差1.0，左右公差1.0；發(fā)動(dòng)機(jī)蓋圓角，公差1是+1.0。

3.4 CAE性能要求

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋相關(guān)CAE性能指標(biāo)有以下三個(gè)方面，具體目標(biāo)值根據(jù)不同車(chē)型有不同的設(shè)定：

（1）行人保護(hù)。頭部撞擊區(qū)間和撞擊點(diǎn)，根據(jù)CAE分析頭部得分進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

（2）被動(dòng)安全。為保證碰撞發(fā)動(dòng)機(jī)蓋折彎效果，可避免發(fā)動(dòng)機(jī)蓋浸入前風(fēng)擋區(qū)域造成傷害，同樣擁有較好的吸能效果，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋吸能比例約為4%。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板一般需作出相應(yīng)自潰筋，保證發(fā)動(dòng)機(jī)蓋碰撞后折斷變形。被動(dòng)安全項(xiàng)根據(jù)CAE分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

（3）強(qiáng)度耐久。以下性能項(xiàng)需根據(jù)CAE分析結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：①發(fā)動(dòng)機(jī)蓋安裝剛度；②發(fā)動(dòng)機(jī)蓋側(cè)向剛度；③發(fā)動(dòng)機(jī)蓋橫梁剛度；④發(fā)動(dòng)機(jī)蓋角剛度；⑤發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性；⑥發(fā)動(dòng)機(jī)蓋扭轉(zhuǎn)剛度；⑦發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下拉剛度。

3.5 NVH性能要求

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋相關(guān)NVH性能指標(biāo)有以下兩個(gè)方面，具體目標(biāo)值根據(jù)不同車(chē)型有不同的設(shè)定：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)蓋模態(tài)：發(fā)動(dòng)機(jī)蓋模態(tài)作為車(chē)身局部模態(tài)會(huì)產(chǎn)生三類(lèi)噪聲振動(dòng)問(wèn)題：一是局部模態(tài)與車(chē)身的整體模態(tài)產(chǎn)生共振；二是局部模態(tài)與聲腔模態(tài)耦合共振；三是局部模態(tài)被外界激勵(lì)起來(lái)。模態(tài)參數(shù)取決于車(chē)身剛度、重量分布、阻尼等因素。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈安裝點(diǎn)剛度：鉸鏈安裝點(diǎn)剛度不足易引起整車(chē)在粗糙路面行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板密封面產(chǎn)生較大變形，影響機(jī)艙密封；鉸鏈安裝點(diǎn)剛度不足易引起發(fā)動(dòng)機(jī)蓋周邊靜態(tài)間隙段差難裝調(diào)。如NVH分析鉸鏈安裝點(diǎn)剛度不滿足要求，可通過(guò)鉸鏈加強(qiáng)板涂膠支撐到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板提升剛度值，效果明顯。

文章由發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的功能展開(kāi)，闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)蓋系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成，包含典型內(nèi)外板結(jié)構(gòu)，主流的鉸鏈結(jié)構(gòu)形式。提供發(fā)動(dòng)機(jī)蓋常用原材料類(lèi)型。針對(duì)最為關(guān)鍵的設(shè)計(jì)原則，從法規(guī)要求入手確定發(fā)蓋前端主斷面，根據(jù)整車(chē)總布置要求確定人機(jī)操作舒適性、維修便利性，以及與周邊件的間隙面差要求、CAE分析、NVH性能要求方面，進(jìn)行了較為全面的分析，希望對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的設(shè)計(jì)提供有益的參考。隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展，輕量化趨勢(shì)越來(lái)迫切，塑料發(fā)蓋、納米工藝發(fā)蓋也是以后的發(fā)展方向。