汽車(chē)金屬加油口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

王立成 王松 湯湧

摘 要：文章以某公司在研某車(chē)型為例，主要介紹一種金屬加油口蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。即通過(guò)前期CAS校核、結(jié)構(gòu)模型制作、性能分析、耐久試驗(yàn)等研究，以滿足金屬加油口蓋結(jié)構(gòu)剛度和使用的功能需求，文章詳細(xì)闡述加油口蓋的各組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)，提高外觀感官質(zhì)量，通過(guò)性能分析減輕零件的重量，達(dá)到降低零件成本及精致外觀的目的。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);加油口蓋;精致外觀

中圖分類(lèi)號(hào)：U463? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）13-110-03

The Study on the Structural Design of Metal Fuel Filler Door for Car

Wang Licheng， Wang Song， Tang Yong

（ Brilliance Automotive Engineering Research Institute BIW Section， Liaoning Shenyang 110141 ）

Abstract： This paper introduces a structural design method of metal fuel filler door by taking a model of our company as an example. In order to meet the structural stiffness and functional requirements of the metal fuel filler door， the structural design method of the fuel filler door was elaborated in this paper. Through the structure and size design， improve the appearance of the sensory quality， through performance analysis to reduce the weight of parts， to reduce the cost of parts and exquisite appearance.

Keywords： Automobile; Fuel Filler Door; Delicate Appearance

CLC NO.： U463? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）13-110-03

前言

目前，汽車(chē)是現(xiàn)代生活中常見(jiàn)的不可缺少的交通工具。當(dāng)汽車(chē)在燃油不足時(shí)，我們會(huì)選擇加注燃油進(jìn)行燃料補(bǔ)給。因此，在加油前，我們需開(kāi)啟加油口蓋，提供加油槍的正常加油操作。加油完成后，關(guān)閉加油口蓋，又起到遮蔽加注口的作用[1]。加油口蓋設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要滿足加油口蓋的剛度性能和功能耐久，而且需減輕零部件重量，達(dá)到整車(chē)輕量化，降低零件成本，進(jìn)而節(jié)約燃油，保護(hù)環(huán)境，輕量化設(shè)計(jì)理念是未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展方向。加油口蓋作為車(chē)身結(jié)構(gòu)的重要零部件，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，在滿足使用功能同時(shí)，作為外觀零部件，在設(shè)計(jì)時(shí)需注重外觀質(zhì)量。

加油口蓋結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，將針對(duì)加油口蓋闡述結(jié)構(gòu)及提高外觀質(zhì)量設(shè)計(jì)方法。

1 加油口蓋設(shè)計(jì)

1.1 CAS校核

基于燃油加注管布置位置，校核燃油帽與CAS曲面間距離，為避免燃油帽與外板干涉，要求距離大于10mm;如圖2所示。

繪制典型斷面，布置鉸鏈銷(xiāo)軸位置，制作加油口蓋外板及側(cè)圍外板3D模型，進(jìn)行DMU校核，要求加油口蓋外板運(yùn)動(dòng)包絡(luò)與側(cè)圍外板運(yùn)動(dòng)間隙>1.5mm;采用Φ100圓柱模擬旋轉(zhuǎn)燃油帽手部包絡(luò)，校核手部操作空間，要求圓柱與側(cè)圍外板無(wú)干涉。如圖3所示。

1.2 結(jié)構(gòu)模型制作

通過(guò)加油口蓋典型斷面，制作加油口蓋總成3D模型，可使用參數(shù)化的CAD建模方法，利用CATIA的參數(shù)化功能，建立自頂向下的產(chǎn)品模型，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率[2]。加油口蓋作為可彈起零部件，設(shè)計(jì)時(shí)需注意加油口蓋被彈簧片彈起后，加油口蓋與側(cè)圍外板的距離需大于15mm。根據(jù)能量守恒定律：彈簧的彈性勢(shì)能（M）完全轉(zhuǎn)化為克服摩擦所做的功（J）和加油口蓋的重力勢(shì)能（W）。計(jì)算加油口蓋開(kāi)啟后，與側(cè)圍外板距離值。

M=J+W

即：F·h/2=N·S+mg·H

F—彈力（根據(jù)彈簧力-變形曲線）;

h—彈簧壓縮量;

N—摩擦扭矩在加油口蓋開(kāi)啟處的力;（N=規(guī)定的摩擦扭矩/轉(zhuǎn)軸摩擦力臂）

S—彈開(kāi)合適高度時(shí)摩擦力矩的弧長(zhǎng);

m—加油口蓋運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量;

g—重力加速度;

H—加油口蓋運(yùn)動(dòng)件在彈起過(guò)程中，重心變化的高度。

1.3 性能分析

加油口蓋性能主要分析下垂剛度和過(guò)開(kāi)剛度。表1為加油口蓋剛度分析標(biāo)準(zhǔn)，在CAE分析剛度性能后，確認(rèn)分析模型，分析不同工況下出現(xiàn)剛度薄弱點(diǎn)原因，通過(guò)零件制造工藝能力[3]，合理優(yōu)化3D模型提高剛度，以滿足分析目標(biāo)，并通過(guò)多輪次模擬分析[4]達(dá)到最優(yōu)結(jié)構(gòu)狀態(tài)。提高剛度方法：合理分布零件加強(qiáng)筋、增加鈑料厚度、增大零件尺寸。后兩種方法會(huì)導(dǎo)致加油口蓋重量增加，影響整車(chē)輕量化，同時(shí)會(huì)使加油口蓋成本增加，建議此方法平衡選擇使用。

2 耐久試驗(yàn)

在加油過(guò)程中，加油口蓋經(jīng)常開(kāi)啟、關(guān)閉，為滿足汽車(chē)生命周期內(nèi)加油口蓋的使用功能，要求進(jìn)行耐久試驗(yàn)。針對(duì)使用工況，進(jìn)行整車(chē)狀態(tài)下耐久3000次循環(huán)（一開(kāi)、一關(guān)為一個(gè)循環(huán)），試驗(yàn)結(jié)束后，加油口蓋應(yīng)能保持正常工作，不出現(xiàn)異響及變形現(xiàn)象。

3 精致外觀設(shè)計(jì)

加油口蓋作為常用外觀零部件，模型制作時(shí)需考慮關(guān)閉狀態(tài)下的合理外觀設(shè)計(jì)。

在滿足開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)校核基礎(chǔ)上，建議外觀間隙≤3mm;滿足制造工藝要求情況下，外觀圓角≤1.7mm，為避免加油口蓋外板翻邊修邊可視，建議加油口蓋外板局部區(qū)域非焊接區(qū)域翻邊長(zhǎng)度>6mm。如圖4所示。

4 結(jié)論

通過(guò)上述設(shè)計(jì)方法，合理設(shè)計(jì)金屬加油口蓋，不僅可以滿足加油口蓋使用功能，還可提高外觀感官品質(zhì)。同時(shí)，通過(guò)多輪次優(yōu)化分析，減輕加油口蓋總成重量，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，降低零部件成本。

參考文獻(xiàn)

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