基于CAS及斷面的車門鉸鏈的正向布置設計

班正逸 雷學明 劉少峰

摘 要：本文對車門鉸鏈與外CAS（Computer Aided Surface）及斷面結構的關系進行分析研究，總結了車門鉸鏈間距計算過程、軸線布置要求及步驟，明確了斷面制作及校核確認方法。本文所述方法及步驟，可指導其他人進行車門鉸鏈的正向布置設計。

關鍵詞：造型面;斷面;車門鉸鏈;布置;正向設計

0 引言

車門作為汽車車身設計中的重要組成部分，它的設計過程直接影響著周邊件的設計。[1]而鉸鏈是車門最重要的安全件及功能件之一，其布置與設計是車門設計中最重要的一步，后續的門鎖布置、門洞線設計及車門限位器布置與設計均以車門鉸鏈的軸線或空間位置作為設計基準[2-3]。在此前的項目設計中，因為我們沒有基于外CAS（Computer Aided Surface）、性能及斷面結構的深層次研究，造成在數據設計以及后期實物驗證階段，車門鉸鏈下垂剛度不能滿足要求或關門品質不良，甚至曾經出現車門鉸鏈難以安裝，車門在極限狀態開啟時發生干涉等問題。

本文以某款新轎車車型自主正向開發為依托，以CAS及斷面結構為依據，從鉸鏈間距、軸線布置、斷面設計、強度校核及裝配制造等多方面進行綜合考慮來進行正向設計及校核，可以較好的避免后期出現上述的問題。

1 布置設計輸入條件

在布置設計車門鉸鏈前，首先要明確一定的輸入條件，生產廠家的已有條件不同、車型不同，其前提條件也不相同[4]。本文根據安徽某主機廠的實際條件進行闡述。

1.1 車門鉸鏈借用確認

基于通用化考慮，車門鉸鏈盡量借用公司內成熟部件。一般建議借用同級別車型的車門鉸鏈。如若鉸鏈不能借用，也應在公司已量產的車門鉸鏈的基礎上進行優化更改。

1.2 CAS輸入條件

造型需輸入CAS外表面，最好也輸入完整分縫線。如造型不能輸入完整分縫線，也應給車門分縫線大致位置的效果圖，以供結構設計人員來參考制作詳細的分縫線。

1.3 生產場地及工具確認

項目組需輸入準確的生產場地，工藝設計部確認相應的鉸鏈安裝工具并提供其3D數據給結構設計部。

1.4 車門門洞線信息輸入

總布置負責人員應確認車門門洞線基于標桿車的具體變化數值，并輸入給結構設計人員及造型人員進行約束。

1.5 標桿斷面結構輸入

需輸入所參考的內部或外部標桿車型斷面，斷面至少包含車門鉸鏈、車門內外板、側圍外板及車門密封膠條的斷面結構信息。

2 布置設計過程

2.1 鉸鏈間距計算確認

在CAS截取車門形狀，并預估出車門重量和重心，與所借用鉸鏈的標桿車的車門進行對比。

按照力矩平衡原理，得出：M*a=G*b;

其中M表示車門鉸鏈承受的旋轉扭矩，a表示車門上下鉸鏈間距，G為車門重力，b為車門重心到車門鉸鏈軸線的距離。

為保證與標桿車型性能一致，則M值應和標桿車一致;如此可推導出車門鉸鏈間距a的具體數值;如鉸鏈不是直接借用，則也需將其具體的變更因素計算進去;總之，須保證M值和標桿車盡量一致。具體計算過程在此不作陳述。

2.2 車門鉸鏈軸線傾角的初步確定

車門鉸鏈軸線最終是依據外CAS面等因素進行調整確認的，但在布置初期需要先確定一個鉸鏈傾角。不同主機廠對鉸鏈傾角的要求各不相同，也較難有統一的定論。但大家都認同的是：車門關門需要克服膠條反作用力、氣阻效應以及其他阻力等;如鉸鏈軸線的方向是向車廂內傾斜的，車門在關閉過程中，車門重力可以提供加快車門關閉的力，根據能量守恒定律，車門重力降低了車門關閉力;反之，若鉸鏈軸線的方向是向車廂外傾斜的，則車門重力會增加車門關閉力[5-8]。

本文對現有各轎車的傾角進行統計（詳見表1），并尋求專業人員對車門自關性做合理的主觀判斷，推導出為獲得良好的自關性的鉸鏈的傾角范圍。

通常，為了獲得良好的車門自關性，建議車門鉸鏈內傾1.5°到3°進行布置設計。前后傾角無特殊要求，建議在正負2°內進行布置?？稍谕扑]范圍內選取一個角度進行初步布置，布置過程建議使用參數化布置，便于鉸鏈位置及角度的不斷調整來滿足CAS及斷面性能的要求。

2.3 基于CAS、分縫線及斷面的布置設計

根據工藝包邊、涂裝間隙及沖壓圓角要求，推導出如下最小值。

圖2 車門鉸鏈與外CAS間距要求示意圖

c=外板料厚+內外板涂裝間隙要求+內板圓角+鉸鏈運動頁與內板圓角間距;

d=外板料厚+內外板涂裝間隙要求+內板料厚+鉸鏈固定頁與內板間距;

一般，車門外板料厚為0.7 mm，內外板涂裝間隙要求3 mm以上，內板圓角R5，鉸鏈運動頁與內板圓角間距要求最小3 mm;從而推導出c=11.7 mm。內板料厚設定為1.4 mm，鉸鏈固定頁與內板間距至少3 mm，同理也可確認出d值大小為7.9 mm。

將車門鉸鏈按照計算出的鉸鏈間距及初定的軸線角度進行初步布置，使得c和d分別盡量接近11.7 mm和7.9 mm;如若c和d與目標值偏離較大，可稍微調整鉸鏈軸線傾角，使其盡量接近目標值。

2.4 鉸鏈斷面制作及確認

當鉸鏈位置確定后，就可以制作此處的斷面：以鉸鏈、外CAS及門洞線為基準，制作相應的車門內板、側圍外板，并大致放入密封膠條;之后要進行以下四方面的校核：（1）安裝工具校核確認;（2）膠條密封結構校核確認;（3）運動空間校核初步確認;（4）工藝、車體對側圍外板確認。

（1）安裝工具分為電磁氣槍和L型工具，而鉸鏈則按其固定到側圍的方式分為橫置固定鉸鏈和縱置固定鉸鏈，如下圖3所示，其相應的校核標準按表2執行。

（2）密封結構確認：一般，只要密封膠條的安裝面與鉸鏈的安裝面不發生沖壓工藝上的沖突，都可以認為可行。因為后續還需單獨制作準確的膠條密封面，故此處的斷面制作不要求膠條的位置是定死的，在此也不作詳述。

（3）運動空間初步校核：前門運動校核：鉸鏈軸線在2×3的長方形公差范圍;前門外板X向移動1 mm，翼子板往外OFFSET（偏移）1 mm;運動角度為鉸鏈開啟最大角度+3°;判斷依據：前門與翼子板、側圍外板、鉸鏈安裝螺栓、鉸鏈固定頁均不得出現干涉;

后門運動校核：鉸鏈軸線在2×3的長方形公差范圍;后門外板X向移動1 mm，前門外板過關（OFFSET）3 mm;運動角度為鉸鏈開啟最大角度+3°;判斷依據為：后門與前門、側圍外板、鉸鏈安裝螺栓、鉸鏈固定頁均不得出現干涉;

在后期制作完成詳細的3D數據后，還需要進行3D運動校核;此時可利用CATIA中的知識工程模塊實現鉸鏈布置的參數化，并建立與車門鉸鏈設計有關的知識庫;如此可在設計過程中為設計者提供在線幫助，避免設計重復和錯誤發生[9-10]。

（4）側圍外板主要由車體進行確認空間是否滿足、沖壓工藝是否滿足。

3 結束語

本文以造型CAS及車門鉸鏈斷面為依據，對車門鉸鏈進行布置設計，使造型方案、布置要求、結構方案和工藝實現在CAS階段得到充分的驗證，從而避免后期問題的重復出現。當然，車門設計是車身設計中最復雜的過程之一，而車門鉸鏈的布置設計又是車門設計的重中之重，不同車型的車門鉸鏈布置設計都可能會遇到不同的問題，但依據本文所提的布置設計過程及要求進行，可最大程度的降低設計風險。

參考文獻：

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