汽車卷簾門儲物盒設計及其有限元分析

平 蔚

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330010）

隨著國內汽車市場的不斷發展壯大，消費者對汽車內飾的要求也越來越高，副儀表臺作為內飾件的重要組成部分，受到格外關注，要求其更具豪華感、表面整潔化及儲物空間大等特點[1]。儲物空間又分敞開式和有蓋式。卷簾門儲物盒是有蓋式儲物盒的一種，主要由左右導軌、儲物盒、卷簾門、面板幾部分組成，通過撥動卷簾門上撥鈕可使其在導軌上的弧形軌跡上滑動，這樣卷簾門滑動過程中所占空間比較小，周邊件設計自由度較高。由于有卷簾門遮蔽儲物盒，使儲物空間更加整潔、美觀，因而受到各大主機廠的青睞，市場上很多車型都帶卷簾門儲物盒[2]。在設計卷簾門過程中，往往因缺乏相應的經驗，導致卷簾門結構設計不合理，剛度不符合要求的情況時有發生。

本文介紹了市面上常見的兩種不同的卷簾門儲物盒，并概括了設計過程中的一些要點，并以HyperMesh和ABAQUS軟件為平臺，對卷簾門儲物盒進行剛度有限元分析，確定是否符合設計規范要求。

1 常見卷簾門儲物盒類型及其制造工藝

常見的卷簾門儲物盒按卷簾門的表面處理方式的不同可以分為兩種，分別為表面皮紋的普通卷簾門儲物盒和高亮噴漆卷簾門儲物盒。表面皮紋的卷簾門是雙色注塑成型工藝，其生產效率較高，成本相對較低，所以在汽車內飾中比較常見，如圖1所示。高光噴漆的卷簾門是由多根橫條組成，橫條是單獨注塑成型，噴漆后再卡接在卷簾門骨架上，工序比較復雜，成本較高，檔次感強，一般在豪華車上可以看到[3]，如圖2所示。

圖1 普通卷簾門儲物盒

圖2 高亮儲物盒

雙色注塑成型是使用兩個或兩個以上注射系統的注射機，將不同品種、不同色澤的塑料同時或先后注射入模具的成型方法。雙色注射成型機與普通注射機不同，它除了有兩個注射系統外，還需要能使型腔部位實現旋轉的機構。雙色模注塑原理：雙色模通常有兩副模具，一半裝在雙色模注塑機的定模固定板上，也就是有注塑澆口的一側，另一半裝在動模回轉板上，即模具頂出的一側。這兩副模具的動模在一般情況下是完全一樣的，而一次定模和二次定模不一樣，當第一種材料注塑完畢后，定、動模在注塑機拉力下被打開，一次動模帶著一次產品旋轉180°，此時動模不頂出，然后合模，進行第二種材料的注塑、保溫冷卻后，定、動模被打開，動模側產品被頂出[4]。普通卷簾門雙色注塑第一次成型卷簾門骨架，因卷簾門骨架材料為聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物（Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymers, PC/ABS），耐高溫，后成型卷簾門熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（Thermoplastic Polyurethanes, TPU）部分。

兩種卷簾門的材料選擇及表面處理工藝是不同的，如表1所示。

表1 不同類型卷簾門材料選擇及表面處理工藝

2 卷簾門儲物盒設計要點及實驗要求

2.1 普通卷簾門儲物盒設計要點

卷簾門的操作力一般定義為（5±2）N，為保證卷簾門能夠在圓弧導軌上滑動順暢，導軌上的圓弧半徑R最小為40 mm。卷簾門滑動撥鈕的位置需滿足人機要求，撥鈕距卷簾面板的距離最小為6 mm，當無法滿足時，撥鈕高度至少高出面板5 mm，方便手指操作卷簾門。卷簾門面板與卷簾門的間隙一般設定為1 mm，與卷簾門的搭接量至少4 mm，確保卷簾門邊緣不外露。卷簾門是由骨架及骨架上的包覆軟膠組成，一般軟膠的厚度為2 mm，卷簾門表面軟膠會間隔一段距離開槽，槽寬1 mm，槽深0.5 mm，兩槽之間下面有骨架，骨架寬度約6 mm，骨架厚度9 mm，保證卷簾門有足夠的剛度抵抗按壓變形。卷簾門在運動過程中與儲物盒的間隙需保證6 mm以上。卷簾門上的柱腳與導軌Y向間隙為0.2 mm，Z向間隙一般為0.1 mm，且盡量用軟膠與導軌接觸，防止卷簾門在滑動中產生異響。

卷簾門儲物盒結構如圖3所示。其由卷簾門，左、右導軌，儲物盒及卷簾門面板組成，卷簾門放置在兩側導軌上，左、右導軌與儲物盒通過Y向螺釘及自身卡子固定，并可限制卷簾門脫落。儲物盒上兩側都有定位銷，分別與兩側導軌定位孔匹配，導軌上端區域盡可能不用螺釘固定，而采用自身的卡子進行固定，避免因螺釘扭矩過大導致導軌上端變形影響兩側導軌的平行度，進而影響卷簾門滑動的順暢性。卷簾門面板通過自身門型插片及螺釘固定在兩側導軌上，面板邊界應超過導軌圓弧切點2 mm～3 mm，避讓卷簾門在開啟后因在圓弧切點處變形量大而導致面板與卷簾門的間隙偏大，影響美觀。

圖3 普通卷簾門儲物盒

2.2 高亮卷簾門儲物盒設計要點

高亮卷簾門儲物盒的卷簾門是由多根橫條卡接在下面骨架上，橫條的材料需選擇為噴漆級的PC/ABS，骨架采用二次注塑成型工藝，它是一種將某種塑膠原材料在一次的塑膠模具內成型后，將成型后的零件取出，放入二次成型的模具內再次注入同種或者另外一種塑膠材料成型的工藝。如圖4所示，骨架為軟膠件，保證卷簾門在圓弧導軌上滑動。

圖4 高亮卷簾門組成

2.3 卷簾門儲物盒實驗要求

（1）卷簾門儲物盒在-20 ℃至83 ℃的濕度和溫度條件下，需滿足7 000次開/關循環的最小使用壽命，且在此壽命期間打開和關閉卷簾門時，不應有永久性損壞，包括滑動卡滯、外觀缺陷以及滑動異響。

（2）高亮卷簾門儲物盒除需滿足以上條件外，還需滿足噴漆件的性能要求。

3 卷簾門儲物盒有限元分析

卷簾門儲物盒一般布置在換擋區域附近，屬于顧客高頻接觸及使用區域，因此，它的剛度必須滿足一定的要求，否則會降低顧客的駕駛體驗。為了減少有限元分析模型中的單元和節點數量從而減少有限元分析計算的時間，此處單獨用卷簾門儲物盒模型進行剛度分析。將卷簾門儲物盒的模型導入到HyperMesh軟件中進行3D網格劃分，有限元模型中網格多數為六面體單元，單元尺寸為3 mm。由于儲物盒總成是通過左、右導軌上的插腳插入到副儀表板上，因此，此處約束兩側插腳處的6個自由度。根據本公司內部規范要求[5]，卷簾門在完全關閉時，在其中間位置上通過直徑2 mm的圓盤施加50 N的垂直力時，卷簾門的變形量不允許超過5 mm。通過ABAQUS求解器施加約束和載荷后，有限元模型中單元數為4 233個，節點數量為4 354個，分析結果如圖5所示，在此工況下卷簾門儲物盒的變形量為4.57 mm，滿足設計規范要求。

圖5 卷簾門儲物盒位移云圖

4 結論

本文介紹了市面上常見的兩種不同表面處理工藝的卷簾門儲物盒，并簡要說明了卷簾門儲物盒的設計要點，以及其實驗要求。說明了卷簾門儲物盒有限元分析方法及其合格評判標準，通過有限元分析軟件計算得出卷簾門儲物盒設計滿足設計標準的要求，從而也驗證了設計要點的正確性。