扫路车车门结构设计论文

毕业设计 1 绪论 随着我国经济的快速发展和城市对环境卫生质量要求的不断提高，各地环卫部门加快了提高城市道路清扫作业机械化程度的步伐。 我国扫地车行业历经数十年的发展，产品从单一的纯扫式发展到目前的多种型式，产品性能和产品质量迅速提高，特别是在改革开放以后，通过进口关键外购件使扫路车产品性能和可靠性大大提高。但目前我国扫路车的水平与国外发达国家相比，还存在一定的差距，特别是在产品的可靠性方面。为尽快提高我国扫路车的水平，缩小与先进国家扫路车水平的差距，满足我国环卫部门对路面清扫作业的要求，扫路车生产企业应选择一个合适 的扫路车研究方向。随着社会的发展、进步，不再满足于单纯意义上的吸尘车，将从多功能、环保、经济等方面提出更多的要求，市场呼唤能满足各种需求的吸尘车。 为适应市场需求，近年来，国内众多环卫车辆研发机构、生产厂家在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，加快了扫路车的自主研发和生产，推出了一大批各具特色、性能优良、符合中国国情的扫路车。随着机电液一体化技术、数字化信息技术和自动控制技术的大量采用，我国扫路车的设计和制造水平与发达国家的差距在逐步缩小。 1.1 背景 本项目的垃圾清扫车拟将意大利进口的 DULEVO 200 QUATTRO 车作为蓝本进行设计制造。如图 1.1。 意大利 DULEVO 道路宝扫地机工厂，系全球为数不多的专业生产扫地机之著名企业，特别在重工业型扫地车领域，其产品科技含量更是遥遥领先于其它工厂。其产品采用全液压驱动系统，防尘防水耐低温、高温，在极其恶劣的环境下，仍能正常工作。 Dulevo 在雅典政府的一项竞标中脱颖而出，向奥运会提供十三台扫路机。瑞士制造商 Bucher 也赢得了一项竞标，将另外提供九台设备。希腊的主要环境特点是多尘和缺水，而 Dulevo 的设备特别适用于此类环境。在中国， Dulevo 产品在首都天安门广场、北海舰队、神华集团均有突出表现！ 毕业设计 1975 年创立以来，在清扫设备及机械的设计、制造方面已经巩固了它的世界领导地位。 获得国际组织 DNV - Det Norske Veritas 的专业认证，它还是重要的清扫设备生产商协会 Afidamp 的成员及国际卫生提供协会 ISSA 的成员。所有的机型中均使用超细过滤系统 (小到三微米 )。 国内相近清扫车调研： 1. FJ5051TSL 道路清扫车 (SHZ22 型单发动机全液压驱动扫路机 )(2001 年专用汽车 ) 这款外观精巧 漂亮的扫路车是由龙马专用车辆制造有限公司自主开发的精品这款车同来自德国的凯驰 ICCI 型垃圾清扫车驾驶室外形极为相似采用全景式驾驶室设计宽大的风挡和全景式车门可以让操作者获得开阔的视野对道路及作业情况一目了然驾驶室密封良好室内空间宽敞各种布置简洁明快操纵控制装置布置合理操作方便 FJ5051TSL 道路清扫车具有很强的清扫能力可随意清扫道路 两侧和死角并有扫刷避障和调节地距功能清扫刷 (盘刷 )前置由液压系统驱动最大清扫宽度为 2400 mm同前种道路清扫车相比这款道路清扫车最大的特点是只有一个发动机没有专门用来驱动 风机的副发动机发动机是道路清扫车的动力源启动后带动变量泵双联泵通过液压系统传递动力实现清扫作业系统风机工作系统行走系统转向系统及其他系统各项作业是名副其实的全液压驱动得益于只有 1 台发动机的优点使得该车结构更加紧凑并具有了低油耗低噪声低排放的良好的环保性能这款车的另一个亮点是采用微电脑控制自动化程度更高。这款车采用无级变速技术可以极低速稳定行驶平稳作业最小离地间隙 170 mm 通过性能优于德国凯驰 ICCI 型垃圾清扫车 (140 mm) 该车最高车速低于 40 km/h 适于城市道路高架桥机场码头等路面的清扫保洁 作业。 经过调研，现在龙马专用车辆制造有限公司在产的产品没有这款清扫车，全部是双发动机形式的清扫车。 2. 扬州盛达特种车有限公司 该车 采用专用底盘，由单台 发动机 驱动整机的各个动力装置，协调了整车运行与清扫作业的 匹配 。选用静液压行走驱动系统，无级 变速 ，适合扫路车低速工况的要求。驾驶室视野开阔，座椅前后位置可调、靠背角度可调。驾驶室有空调， 毕业设计 可全天候进行清扫作业。采用不锈钢垃圾箱，垃圾箱举升五十度，自动卸料高度为 1.3m，方便垃圾的倾卸的转运。风机具有噪音低、耗能少、体积小、静压高、自洁能力好等优点。对 叶片、蜗壳等易损件进行加强处理，增加其耐磨寿命。清扫工作装置，电控调节扫丝与地面的压力，减少扫丝材料磨损，延长使用寿命，同时还能电控调节扫盘的清扫宽度，使扫盘起到机械手的作用，把外边的垃圾扫进吸口处。扫盘具有防撞、避让功能。 吸口前端部位安装翻板机构，遇到大体积垃圾时，可通过控制杆手动把前端弹性胶皮翘起，吸入垃圾。液压系统：清扫部分采用三套液压回路，工作可靠，方便安装及维修。电器系统：采用现代电子集成电路，操作方便，易于布置，实现了机电液一体化。 经过调研该厂生产的清扫车整车需要定作，使用的是五十铃的发动机 ，价格大概在 30 万左右。底盘由自己设计、生产，驱动桥为液压驱动，由该厂自行设计制造。 图 1.1 意大利 DULEVO 200 QUATTRO 1.2 任务和目的 任务：利用 UG 软件及 Auto CAD 软件进行新型的路面清扫车的车门总成三维建模和二维结构设计。 目的 :掌握三维建模及二维结构设计方法，熟悉车身结构。 毕业设计 1.3 课题研究方法 本次设计采用 UG和 CAD对车门进行三维和二维建模。对具体车门结构进行设计和校核。 1.4 论文的构成及研究内容 本篇论文讨论了车身部件的结构设计。对车门的分类构成及车门的功 能要求进行了讨论。对车门各附件如车门铰链，车门密封条，车门锁，玻璃导轨和车门窗框的设计进行了具体分析。指出了各种附件的具体选择和校核方法，各附件的功能要求。车门各附件得选择应本着简单实用，方便美观的原则。完成了各附件的设计计算选择之后，开始对车门进行三维建模，和二维建模。 毕业设计 2 车门设计概述 车门是汽车车身结构中相对独立的总成，是供乘员或货物进出的必要通道。它主要由车门骨架及盖板、车门护面、门窗、车门玻璃及玻璃升降器、门锁及其手柄、车门铰链、车门密封条和车门开关机构组成。车门设计的好 坏直接影响到整车的造型效果、安全性、密封性、视野、噪声控制以及乘座空间等诸方面的优劣。车门结构设计与附件布置考虑的因素较多，既要保证车门与整车的协调一致，还要保证车门本身的技术要求，具有一定的代表性。 2.1 车门的分类 车门的结构类型多种多样。按开启方式可分为旋转门、拉门、折叠门和外摆式车门；按车门结构可分为整体式车门和分开式车门；按有无窗框可分为有窗框和无窗框式车门；按旋转方向可分为顺开门、逆开门和上开门。 表 2.1 车门分类 分类方式 类 型 特 点 及 常 用 车 型 开启方式 旋转门 用于大多数汽车 折叠门 多用于客车 拉门 多用于轻型客车 结构 整体式车门 刚度好、质量高、随形性好 分开式车门 钣金件少、材料利用率高、视野性好 窗框 有窗框车门 大多数汽车，可为独立窗框或整体式车门 无窗框车门 敞篷车、硬顶车、运动车使用 旋转方向 逆开门 较少采用，仅为方便上 、下车 顺开门 安全性好，较常用 上开门 轿车和轻型车的背门，也用于低矮的汽车 2.2 车门的构成 不同类型的车门可分为车门本体、车门附件两部分。车门本体属百车身范畴， 毕业设计 指作为一个整体涂漆、未装备状态的钣金哈杰总称，包括车门内外板、加强板和窗框等，是实现车门整体造型效果、强度、刚度及附件安装的基础框架。而附件则是为了满足车门的各项功能要求，在白车身上装配的零件及总成，其中包括车门锁、铰链、限位器、玻璃、拉手、操纵钮、出风口、密封件及内外装饰件等，另外还有一些其他的在车 门上的装备的附件，如烟灰盒、扬声器、放物袋、限位块和行程开关等。 车门总成的组成如表 2-2 所示。 表 2.2 车门总成的组成 车门 车 门 本 体 车 门 附 件 内 外 板 加 强 板 与 抗 撞 梁 窗 框 车 门 锁 铰链 及限 位器 玻璃 及升 降器 门及 窗密 封条 内外 装饰 件 其他 附件 2.3 车门的功能要求 车门作为汽车的重要组成部 分，是车身侧面最富变化和最受人关注的对象。一方面，车门作为车身结构中的重要组成部分，其造型风格、强度、刚度、可靠性及工艺性等必需满足车身整体性能的要求；另一方面，车门结构自身的视野性、安全性、密封等性能，既对整个车身结构性能影响较大，也是车门功能要求的重要部分。 第一，对使用方便性来说，要求：开关方便性：灵活、轻便、自如，有最大、中间两档开度，并能可靠限位；上下车方便性：开度应足够，一般不低于 60 或开度不小于 650mm。 第二， 对视野性来说，要求：尽量加大车门窗口及玻璃尺寸，并合理布置三角窗位置、大小、形状。 第三，对可靠性安全性来说，要求：足够的强度、刚度，不允许因变形、下沉而影响车门开关可靠性；车门开关时不允许有振动噪声；部件性能可靠、不 干涉；撞翻车时不能自行开门，以确保乘员安全；满足侧撞时对乘员的保护要求。 毕业设计 第四，对密封性来说，要求：雨、雪、尘不能进入车内，应具备良好的气密封性。 第五，对工艺性维修性来说，要求：易于冲压并便于安装附件。 第六，对造型方面来说，外形上与整车协调。 2.4 车门的设计流程 车门是车身结构中的一 个分总成，车门设计应与车身总体设计相统一。在进行具体的车门设计前首先应根据整车参数，以同类型车为参考，进行车门部分的产品描述，确定车门类型，附件类型及种类。 车门的设计过程一般如下： 1产品描述。应根据设计任务书和调研的分析结果对车门总成及零件进定性描述； 2确定输入和输出。输入一般指：总布置提供的设计任务书；车身 CAD 表面三维数据模型和二维线图；设计法规等。输出一般是确定需要建立的三维模型和图纸等； 3定车门边界，进行车门的总体结构方案设计： （ 1） 车门附件布置 （ 2） 车门本体设计 （ 3） 附件 设计 4门的运动校核； 5安全性校核； 6校核结果满足要求，完成设计。 当然，上述的设计步骤并不是绝对不变的，要根据设计的需要灵活进行，各步骤之间的反复往往要多次进行，如：根据铰链位置等初步确定车门边界，然后进行附件布置，但布置过程中出现问题又要求重新修改边界等等，各步骤不断交叉进行，多方面考虑才能保证最终设计的合理。 毕业设计 3 车门附件布置过程及特点 车门附件是指具有独立功能并装置于车门上的总成，它和壳体、内饰盖板一起组成汽车的车门，如图 3-1所示。车门附件的种类繁多，同一类附件不同类型车门附 件在性能和特点等方面有很大的差异，而且有许多专业的车门附件生产厂家，不同厂家生产的车门附件的质量和价格也有差异。如何在种类和数目众多的车门附件中选择合理的附件是车门设计人员在进行车门附件布置设计时非常烦琐但又非常关键的一个环节，选择的好坏往往会影响到整个车门布置设计的最后结果。表 3-1中给出了各附件的功能要求，其中铰链与门锁是车门承力件，开门时两铰链受力，关门时两铰链和门锁三点受力。因此，铰链、门锁对强度和刚度的要求较重要，车门限位器虽然不直接承受车门重力，但起开关限位作用，与门锁和铰链在寿命、可靠性方面要 求应一致。另外，玻璃升降器、锁操纵手柄、按钮等的可靠性、耐久性也不可忽视。其它附件的结构和功能一般应与主要附件的要求相适应 。 图 3.1 车门附件 表 3.1 车门主要附件的功能要求 毕业设计 车门 附件 结 构 形 式 功 能 要 求 车 门 锁 1. 机械门锁（舌簧锁、钩簧锁、 卡板锁） 手动开闭锁； 2. 中控门锁：利用控制按钮或 点火锁、有驾驶员集中控制开闭 的门锁； 3. 防盗门锁：根据声、光、电、 磁、等原理，在于强行开门时， 蜂鸣器或灯光报警； 1 车门外开闭锁功能及防误锁功能，有 全锁和半锁两档位置，在锁止状态下， 内外手柄打不开车门，开锁时，车内 用按钮，车外用钥匙，有的也设计保 险锁； 2 开闭耐久性 10 105 次； 3 承受纵横向载荷能力，全锁时：纵向 11110N，横向 8890N，半锁时纵向 4450N，横向 4450N； 4 互开率： 1000种不同钥匙牙花数以 上； 5 耐惯性力：全锁状态承受 3g 加速度作 用； 玻 璃 升 降 器 1.臂杆式， 其中单臂式、交叉式、 四连杆式常用 2.绳轮式 （都具有电动和手动两种型式） 1操作方便，摇手柄力矩不大于 2Nm 2结构可靠，制动力矩足够，在臂杆滚 轮处沿玻璃切线方向加 300N 反力无 逆转，在上升行程任意位置，玻璃下 沉量不大于 5mm； 3强度：上止点，在手柄上加负荷，各 部位不扭曲，运动自如； 4 寿命： 4 105 次耐久实验，无异常； 铰 铰链有明铰链和暗铰链，暗铰链 常用，且有内让和外让两种运动 方式 1运动范围阻力矩小于 2.45Nm； 2处于关闭角度时余留角 3以上； 3强度：纵向力 11110N；横向力 8890N； 4垂直刚度：距回转中心 1000mm 加载 荷 980N 持续时间 1min 永久变形小 毕业设计 链 于 0.5mm。开关无异常； 5耐久性： 1 105 次，无异常； 限 位 器 有些铰链带有限位功能，也有独 立安装的限位器，限位器应具有 两个档位，以实现全开和半开两 个限位； 1耐久性： 5 105 次，实验后限位力矩 不小于初始值 50%（ 3 105次后测量）； 2限位器承受 180Nm 以下力矩不损坏； 3.1 铰链的布置 铰链主要包括固定部分（即铰链座，固定在门框上），活动部分（安装在车门上）和轴。为了改善车身的外形和减小空气阻力，现代汽车大多使用暗铰链。 车门铰链有两种合叶式和臂式。 车门是靠两个铰链悬挂在门柱上的，整个车门的质量及任何作用在车门上的力，在车门关闭状态下，是由两个铰链、门锁、及定位器来支撑；而在车门打开时，则全由铰链来支撑。实际车门的下垂可能是由于在载荷作用下铰链变形或铰链连接部位的变形所致。 在布置铰链时 ,应注意以下几方面的问题： 1.在结构允许的情况下，车门上下两铰链之间的距离应尽 可能大。图 3.2为铰链的受力分析图，其中 R 为手柄上的力沿竖直方向的分力， P为车门重力， S 、Q为铰链处的受力沿竖直和水平两个方向的分力。 毕业设计 图 3.2 铰链处受力分析 计算得：2 RPS b RdPaQ ；见断面 B-B， ht,由材料力学理论得，可忽略剪应力即忽略 S 的作用；则下铰链处的应力可表示以下形式为：221)(66b h tlRdPahtQlWMy （式 3-1）式中 M 为弯矩。 由于上下铰链的变形方向相反，这样就会造成车门下垂。由式 3-1，车门外附件设计基本定形后， R、 P、 a、 d为定值。为减小 1 ，只有加大铰链中距，或加大铰链的横截面积。当 Q 减小时 ,1 减小，则铰链提高，这对于减小车门的下垂有好处。但铰链的间距 b的大小要受到车门外板曲线的限制，曲线的曲率越大要求 铰链间距越小，从而导致铰链处受力较大，车门容易出现下沉。一般情况下，取 b=300-500mm，大多保持在 400mm左右。 2.布置铰链时，为了避免打开车门时与其它部分干涉，铰链的轴线应尽 可能外移，使其靠近车身侧面。如图 3.3所示，当铰链轴线的投影中心从外移到处时，它与车身外表面的距离从 2R 减小为 1R ，显然干涉可能性降低。 毕业设计 图 3.3 铰 链轴线与车身外表面不同距离的轨迹比较 但由于受外型的影响，铰链轴线又不可能无限地向外移，如图 3.4所示。当铰链轴线向外移，由 1移到 1 处时，如果还要求上下铰链间距 L =L ，由于车门外板有弧度，那么铰链就要布置到外板以外了，这显然不符合实际。因此，铰链轴线外移到一 定程度之后，必然导致铰链间距 L 减小，这时，下铰链处的应力增加，强度、刚度降低，车门下沉的可能性加大。所以，前两项布置原则是互相矛盾、此消彼长的，需要设计人员在满足强度的条件下从实际出发，将铰链轴线适当外移，以获得最优设计。 1-铰链轴线； 2-外板； 3-内板； （注：该图车门旋转了一个角度） 图 3.4 车身外形对铰链轴线外移的影响 3.车门上下铰链必须布置在同一直线上。从车的侧面看过去，一般是一条垂 毕业设计 直于地面的直线；从车 的正面看过去，应为一条向内倾的直线，如图 3.5所示。从图上可看出，铰链轴线有内倾角 B，则车门在自由开启状态时只受重力 G的作用。将 G分解，沿轴线方向的分力 BGG cos2 ，沿垂直轴线方向的分力BGG sin1 。显然， 2G 方向平行于轴线，不产生力矩； 1G 垂直于轴线并与轴线 之 间 的 距 离 设 为 ， 所 以 产 生 了 图 上 的 力 矩 M ， 其 值 为 BGGM s in11 使得车门绕铰链轴线向内旋转，即使得车门在自由开启状态时有自动关闭的趋势。 图 3.5 铰链轴线内倾布置 3.2 门锁的布置 3.2.1 对车门锁装置的要求 1) 操纵内、外手柄时，车门能轻便的打开，关闭时们所装置具有对车门运动导向 和定位作用（不仅在开门方向，而且上下也要定位）。 2）门锁应有两档锁紧位置 全锁紧和半锁紧，以及防止汽车行驶时车门突然打开起安全保险作用。 3）设有锁止机构。当锁止时（如按下锁钮或内手柄，处于锁止状态时），在车外只有用钥匙才能打开车门，在车内必须先解除锁止状态才能打开车门。 4）具有防误锁功能。当前们开着而锁钮被按下事，若关闭车门撞动锁爪，即可通过联动杆解除锁止状态，从而防止由于钥匙遗忘在车内而打不开车门。 5）强度要求：当车门处于完全锁紧状态时，车门锁能承受一定的纵向载荷、横向载荷和冲击 惯性力的作用，从而不因汽车碰撞、翻车、颠簸而使门锁失灵。 毕业设计 纵向载荷是使汽车前后方向上门柱拉开门锁与档块的载荷，按照日本和美国SAE标准规定，进行纵向载荷试验时，在垂直于车门板的方向上，应施加 900N的横向作用力，以不超过 5mm/min的速度，在处于啮合状态的门锁与档块结合面的垂直方向施加纵向载荷，直至破坏。 横向载荷，是使汽车车门从关门位置到开门位置，拉开门锁与档块的负荷。 美国 SAEJ839和 J934分别规定：轿车门锁和门铰链处于锁紧状态时，承受汽车纵向载荷的能力不小于 11000N，横向载荷应不低于 8900N。我国新订专业标准ZBT26004-87汽车门锁技术条件中也规定了此要求和静态试验法。 SAE还要求整个门锁系统（包括门锁、档块、手柄及任何连接机构）处于全锁紧位置，在任何方向上承受 30g（ g-重力加速度）惯性负荷时仍能保持锁紧位置。为满足次要求，则必须减少门锁手柄等可东部分的质量，并在设计车门时进行计算。 3.2.2 门锁结构类型 门锁按其结构大致可分为舌式、棘轮式和凸轮式。舌式锁结构简单，安装容易，对车门要求不高；取电视只有横向的定位，不能承受纵向载荷，故可靠性差，加之关门沉重，噪声大， 锁舌易与档块摩擦，因而在现代汽车上几乎已经淘汰。 棘轮式锁现在应用广泛。其特点是锁内部有一套由锁钩（棘爪）和棘轮组成的制楔机构。由于位于门腔外部地锁闩和门柱上的档块形式不同，有转子式门锁，卡板式门锁等等。 在颠簸的路上行驶时，压紧锁钩的弹簧力只要能保证锁钩不会因惯性力作用而脱钩即可，所以轻便省力是转子式锁的结构特点。其缺点是齿轮齿条的啮合间隙要求严格，因而对车门的安装精度要求较高。这种锁主要用于路面较好的车辆。 卡板式门锁的锁紧原理与转子式锁相似，所不同的是卡板门锁以 U型卡板与车身上的环形锁扣结合，它既可承 受纵向载荷，又能承受横向载荷，安全可靠。该锁适用于各种车辆。 3.2.3 门锁外手柄位置确定 如图 3.6及表 3.2所示，为货车的门锁外手柄的确定方法， H是指外手柄距离 毕业设计 水平地面的高度。从表 3.2中的数据看， H的选择是从人机工程学的角度出发，考虑驾驶员站在地面或踏板上开门时的方便性。另一方面， H值也受汽车造型的影响，要求造型美观，经久耐用，一般造型希望与侧面的棱线相适应。 图 3.6 货车外手柄位置确定 表 3.2货车外手柄位置的确定 全车额定总质量（ Kg） 门锁及外手柄高 度 H（ m） 6000 600015000 =15000 =1.75 3.2.4 内手柄的安装 内手柄安装一般在驾驶员的前方稍远一些的地方，以避免无意中碰到手柄使车门误开，从而保证行车安全性。在车门附件的布置和设计应注意内手柄的位置布置以及内手柄类型的选择，内手柄和外手柄一样 ，位置要确保方便，运动灵活。内手柄与外手柄的相对位置有一定的制约关系。用户开启的方便性，用户易接触，满足功能要求。门锁内手柄一般通过联动杆来打开门锁，如图 3.7所示。内手柄而且应与汽车其他内饰件相适应，讲究车门造型的一致性与协调性。 毕业设计 图 3.7 门锁机构布置图 3.2.5 门锁的位置确定 门锁一般安装在车门内板的后端部，其高度位置应与车门质心位置在同一水平线上，由外手柄的位置来确定（门锁的手柄内、外手柄有旋转式、掀拉式和手扣式，外手柄还有按钮式，从不会碰伤人以及不会由于冲击加速度使车门自 动 打开等安全角度考虑，手扣式比较方便，它凹陷在车门里面，也有利于减小空气阻力，但手抠式外手柄质量较大，成本也高些），但又要考虑车门铰链的影响以及整个车门高度方向的尺寸。门锁与玻璃升降器的相对位置主要有以下四种，如图3.8所示。内侧布置型有利于联动杆的布置；再设计门锁装置的联动机构时要确定各杆件的尺寸，校核其位移量，保证各操纵手柄的位移在合适的范围内，同时避免各杆件发生干涉；外侧布置型有利于外手柄和锁机构的布置；对于中间布置型，因为门锁本体有一定的厚度，在布置空间上比较紧张，所以多数情况下将导轨向后倾斜一个角度 ，使密封条从门锁外面通过，有利于防止灰尘进入门框和引起风哨声；对于脱离布置型，门锁脱离了玻璃导轨，使门锁本体与内外手柄的机构的连接都比较方便，但是对门玻璃中心的运动轨迹有一定影响。 毕业设计 内侧布置型 外侧布置型 中间布置型 脱离布置型 1-玻璃导轨 2-门锁 图 3.8 门锁与玻璃升降器的相对位置 门锁的位置对密封条的布置产 生直接的影响，门锁外侧布置时，密封条若靠近车门外板布置，则空间紧张；内侧布置刚好相反；而中间布置型有利于两道密封的布置，提高了密封性。 此外，在玻璃升降器的位置、门锁及内手柄位置确定后，门锁联动杆的 形状也就确定了。在平面布置图上，联动杆绕过了玻璃升降器底板，但它与 摆臂和导轨仍有重叠之处，因此还需要前后位置错开，这也需在侧面布置图 中解决。 3.3 密封条的布置 在车门密封条的截面形状和尺寸选定后，就要着手布置密封条。它的布置型式主要有三种： （ 1）车身装配型（图 3.9a）：布置在车身门 框上，这种方式不如以下两种安装方式好，但是这种方式可以使安装在车上的嵌条和密封条一体化，减少零件个数。欧洲车多采用这种方式。 （ 2）车门装配型（图 3.9b）：固定在车门上的方式。 （ 3）两面装配型（图 3.9c）：这种方式密封效果特别好，有利于提高高速行驶时和高压水洗车时的密封性，而且隔音效果非常好。具体采用哪种型式，可根据结 毕业设计 构和工艺要求而定。 a)车身装配型 b)车门装配型 c)两面装配型 图 3.9 车门密封条的安装方法 密 封条的固定方式有以下三种： (1) 粘结：用粘结剂。 (2)机械固定： 多用卡扣或卡槽。 (3)夹持：带金属骨架的密封条可直接夹持在门框上，但是这种密封条的制造工艺复杂。为了使车门框在拐角处也能保持密封条的夹紧，拐角处的弯曲半径不能太小或密封条在拐角处采用模压接头。 现在广泛采用后两种固定方式，为了方便使用和充分发挥密封条的功能，采用将变形部分置于致密型橡胶部位上，这样就兼顾了两种密封条固有的良好效果。 3.4 玻璃导轨和窗框的布置 汽车的玻璃导轨和窗框共同组成玻璃导向与保护机构。其中玻璃导轨一般用钢板 冲压或滚压成形后，焊接或用螺栓固定于车门上。导轨内与玻璃接触的部位装有导槽，导槽用毛毡或橡胶制成，起导向和密封功能。 玻璃导向机构的布置，以及各部分的配合参数选取是否合理，对玻璃升降运行有重要的影响。很多时候汽车玻璃升降不顺、卡滞等故障，就是因为玻璃导向机构的布置不合理所致。因此，选取合理的布置参数是玻璃导向机构开发设计成功的一个保障。 3.4.1 玻璃导向机构布置参数 玻璃导向机构（见图 3.10）是车门附件的一个子系统，它的设计和布置涉及到车门内外板造型、玻璃型面和曲面参数、玻璃导轨的安装方 式、导槽的截面等。玻璃导轨是玻璃导向机构的重要组成部分，在玻璃升降运行中起到导向和限位作用。 毕业设计 图 1 玻璃导向机构截面图 玻璃升降器工作时， 玻璃在玻璃导轨里只能做上升或下降的运行，因为玻璃左右、前后方向已经被玻璃导轨限位。下面分析玻璃与玻璃导轨的布置情况（见图 3.11）。 图 2 玻璃导向 机构布置尺寸图 （ 1）玻璃与玻璃导轨底部间隙的分析。玻璃与玻璃导轨配合的间隙 B 是一个关键尺寸，它决定了玻璃在玻璃导轨里左右方向的运行空间。如果 B 过小，则玻璃滑行空间窄，玻璃紧贴导槽和导轨的底部，容易造成运动干涉，玻璃升降 毕业设计 困难；如果 B 过大，则玻璃运行空间宽，玻璃在升降过程中，容易晃动，造成出槽故障。选择一个合理的尺寸，就得从车门、玻璃导轨制造误差、升降器的类型等方面去分析。一般而言，制造工艺比较好的轿车， B 的取值可以稍小些；反之，取值可以稍大些。 （ 2）玻璃吃进深度的分析。 A 和 D 也是布置的重 要尺寸，两者可以等长，也可以不等长。这两个尺寸决定了玻璃边缘吃进玻璃导轨的深度，从而影响玻璃升降运行。如果尺寸过短，玻璃升降时容易滑出导轨，造成出槽故障；尺寸过长，玻璃吃进导槽的面积大，滑行阻力增大，容易造成升降发紧，加速升降器零部件的损坏，从成本方面考虑，无形中也浪费了材料。 3.4.2 布置尺寸的选取 综合分析车门的制造误差、玻璃导轨制造和装配误差以及升降器吸收误差能力等因素，再结合升降器电脑仿真运动的计算，得出玻璃导向机构各配合尺寸布置数值。 一般而言，尺寸 B 推荐选取范围为 3.5 4.5mm，导槽安 装厚度一般为 1.52.5mm。因此，设计布置上，玻璃底面到导槽表面的距离（为尺寸 B 减去导槽底面厚度）大概留有 2mm的空间。 尺寸 A 和 D 的选取原则：首先保证玻璃不出槽，也就是当玻璃集中偏向玻璃导轨一边时，另一边玻璃不能从导轨脱出；另外，导槽对玻璃的阻力要尽可能小。要想保证玻璃不出槽，就必须让玻璃尽量多吃进玻璃导轨，图 2 中的 E 要加大；而要减小导槽对玻璃的阻力，就必须减小导槽与玻璃的接触面积，即 E 要减小。兼顾两个因素，一般而言， E 要占到 A 的 70% 75%，再结合尺寸 B（ B+E=A），尺寸 A（注：如果尺寸 A 和尺寸 D 不相等， A 为较短尺寸）推荐选取范围为 1216mm。 C 的大小与导槽截面的选取有关，导槽截面不同，其变动的范围也较大，这里不作详细介绍。 3.4.3 校对检验与优化 导向机构布置完成后，一下步就是校对与检验。玻璃升降器运动仿真是一种校对和检验玻璃导向机构布置合理与否的计算机辅助设计工具。因此，在布置完 毕业设计 成后，我们可以借助玻璃升降器运动仿真来分析各种误差状况下的玻璃升降运动，如玻璃导向机构各零件布置是否相匹配，是否出现干涉运动。经过反复校核和优化，就得到一个较优的玻璃导向机构布置方案。 3.5 车门布置及运动校核 当汽车外形和车门附件初步选型完成后，即应着手细致的布置工作，因为往往由于布置上的问题需要重新考虑结构方案和外形。 铰链轴线的布置会影响车门开度或门柱尺寸以及车门开缝线的位置和形状。 为了避免再打开车门时车门与车身其他部分干涉，铰链轴线应尽可能外移（使靠近车身表面）；但是车身外形曲线一旦确定，铰链轴线的外移将受到加大上下铰链间距的要求的限制。一般轿车，上铰链的上端到铰链的下端的间距大约在 350mm500mm 之间，大多保持在 400mm左右 。 由于车身外形原 因，有时铰链轴线的内倾将有利于布置，并使车门有自动关闭的趋势，以便克服停在横坡上，或由于其它原因使车门自动打开的趋势。 确定铰链轴线的位置后，必须进行运动校核，检查车门在最大开度时，有无与车身其他部分（如门柱或翼子板）发生干涉现象。 门锁大多布置在玻璃升降器的内侧，这有利于联动杆的布置，为了安装门锁玻璃导轨需向后倾斜一个角度；此时密封条从门锁外面通过，这有利于防止灰尘进入门框和引起风哨声。 车门密封条的界面形状和尺寸选好后，要细致的布置密封条的走向，要确定密封条的受压方向、压缩量和门 与门框之间的间隙大小，以保证密封效果和正常的开关车门的操纵力，并最后确定密封条的固定方式以及车门内板与门柱的截面形状。 毕业设计 4 车门的建模 车门是汽车车身中一个相对独立的总成，内部附件数目繁多，结构较为复杂。它的设计质量直接影响到整车的安全性、乘员的操作方便性、密封性及噪声。车门设计特别是车门附件的布置是一个试探性、重复性很强的过程，占有很重要的地位和很大的工作量，其间许多不确定性因素都有可能导致整个布置的失败和返工。车门的结构设计大部分任务是解决车门附件布置、运动校核、安全校核、附件的紧固 及保证附件在使用中的可靠性和方便性。车门附件布置设计的多目标，多约束的特点决定了车门附件的布置需要大量领域专家的经验和知识作为指导，才能够顺利实现。将领域专家的经验和知识与 CAD技术相结合，开发专门用于车门附件布置的智能 CAD系统必将会大大提高车门设计的效率。 图 4.1 扫地车实体 本次设计先根据图 4.1 的扫地车进行大体车身结构设计，确定车身及车内各零件相对布置位置及布置结构。当对车身结构进一步熟悉之后，就对车身进行结构改型。以五十铃驾驶室结构为蓝本。对我们设计的扫地车驾驶室结构进行优化 毕业设计 设计。获得一个 美观大方实用的驾驶室结构。 车门的建模是通过三维和二维软件对车门进行整体描述。对车门细部结构及车门整体进行设计。获得一个美观实际的车门。 车门建模要求车门骨架及各附件进行校核并选型。确定好车门结构后再进行三维建模，然后进行二维建模，并在已建好模型的基础上进行改进性设计。修改车门曲线。本次设计要求对车门玻璃导轨及密封胶条进行独立的二维结构设计。参考现实中车型，与该车车门进行比对，选择一种合适的的布置方式。对于车门上的附件要在二维建模中进行结构优化选择，及材料选取。 下面将对车门具体建模过程进行介绍。 4.1 车门三维建模 车门三维建模是采用 UG 软件对车门及其附件进行大体轮廓设计。首先根据实体模型（如图 4.1）测绘出车门的具体尺寸，然后再在 UG 软件上进行建模。 （ 1）建立车门具体框架模型如图 4.2 所示 图 4.2 扫地车车门 UG 模型 （ 2）对车门结构进一步熟悉之后根据五十铃对驾驶室进行重新设计之后，车门 毕业设计 结构也进行重新设计，如图 4.3 图 4.4。 图 4.3 车门结构外部视图 图 4.4 车门结构内视图 毕业设计 4.2 车门二维建模 车门的二维建模是采用 CAD 软件，对车门总成进行结构尺寸的细节设计。 4.2.1 车门骨架的二维建模 该扫地车属于工程车，适合在城市街道中慢速行驶。在行车安全方面对车辆的要求不高。只是视野要求开阔，使驾驶员对车外情况能一目了然，尤其能够及时掌握地面情况。因此车门结构的选择也应该选用简单实用结构。本扫地车车门骨架，采用矩形钢管焊接而成。为减轻车身重量。矩形钢管壁厚不宜选择太厚。本车车门骨架矩形钢管壁厚选取为 2mm，钢管材质选用 Q235。钢管截面如图 4.5 图 4.5 钢管截面 车门骨架由不同长度不同边长的矩形钢管焊接而成。在对车身焊接结构进行设计时，要尽量保证焊缝在剪应力而不是在拉应力下工作（因为低碳钢焊缝剪应力允许的最大值要大于拉应力允许的最大值）。同时要尽量避免焊缝交汇在一点或者密集布置，否则金属由于过热而产生严重的应力集中和变形。 钢管焊接采用 2CO 气体保护焊。它采用焊丝和工件之间产生的电弧来熔化金属，由气体作为保护气并 利用焊丝作为填充金属。 2CO 焊由于焊接成本低、抗裂 毕业设计 能力强、焊后不需清渣、生产效率高、使用范围广的优点。2CO气体保护焊的焊接电流均均是由平硬式缓降外特性直流电源。但是，气体保护焊不可避免地存在一些不足之处，由于使用2CO作保护气，怕风，就限制了其在露天作业中的使用，弧光和热辐射 强，还不能采用交流电源。 由于气体保护焊由其他焊接方法所不及的优点，因此这项新技术在国内外以获得了广泛的应用在很多场合已替代了气焊、手工电弧焊以及埋弧自动焊，个别情况下还可以替代电阻焊。近十几年来，我国已在汽车车身制造行业中广泛的采用了气体保护焊。 焊缝是指焊接后焊件中形成的结合部分。焊缝的布置设计对焊接结构工艺性有着非常重要的意义。合理的焊缝布置可以减少内应力和变形，提高结构的安全可靠性。焊缝一般应遵循下列原则： （ 1） 尽量减少结构的焊缝数量和焊缝的长度。 （ 2） 尽量使得焊缝对称分布。 （ 3） 尽量减少交叉焊缝。 （ 4） 尽量避免将 焊缝布置在结构应力集中处。 在装配焊接过程一般分三步： 第一步：定位。就是依据定位基准准确地确定被装焊的零件或部件相对于装焊的零件或部件相对于夹具的位置。 第二步：夹紧。就是把定好位置的零部件压紧夹牢，以免产生位移。 第三步：点固。由于焊缝比较长依序再没隔一段距离加以点固，把这些零部件的相互位置固定。如果焊点很少或焊缝很短，也可以不进行点固，直接焊接即可。如果装配好的零部件不需卸下，就在夹具上焊接，也可省去点固。 焊接处焊缝采用 V 型焊缝，焊后打磨光亮。然后在车门上安装焊接车门附件。最终的车门骨架结构形式如图 4.6。 毕业设计 图 4.6 车门骨架 4.2.2 车门锁的二维建模 该车车门锁属于购买件。本次建模主要是对锁盒和门锁外观进行设计建模。该车门锁采用青州市胜通汽车配件有限公司生产的工程车门锁大 504 锁心结如图 4.7 图 4.7 工程车门锁大 504 毕业设计 门锁锁心固定在车门内板上，锁心的外围结构应简单实用，方便结实。门锁的外手柄选用手抠式，该方案使手柄不会碰伤人以及不会由于冲击加速度是车门自动打开。它凹陷在车门板内，也有利于减小空气阻力。车门内手柄内包裹锁心。锁心和锁扣共同构成车门的锁紧机构。 其门锁具体外型结 构如图 4.8，锁扣的具体结构如图 4.9。 图 4.8 车门手柄 图 4.9 锁扣二维结构图 4.3.3 固定板的二维建模 该固定板是反光镜固定板，它是焊接在车门上的。它位于左侧车门的左上角， 毕业设计 具体位置见图 4.3。该板属于自制件，采用钢板冲压加工而成。 在冲压过程中，拌料的尺寸精度对冲压性能影响最大的是板料的厚度公差。板厚公差的大小是钢板轧制精度的主要指标。一定的冲压模具凸，凹模的间隙应适用于一定的毛坯厚度。厚度超差则影响产品质量。板料过薄则回弹难以控制，或出现“压不实”现象；板料过后则会拉伤制件表面， 缩短模具寿命，甚至损坏模具或设备。特别是在同一张钢板上厚度不均，偏差过大，不利因素就更难消除。 板料的表面质量也是影响冲压性的因素之一。一般对板料表面状况有如下要求： 1、 表面光洁 表面不应有气泡、缩孔、划痕、麻点、裂纹、结疤、分层等缺陷。否则，在冲压成型过程中，缺陷部位可能因应力集中而引起破裂。 2、 表面平整 如果板料表面瓢曲不平，在剪切或冲压过程中容易因定位不稳而出现废品；再冲裁过程中会因板料变形展开而损坏模具；在拉深时可能使压料不均匀而影响材料的流向从而引起开裂或起皱。 3、表面无锈 如果板料表面有锈 ，不仅对冲压不利，损伤模具，而且还影响后续的焊装，涂装工序的正常进行及质量。 该板件具体结构如图 4.10 所示。 图 4.10 反光镜固定板 4.3.4 车门铰链的二维建模 车门铰链有合页式和臂式两种。臂式的铰链轴安装在门柱内所以要求门柱粗 毕业设计 大，其有点事有余轴线相对车门的位置较远，开门时能使车门往外移，因而不易与门框或车身上的其他部分干涉。合页式的铰链轴线在门柱以外，与臂式相比，不但质量轻、刚度高、结构简单紧凑，而且装配关系也简单，现在应用广泛。 车门是靠两个教练悬挂在门柱上的，整个车门的质量以及任何作用 在车门上的力，在车门关闭状态下，是由两个铰链，门锁，及定位器来承担，而在车门打开时，则全由铰链支撑。实际车门的下垂，可能是由于载荷作用下铰链变形或铰链连接部位的变形所致。 该车车门铰链选用合页式铰链，如图 4.11。铰链的一片合页通过螺钉固定在门框上，另一片合页则是焊接在门板上。为防止车门下垂该铰链布置时上下铰链取较大间距。 （ a） 该铰链焊接在车门上 （ b）该铰链通过螺钉固定在门框上 图 4.11 铰链合页 4.3.5 车门密封条和玻璃导槽的二维建模 密 封条材料要求：（ 1）弹性好，永久变形小。（ 2）良好的耐候性和耐老化性，低温下不发硬。（ 3）具有一定的强度和表面护膜的耐磨性。（ 4）吸水率低。（ 5）便于成型（挤压成型或模具成型）和装配（如与油漆表面能牢固粘结且无污染性）。 本次设计的密封条主要是指车门和窗框之间的密封。密封条的材料选用表面具有合成橡胶保护膜的海绵橡胶。表面护膜是采用氯丁二烯类的合成橡胶或氯磺化聚聚乙烯类合成橡胶，护膜厚度 0.1-0.5mm，它不仅改善了密封条的耐候性和 毕业设计 耐磨性，且使密封条外形美观。 密封条采用粘结方式与车门结合。具体的密封条形式 如图 4.12（ a）。玻璃导槽采用铝合金导槽，导槽内部用粘结剂贴上一层有绒毛的底布。该绒毛能阻止尘土飞入车内。导槽的具体结构如图 4.12（ b）。 导槽的橡胶材料同样应具有良好的耐候性，耐臭氧性和非污染性；要求吸水率低，硬度 60Hs ，拉伸强度大于 mMN /8.0 。 （ a）密封胶条模型 （ b）玻璃导槽模型 图 4.12 门窗截面图 当车门玻璃滑动时，门窗应具有良好的密封，门窗玻璃的密封是靠玻璃导槽和横向密封条。 车门上部窗户由两块玻璃组成一块玻璃固定另一块在导槽内滑动其具体的固定和相对滑动机构如下图 4.13。 毕业设计 （ a） 两块玻璃的相对位置 （ b）一块固定另一块滑动 图 4.13 上部玻璃导槽 4.3.6 车门总成建模 车门是汽车车身结构中相对独立的总成，是供乘员或 货物进出的必要通道。它主要由车门骨架及盖板、车门护面、门窗、车门玻璃及玻璃升降器、门锁及其手柄、车门铰链、车门密封条和车门开关机构组成。车门设计的好坏直接影响到整车的造型效果、安全性、密封性、视野、噪声控制以及乘座空间等诸方面的优劣。车门结构设计与附件布置考虑的因素较多，既要保证车门与整车的协调一致，还要保证车门本身的技术要求，具有一定的代表性。 车门是车身中工艺较复杂的部件，它涉及到零件冲压、包边、焊接、零部件装配、总成组装等工序，对尺寸配合和工艺技术等都要求严格。车门是车身关键运动件，其灵活性、坚固性、 密封性等方面的缺点易暴露，对汽车产品的使用质量有严重的影响 。 车门总成是由车门骨架和车门各附件装配而成。车门的装焊是车门生产过程中的重要组成部分，车门装焊质量的好坏，直接影响着汽车车门的外部造型和车门的