汽車天窗的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位論文

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1、學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 汽車天窗的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 汽車天窗作為汽車行駛時(shí)的地喚起設(shè)備，已經(jīng)逐漸成為各個(gè)汽車廠家生產(chǎn)轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。在汽車天窗市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中電動(dòng)汽車天窗具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、可靠性高、具有很好的市場(chǎng)潛力等。因此選擇設(shè)計(jì)電動(dòng)式天窗具有良好的市場(chǎng)前景，也可使整車在汽車競(jìng)爭(zhēng)白熱化的今天占領(lǐng)了更大份額的市場(chǎng)。 本次設(shè)計(jì)首先了解了天窗的作用、種類、特點(diǎn)和天窗各種零部件執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。然后，對(duì)天窗的密封排水方式、性能要求、也天窗對(duì)風(fēng)噪聲的影響做出了說(shuō)明和分析。在掌握天窗的工作原理后在天窗設(shè)計(jì)部分，依據(jù)了蝸輪蝸桿減速器的原理設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)換向減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)合天窗的結(jié)構(gòu)性能對(duì)天窗進(jìn)行了

2、設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核，對(duì)動(dòng)向蝸輪傳動(dòng)桿的主要參數(shù)和尺寸分析，選擇傳動(dòng)材料和類型，按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核蝸輪齒根疲勞強(qiáng)度，對(duì)蝸桿蝸輪各部分尺寸計(jì)算，天窗電機(jī)最終動(dòng)力輸出選擇。最后，分析并繪制了汽車天窗滑動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的CAD零件圖和裝配圖，同時(shí)也對(duì)車頂開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。 關(guān)鍵詞：汽車天窗；換向減速機(jī)構(gòu)；滑動(dòng)機(jī)構(gòu)；強(qiáng)度校核 The Overall Structure Design of Automobile Sunroofs Abstract As the ventilation device when driving a car, sunroofs have

3、 gradually become the standard equipment for nearly every car manufacture. In the market competition for sunroofs, electric ones enjoy great popularity for its simple structure, easy handling, high reliability and market potential, etc. Therefore, choosing to design electric sunroof has very good ma

4、rket prospect, making the whole car occupy more market share in the enormously fierce competition of automobile. The design of the thoughts and ideas first understand the skylight, types, characteristics and various parts of the implementation of standards. Then make a description and analysis of t

5、he performance of the sealing drainage way, skylight requirements influence on wind noise. The working principle of skylight skylight design master in part, on the basis of the principle of the worm reducer design the motor reversing speed reducer, combined with the structure properties of skylight

6、and requirements to the roof for the design and strength check, the main analysis of the trend of worm gear drive rod parameters and size, select gear materials and types, according to the turbine gear surface contact fatigue strength calculation, checking the fatigue strength calculation of the wor

7、m and worm wheel worm gear tooth root, the size of each part of the roof, and click on the final power output selection. Finally, analysis and draw a car sunroof sliding mechanism, connecting mechanism, driving mechanism of the CAD part drawings and assembly drawings, also makes a brief analysis on

8、the working process of the switch for roof. Key Words: sunroof; reversing deceleration structure; sliding mechanism; strength check 不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印 - III - 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 課題研究的目的和意義 1 1.2 汽車天窗的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 1.3 研究?jī)?nèi)容與方法 4 第2章 天窗結(jié)構(gòu)及性能要求 6 2.1 天窗工作原理 6 2.2 汽車天窗的作用 6

9、 2.3 天窗的種類及特點(diǎn) 7 2.3.1 汽車天窗種類 7 2.3.2 汽車天窗特點(diǎn)及各部件執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 7 2.4 天窗的結(jié)構(gòu)型式 9 2.4.1 天窗的結(jié)構(gòu) 9 2.4.2 天窗的密封（排水）方式 10 2.5 天窗的性能要求 11 2.5.1 安全性 11 2.5.2 性能要求 12 2.5.3 天窗系統(tǒng)對(duì)風(fēng)噪的影響 14 2.6 本章小結(jié) 14 第3章 汽車天窗設(shè)計(jì) 15 3.1 天窗結(jié)構(gòu)和工作原理設(shè)計(jì) 15 3.1.1 滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 15 3.1.2 連接機(jī)構(gòu) 15 3.2 汽車天窗動(dòng)力機(jī)構(gòu) 17 3.2.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 17 3.2.2 車頂開(kāi)關(guān) 18

10、3.3 本章小結(jié) 21 第4章 天窗行進(jìn)的相關(guān)計(jì)算 22 4.1 動(dòng)機(jī)換向蝸輪蝸桿主要參數(shù)和幾何尺寸 22 4.1.1 選擇傳動(dòng)的類型和材料 22 4.1.2 按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 23 4.1.3 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 23 4.1.4 蝸桿、蝸輪各部分尺寸計(jì)算 24 4.1.5 天窗電機(jī)最終動(dòng)力輸出齒輪選擇 26 4.2 本章小結(jié) 26 結(jié) 論 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 附 錄 30 千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一

11、空行 - V - 第1章 緒 論 1.1 課題研究的目的和意義 作為機(jī)械、電子等多種科學(xué)發(fā)展的重要成果，汽車早已成為人類現(xiàn)代生活中不可缺少的重要做成部分，我國(guó)汽車天窗業(yè)起步較晚，過(guò)去國(guó)內(nèi)天窗一直依賴進(jìn)口?，F(xiàn)在，這一局面被打破，本土企業(yè)也開(kāi)始有了一定市場(chǎng)。但本土企業(yè)底氣并不足。汽車天窗產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菄@滿足汽車天窗企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程所涉及到的一系列具有上下游關(guān)系的企業(yè)集合。汽車天窗屬于交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)，屬于最終需求型制造業(yè)，其特點(diǎn)前向關(guān)聯(lián)效應(yīng)小，后向關(guān)聯(lián)效應(yīng)較大。 在我國(guó)加入WTO后，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)面臨著很大的沖擊，同時(shí)也給汽車發(fā)展提供了很好的機(jī)遇。所以我國(guó)今后汽車工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)將逐步

12、轉(zhuǎn)向主要是獨(dú)立自主的汽車和汽車零部件隨著國(guó)內(nèi)汽車廠家越來(lái)越看重市場(chǎng)需求，許多中檔轎車甚至經(jīng)濟(jì)型家用轎車也紛紛將天窗總以為表追設(shè)備，在保證安全白的前提下，它成為越來(lái)越多車主的能過(guò)享受的便利設(shè)備。汽車天窗改變了傳統(tǒng)的換氣形式，風(fēng)吹進(jìn)變?yōu)榭諝獬槌鋈?。汽車高速行駛時(shí)，空氣分別從車的四周快速流過(guò)，再打開(kāi)的天窗的外面形成負(fù)壓區(qū)，將車內(nèi)污濁的空氣抽出，達(dá)到換氣的目的。使用天窗除霧更快捷。夏天雨季雨水勤、濕度大、車內(nèi)外溫差大。前擋風(fēng)玻璃容易形成霧氣。打開(kāi)車頂天窗至通風(fēng)位置，可以輕易消除前擋風(fēng)玻璃的霧氣，保證行車安全。使用天窗換氣，既不必?fù)?dān)心車外惡劣臟污的環(huán)境，也不必?fù)?dān)心與雨水吹進(jìn)車內(nèi)。使用天窗還有節(jié)能的功效，

13、在太陽(yáng)的暴曬下1小時(shí)，車內(nèi)的溫度就可以輕易的達(dá)到70℃。打開(kāi)天窗。利用負(fù)壓抽出燥熱的空氣換氣降溫，比使用汽車空調(diào)降溫的速度快2—3倍，還能節(jié)省下使用開(kāi)車內(nèi)空調(diào)帶來(lái)的能源消耗，在節(jié)能的同時(shí)還做到了減少二氧化碳以及有害氣體的排放。 八十年代中后期開(kāi)始，我國(guó)部分大型汽車企業(yè)研究中心為提高汽車設(shè)計(jì)水平，提高生產(chǎn)效率，縮短和西方發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)早期的CAD軟件等。該軟件的使用是設(shè)計(jì)人員開(kāi)始擺脫了沿襲了幾十年的圖版繪圖的習(xí)慣，該軟件基于LINUX操作系統(tǒng)，運(yùn)行速度快，圖形處理能力強(qiáng)，但同時(shí)因?yàn)樵缙诘腃AD系統(tǒng)都是建立在大型工作站基礎(chǔ)上，因此價(jià)格昂貴，數(shù)量不多，應(yīng)用的場(chǎng)合少，而且該軟件的使用

14、復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員要求較高，所以不適合大量推廣。而就是年代初，隨著美國(guó)Autodesk公司的AutoCAD軟件的引進(jìn)，由于該軟件界面友好，簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)大，逐漸成為現(xiàn)今汽車行業(yè)設(shè)計(jì)軟件的主流。國(guó)外的天窗生產(chǎn)已形成一定的規(guī)模，而國(guó)內(nèi)專門(mén)生產(chǎn)天窗的廠家少之又少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照每個(gè)天窗投資成本3000—5000計(jì)算，一年會(huì)生產(chǎn)3000—5000萬(wàn)元的市場(chǎng)份額 ，在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，選擇有力的運(yùn)行機(jī)制，標(biāo)準(zhǔn)化的汽車零部件，對(duì)我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展有著重要的借鑒意義。 1.2 汽車天窗的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 汽車天窗在國(guó)外有100多年的歷史，已成為汽車文化的一部分。汽車在行駛特別是長(zhǎng)途行駛的過(guò)程中，人們經(jīng)常會(huì)有疲

15、勞或者困倦的感覺(jué),這實(shí)際上是因?yàn)榇竽X缺氧,有時(shí)候通過(guò)側(cè)窗進(jìn)行換氣，但是側(cè)窗打開(kāi)之后，吹到入們身上的是漩渦狀氣流，會(huì)覺(jué)得風(fēng)吹的很大,而且噪音、灰很大，同時(shí)有時(shí)會(huì)感覺(jué)到風(fēng)吹的肩膀者疇。通過(guò)天窗通風(fēng)會(huì)克服上述缺點(diǎn)。 開(kāi)車的人都知道，一輛車?yán)飻D的人越多，車內(nèi)的空氣就越渾濁。如果在車內(nèi)吸煙，車?yán)锞透菬熿F繚繞，車?yán)锏臍馕陡请y聞。為消除這些讓人感覺(jué)不舒服的味道，許多人選擇購(gòu)買車用香水，但這只能起到一定的除味效果。當(dāng)然，打開(kāi)側(cè)窗也可起到換氣的作用，可車輛在運(yùn)行中打開(kāi)窗戶會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，而且風(fēng)直接沖撞到司機(jī)降低舒適感，坐在后排座位的人也會(huì)被側(cè)窗的風(fēng)吹得睜不開(kāi)眼。 汽車在行駛過(guò)程中若經(jīng)常打開(kāi)窗戶，不

16、僅影響車內(nèi)溫度，會(huì)帶進(jìn)大量灰塵及傳入車外噪聲，而且由于高速行駛形成的風(fēng)會(huì)直接沖撞到車內(nèi)的乘員，降低乘坐舒適度，因此現(xiàn)代汽車一般都關(guān)窗駕駛。對(duì)于車身密封性不良的汽車，雖然也能帶進(jìn)部分新鮮空氣，但由于不能人為地控制進(jìn)風(fēng)，進(jìn)風(fēng)量難以符合要求，而且進(jìn)風(fēng)部位是隨機(jī)的，往往帶進(jìn)大量灰塵、煙氣（發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣），污染車內(nèi)空氣。但若車內(nèi)無(wú)新鮮空氣補(bǔ)充，會(huì)使車內(nèi)空氣中二氧化碳含量增大、氧氣含量下降；車內(nèi)還會(huì)因抽煙、人體呼吸、食物及物品等使空氣氣味不好，影響乘員身體健康；為了防止汽車前窗結(jié)霜凝霧，也需要引入新風(fēng)，需要有通風(fēng)裝置。 另外，通過(guò)天窗的玻璃可以自然采光，車室內(nèi)明亮并可以營(yíng)造浪漫的氣氛，并給喜歡高檔車的顧客

17、帶來(lái)了滿足感。因此，加裝天窗既為汽車改善通風(fēng)狀況的有效方法。天窗：是指安裝于汽車頂部、主體材料為玻璃的車身部件，并且該部件有一部分能夠由電機(jī)驅(qū)動(dòng)并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將天窗玻璃沿滑槽前后移動(dòng)、傾斜啟閉，且能按要求停留在任意位置。 天窗分為固定式天窗也叫全景式天窗和活動(dòng)式天窗?；顒?dòng)天窗又分為手動(dòng)式玻璃天窗及電動(dòng)式玻璃天窗。Smith的觀點(diǎn)，又稱“規(guī)范性”、“道德性”或“態(tài)度性”觀點(diǎn)的組織承諾，這種觀點(diǎn)受到需求滿足理論和雙因素理的啟發(fā)，強(qiáng)調(diào)激勵(lì)和自我實(shí)現(xiàn)來(lái)探討組織承諾，認(rèn)為組織承諾是成員對(duì)組織有積極、高度、正面的傾向，包括對(duì)組織目標(biāo)與價(jià)值的認(rèn)同，對(duì)工作活動(dòng)高度的投入以及對(duì)組織的忠誠(chéng)。 我國(guó)汽車天窗業(yè)起

18、步較晚，過(guò)去國(guó)內(nèi)天窗一直依賴進(jìn)口。現(xiàn)在，這一局面被打破，本土企業(yè)也開(kāi)始有了一定市場(chǎng)。但本土企業(yè)底氣并不足。汽車天窗產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菄@滿足汽車天窗企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程所涉及到的一系列具有上下游關(guān)系的企業(yè)集合。汽車天窗屬于交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)，屬于最終需求型制造業(yè)，其特點(diǎn)前向關(guān)聯(lián)效應(yīng)小，后向關(guān)聯(lián)效應(yīng)較大。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一種新興的并行設(shè)計(jì)技術(shù)，越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，在轎車天窗這里也不例外。我國(guó)虛擬樣機(jī)技術(shù)用逼真的數(shù)字模型表示物理樣機(jī)，可以在虛擬環(huán)境中真實(shí)的模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程和受力情況進(jìn)行仿真分析，不僅大大縮短研發(fā)時(shí)間，而且降低研發(fā)成本。ADAMS是虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

19、仿真分析應(yīng)用中的杰出代表，與仿真技術(shù)結(jié)合能真實(shí)反映天窗的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析和比較，最終獲得最優(yōu)工作性能的天窗[1]。 我國(guó)亦有專家學(xué)者研究天窗設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)齒輪槽轉(zhuǎn)矩影響，并對(duì)其優(yōu)化，李輝、楊超等人以某種汽車為例，針對(duì)極槽配合和極弧設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算[2]，得到主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)齒槽參數(shù)大小的影響規(guī)律。最后，以天窗齒輪槽最小為目標(biāo)，建立基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，獲得了最優(yōu)槽口寬、極弧系數(shù)和斜槽設(shè)計(jì)的方案，優(yōu)化后的齒槽轉(zhuǎn)矩明顯小于原始方案。 就市場(chǎng)而言，我國(guó)汽車天窗企業(yè)的規(guī)模普遍較小，更應(yīng)該堅(jiān)定地走專業(yè)化道路。國(guó)際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移加速，并購(gòu)重組活躍。20世紀(jì)90年代后期以來(lái)，為有效降低

20、生產(chǎn)成本，開(kāi)拓新興市場(chǎng)，汽車天窗企業(yè)不但向低成本國(guó)家和地區(qū)大規(guī)模轉(zhuǎn)移生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，而且將轉(zhuǎn)移范圍逐漸延伸到了研發(fā)、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、銷售和售后服務(wù)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)移的規(guī)模越來(lái)越大，層次越來(lái)越高。與此同時(shí)，整車與天窗生產(chǎn)企業(yè)之間關(guān)系的調(diào)整，打破了原有的全球配套體系，推動(dòng)了汽車產(chǎn)業(yè)鏈的全球化發(fā)展。在此背景下，汽車天窗行業(yè)的并購(gòu)重組更趨活躍。 汽車天窗在國(guó)外有100多年的歷史，已成為汽車文化的一部分。曾經(jīng)全景天窗在國(guó)外的高端車上都是一種奢華的配置，偉巴斯特是獲得國(guó)際ISO9001、TUV-ABE（德國(guó)）、UTAC（法國(guó)）、FMVSS（美國(guó)）等質(zhì)量認(rèn)證的生產(chǎn)企業(yè)，在汽車天窗的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售等諸多環(huán)節(jié)均處于世界領(lǐng)

21、先地位。國(guó)外的天窗生產(chǎn)已形成一定的規(guī)模，而國(guó)內(nèi)專門(mén)生產(chǎn)天窗的廠家少之又少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照每個(gè)天窗投資成本3000—5000計(jì)算，一年會(huì)生產(chǎn)3000—5000萬(wàn)元的市場(chǎng)份額，因此國(guó)外利用Inventor對(duì)天窗進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)拓汽車零部件生產(chǎn)市場(chǎng)有。在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，選擇有力的運(yùn)行機(jī)制，標(biāo)準(zhǔn)化的汽車零部件。Unigraphics Solutionns Inc.等人利用UG軟件[4]分析汽車天窗的結(jié)構(gòu),首先采用逆向設(shè)計(jì),對(duì)于空間曲面造型的天窗玻璃進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實(shí)體生成；并以生成的天窗玻璃實(shí)體為主要基準(zhǔn)零件，對(duì)天窗的其它大型覆蓋組件進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，生成二維圖；對(duì)于把手組件和定位組件則采取從二維設(shè)計(jì)到

22、三維設(shè)計(jì)，以及利用UG的裝配功能對(duì)天窗進(jìn)行裝配；最后采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，主要利用草圖、表達(dá)式、子裝配等參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)于汽車天窗的零部件和子裝配以及整體設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)化，對(duì)于設(shè)計(jì)中使用的標(biāo)準(zhǔn)件則利用電子表格方法建立了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。天窗由電機(jī)和驅(qū)動(dòng)齒輪的驅(qū)動(dòng),通過(guò)鏈條帶動(dòng)機(jī)械組運(yùn)動(dòng)，使天窗玻璃開(kāi)啟、傾斜、關(guān)閉。 汽車天窗起源于20世紀(jì)初，最早的出行時(shí)敞篷式布頂汽車，德國(guó)偉巴斯特公司在1932年生產(chǎn)出第一個(gè)功豪華汽車和公共汽車使用的折疊式的天窗，第一次將后加裝天窗推向舞臺(tái)。汽車本身的空間相對(duì)狹小、密封性較強(qiáng)，隨意，車內(nèi)空氣容易變得渾濁，盡管汽車本身都配備通風(fēng)系統(tǒng)，而且需要的時(shí)候還可以打開(kāi)車窗

23、讓空氣流通?？墒牵熊嚂r(shí)尤其是快速行時(shí)，開(kāi)側(cè)窗通風(fēng)不禁噪音大，而且灰塵多，因此，天窗這個(gè)時(shí)候就能顯示出其右實(shí)行了，安裝有天窗的汽車在行進(jìn)過(guò)程中開(kāi)啟天窗后，由于氣流的流動(dòng)原理，能過(guò)快速有效地使車廂內(nèi)的空氣和車外的新鮮空氣進(jìn)行交換，從而使汽車內(nèi)的含氧量大幅度增提高，無(wú)論時(shí)間是這還是乘客都不容易疲勞。另外，跟打開(kāi)側(cè)窗相比，開(kāi)啟天窗時(shí)，行駛中的造影相對(duì)比較小，也增加了行車的舒適性。 中國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)汽車天窗的廠家少之又少，而對(duì)天窗的研發(fā)設(shè)計(jì)對(duì)于我國(guó)汽車零部件市場(chǎng)的發(fā)展有開(kāi)圖和推動(dòng)作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家汽車天窗的普及率達(dá)50%，而在我國(guó)普及率僅為1%，差距較大。 世界上汽車天窗的著名生產(chǎn)廠家有德國(guó)

24、尾巴斯特、德國(guó)奔馳、美國(guó)的ASC和荷蘭皇家汽車天窗公司。 出于成本及消費(fèi)者習(xí)慣的考慮，80％的原裝車都沒(méi)有安裝天窗，大多數(shù)的消費(fèi)者都是購(gòu)買天窗后再加裝以滿足要求，在美國(guó)每年有數(shù)萬(wàn)輛的家用轎車進(jìn)行后安裝天窗，在韓國(guó)也有數(shù)萬(wàn)輛以上，而中國(guó)現(xiàn)有原裝天窗的汽車還不帶汽車生產(chǎn)總量的1％。現(xiàn)在各個(gè)城市的私家車擁有量每年還在快速遞增，但帶天窗的的轎車卻少之又少，這個(gè)天窗市場(chǎng)提供了廣闊的空間。 天窗發(fā)展時(shí)至今日，其類型也愈來(lái)愈多，按照操作方式一般分為手動(dòng)旋轉(zhuǎn)式、手動(dòng)上推式、電子按鍵式；按照開(kāi)啟狀態(tài)又分為外掀式和內(nèi)藏式。外掀式的手動(dòng)天窗多用于經(jīng)濟(jì)型轎車，而內(nèi)藏式的電動(dòng)車窗則多用于商務(wù)車、高檔車。我設(shè)計(jì)的

25、汽車天窗是內(nèi)藏式的天窗加上手動(dòng)的擋光板，結(jié)果相對(duì)簡(jiǎn)單低價(jià)，而且方便使用，可靠性穩(wěn)定。 1.3 研究?jī)?nèi)容與方法 本論文主要研究的是汽車天窗的結(jié)構(gòu)性能，對(duì)天窗進(jìn)行設(shè)計(jì)、材料選擇、強(qiáng)度校核等，具體內(nèi)容和主要問(wèn)題歸納如下： 1、根據(jù)設(shè)計(jì)題目的參數(shù)要求擬定總體設(shè)計(jì)方案：選定一種天窗結(jié)構(gòu)利用CAD等軟件進(jìn)行實(shí)體建?；蜻\(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)原理圖和零件圖。 2、天窗的結(jié)構(gòu)和性能要求：掌握天窗的工作原理，對(duì)天窗要求的安全性、密封性以及天窗玻璃的光學(xué)性能加以分析。 3、對(duì)天窗進(jìn)行相設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核：選擇傳動(dòng)的類型和材料，渦輪齒面解除疲勞強(qiáng)度計(jì)算，校核渦輪齒根圓彎曲疲勞強(qiáng)度，蝸桿、渦輪各部分尺寸計(jì)算。 4、天

26、窗的結(jié)構(gòu)形式及選擇：對(duì)天窗的結(jié)構(gòu)類型有一定了解，選擇適合的種類進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、繪圖。 研究過(guò)程中的主要問(wèn)題和解決辦法： 1、天窗的密封排水如何設(shè)計(jì) 解決方法：通過(guò)天窗玻璃周圍的密封條與車頂翻邊的密封條相結(jié)合，阻擋灰塵及大部分雨水，同時(shí)天窗總成內(nèi)部需要設(shè)計(jì)流水槽及排水管，將少量從玻璃密封條與車頂結(jié)合處滲入雨水排到車身外部。 2、就天窗裝配質(zhì)量，天窗設(shè)計(jì)工藝如何提高 解決方法：優(yōu)化車身車頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可將車頂開(kāi)口設(shè)計(jì)成梯形、調(diào)整匹配尺寸鏈、合理確定尺寸公差，或者設(shè)計(jì)時(shí)使天窗翹起時(shí)，前支點(diǎn)會(huì)同時(shí)向后有較小的平移量，使密封條的運(yùn)動(dòng)隨前支點(diǎn)的平動(dòng)和繞前支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的合成，在一定程度上減輕車窗密

27、封條與車頂翻邊的摩擦阻力。 第2章 天窗結(jié)構(gòu)及性能要求 2.1 天窗工作原理 天窗裝置是利用流體力學(xué)的原理，將車內(nèi)的混濁氣體“抽”出，使空氣得到充分的交換。在流體力學(xué)研究領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)證明在流速高的情況下流體對(duì)管壁的壓力小，在流速低的情況下流體對(duì)管壁的壓力大。汽車在高速行駛情況下，由于汽車頂蓋都具有一定的弧度，因此，外部氣流在流經(jīng)汽車頂蓋時(shí)速度會(huì)很高，外部空氣對(duì)汽車頂蓋的壓力小于車內(nèi)空氣對(duì)汽車頂蓋的壓力，車內(nèi)空氣向車外流動(dòng)，壓力變小，外部新鮮空氣補(bǔ)充進(jìn)車內(nèi)，這樣，車內(nèi)空氣得到循環(huán)，汽車內(nèi)部就可以保持新鮮的空氣[7]。 2.2 汽車天窗的作用 汽車在行

28、駛特別是長(zhǎng)途行駛的過(guò)程中,人們經(jīng)常會(huì)有疲勞或者困倦的感覺(jué),這實(shí)際上是因?yàn)榇竽X缺氧,有時(shí)候通過(guò)側(cè)窗進(jìn)行換氣,但是側(cè)窗打開(kāi)之后,吹到人們身上的是漩渦狀氣流,會(huì)覺(jué)得風(fēng)吹的很大,而且噪音、灰很大,同時(shí)有時(shí)會(huì)感覺(jué)到風(fēng)吹的肩膀都疼。通過(guò)天窗通風(fēng)會(huì)克服上述缺點(diǎn)。天窗打開(kāi)之后,是一個(gè)負(fù)壓換氣的方式。 長(zhǎng)時(shí)間地駕駛車輛，車內(nèi)的溫度和空氣質(zhì)量的好壞對(duì)駕乘人員的舒適感 以及駕駛安全性有著較大的影響 。改善車內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量的方法主要有側(cè) 窗玻璃開(kāi)度的調(diào)節(jié)、空調(diào)系統(tǒng)及其送風(fēng)裝置、天窗裝置。開(kāi)關(guān)側(cè)窗玻璃，目的是 為了通風(fēng)換氣，效果不理想，其主要的問(wèn)題是：造成氣體旋流，如空氣的交換率差；空氣沿著車身側(cè)邊流動(dòng)，產(chǎn)生很大的

29、噪聲；從空氣動(dòng)力學(xué)方面考慮，體旋流會(huì)降低車速 ，增加油耗 ?？照{(diào)系統(tǒng)及送風(fēng)裝置在一定程度上可以 調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度和濕度。但車內(nèi)是一個(gè)封閉的空間，而換氣效果不理想，會(huì)造成 車內(nèi)溫度和濕度的分布不均勻 。 1、 汽車活動(dòng)天窗是汽車乘坐室與外界的空氣直接交換通道，是改善汽車內(nèi)部溫度和空氣質(zhì)量的一種方法，而汽車內(nèi)部溫度和空氣質(zhì)量對(duì)駕乘人員在長(zhǎng)時(shí)間駕駛車輛過(guò)程當(dāng)中的舒適感以及駕駛安全性有著較大的影響。打開(kāi)天窗，使車內(nèi)空氣循環(huán)，使汽車內(nèi)部可以保持新鮮的空氣，可以排出煙味、酒味、霉味等，消除暖風(fēng)空調(diào)的不適感，減小駕乘人員因空氣混濁所引起的昏睡感，增加汽車乘坐舒適度，減少司機(jī)的疲勞感并可以預(yù)防交通事故。 2

30、、 在濕度高的天氣和寒冷的季節(jié)可以防止玻璃上的濕氣。 3、 悶熱的夏天，長(zhǎng)時(shí)間停車再啟動(dòng)時(shí)，打開(kāi)天窗可盡快排出熱空氣，降低車內(nèi)溫度。 4、 天窗本身配有的頂蓋支架增加了車內(nèi)的安全性，發(fā)生交通事故時(shí)天窗也可以用作緊急出口。在野外攝影、打獵時(shí)天窗起著同樣方便的作用。 2.3 天窗的種類及特點(diǎn) 2.3.1 汽車天窗種類 在現(xiàn)存市場(chǎng)上天窗有兩大類型，即固定式玻璃天窗和活動(dòng)式玻璃天窗，其中固定或活動(dòng)式玻璃天窗種類如表2-1所示。 表2-1 汽車天窗種類 天窗 固定式玻璃天窗 活動(dòng)式玻璃天窗 滑簾式天窗 手動(dòng)式玻璃天窗 電動(dòng)式玻璃天窗 上推式 天窗 推拉式 天窗

31、 外滑式 天窗 內(nèi)滑式 天窗 注：1、 固定式玻璃天窗也就是玻璃頂棚，不可活動(dòng)，不減弱甚至?xí)訌?qiáng)整車強(qiáng)度及剛度。 2、 滑簾式天窗主體材料為可折疊的軟簾，軟簾沿滑槽前后移動(dòng)、啟閉，且能按要求停留在任意位置。 2.3.2 汽車天窗特點(diǎn)及各部件執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 1、手動(dòng)式玻璃天窗的特點(diǎn)，如表2-2所示。 表2-2 天窗類型 種類 特點(diǎn) 上推式天窗 天窗不能移動(dòng)，可繞前端轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)翹起一定角度，安裝方便，操作簡(jiǎn)單，天窗玻璃可拆卸，車內(nèi)頭頂空間損失小 推拉式天窗 天窗能向后移動(dòng)，操作簡(jiǎn)單方便，開(kāi)度大，車內(nèi)頭頂空間損失小 2、電動(dòng)式玻璃天窗（如表2-3所示）。

32、 表2-3 天窗特點(diǎn) 型式 外滑式 內(nèi)滑式 特點(diǎn) 1.天窗玻璃受到空氣阻力幫助開(kāi)啟更為便捷。 2.天窗安裝更為容易。 1.車輛在高速行駛中不會(huì)受到外界風(fēng)流沖擊的影響。 2.天窗在關(guān)閉狀態(tài)下，其后側(cè)仍然能夠 抬起一定間隙，同樣自然循環(huán)車內(nèi)空氣。在天窗玻璃關(guān)閉時(shí)仍然可以通過(guò)遮陽(yáng)板來(lái)遮避太陽(yáng)光的照射。 運(yùn)動(dòng)及位置 天窗玻璃從關(guān)閉位置傾斜開(kāi)啟一個(gè)角度，然后在頂蓋上部（外側(cè)）保持傾斜狀態(tài)向后滑動(dòng)打開(kāi)。 天窗玻璃從關(guān)閉位置傾斜開(kāi)啟一個(gè)角度，然后回到關(guān)閉位置，并在頂蓋下部（內(nèi)側(cè)）向后滑動(dòng)打開(kāi)。 開(kāi)度 a. 傾斜高度 b. 向后滑 ≈40～60mm ≈

33、60﹪的玻璃寬度 ≈40～50mm ≈100﹪的玻璃寬度 結(jié)構(gòu)與安裝 天窗上的螺釘應(yīng)緊固，無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象；滑槽內(nèi)的運(yùn)動(dòng)件應(yīng)移動(dòng)順暢，無(wú)卡滯現(xiàn)象和異常噪聲；遮陽(yáng)簾在天窗上應(yīng)安裝到位，且操作靈活，便于拆卸。 安裝布置空間要求 安裝布置范圍小，用于車身頂蓋長(zhǎng)度尺寸 安裝布置要求空間較大，用于車身尺寸相對(duì)較大的車型 設(shè)計(jì)制造 投資少，開(kāi)發(fā)制造周期短（1年左右），產(chǎn)品有一定的通用性（在后加裝中可用于多種相近的車型） 為某一種車型單獨(dú)設(shè)計(jì)和制造，高投入，需2～3年的開(kāi)發(fā)制造周期 各部件組成零件執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) QC/T 625 汽車用涂鍍層和化學(xué)處理層 GB/T 17

34、340汽車安全玻璃的尺寸、形狀、外觀 GB 9656 汽車用安全玻璃 GB/T 12421客車門(mén)窗用橡膠密封條 QC/T 413 汽車電器設(shè)備基本技術(shù)條件 QC/T 625 汽車用涂鍍層和化學(xué)處理層 GB/T 17340汽車安全玻璃的尺寸、形狀、外觀 GB 9656 汽車用安全玻璃 GB/T 12421客車門(mén)窗用橡膠密封條 QC/T 413 汽車電器設(shè)備基本技術(shù)條件 應(yīng)用范圍 1.在后加裝天窗時(shí)使用，可用于車身頂蓋曲面及結(jié)構(gòu)相接近的多種車型上；2.經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚫倪M(jìn)，也可以在車身尺寸較小的原廠車型上使用 應(yīng)用于原廠生產(chǎn)的車型，單獨(dú)為該原廠車型設(shè)計(jì)和制造，不能與其他車型匹配

35、 2.4 天窗的結(jié)構(gòu)型式 2.4.1 天窗的結(jié)構(gòu) 1、夾緊式結(jié)構(gòu) 天窗分為天窗總成單元及安裝固定框兩部分，分別位于車身頂蓋的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，通過(guò)緊固件使這兩部分閉合并同時(shí)夾住車身頂蓋的安裝固定方式為夾緊式結(jié)構(gòu)。 2、懸掛式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的天窗需要為其專門(mén)設(shè)計(jì)車身頂蓋，頂蓋要有一個(gè)翻邊孔；同時(shí)另需設(shè)計(jì)一個(gè)頂蓋加強(qiáng)件（沖壓件），并與車身頂蓋的翻邊孔焊接在一起。天窗總成作為一個(gè)整體，通過(guò)緊固件懸掛固定在加強(qiáng)件上。 表2-4 天窗夾緊式與懸掛式結(jié)構(gòu)的比較 型式 夾緊式 懸掛式 外觀 天窗玻璃高于車身頂蓋 與車身頂蓋保持平整 安裝方式 1.天窗總成在上部； 2.安裝

36、固定框在下部； 3.車身頂蓋在中間。 從頂蓋下部（車內(nèi)）向上安裝；緊固件螺母焊接在頂蓋加強(qiáng)件上，通過(guò)螺栓從下部將天窗與加強(qiáng)件固定在一起 密封 天窗與車頂間由密封條強(qiáng)制密封，天窗玻璃與開(kāi)口框架處由密封條強(qiáng)制密封 玻璃周邊密封條與車頂翻邊配合，密封條有一定的壓縮量，起到密封作用。 排水系統(tǒng) 不需要，天窗與車身強(qiáng)制密封，雨水無(wú)法進(jìn)入車身 需要。天窗及車身結(jié)構(gòu)中需要一套排水系統(tǒng)將滲入天窗內(nèi)部的雨水排到車身外部 頂蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在車身頂蓋上設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的沖切孔，不需要加強(qiáng)件 需要在車身頂蓋上設(shè)計(jì)一個(gè)翻邊孔，另外需要設(shè)計(jì)一個(gè)加強(qiáng)件，并與頂蓋孔的翻邊焊接在一起 車身的制造

37、 僅需另外制造一副頂蓋沖孔模；制造精度要求相對(duì)低 1.在頂蓋制造上另外需要多副模具，如頂蓋沖孔落料、翻邊、整形等； 2.需要一套模具制造加強(qiáng)框； 3.需要定位及焊接工裝將加強(qiáng)框與頂蓋焊接。制造過(guò)程復(fù)雜，精度要求較高（天窗的頂蓋的外觀配合受尺寸精度的影響較大）；輔助工裝要求高 制造周期及費(fèi)用 車身制造周期較短，費(fèi)用相對(duì)較低 車身制造周期較長(zhǎng)，費(fèi)用相對(duì)較高 2.4.2 天窗的密封（排水）方式 （1）主動(dòng)式密封方式 通過(guò)天窗與頂蓋之間的密封（密封條1），如圖2-1所示，以及天窗玻璃與天窗開(kāi)口處密封條（密封條2）的密封，阻止灰塵及雨水等進(jìn)入天窗及車身內(nèi)部 圖

38、2-1 天窗主動(dòng)密封排水方式 （2）被動(dòng)式密封（排水）方式 通過(guò)天窗玻璃周邊的密封條與車頂翻邊的密封結(jié)合，阻止灰塵及大部分雨水；同時(shí)，天窗總成內(nèi)部需要設(shè)計(jì)有流水槽及排水導(dǎo)管接頭，如圖2-2所示，將少量從玻璃密封條與車頂接合處滲入的雨水排到車身外部。 在天窗總成內(nèi)部框架的4個(gè)拐角處各設(shè)計(jì)一個(gè)排水導(dǎo)管接頭，排水導(dǎo)管接頭連通流水槽并外接排水導(dǎo)管，前部的排水導(dǎo)管通過(guò)車身A柱，后部的排水導(dǎo)管通過(guò)車身C柱或D柱，將雨水導(dǎo)出車身。 圖2-2 被動(dòng)密封排水方式 2.5 天窗的性能要求 作為整車的一個(gè)功能性部件，首先考慮天窗玻璃的光學(xué)性能：應(yīng)符合如下幾個(gè)指標(biāo)：透光率，光反射率，總能量傳導(dǎo)率，總

39、能量反射率，紫外線傳導(dǎo)率等。此外，天窗除應(yīng)滿足整車常規(guī)要求，如安全性、可靠性、耐久性以及舒適性等，還要有自身的一些特點(diǎn)，因此，天窗應(yīng)滿足以下方面要求： 2.5.1 安全性 在車身受力時(shí)天窗的切割面積相對(duì)較大，切割后勢(shì)必會(huì)對(duì)車身的骨架造成破壞，在加裝天窗時(shí)車頂?shù)膭偠葧?huì)大大降低。汽車的前后各有一個(gè)壓潰區(qū)，加了天窗后，如發(fā)生嚴(yán)重的碰撞事故，碰撞能量天窗無(wú)法吸收，因?yàn)樘齑肮潭ㄔ谲図?，加?qiáng)點(diǎn)又不多，發(fā)生碰撞后天窗往往會(huì)脫落。因此天窗系統(tǒng)的安全性能不容忽視，天窗的安全性能應(yīng)該滿足，如表2-5所示。 表2-5 天窗系統(tǒng)應(yīng)滿足下表所列的各項(xiàng)要求 型式 要求

40、 外滑式 內(nèi)滑式 系統(tǒng)的強(qiáng)度（關(guān)閉位置） 500N向上沖擊力 天窗保持正常的功能 1800N向上沖擊力 天窗玻璃不能破碎，并與天窗總成框架連接牢固 >1800N向上沖擊力 天窗玻璃在與窗總成框架連接失效前，首先粉碎 在開(kāi)啟位置玻璃受垂直載荷 的位移 在玻璃后端中點(diǎn)施加220N的垂直載荷（上或下） <10mm <25mm 系統(tǒng)可靠性 關(guān)閉位置承受890N向下均勻載荷 保持原有各項(xiàng)性能 電機(jī)被堵轉(zhuǎn)運(yùn)行1h后 電機(jī)保持原有各項(xiàng)性能，并且不能有過(guò)熱、冒煙或產(chǎn)生異味的現(xiàn)象 在玻璃角度完全開(kāi)啟位置，

41、承受450N的側(cè)向力 系統(tǒng)不能有物理?yè)p壞及功能失效 在玻璃角度完全開(kāi)啟位置，承受450N垂直載荷（上或下） 系統(tǒng)不能有物理?yè)p壞及功能失效 玻璃開(kāi)度為25mm時(shí)，在前部承受680N的向后推力 系統(tǒng)不能損壞，玻璃后移量<10mm 2.5.2 性能要求 1、外觀要求： （1）天窗的金屬件必須經(jīng)過(guò)防腐蝕處理，或使用具有防腐蝕性的材料制造。 （2）天窗的塑料件表面應(yīng)光滑平整、無(wú)氣泡，無(wú)影響使用的變形。 （3）天窗金屬零件的涂鍍層和化學(xué)處理層應(yīng)符合QC/T 625中相關(guān)條款的有關(guān)規(guī)定。 （4）天窗的玻璃表面應(yīng)符合GB/T 17340中6有關(guān)前風(fēng)窗以外玻璃規(guī)定，其余性能符合《G

42、B 9656 汽車用安全玻璃》的規(guī)定。 （5）天窗密封條的表面質(zhì)量和性能要求應(yīng)符合GB/T 12421規(guī)定。 2、基本性能： （1）工作電壓：天窗在11V～15V電壓下應(yīng)運(yùn)行平穩(wěn)，不允許有異常噪聲和卡滯現(xiàn)象。 （2）電流特性：天窗的工作電流不大于3.2A，堵轉(zhuǎn)電流小于15A，防夾電流不大于5A。 （3）密封性：在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，天窗的玻璃與框架之間的防水密封性好，不允許有滲漏現(xiàn)象。 （4）耐振性：天窗經(jīng)QC/T413規(guī)定的掃頻振動(dòng)試驗(yàn)后符合第1條的規(guī)定。 （5）耐久性：天窗應(yīng)能經(jīng)受15000次的工作循環(huán)，試驗(yàn)后的基本性能應(yīng)符合第1條的規(guī)定。 （6）耐溫性：天窗應(yīng)能在－30℃～

43、85℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作，經(jīng)高低溫試驗(yàn)后應(yīng)符合第1條的規(guī)定。 （7）耐濕熱性：天窗應(yīng)能經(jīng)受耐濕熱試驗(yàn)，試驗(yàn)后應(yīng)符合第1條的規(guī)定。 （8）安全性；天窗應(yīng)具有防夾保護(hù)功能，當(dāng)關(guān)閉天窗時(shí)，如遇到障礙物，天窗能自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)啟至極限位置。 （9）防盜性：天窗應(yīng)具有自動(dòng)關(guān)閉功能。當(dāng)車鑰匙打到OFF位時(shí)，如果此時(shí)天窗不在關(guān)閉的位置，10秒后會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。 3、實(shí)驗(yàn)方法： （1）試驗(yàn)條件及設(shè)備： a）試驗(yàn)電源采用足夠容量的直流穩(wěn)壓電源。 b）環(huán)境溫度為（5～40）℃ c)天窗的各項(xiàng)試驗(yàn)可在模擬狀態(tài)下進(jìn)行 d)耐久性試驗(yàn)的一個(gè)工作循環(huán)為30秒，天窗玻璃開(kāi)啟至極限位置，斷電10秒，然后再通電使玻璃關(guān)閉至最終位置，斷電10秒。 （2）外觀檢查 （3）基本性能試驗(yàn) 13 - -