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第1章 緒 論
1.1本設(shè)計(jì)的目的和意義
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)民生活水平也在日益提高。在這高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)代，汽車在扮演著越來(lái)越不可或缺的角色，而私家車更是成為購(gòu)車族的主流。車主們?cè)谧非笏俣?、質(zhì)量、價(jià)格的同時(shí)也開(kāi)始更加希望自己的轎車高貴唯美。因此在現(xiàn)在的轎車設(shè)計(jì)中車身設(shè)計(jì)成為了一大主流。而在車身中車門占有著重要的地位。因?yàn)檐囬T是車身上相對(duì)獨(dú)立的總成，與車身組成一個(gè)有機(jī)的整體。現(xiàn)在轎車的車門除了是轎車上乘員進(jìn)出的通道，又是轎車側(cè)面對(duì)成員的安全保障，因此車門要有足夠的通過(guò)空間和開(kāi)度，在轎車行使時(shí)，能夠緊緊的鎖緊在轎車側(cè)圍的車門框上，不因轎車的振動(dòng)空氣力量的作用或乘員偶爾碰撞而自動(dòng)打開(kāi)。當(dāng)車門打開(kāi)后，不會(huì)因?yàn)椴荒芸刂贫蚯八﹂_(kāi)碰撞車身的前翼子板或前車門，以及站在車旁的行人。當(dāng)轎車停放在橫向傾斜的道路上時(shí)或受到撞擊后車門仍然可以開(kāi)啟。因此在車門設(shè)計(jì)過(guò)程中既應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)要素的完整統(tǒng)一和車身其他相關(guān)要素的協(xié)調(diào)匹配，又要考慮到車門應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受車門的重量和關(guān)門的沖擊。所以車門設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響到安全性、側(cè)面視野性、進(jìn)出方便性、密封性及噪音等方面的性能。而除了這些基本的要求外越來(lái)越多的功能和高要求成為現(xiàn)代車門重要的設(shè)計(jì)理念。所以在車門設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮到結(jié)構(gòu)要素的完整統(tǒng)一和車身其他相關(guān)要素的協(xié)調(diào)匹配。功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕便的車門才是未來(lái)轎車車門的發(fā)展趨勢(shì)。在車門的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將分階段采用不同的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，通過(guò)查找資料、經(jīng)驗(yàn)公式等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)方法在長(zhǎng)期運(yùn)用中得到不斷的完善和提高，是符合當(dāng)代技術(shù)水平的有效設(shè)計(jì)方法。故在本設(shè)計(jì)中部分結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)方法大多屬于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)最后一階段采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，用計(jì)算機(jī)完成設(shè)計(jì)中的資料檢索，繪圖等工作。最后綜合各個(gè)部件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用的方法更加深入的研究車門的結(jié)構(gòu)和車門各零件的組成和工作原理，用CAD畫出各零件圖，并把這些零件組合成完整的車門。
1.2本設(shè)計(jì)要研究的主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)車門主要包括車門本體和車門附件的設(shè)計(jì)。本體主要包括內(nèi)外板、加強(qiáng)版、窗框等。車門附件主要包括車門鎖、鉸鏈、限位器、玻璃升降器、拉手操縱鈕、內(nèi)外裝配件等。而這些問(wèn)題中最重要研究的問(wèn)題是車門上各種部件的布置、運(yùn)動(dòng)不干涉等。因?yàn)檐囬T的尺寸每個(gè)車型都不同，也就是說(shuō)是隨著設(shè)計(jì)者的思路、車體的大小、性價(jià)比等折合在一起后定下的尺寸，所以沒(méi)有正常的公式或者例子供人參考，因此車門上各部件的布置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)校核是設(shè)計(jì)車門中最主要考慮的問(wèn)題。
1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
車門是汽車中相對(duì)獨(dú)立的主要零部件，它在最開(kāi)始制造的汽車中的功能就為方便乘員和駕駛員的上下車方便,是一個(gè)上下車的平臺(tái)。但是隨著工業(yè)的發(fā)展和國(guó)民生活 水平的日益提高，車門的類型以及功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市民的口味及要求。漸漸的車門的功能也越來(lái)越多。形狀也越來(lái)越美觀，結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊湊。但是這些也慢慢的成為了過(guò)去的追求，因?yàn)檐囬T的功能多就意味著使用材料多比較笨重。這時(shí)設(shè)計(jì)家們開(kāi)始研究使用各種方法來(lái)改變車門的材料使車門能結(jié)構(gòu)大更輕便，這時(shí)他們想到了用鋁合金來(lái)代替原來(lái)的鐵門材料的車門。于是這使得車門輕便了許多。這種方法也得到了廣泛的采用。但是車門的輕量化研究確是未來(lái)研究的主流。設(shè)計(jì)者們正在研究著能代替鋁合金甚至比鋁合金更加質(zhì)量輕而質(zhì)量更好的材料。其實(shí)材料的的輕量化主要是通過(guò)使用輕量化材料或是采用不同的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
“泡沫金屬”20世紀(jì)90年代末才出現(xiàn)的新型材料，但應(yīng)用速度很快，有些新車型已經(jīng)采用了這種材料?！芭菽饘佟敝饕概菽X合金，它由粉末合金制成。通常粉末合金是用粉末壓制成形。在除掉分型劑及增塑劑之后，將壓制的坯件燒結(jié)（一種溫度在1000℃左右的熱處理方式）,使它們具有一定的特性。燒結(jié)的性質(zhì)及應(yīng)用范圍在很大程度上取決于孔隙的大小。泡沫鋁合金密度很小，當(dāng)承受很大的外力而變形壓縮后，撤去外力，憑著它自身的彈性可恢復(fù)到原來(lái)的形狀，有點(diǎn)像橡膠。
專家認(rèn)為，若外來(lái)總能量假定為100%，泡沫鋁合金變形量為它的60%時(shí)，可承受外來(lái)總能量的60%。由于它本身具有一定的強(qiáng)度，可以經(jīng)過(guò)多次這樣的變形循環(huán)而不會(huì)損壞?！芭菽饘佟钡闹亓枯p，密度只有鋁合金材料的1/4以下，熱膨脹系數(shù)與鋁合金材料一樣，熱導(dǎo)率又相當(dāng)?shù)?，加上它的變形恢?fù)性能極佳，又有一定的強(qiáng)度，因此受到汽車業(yè)重視，可以在輕量化及安全性方面顯示優(yōu)勢(shì)。
目前用泡沫鋁合金做成的零部件有車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、行李廂蓋、翼子板等。在安全性設(shè)計(jì)中，將泡沫金屬用作吸收碰撞能量的主要材料也是十分適宜的。因?yàn)槟壳捌嚨陌踩O(shè)計(jì)不但要考慮乘用人的安全，還要考慮到其外車輛及行人的安全，即當(dāng)一旦發(fā)生碰撞時(shí)既可最大程度地保護(hù)自己又要最大程度的保護(hù)他人，因此在車身易碰撞區(qū)域采用泡沫金屬是一種很好的選擇。
鑄造鋁車門的外殼是鋼板，通過(guò)粘接方式和泡沫鋁連接。泡沫鋁材鑄成的鑄造車門通過(guò)粘接與車窗、提升器和內(nèi)門板連接在一起。由于鑄造鋁材是一種典型的功能與結(jié)構(gòu)一體化材料，具有密度低、強(qiáng)度高、減震性能好以及耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。因此，泡沫鋁材被認(rèn)為是一種大有前途的未來(lái)汽車與其他交通運(yùn)輸工具的良好材料。三明治夾層結(jié)構(gòu)泡沫鋁材的主要成分為鋁鎂合金(鎂占7%)或鋁硅合金（硅占11.5%）,他們的制造成本約為80歐元/㎡以上?；诂F(xiàn)在泡沫材料比原有的材料省錢，而且質(zhì)量輕，所以未來(lái)車門當(dāng)是以這種輕量化的材料為主。
第2章 總體方案的確定
2.1 總體方案的確定
汽車總布置設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作最重要的環(huán)節(jié)。汽車性能的好壞不僅決定于各部件的性能如何，而且在很大程度上取決于各個(gè)部件是否相互協(xié)調(diào)和配合。汽車總布置設(shè)計(jì)的任務(wù)是正確選擇性能指標(biāo)、重量和主要尺寸，提出整車總體方案，規(guī)定各個(gè)部件的參數(shù)和具體要求。汽車總布置設(shè)計(jì)需要根據(jù)整車性能指標(biāo)去選擇各個(gè)部件，把它們安排在恰當(dāng)?shù)奈恢?，以保證它們互相匹配，運(yùn)轉(zhuǎn)互相協(xié)調(diào)，從而使整車發(fā)揮出最好的性能。
2.1.1 車門類型的選擇
車門一般分為整體式和框架式兩種。整體式車門的玻璃窗框是與門內(nèi)、外板一體沖壓的。其優(yōu)點(diǎn)是：車門整體剛性好；尺寸和形狀精度高；隨形性好；車門零件數(shù)量少，組裝方便；沿整個(gè)車門可設(shè)置兩條密封，提高了汽車的密封性能。但由于受拉延及剛度影響，窗框不能太窄，故視野性不如分開(kāi)式好；沖壓模具大且復(fù)雜，沖壓設(shè)備臺(tái)面和噸位較大，造型受到一定的限制；材料利用率不高。
框架式車門的玻璃窗框是用螺釘固定或焊接在門體上的。這種玻璃窗框大多是滾壓成型的。其優(yōu)點(diǎn)是：材料利用率高；視野性好。其缺點(diǎn)是窗框連接支架與內(nèi)板連接處的磨損會(huì)使上半框松動(dòng)，密封性能變壞，行車時(shí)產(chǎn)生響震。而且滾壓零件成型時(shí)過(guò)于復(fù)雜。因此基于這兩種方式的比較，最后采用整體式車門。
2.1.2 玻璃升降機(jī)構(gòu)的選擇
玻璃升降機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)轎車車門玻璃升降運(yùn)動(dòng)的車門附件。通過(guò)玻璃升降機(jī)帶動(dòng)玻璃托架上下運(yùn)動(dòng)，從而使得車門玻璃沿著車門窗框的導(dǎo)槽或?qū)к壸錾颠\(yùn)動(dòng)。
目前常用的玻璃升降器有鋼絲繩傳動(dòng)和臂式兩種。鋼絲繩式玻璃升降器在現(xiàn)代轎車上用的很多其優(yōu)點(diǎn)是占位置小，重量輕，成本低，易于安裝布置（可通過(guò)改變鋼絲長(zhǎng)度任意確定手柄軸的位置），尤其適用于曲面玻璃；但是安裝精度要求較高，需要設(shè)有鋼絲拉緊裝置。
臂式傳動(dòng)一般分為單臂式、平行雙臂式、交叉雙臂式等。臂式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝布置較方便，與車門的關(guān)聯(lián)少；但單臂式只有一點(diǎn)支撐玻璃，支撐點(diǎn)與玻璃質(zhì)心的相對(duì)位置在升降玻璃時(shí)變化較大，會(huì)使玻璃歪斜，影響與玻璃導(dǎo)槽的正常配合，升降不平穩(wěn)，故適用于兩根導(dǎo)軌都較長(zhǎng)的矩形玻璃上。平行雙臂式的T型連桿在工作過(guò)程中始終保持水平狀態(tài)，能較好的支承玻璃。交叉臂式是由兩本交叉臂端部支承玻璃玻璃升降的，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，支承中心始終接近玻璃質(zhì)心，因此升降較平穩(wěn)。這種結(jié)構(gòu)可適用于各種形狀不規(guī)則的、導(dǎo)槽短的玻璃升降。這里將幾種形式的玻璃升降器優(yōu)缺點(diǎn)相比較最后確定采用交叉臂式玻璃升降器作為本次設(shè)計(jì)的玻璃升降機(jī)構(gòu)。
2.1.3 控制門鎖的選擇
門鎖按其結(jié)構(gòu)大致可分為舌式、棘輪式和凸輪式三種。舌式門鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝容易，對(duì)車門的裝配精度要求不高；缺點(diǎn)是只有橫向（開(kāi)門方向）的定位，不能成熟縱向載荷，故可靠性差，加之關(guān)門沉重，噪聲大，鎖舌與擋塊易磨損，因而在現(xiàn)代汽車上幾乎已經(jīng)淘汰。
棘輪式縮現(xiàn)在廣泛采用。其特點(diǎn)的鎖內(nèi)部有一套由鎖鉤（棘爪）和棘輪組成的制楔機(jī)構(gòu)。由于位于門腔外部的鎖閂和門柱上的檔塊形式不同，有轉(zhuǎn)子式門鎖、卡板式門鎖等?？ò迨介T鎖與轉(zhuǎn)子式門鎖的結(jié)構(gòu)原理大體相似。所不同的式卡板式門鎖式以U行卡板與車身立柱上的環(huán)形鎖扣結(jié)合，它既可以承受縱向載荷，又能承受橫向載荷，安全可靠。該鎖適合各種車輛。相比較幾種鎖的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)，最后確定本方案選擇棘輪式轉(zhuǎn)子門鎖。
2.1.4 車門鉸鏈的選擇
鉸鏈主要包括固定部分（即鉸鏈座，固定在門框上）、活動(dòng)部分（安裝在車門上）和軸。為了改善車身的外形和減小空氣阻力，現(xiàn)代汽車大多使用暗鉸鏈。車門鉸鏈一般有合頁(yè)式和臂式兩種。臂式的鉸鏈軸安裝在門柱內(nèi)，所以要求門柱粗大，其優(yōu)點(diǎn)是由于軸線相對(duì)車門的位置較遠(yuǎn)，開(kāi)門時(shí)能使門柱外移，因而不易與門框或車身其他部分干涉。
合頁(yè)式鉸鏈的鉸鏈軸線在門柱以外，它與臂式鉸鏈相比，不但質(zhì)量輕、剛度高、結(jié)構(gòu)緊湊，而且裝配關(guān)系也簡(jiǎn)單。故相比較這兩種車門鉸鏈的優(yōu)缺點(diǎn)，這里確定采用合頁(yè)式暗鉸鏈。
2.1.5 車門開(kāi)度限位器
車門開(kāi)度限位器是控制車門開(kāi)度并使車門能停留在最大開(kāi)度的位置上的機(jī)構(gòu)為減小由于用力開(kāi)門所產(chǎn)生的反作用力對(duì)車門鉸鏈的影響，在車門開(kāi)度限位器的布置選擇中，應(yīng)正確確定限位器的軸線位置。
2.1.6 車門的密封
車門和門框之間的間隙是用密封條將其填充，以防止雨水、灰塵侵入將其填充，同時(shí)在開(kāi)關(guān)車門時(shí)起緩沖作用，在汽車行駛時(shí)防止車門震響。密封條的材料一般采用表面具有合成橡膠護(hù)膜的海綿橡膠，也有采用硬質(zhì)橡膠或SBR海綿的。表面護(hù)膜是采用氯丁二烯或氯磺化聚乙烯的合成橡膠，護(hù)膜厚度0.1～0.5，它不僅改善了密封條的耐候性和耐磨性，且使密封條外形美觀。密封條的截面形狀按其變形情況可分為彎曲型、壓縮型。彎曲型密封條密封時(shí)接觸面小，其優(yōu)點(diǎn)在于在載荷變化不大的區(qū)段可得到較大的變形，因此有利于彌補(bǔ)車門和門框之間間隙誤差；缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生永久變形。
壓縮型密封條密封時(shí)接觸面大，在同樣變形量時(shí)，其載荷變化比彎曲型要大。因此密封效果好些；但車門反力增大，使開(kāi)、關(guān)車門時(shí)費(fèi)力且震響聲大。
2.2 總體布置要求
總布置基本繪制完成后，便可以從主圖板上提取車門信息，進(jìn)行車門的布置，車門的布置設(shè)計(jì)首先應(yīng)該確定其外部條件，即車門與門框周邊結(jié)構(gòu)件的關(guān)系。這些關(guān)系的確定，應(yīng)考慮下面的原則：
(1)滿足車門與門框之間的密封要求，保證相配合斷面能使密封條沿周邊壓縮量均勻一致；
(2)保證鉸鏈在前立柱和車門上的正確裝配及車門運(yùn)動(dòng)與立柱不干涉；
(3)保證門鎖與后立柱上的鎖扣配合以及門鎖的開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)不干涉，這些要求是車門布置設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是門框結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。只有同時(shí)滿足了這些要求，才能保證車門的功能和使用要求。
2.3 本章小結(jié)
本章主要介紹了汽車設(shè)計(jì)中各部分零件的初期選擇，通過(guò)對(duì)幾種零件的不同類型和不同工作方式的分析比較，最后確定出自己設(shè)計(jì)中要選擇的零件。這樣做的目的是使下一步的設(shè)計(jì)目標(biāo)明確，簡(jiǎn)潔。并且先一步的透露出本車門設(shè)計(jì)的主要意義和設(shè)計(jì)要走的目標(biāo)和路線，以方便讀者能更好的理解作者的思路，使讀者更加清晰的了解本設(shè)計(jì)的主要過(guò)程。
第3章 后車門本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 后車門的組成
轎車車門一般由門體、車門附件和內(nèi)飾蓋板三部分組成。如圖3.1所示為構(gòu)成車門的主要零部件。
圖3.1 構(gòu)成車門的主要零部件
3.2 車門類型及設(shè)計(jì)要求
車門的類型多種多樣。按開(kāi)啟方式分，有旋轉(zhuǎn)門、折疊門、拉門和外擺式車門。其中絕大多數(shù)汽車采用旋轉(zhuǎn)門，而折疊式車門多用于客車上，拉門則常常用于輕型客車及旅行車。對(duì)于車門的設(shè)計(jì)要求：
（1）具有必要的開(kāi)度，并能使車門停在最大開(kāi)度上，方便上下車；
（2）安全可靠，車門能鎖住，行車或撞車時(shí)車門不會(huì)打開(kāi)；
（3）開(kāi)關(guān)方便，玻璃升降方便；
（4）車門和門洞之間應(yīng)有良好的密封性，雨、雪不能從車門的縫隙中進(jìn)入車內(nèi)，并能把灰塵和泥土擋在車門外；
（5）有足夠的剛度，車門不允許因變形、下沉而影響開(kāi)關(guān)的可靠性，在關(guān)門時(shí)不得有敲擊聲，行駛時(shí)不允許產(chǎn)生振動(dòng)噪音；
（6）制造工藝好，易于沖壓并便于安裝附件；
（7）附件布置合理，相互不干涉，使用方便，性能可靠；
（8）外形上與整車協(xié)調(diào)；
3.3 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.3.1 車門內(nèi)板
車門內(nèi)板：車門內(nèi)板是車門的重要支撐板件，又是車門附件的安裝體，一般采用轎車門外板厚的薄鋼板來(lái)制造。具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
（1）需拉延出較深的周邊形成門厚的側(cè)板；
（2）板面上需要沖壓出各種形狀的托臺(tái)、窩穴、手孔和安裝孔等，以安裝車門附件機(jī)構(gòu)；
（3）沖壓出各種加強(qiáng)筋，以提高車門內(nèi)板的剛性，減小振動(dòng)噪聲；
（4）車門內(nèi)板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證車門附件安裝的位置要求，特別是玻璃升降的升降面；
3.3.2 車門加強(qiáng)橫梁
根據(jù)美國(guó)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS No214對(duì)車輛側(cè)面碰撞時(shí)的強(qiáng)度規(guī)定，現(xiàn)代轎車多采用車門加強(qiáng)衡量結(jié)構(gòu)。用以加強(qiáng)車門表面的剛度需求。車門加強(qiáng)橫梁可以是封閉的圓管截面，也可采用高強(qiáng)度鋼板沖壓成型。
3.3.3 車門外板
車門外板基本上是由車身外形定下來(lái)的，由薄鋼板沖壓而成的。板料厚度一般在 0.6～1.0 范圍內(nèi)。通常在外板上沖制一些孔，以裝配外手柄、鎖機(jī)構(gòu)、后視鏡和裝飾條等。車門外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點(diǎn)焊、粘接及咬合等方法。由于車門外板是車身外表面制件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量。這樣外板中部剛度較差，行車時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪音，所以必須對(duì)外板進(jìn)行加強(qiáng)和消音。一般采取的措施有：設(shè)計(jì)橫向加強(qiáng)梁；在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板(與外板柔性粘接)。柔性材料通常采用毛氈、泡沫或雙面膠帶粘貼。加強(qiáng)梁下部可與內(nèi)板下部焊接，上部與加強(qiáng)板焊接。若結(jié)構(gòu)允許，也可以與內(nèi)板焊接，以不影響玻璃升降為原則。如有三角窗的車門在三角窗下部，或無(wú)玻璃升降器的拉門窗等。另外，車門外裝飾條可設(shè)計(jì)成加強(qiáng)件，也可利用外板壓印及外形裝飾線加強(qiáng)外板剛度。對(duì)于轎車，側(cè)門強(qiáng)度有明確的法規(guī)要求，因此通常在門腔內(nèi)設(shè)計(jì)有縱向的管狀加強(qiáng)梁。
3.3.4 車門加強(qiáng)板
車門加強(qiáng)板是對(duì)門體結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部加強(qiáng)而設(shè)置的版構(gòu)件，一般有以下幾種使用情況:
（1）車門內(nèi)板面上安裝車門附件機(jī)構(gòu)的部位，提高安裝部位的剛度和連接強(qiáng)度。
（2）在門體安裝鉸鏈處、車門開(kāi)度限位器處和門鎖處等部位設(shè)置1.2～1.6厚的加強(qiáng)板，與車門內(nèi)板焊接（或與車門內(nèi)、外板焊接），以便將車門的局部幾種負(fù)荷能有效地傳到車門板件的較大板面上。從而加強(qiáng)門體的局部剛度和車門的安裝剛度。
（3）由于車門玻璃升降的需要，車門內(nèi)、外板在窗臺(tái)處不連接。為加強(qiáng)車門內(nèi)、外板的上端邊的強(qiáng)度和剛度，保證玻璃良好的密封性以及車門內(nèi)、外板之間的裝配間隙，一般在車門內(nèi)、外板的上端邊焊接橫向加強(qiáng)板，采用封閉或開(kāi)口斷面。并在斷面設(shè)計(jì)中考慮窗臺(tái)處密封條的固定安裝結(jié)構(gòu)。
3.3.5 車門窗框
（1）分開(kāi)式車門的窗框結(jié)構(gòu)：分開(kāi)式車門的窗框通常為輥壓型材，經(jīng)成型、焊接等工序制成獨(dú)立的窗框總成，再與內(nèi)板焊接，最后合成車門焊接總成。輥壓型材的斷面型式較多。一般輥壓型材窗框斷面應(yīng)具備玻璃導(dǎo)軌并可嵌裝橡膠導(dǎo)槽，密封條安裝槽，還應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、剛度。由于分開(kāi)式車門內(nèi)、外板沖壓件的尺寸明顯減小，窗框較窄，視野性好，曾一度成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流。然而由于此種窗框?yàn)榈葦嗝嫘筒某尚?，外表面形狀變化受到制約，與車身外表面隨形性不好，而且為實(shí)現(xiàn)玻璃順利升降，窗框與車門下部鈑金件不能平齊，門洞周邊的拐角較多，給車身外表面造型效果造成不利影響。在汽車車身的造型效果越來(lái)越受到人們重視的今天，這種結(jié)構(gòu)的局限性也越來(lái)越明顯。
（2）整體式車門的窗框結(jié)構(gòu)：通常所說(shuō)的整體式車門是指車門內(nèi)、外板都是板料整體沖壓而成，再合成車門總成框架，這種車門框架結(jié)構(gòu)因內(nèi)、外板都是板料整體沖壓件，隨形性好，精度高，強(qiáng)度、剛度好。但在窗框部分結(jié)構(gòu)處理上也有不足之處，如玻璃導(dǎo)軌及密封嵌槽的結(jié)構(gòu)需另外設(shè)計(jì)裝配，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，有的直接將密封條安裝在門檻上，對(duì)門鎖等車身附件沒(méi)有密封作用，并且門框下部因上下車時(shí)經(jīng)常被踩踏，無(wú)法安裝密封條，使密封條沿周邊不連續(xù)，密封效果不好。為解決上述兩種窗框的不足，也有采用輥壓窗框與沖壓窗框同時(shí)并用的結(jié)構(gòu)。這樣既可以使玻璃導(dǎo)軌和密封條嵌裝槽一體成型，又可使車門外表面形狀與整車造型完整統(tǒng)一。通常在具體結(jié)構(gòu)處理上，都采用外板為整體沖壓件，窗框主體為輥壓成型件，而內(nèi)板上下分為兩部分，上部分與窗框焊接后再與下部分焊接，最后與外板壓合或焊接成車門總成。如圖 3.2 所示。
(a)整體式車門 (b)分開(kāi)式車門
圖3.2 整體式車門和分開(kāi)式
按有無(wú)車門窗框可分為有框車門和無(wú)框車門，大多數(shù)汽車是有框車門。有框車門易保證車門的剛性和密封性。無(wú)框車門大多用于敞篷車。如圖3.3所示：
(a)有框車門 (b)無(wú)框車門
圖3.3 有框車門和無(wú)框車門
3.4 本章小結(jié)
通過(guò)對(duì)第二章車門總體方案的布置類型和布置要求的分析，本章主要介紹了轎車后車門的組成、類型以及門體的設(shè)計(jì)要求。并針對(duì)門體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，論證了門體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并簡(jiǎn)要敘述了車門內(nèi)板、車門加強(qiáng)橫梁、車門外板、車門加強(qiáng)板等其他構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要求。
第4章 后車門附件的設(shè)計(jì)
4.1 車門玻璃及玻璃升降器
圖4.1 玻璃升降器的類型
4.1.1 車門玻璃
車門玻璃都采用鋼化玻璃，現(xiàn)在轎車上的車門玻璃基本上都是曲面玻璃，其中以單曲面(圓柱面)為多，自由曲面玻璃為少數(shù)。曲面玻璃可以有效的利用車內(nèi)空間，減少車門厚度，并且外形美觀，使車身更趨近于流線型，車室內(nèi)的寬度也有所增大。但是曲面玻璃，尤其是自由曲面玻璃在制造上有一定的難度，并且在升降過(guò)程中容易發(fā)生卡住現(xiàn)象。
車門玻璃的形狀、大小、位置的確定是順利實(shí)現(xiàn)玻璃升降布置的前提基礎(chǔ)，也是車門布置的重要內(nèi)容。玻璃形狀和窗口處造型形狀及窗框結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。確定時(shí)應(yīng)本著盡量逼近外形的原則，并保證玻璃沿導(dǎo)軌順利升降。逼近外形是指車門玻璃的大小、形狀與車身造型所要求的窗口一致，并盡量使玻璃外表面與車身外表面貼近。首先玻璃中心線的曲率和趨勢(shì)應(yīng)逼近外表面線，其次是保證玻璃沿導(dǎo)軌順利升降。
4.1.2 玻璃升降器
車門玻璃的升降分手動(dòng)和電動(dòng)的兩種，這里采用的是手動(dòng)的玻璃升降器。一般原理和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下：
(1)防止玻璃升降器倒轉(zhuǎn)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)：這種機(jī)構(gòu)通常采用彈簧漲圈式原理，它是由制動(dòng)轂、制動(dòng)彈簧、傳動(dòng)軸和聯(lián)動(dòng)盤等元件組成。制動(dòng)彈簧是一個(gè)螺旋彈簧，自由狀態(tài)時(shí)外徑稍大于內(nèi)徑。在給予一定預(yù)緊而徑向變形的情況下裝進(jìn)制動(dòng)轂中，傳動(dòng)軸與手柄連接而聯(lián)動(dòng)盤則通過(guò)鉚死在盤上的小齒輪、扇形齒板和傳動(dòng)臂與比例相連接。當(dāng)搖動(dòng)手柄時(shí)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)過(guò)間隙（空行程）繼而帶動(dòng)彈簧（使彈簧直徑變小）一起旋轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)了留有的間隙（使彈簧離開(kāi)制動(dòng)轂的最小值）以后，又推動(dòng)聯(lián)動(dòng)盤旋轉(zhuǎn)，此時(shí)玻璃升或降。反之當(dāng)外力作用于玻璃時(shí)，聯(lián)動(dòng)盤推動(dòng)彈簧使其擴(kuò)張，于是彈簧與制動(dòng)轂內(nèi)壁之間的壓緊力增大，并產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦力矩，組織聯(lián)動(dòng)盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而玻璃不會(huì)下降。
1-制動(dòng)鼓；2-制動(dòng)彈簧；3-聯(lián)動(dòng)盤；4-傳動(dòng)軸
圖4.2 制動(dòng)機(jī)構(gòu)
(2)平衡機(jī)構(gòu)：平衡機(jī)構(gòu)的主要原件是一個(gè)扁平的螺旋扭簧，扭簧的外端固定在底板上，是不動(dòng)端。內(nèi)端固定在扁形齒板的軸心上。隨齒板轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)搖動(dòng)手柄，主動(dòng)小齒輪帶動(dòng)齒板而使玻璃下降時(shí)，彈簧被旋緊，玻璃下降的勢(shì)能部分轉(zhuǎn)化為扭簧的變性能而儲(chǔ)存起來(lái)時(shí)，彈簧放出能量，其平衡玻璃部分重量的作用，使舉升玻璃輕便。良好的平衡特征取決于扭簧的 Mφ-Φ 的特征曲線(φ—扭簧軸心轉(zhuǎn)角)和玻璃所受重力對(duì)傳動(dòng)臂固定端的作用力矩特征曲線之間的關(guān)系，如圖4.3所示：
1-玻璃重力矩特性；2-彈簧特性
圖4.3 玻璃升降器平衡特性
(3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括小齒輪、扇形齒板和傳動(dòng)臂。齒數(shù)和傳動(dòng)臂的長(zhǎng)度等參數(shù)決定了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。因?yàn)橛绊憮u動(dòng)手柄的圈數(shù)與玻璃升程之間的關(guān)系。以及操作手柄所需要的力矩大小。顯然，傳動(dòng)比越大則搖動(dòng)越省力。但加大傳動(dòng)比則使玻璃升降速度下降。一般取傳動(dòng)比在12～28范圍內(nèi)。搖動(dòng)臂的剛度應(yīng)以在臂的端部經(jīng)受500N的載荷為宜。
4.1.3 玻璃升降器的手搖柄
一般手搖柄式由鋅材料制成。目前玻璃升降趨向于較大的傳動(dòng)比，因此一般來(lái)說(shuō)手柄的圈數(shù)n在3～4.5圈為宜。我國(guó)JB2882-81要求搖動(dòng)升降器的最大力矩不得大于2。各臂開(kāi)始運(yùn)動(dòng)前，手柄的自由轉(zhuǎn)動(dòng)空行程應(yīng)恰當(dāng)，一般不應(yīng)大于60°。
4.1.4 導(dǎo)軌的選擇
導(dǎo)軌在玻璃升降器中也是比較重要的零件，其制造質(zhì)量和精度都將影響玻璃上升的平穩(wěn)性。由于現(xiàn)代轎車側(cè)圍采用大曲率弧面造型，這就給升降器的導(dǎo)軌的制造帶來(lái)一定難度。因此在選擇導(dǎo)軌的材料的時(shí)候，要考慮比較容易成型的材料；又因?qū)к壱惺懿ＡУ馁|(zhì)量以及玻璃運(yùn)行的阻力，因此又要求導(dǎo)軌要有足夠的強(qiáng)度和剛度。此外，因玻璃升降器安裝在車門內(nèi)，容易受潮氣、水以及灰塵的侵蝕，因此要求導(dǎo)軌具有耐腐蝕的性能。綜上原因，一般車門玻璃升降器導(dǎo)軌選擇了08AL鍍鋅鋼板，并采用滾壓成型制造工藝，成功的解決了導(dǎo)軌成型和剛度問(wèn)題，同時(shí)又保證了導(dǎo)軌表面光潔無(wú)劃傷的現(xiàn)象。
圖4.4 玻璃升降器導(dǎo)軌
4.1.5 玻璃升降器的布置以及運(yùn)動(dòng)分析
確定了窗框的結(jié)構(gòu)、玻璃的形狀、大小、位置及玻璃的行程后，便可以進(jìn)行玻璃升降器的布置了。玻璃升降器的布置應(yīng)滿足玻璃上下行程的要求，并使受力點(diǎn)盡量靠近玻璃重心位置，以便升降平穩(wěn)。升降玻璃的要求是玻璃前后兩邊導(dǎo)軌平行且具有足夠的導(dǎo)向段，并要求導(dǎo)軌的曲率保持不變。
4.1.5.1 側(cè)向布置(即沿車身的側(cè)面看過(guò)去)
主動(dòng)臂擺動(dòng)中心的位置一般應(yīng)設(shè)在靠近玻璃升程的一半處，這樣可以保證滾輪的水平移動(dòng)量最小，如圖4.5 所示。由圖可看出 X1X2，表示相同的主動(dòng)臂長(zhǎng)，當(dāng)擺動(dòng)中心布置在中心位置時(shí)，即在升程的一半處，水平移動(dòng)量最小。當(dāng)主動(dòng)臂在水平位置時(shí)，應(yīng)使玻璃升降器的支撐中心與玻璃質(zhì)心相近。以求升降平穩(wěn)，升降器底板在門內(nèi)板平面上的固定位置和角度，決定于按人體工程學(xué)校核區(qū)域手柄位置和主動(dòng)臂的擺動(dòng)中心。主動(dòng)臂的長(zhǎng)度一般由玻璃升程和玻璃大小決定。如圖4.6所示：
玻璃的限位在上止點(diǎn)時(shí)靠的是窗框的最上端，而在下止點(diǎn)靠的是玻璃限位塊。它一般焊在蓋板上。當(dāng)蓋板拆下來(lái)后，玻璃還可以沿導(dǎo)軌下滑，直到滾子從導(dǎo)軌中脫開(kāi)為止，以便拆裝和更換玻璃。
1-滑槽下止點(diǎn) ；2-滑槽上止點(diǎn)；3-中間位置
圖4.5 擺動(dòng)中心位置對(duì)滾輪水平移動(dòng)量的影響
圖4.6 主動(dòng)臂長(zhǎng)短對(duì)滾輪水平移動(dòng)量的影響
4.1.5.2 玻璃升降器的運(yùn)動(dòng)分析
交叉臂式玻璃升降器是由兩端臂部滾輪的兩個(gè)支承點(diǎn)支承，如圖所示，在玻璃上下移動(dòng)過(guò)程中，支承中心始終接近或重合于玻璃質(zhì)心，載荷變動(dòng)小。因此運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，升程較大，升降速度快。該結(jié)構(gòu)適用于尺寸大而形狀不規(guī)則的車門玻璃。在交叉的雙臂中，一根是可動(dòng)的升降臂，另一根是與之相對(duì)應(yīng)的平衡臂。兩個(gè)交叉臂以回轉(zhuǎn)中心為支點(diǎn)，像鉗子一樣動(dòng)作。平衡臂的端部在玻璃托槽中移動(dòng)。使玻璃托槽產(chǎn)生平行的升降運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)玻璃升降。這種交叉雙臂式玻璃升降器的動(dòng)力傳遞路線為：手搖柄-小齒輪-扇形齒輪-升降器（主動(dòng)臂或從動(dòng)臂）-玻璃托槽-玻璃升降運(yùn)動(dòng)。
圖4.7 玻璃升降器運(yùn)動(dòng)圖分析
玻璃升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)臂以為圓心，當(dāng)搖動(dòng)手柄時(shí)小齒輪與扇形齒輪相嚙合。扇形齒向上嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)，主傳動(dòng)臂沿著圓弧向下運(yùn)動(dòng)也就是說(shuō)玻璃托臺(tái)托著玻璃也向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)扇形齒由第一個(gè)齒運(yùn)動(dòng)到最后一個(gè)齒時(shí)玻璃也下降到玻璃窗框的下止點(diǎn)，于是，窗框的上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的距離等于玻璃托架下降的高度497。主傳動(dòng)臂=330。取。為傳動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向。也就是點(diǎn)的起始瞬時(shí)速度方向。于是，，根據(jù)直角三角形的角度關(guān)系，。
同理，。。于是得出主傳動(dòng)臂的圓周運(yùn)動(dòng)軌跡的切向角度范圍為41.4°~138.6°。
扇形齒共有30個(gè)齒，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒時(shí)玻璃上升或下降的距離應(yīng)等于主傳動(dòng)臂繞圓周上所走過(guò)的距離，而扇形齒轉(zhuǎn)過(guò)的角度也應(yīng)等于主傳動(dòng)臂所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。這時(shí)我們假設(shè)扇形齒轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒的角度為，那么主傳動(dòng)臂在圓周上運(yùn)動(dòng)軌跡的瞬時(shí)角度：
4.2 車門鎖機(jī)構(gòu)
門鎖是汽車車身上使用最頻繁的部件之一，是重要的專用保安部件，具有功能性和裝飾性的雙重作用。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)門鎖的安全性、輕便性、車門關(guān)閉和開(kāi)啟無(wú)聲、美觀等方面不斷提出新的更高的要求，促使大量新型門鎖產(chǎn)生。
車門鎖的基本作用有兩點(diǎn)：其一是栓緊作用。即正常關(guān)閉車門后，除非轉(zhuǎn)動(dòng)或拉車門手柄，以及按鈕等正常操作，否則用其它外力不能打開(kāi)車門，因而在汽車行駛時(shí)不會(huì)因振動(dòng)和沖擊使車門打開(kāi)。其二是防止外人侵入的鎖緊作用。
4.2.1 對(duì)車門鎖的技術(shù)要求
（1）工作可靠，門鎖必須可靠地將車門鎖緊，在汽車行駛時(shí)車門不允許自動(dòng)打開(kāi)；
（2）車門開(kāi)啟與關(guān)閉應(yīng)輕便、靈活；
（3）磨損小，以保證足夠的使用壽命；
（4）易于制造，成本低；
（5）操縱內(nèi)、外手柄時(shí)車門能輕便地打開(kāi)；
（6）設(shè)有鎖止機(jī)構(gòu)。當(dāng)鎖止時(shí)，如按下鎖鈕或外手柄處于鎖止?fàn)顟B(tài)時(shí)，搬動(dòng)車門內(nèi)、外手柄，不能打開(kāi)車門。在車外只有使用鑰匙才能打開(kāi)車門，在車內(nèi)只有先拉起鎖止按鈕才能打開(kāi)車門；
（7）當(dāng)車門開(kāi)著，鎖止按鈕按下時(shí)，此時(shí)關(guān)閉車門撞動(dòng)鎖爪，即可通過(guò)聯(lián)動(dòng)桿來(lái)解除鎖止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)可以防止由于鑰匙遺忘在車內(nèi)而打不開(kāi)車門；
（8）當(dāng)車門處于全鎖緊狀態(tài)時(shí)，車門鎖能經(jīng)受一定的縱向載荷、橫向載荷和沖擊慣性力的作用，從而不因汽車碰撞、翻車、顛簸而使門鎖失靈。
4.2.2 車門鎖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及門鎖的操縱機(jī)構(gòu)
棘輪式門鎖的特點(diǎn)是鎖內(nèi)有一套制楔機(jī)構(gòu)，它由鎖鉤(棘爪)、棘輪組成。按門腔外部的鎖拴與門柱上的擋塊形式不同，又可分為轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。而現(xiàn)在的轎車一般在較好的路面上行駛，并且制造條件也較好，故可選用操縱輕便的轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。
（1）鎖體：如圖為轎車車門鎖體的示意圖和鎖體機(jī)構(gòu)。通過(guò)止動(dòng)彈簧的作用力使得止動(dòng)塊將鎖舌卡住，只允許鎖舌由于鎖鉤在關(guān)門時(shí)的撞動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，完成關(guān)門的動(dòng)作。打開(kāi)車門時(shí)，必須通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)解除止動(dòng)塊對(duì)鎖舌的止動(dòng)作用。由于壓緊彈簧的作用力只要能保證止動(dòng)塊在顛簸的道路上行駛時(shí)不會(huì)與鎖舌脫開(kāi)，就能保證鎖止可靠。因此這種門鎖操縱輕便。
圖4.8 鎖體結(jié)構(gòu)
（2）連動(dòng)桿及內(nèi)、外開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)：門鎖聯(lián)動(dòng)桿件一般通過(guò)固定扣安裝在車門內(nèi)板上，往往車門內(nèi)板上在通過(guò)連動(dòng)桿件的部位沖出凹槽，既加強(qiáng)了內(nèi)板的剛度，又使門厚得到控制。內(nèi)、外開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)通過(guò)直接操縱內(nèi)、外手柄帶東連動(dòng)桿件使鎖體工作。從安全性要求出發(fā)，內(nèi)手柄多為手摳式，并在布置上埋入車門內(nèi)飾表面內(nèi)。而車門外手柄設(shè)計(jì)上應(yīng)多考慮空氣阻力和造型風(fēng)格。如圖所示為某一轎車后車門的門鎖操縱機(jī)構(gòu)示意圖。
1-車門內(nèi)手柄；2-車門內(nèi)控制按鈕；3-車門外手柄；4-鎖體機(jī)構(gòu)
圖4.9 轉(zhuǎn)子式門鎖的操縱機(jī)構(gòu)示意圖
4.2.3 車門鎖布置
4.2.3.1 車門外手柄位置的確定
外手柄的位置主要考慮駕駛員打開(kāi)車門的方便性。圖4.10及表4.1 為一般轎車的門鎖外手柄的確定方法，H 為外手柄的高度。從表中所列的數(shù)據(jù)看，H 的選擇是從人體工程學(xué)的角度出發(fā)，考慮駕駛員(或乘員)站在地面上(或踏腳板上)開(kāi)門的方便性。另一方面，它也受汽車造型的影響，希望與側(cè)面的棱線相適應(yīng)。
圖4.10 轎車外手柄的確定
表4.1 車重與外手柄的關(guān)系
全車額定總質(zhì)量(kg)
車門外手柄高度(M)
≤6000
≤1.40
≥6000-15000
≤1.60
≥15000
≤1.75
4.2.3.2 內(nèi)手柄位置的確定
內(nèi)手柄的安裝位置，一般是在駕駛員(或乘員)的前方稍遠(yuǎn)一些地方，以避免無(wú)意中碰到手柄，致使誤開(kāi)車門，從而可保證安全。內(nèi)手柄一般是通過(guò)聯(lián)動(dòng)桿來(lái)打開(kāi)門鎖的。
4.2.3.3 門鎖體位置的確定
門鎖一般安裝在車門內(nèi)板的后端部，其高度位置應(yīng)與車門質(zhì)心位置在同一水平線上，但受外手柄位置的制約，門鎖與玻璃升降器的相對(duì)位置主要有以下四種:
（1）內(nèi)側(cè)布置型有利于聯(lián)動(dòng)桿的布置；
1-玻璃導(dǎo)軌；2-門鎖
圖4.11 內(nèi)側(cè)布置型
（2）外側(cè)布置型有利于外手柄和鎖機(jī)構(gòu)的布置；
1-玻璃導(dǎo)軌； 2-門鎖
圖4.12 外側(cè)布置型
（3）對(duì)于中間布置型，因?yàn)殒i本體有一定的厚度，布置空間比較緊張，所以多數(shù)情況使導(dǎo)軌向后傾斜一個(gè)角度，這樣密封條從門鎖外面通過(guò)，有利于防止灰塵進(jìn)入門框和引起風(fēng)哨聲；
1-玻璃導(dǎo)軌；2-門鎖
圖4.13 中間布置型
（4）對(duì)于脫離型布置，門鎖脫離了玻璃導(dǎo)軌，使鎖本體與內(nèi)外手柄的機(jī)構(gòu)連接比較方便，但對(duì)門玻璃中心的運(yùn)動(dòng)軌跡有一定的影響。
1-玻璃導(dǎo)軌；2-門鎖
圖4.14 脫離布置型
門鎖的位置對(duì)密封條的布置有直接的影響，門鎖外側(cè)布置時(shí)，密封條若靠近車門外板布置，則空間緊張；內(nèi)側(cè)布置剛好相反，而中間布置型有利于兩道密封的設(shè)置，從而提高了密封性。門鎖聯(lián)動(dòng)桿的位置一般是在玻璃升降器、門鎖體及內(nèi)手柄位置確定后才確定的。
4.2.4 門鎖的運(yùn)動(dòng)校核內(nèi)容
檢查及校核的主要內(nèi)容有：
（1）當(dāng)玻璃升降時(shí)，是否會(huì)與鎖芯相干涉；
（2）當(dāng)手柄運(yùn)動(dòng)時(shí)，外手柄的機(jī)頭、與外手柄聯(lián)接的聯(lián)動(dòng)桿是否與玻璃導(dǎo)軌相干涉；
（3）內(nèi)手柄與鎖體之間的聯(lián)動(dòng)桿是否與玻璃升降器臂桿、玻璃產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；
（4）內(nèi)鎖止聯(lián)動(dòng)桿與玻璃導(dǎo)軌是否有干涉；
4.3 車門鉸鏈及鉸鏈布置
4.3.1 車門鉸鏈分類
車門鉸鏈主要包括固定部分(即鉸鏈座，固定在門框上)、活動(dòng)部分(安裝在車門上)和軸。車門鉸鏈一般可以分為明鉸鏈和暗鉸鏈。
（1）明鉸鏈：明鉸鏈的旋轉(zhuǎn)軸心在車身外表面的外面,其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；體積小、重量輕；調(diào)整車門和鉸鏈拆裝容易。缺點(diǎn)是鉸鏈暴露在外，增大了風(fēng)阻系數(shù)；影響車的美觀，易刮碰。
（2）暗鉸鏈：暗鉸鏈的旋轉(zhuǎn)軸心在車身外表面的里面。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，連接可靠，車門不易下沉；鉸鏈不外露，不破壞車身側(cè)面造型。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、重量重、安裝調(diào)整不方便。轎車的車門鉸鏈出于美觀和空氣動(dòng)力學(xué)的要求，都采用暗鉸鏈。暗鉸鏈又有臂式和合頁(yè)式之分。臂式鉸鏈的鉸鏈軸安裝在門柱上，要求門柱粗大，優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)門時(shí)車門外移，發(fā)生干涉的可能性小。合頁(yè)式鉸鏈的鉸鏈軸安裝在門柱之外，與臂式鉸鏈相比，具有質(zhì)量輕、剛度好、結(jié)構(gòu)緊湊、裝配關(guān)系簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在廣泛采用。
4.3.2 車門鉸鏈的受力分析
車門鉸鏈?zhǔn)擒囬T總成中的受力構(gòu)件，當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，車門上的力由鉸鏈、門鎖和限位器來(lái)承受；在車門開(kāi)啟后，車門上的力全由鉸鏈來(lái)承受。而鉸鏈軸線的布置會(huì)影響車門的開(kāi)度、門柱的尺寸以及車門開(kāi)口線的位置和形狀。因此，鉸鏈的布置及校核是車門附件布置校核中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。假設(shè)在車門打開(kāi)時(shí)，作用在車門外手柄上的力為 F1。由于 F1和車門重力 G的作用，鉸鏈處受力為 F2和 F3，如圖4.15 所示。則：
（4.1）
（4.2）
由公式(4.1)和(4.2)可知，一般 F3的作用力比較小，可以不考慮 F3的作用。
4.3.3 車門鉸鏈的布置
鉸鏈軸線的布置會(huì)影響車門的開(kāi)度、門柱的尺寸以及車門開(kāi)縫線的位置和形狀。為了避免在打開(kāi)車門時(shí)車門與車身的其它部分干涉，鉸鏈軸線應(yīng)盡可能外移(靠近車身表面)。但車身外形曲線一旦確定，鉸鏈軸線的外移將會(huì)受到加大上下鉸鏈間距要求的限制。因?yàn)橛?F2的表達(dá)式可以看出間距越大，鉸鏈處受力越小，可減少車門由于應(yīng)力變形而發(fā)生下沉。一般轎車上鉸鏈的上端到下鉸鏈的下端的間距最好不少于 400MM。
圖4.15 車門在開(kāi)啟狀態(tài)下的鉸鏈?zhǔn)芰?
車門上下鉸鏈必須布置在同一直線上。由于車身外形的原因，鉸鏈軸線的內(nèi)傾有利于布置，并使車門有自動(dòng)關(guān)閉的趨勢(shì)，以克服停在橫坡上，或由于其它原因使車門有自動(dòng)打開(kāi)的趨勢(shì)。如圖 4.16 所示：
圖4.16 鉸鏈軸線內(nèi)傾布置
從圖上可以看出，鉸鏈軸線有內(nèi)傾角β，在自由開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，車門只受重力G的作用，將G分解，沿軸線方向?yàn)?G1=G×cosβ。垂直軸線方向的力為 G2=G×sinβ。顯然G平行與軸線，不產(chǎn)生力矩M，其值為 M=G×a=G×sinβ×a。M使車門繞鉸鏈軸線向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使得車門在自由開(kāi)啟狀態(tài)下有自動(dòng)關(guān)閉的趨勢(shì)。
4.3.4 鉸鏈的裝配結(jié)構(gòu)
為了保證車門與門框的相對(duì)裝配位置，必須在裝配鉸鏈時(shí)能對(duì)車門的位置進(jìn)行調(diào)整。一般將門柱或門側(cè)板上通過(guò)螺釘?shù)目讖郊哟蠡蚣庸こ砷L(zhǎng)孔。其次為了提高鉸鏈的連接剛度，應(yīng)使螺釘?shù)倪B接孔分布面積較大，并且鉸鏈的裝配面要平整。對(duì)于四門轎車，車身中柱上要安裝前門門鎖的鎖鉤和擋塊，以及后門的鉸鏈，兩者的布置位置應(yīng)不相重合，否則中柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷面尺寸增大。具體安裝要求如下：
（1）鉸鏈的傾斜角度以不大于 3°為好，其傾斜方向與車門開(kāi)口線的傾斜方向一致；
（2）鉸鏈的內(nèi)傾角度在 0°～3°之間，保證車門有一定的回正力矩；
（3）鉸鏈中心距離一般不小于 400，且在保證車門開(kāi)啟過(guò)程不干涉的情況下盡量加大此距離；
（4）鉸鏈中心線應(yīng)盡量靠近開(kāi)口線以減小開(kāi)口線的回轉(zhuǎn)半徑，其距離以不大于35為好；
（5）鉸鏈到外板的距離一般應(yīng)不大于 30，并根據(jù)具體的車門外板形狀確定，以鉸鏈不干涉為重要前提
4.3.5 車門鉸鏈運(yùn)動(dòng)校核及干涉校核
當(dāng)鉸鏈中心線確定之后，車門的開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)軌跡即可確定，運(yùn)動(dòng)校核檢查車門周邊與門洞是否干涉，特別是車門前端是否與前立柱干涉，并依此確定車門的開(kāi)度。如果鉸鏈軸線向門柱方向前移，則開(kāi)門時(shí)，即使車門外板有較小的誤差也可能碰到前翼子板的后端(對(duì)順開(kāi)門而言)。如果鉸鏈軸線向車內(nèi)移，則該門柱就要變細(xì)，而且開(kāi)門時(shí)車門的前端仍有可能干涉。
鉸鏈在運(yùn)動(dòng)校核完成之后應(yīng)進(jìn)行干涉校核，其具體校核內(nèi)容包括如下：首先要檢查鉸鏈與門外板的最小間隙是否滿足安裝距離 5的要求；然后進(jìn)行鉸鏈的自干涉校核，及檢查鉸鏈自身在車門達(dá)到最大開(kāi)啟角度過(guò)程中鉸鏈與門外板是否發(fā)生干涉現(xiàn)象。接著檢查后門與前門，后門與中柱是否干涉。最后在考慮安裝誤差的基礎(chǔ)上再進(jìn)行校核，即 x 方向減小1.5，y 方向增加 1.5。
4.3.6 鉸鏈的強(qiáng)度和耐久試驗(yàn)
鉸鏈?zhǔn)擒囬T上的主要受力件，與汽車安全性密切相關(guān)，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)校核其強(qiáng)度和耐久性。 根據(jù)圖4.15，因?yàn)楹享?yè)高度遠(yuǎn)大于合頁(yè)厚度，故不考慮作用。而作用在鉸鏈固定合頁(yè)上，使其產(chǎn)生彎曲應(yīng)力：
（4.3）
其中， m——車門的總重量,60kg；
C——車門中心到鉸鏈軸的垂直距離，484；
——作用在車門外手柄上的垂直載荷，20N；
D——作用線到鉸鏈軸的垂直距離，740；
L——鉸鏈軸到門柱的垂直距離，40；
B——兩鉸鏈中心距離，300；
H——合頁(yè)l的高度，80；
T——為合頁(yè)l的寬度，3.5；
（4.4）
由[19]中表11.2選取合頁(yè)l的材料為20。其屈服強(qiáng)度，因?yàn)椋糟q鏈的強(qiáng)度符合要求。
4.4 車門開(kāi)度限位器
如圖4.17為車門開(kāi)度限位器和限位器的工作原理示意圖。當(dāng)車門開(kāi)到最大位置時(shí)，固定在車門上的檔塊正好與限位桿端頭的橡膠緩沖塊相碰而使車門限制在最大開(kāi)度位置上。同時(shí)，由于彈簧作用，滾輪壓住限位桿，而限位桿上的凸臺(tái)起著固定車門開(kāi)啟位置的作用。由于彈簧的作用力使車門開(kāi)啟變得輕便，并且車門在開(kāi)啟到一定位置時(shí)，能依靠本身的力來(lái)驅(qū)動(dòng)車門自動(dòng)打開(kāi)。同時(shí)為保持車門開(kāi)閉的正常操縱感覺(jué)，車門維持在最大開(kāi)度位置的力以20N～30N為宜。此外，考慮到汽車停放在坡路說(shuō)那高峰的作用和用力開(kāi)門時(shí)的反作用力等因素的影響，保持車門開(kāi)啟在最大位置時(shí)彈簧具有一定的作用力是必要的。
圖4.17 車門開(kāi)度限位器
4.5 車門的密封
一般對(duì)密封條材料的要求：
（1）彈性好，永久變形??；
（2）良好的耐候性和耐老化性能，低溫下不發(fā)硬；
（3）具有一定強(qiáng)度和表面護(hù)膜的耐磨性；
（4）吸水性低；
（5）便于成型（擠壓成型或模具成型）和裝配；
現(xiàn)在廣泛采用的密封條是空心壓縮型密封條。是由起密封作用的海綿橡膠部分和起夾緊于門框作用的夾持部分所組成，其尺寸隨車型的不同而不同；非線性的彈性特性使關(guān)門時(shí)消耗能量小，密封效果也好。為降低壓縮密封條的載荷，可在密封條上加工排氣孔，孔徑一般為3～4，孔距約為200。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到沿整個(gè)車門四周密封條的接觸面是有所變化的。在關(guān)門的時(shí)候密封條變形的方向也是有所不同的。對(duì)于模具成型的整體式密封條，可以把截面形狀設(shè)計(jì)成變化的，尤其是在鉸鏈的附近和窗框部分的密封條，接觸面與其他部分明顯不同。設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能使車門四周與門框之間間隙均勻。密封條與門框接觸面及貼合方向一致，以便獲得均勻的壓力，并防止密封條因受力方向變化而扭曲、撕脫。當(dāng)車門玻璃升起時(shí)，門窗應(yīng)有良好的密封，門窗玻璃的密封是靠玻璃導(dǎo)槽和橫向密封條。車門玻璃導(dǎo)槽采用在擠壓成型的橡膠上用粘結(jié)劑貼上一層植有絨毛的底布或采用直接在擠壓成型的橡膠上靜電植絨。后者可選擇比較復(fù)雜的截面形狀，靠導(dǎo)槽上的兩舌片的彎曲彈性壓在玻璃上起密封作用，所以適應(yīng)性好且滑動(dòng)阻力?。贿@種密封條還可以采取連續(xù)加工的方法，生產(chǎn)率高。導(dǎo)槽的橡膠材料同樣應(yīng)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Hs=60°，拉伸強(qiáng)度大于0.8MN/㎡。靜電植絨的毛長(zhǎng)為0.8～1.0比較合適。為了便于更換，橫向密封條和玻璃導(dǎo)槽一般應(yīng)設(shè)計(jì)成可拆分式結(jié)構(gòu)。
4.6 車門布置及運(yùn)動(dòng)校核
當(dāng)汽車外形和車門附件設(shè)計(jì)完成后，即應(yīng)著手細(xì)致地布置工作，因?yàn)橥捎诓贾蒙系膯?wèn)題而需要重新考慮結(jié)構(gòu)方案和外形。
圖4.18為升降機(jī)構(gòu)的平面布置圖。主動(dòng)臂擺動(dòng)中心8的垂直位置設(shè)在靠近玻璃升程一半處，可使?jié)L輪的水平移動(dòng)量最小。主動(dòng)臂在水平位置時(shí)應(yīng)使玻璃的支承中心與玻璃質(zhì)心相近，以求升降平穩(wěn)。升降器底板在門內(nèi)板平面上固定位置和角度，在決定于主動(dòng)臂擺動(dòng)中心和手柄位置。主動(dòng)臂的長(zhǎng)度根據(jù)玻璃升程和玻璃大小決定。
1-門鎖內(nèi)手柄；2-玻璃后導(dǎo)槽；3-門鎖；4-主動(dòng)臂擺動(dòng)中心；5-玻璃限位塊；6-連動(dòng)桿；7-滑槽上止點(diǎn)位置 ；8-滑槽下止點(diǎn)位置
圖4.18 車門升降機(jī)構(gòu)平面布置圖
門鎖大多布置在玻璃升降機(jī)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，如圖4.19所示的內(nèi)側(cè)布置型。這有利于連動(dòng)桿的布置；為了安裝門鎖，玻璃的導(dǎo)軌需向后傾斜一個(gè)角度；此時(shí)密封條從門鎖外面通過(guò)，有利于防止灰塵進(jìn)入門框和引起風(fēng)哨聲。
圖4.19 玻璃導(dǎo)軌和門鎖的布置形式
車門密封條的截面形狀和尺寸選定后，要細(xì)致的壁紙密封條的走向，要確定密封條的受壓方向、壓縮量和門與門框的間隙大小，以保證密封效果和正常的開(kāi)關(guān)車門的操縱力，并最后確定密封條的固定方式以及車門內(nèi)板與門柱的截面形狀。
4.7 本章小結(jié)
本章主要介紹了與車門布置和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。首先介紹了車門設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作，接著介紹了車門主要附件的分類及性能要求，其中包括玻璃升降器的分類和布置，車門鉸鏈及限位器的受力分析、布置和運(yùn)動(dòng)校核，車門鎖的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求等?；旧贤瓿闪宿I車車門設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
結(jié) 論
車門作為車身上一個(gè)的獨(dú)立總成，它的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)于汽車的質(zhì)量起著重要的作用。現(xiàn)在車身設(shè)計(jì)也越來(lái)越多的受到設(shè)計(jì)者們的關(guān)注。
本文著重介紹了車門設(shè)計(jì)方案的確定以及附件設(shè)計(jì)中的門體、玻璃升降器、門鎖、鉸鏈、車門開(kāi)度限位器等。這些附件的結(jié)構(gòu)和功能都是比較基本的也是比較重要的，但由于受條件的限制本文所設(shè)計(jì)和討論的后車門附件等都還存在著許多的不足。這里只能是簡(jiǎn)單的介紹一些。在未來(lái)的車身發(fā)展設(shè)計(jì)中會(huì)有更多的新的東西摻加進(jìn)去。例如車門的材料、更加高效防盜的門鎖等等使車門的功能和性能都會(huì)得到更大的提高。質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)合理緊湊、功能強(qiáng)大、外觀典雅的車門才是未來(lái)車身設(shè)計(jì)中車門的發(fā)展方向。
我國(guó)的汽車工業(yè)相對(duì)于世界上其他先進(jìn)國(guó)家還相當(dāng)落后，雖然從國(guó)外引進(jìn)了許多新產(chǎn)品、新技術(shù)，但是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的消化掌握還有一段距離。應(yīng)該充分了解車身設(shè)計(jì)的重要性和車門設(shè)計(jì)技術(shù)的復(fù)雜性，細(xì)心觀察研究。這也是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所要掌握的重點(diǎn)所在。并在設(shè)計(jì)過(guò)程中提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。
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致 謝
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