楊淑妮 黃禹杰 黃雄連
摘 要:針對設(shè)計(jì)階段某輥壓窗框車型后側(cè)門鎖側(cè)窗框剛度差,文章通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),合理布置焊點(diǎn)位置及數(shù)量,應(yīng)用CAE軟件進(jìn)行剛度分析,對比各種優(yōu)化方案,尋求輕量化和性能指標(biāo)的平衡。文章總結(jié)了輥壓窗框車型后側(cè)門鎖側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),為新車型開發(fā)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞:輥壓窗框 后側(cè)門 窗框剛度
1 背景
當(dāng)下我國社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,人民生活水平不斷提升,廣大群眾對汽車的需求量大幅度提升,幾乎達(dá)到了戶戶有車,出行必有車的狀態(tài)。與此同時(shí),人們對汽車的舒適性、安全性、外觀也提出了更高的要求。
車門作為一個(gè)綜合性的轉(zhuǎn)動部件,車門和駕駛室一起形成乘員的生存空間,當(dāng)車門閉合時(shí),應(yīng)具有良好的振動特性,足夠的強(qiáng)度和剛度,耐沖擊性能和抗碰撞性能。窗框剛度作為衡量車門品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo),如剛度不足,會導(dǎo)致變形,影響外觀間隙和段差,而變形過大,則會影響密封條的密封性,造成噪聲和高速振動的問題,極大降低了NVH舒適性,直接影響顧客的購買欲望。窗框性能的優(yōu)劣不僅影響車門系統(tǒng)功能的完整性,也將會直接影響著用戶在使用汽車過程中的生命安全及財(cái)產(chǎn)安全。
2 窗框剛度差問題描述及原因分析
2.1 車門窗框剛度
車門剛度是指車門在一定載荷作用下抵抗變形的能力,用于對車門窗框施加載荷后產(chǎn)生的變形之間的關(guān)系來表示剛度。
2.2 窗框剛度分析模型
(1)白車門和鉸鏈,門關(guān)閉狀態(tài)。
(2)鉸鏈與車身安裝點(diǎn)處SPC=123456,并放開主副鉸鏈連接軸線自由度;門鎖邊三處約束SPC=123456,每處約束區(qū)域?yàn)殚L75mm,寬25mm,上下約束距離C-line(內(nèi)板帶線處斜面與平面的交線)和T-line(門最下面的線)各35mm,中間約束在C-line和T-line距離的1/2處,見下圖1。
(3)旋轉(zhuǎn)門鉸鏈側(cè)內(nèi)板窗框25mm×25mm區(qū)域施加Y向的均布力;旋轉(zhuǎn)門鎖側(cè)內(nèi)板窗框25mm×25mm區(qū)域施加Y向的均布力。后門中間窗框剛度的加載位置的確定如下:首先做一條窗框前上部與窗框后部距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)之間如圖所示的一條紅色參考線;再在窗框上選取與參考線垂直且距離參考線最遠(yuǎn)的點(diǎn),即為加載點(diǎn),詳見下圖2。
2.3 原因分析
因造型原因,現(xiàn)有某車型窗框高度較其他輥壓窗框車型高,如下表1。鎖側(cè)結(jié)構(gòu)如下圖3,鎖側(cè)窗框剛度5.75mm,目標(biāo)≤5mm,如下表2,分析結(jié)果遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文就輥壓窗框車型后側(cè)門鎖側(cè)窗框剛度提升,從鎖側(cè)零件結(jié)構(gòu)搭接,焊點(diǎn)位置數(shù)量調(diào)整、零件厚度增加等方面進(jìn)行深入研究分析得出CAE分析結(jié)果,并提出切實(shí)可行且經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化方案。
3 后側(cè)門鎖側(cè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案
根據(jù)原因分析,結(jié)合CAE分析模型,制定以下優(yōu)化方案:
方案1:窗框C柱加長40mm,增加1個(gè)三層焊點(diǎn);
方案2:窗臺加強(qiáng)板、輥壓窗框、內(nèi)板通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化,將其用焊點(diǎn)連接在一起;
方案3:增加輥壓窗框C柱、側(cè)門外板與側(cè)門內(nèi)板的焊點(diǎn)連接;
方案4:內(nèi)板窗臺加強(qiáng)板厚度由0.8mm更改為1.0mm;
方案5:三角飾板加強(qiáng)板厚度由1.0mm更改為1.2mm;
方案6:內(nèi)板窗臺加強(qiáng)板厚度由0.8mm更改為1.0mm,三角飾板加強(qiáng)板厚度由1.0mm更改為1.2mm;
方案7:三角板加強(qiáng)板與內(nèi)板窗臺加強(qiáng)板使用點(diǎn)焊連接;
方案8:三角板加強(qiáng)板側(cè)門與內(nèi)板搭接,增加3個(gè)側(cè)面焊點(diǎn);
方案9:在窗框C柱根部增加一道結(jié)構(gòu)膠。
各方案示意圖見表3。
4 各優(yōu)化方案測試結(jié)果
對上述9個(gè)方案分別進(jìn)行CAE分析,分析結(jié)果見表4。對比9個(gè)方案,除方案7外,其他方案對提升窗框剛度都有利。
方案1:比原方案窗框剛度提升4.8%,需要加長窗框C柱40mm,單側(cè)門重量增加0.026kg增加窗框C柱與內(nèi)板的重疊量,增加1個(gè)焊點(diǎn),使窗框與內(nèi)板連接增加,窗框剛度改善較大;
方案2:比原方案窗框剛度提升10%,重量不變,通過優(yōu)化外板窗臺加強(qiáng)板結(jié)構(gòu),使外板窗臺加強(qiáng)板、內(nèi)板、輥壓窗框連接在一起,有利于作用在窗框上的力分散到外板窗臺加強(qiáng)板上,窗框剛度改善最大;
方案3:比原方案窗框剛度提升5.5%,重量不變,增加一個(gè)焊點(diǎn),使內(nèi)板、輥壓窗框、外板連接增加,更有力分散窗框上傳來的力,窗框剛度改善較大;
方案4:比原方案窗框剛度提升0.3%,單側(cè)門重量增加0.161kg,增加厚度后,內(nèi)板窗臺加強(qiáng)板與內(nèi)板連接不變,該方案只是對非受力加強(qiáng)板的加強(qiáng),未能分散窗框上受到的作用力,窗框剛度改善不明顯;
方案5:比原方案窗框剛度提升0.5%,單側(cè)門重量增加0.052kg,增加厚度后,三角板加強(qiáng)板與內(nèi)板連接不變,該方案只是對非受力加強(qiáng)板的加強(qiáng),未能分散窗框上受到的作用力,窗框剛度改善不明顯;
方案6:比原方案窗框剛度提升0.8%,單側(cè)門重量增加0.269kg,與內(nèi)板連接不變,未能分散窗框上受到的作用力窗框剛度改善不明顯;
方案7:比原方案窗框剛度降低0.1%,單側(cè)門重量減少0.022kg,內(nèi)板窗臺加強(qiáng)板與三角板加強(qiáng)板從電弧焊連接變成點(diǎn)焊連接,與內(nèi)板其他位置的連接沒有改變,對窗框剛度不影響,但三角板增加開孔,導(dǎo)致三角板加強(qiáng)板單件剛度變差,窗框剛度稍微降低;
方案8:比原方案窗框剛度提升2%,單側(cè)門重量增加0.027kg,增加三角板與內(nèi)板的側(cè)面連接,窗框剛度有所改善;
方案9:比原方案窗框剛度提升0.3%,增加涂膠,結(jié)構(gòu)膠能使內(nèi)板和輥壓窗框貼合間隙更小,但并不能增加兩者的連接,窗框剛度改善不明顯。
在保證產(chǎn)品性能的前提上,對零件重量,成本,工藝優(yōu)劣進(jìn)行評估。方案1、方案2、方案3,窗框剛度提升明顯,零件重量增加輕。但方案3處結(jié)構(gòu)緊湊,無法布置該焊點(diǎn)。因此選定方案1和方案2作為最終的可行性方案。
按照方案1和方案2優(yōu)化數(shù)據(jù)后,如下圖4,鎖側(cè)窗框剛度4.82mm,見表5滿足設(shè)計(jì)要求≤5mm。
5 總結(jié)
綜上所述,在設(shè)計(jì)過程中,零件的性能是可以通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊點(diǎn)布置來進(jìn)行改善,通過增加窗框與內(nèi)外板的重疊量,增加輥壓窗框根部與周邊零件的連接,將窗框上部受到力的通過連接結(jié)構(gòu),快速分散到周邊零件,有效提升零件的窗框剛度??梢院芎玫匾?guī)避后期試驗(yàn)出現(xiàn)的問題。本文通過對鎖側(cè)結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)布置的分析,為后續(xù)項(xiàng)目的零件開發(fā)提供參考。
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