载货汽车门密封系统的结构优化设计毕业设计.docx

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载货汽车门密封系统的结构优化设计毕业设计

载货汽车门密封系统的结构优化设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

随着我国经济的快速发展，汽车产业作为国民经济的一个重要的支柱产业在近年内得到了快速的发展。

随着技术水平和制造工艺的上升，消费者对汽车的舒适性能提出了更为严格的要求。

而汽车的密封性能是评价汽车舒适性的一项重要指标，其中门密封系统是汽车车身密封中十分重要的一环，它密封性能的好坏将对乘客舱的舒适性产生很大的影响。

在门密封系统中门密封条对密封性能影响最大。

车门密封条在隔绝车内外空间，防止车外空间的尘土、雨水侵入车厢，同时也在汽车高速行驶时阻断车内外空气流动有很大作用，提高汽车的乘坐舒适性。

门密封条大多由EPDM橡胶材料制成，同时为了保证密封的性能，密封条通常具有复杂的截面形状。

由于密封条材料和结构的复杂性，使得新密封条的开发流程十分的繁琐，需要进行重复多次的实验才能定型生产。

但是近年来计算机技术、非线性材料力学、有限元法和计算机图学得发展，使得在生产前就可以对其进行计算机仿真分析，对于发现其设计缺陷和优化其密封性能十分有利，提高了设计的品质与效率，同时也有利于降低开发成本.国外先进的密封条生产企业很早就开始了这方面的研究了，我国的密封条CAE技术起步较晚，只有少数的企业进行这方面的研究。

为了提升我国密封条企业的竞争能力。

本文主要涉及新密封条产品的开发，主要对象为载货汽车的门密封条，在设计中将使用ABAQUS软件对密封条结构进行分析，改善密封条的压缩负荷和压缩变形。

关键词：

门密封条，设计，仿真分析，有限元，结构优化

Abstract

Withthedevelopmentofeconomyofourcountry,theautomobileindustryinChinaisrapidydevelopinginrecentyears.Withthedevelopmentofengineeringlevelandmanufacturingtechnology,thecustomershavestricterdemandincomfort.Andthesealingperformancesanimportantevaluatingindexofthecomfortofautomobile,especiallythedoor’ssealingisveryimportant.Thedoor’ssealingcandeterminethecomfortofcustomercompartment.Buttheautomotivedoorweatherstriparethemostimportant.

Theautomotivedoorweatherstripinisolatedthecar’sinsideandoutside,preventingthedustandrainwaterfromgettingininsideofthecustomercompartment,besidesitalsocanpreventairflowingduringtheinahighspeed,allabovecanimprovethecomfortofthecustomercompartment.TheautomotivedoorweatherstripusuallyismadebyEPDM,andtokeepthesealingperformances,thestripusuallyhasacomplexcrosssection.Becauseofthematerialandcrosssectionofthestrip,makingtheexploitationprogressverycomplex,itneedstotestagainandagainuntilitsatisfytheperformances.Butcomputertechnique,unlinearmechanicsofmaterials,finiteelementtechniqueandtheCADtechniquefastdevelopment,itmakeswecansimulatethestripbeforethemanufacture,thesehavemanybenefitonexploitation,suchaswecanfindthedesignflawandoptimizethestructureofthestrip,improvetheproductqualityanddeaignefficiency,andreducedevelopmentcosts.Advancedstripmanufacturingenterprisesofthedevelopedcountryconductedthisfliedlongtimeago,theapplyingofCAEtechniqueinChinaisnotlong.Thereareseveralenterprisesusethistechnique.

ToimprovethecompetitivenessofthestripmanufactureindustryinChina.Thispaperintroducetheexploitationofthetruckdoorweatherstrip,inprogressIusetheABAQUSprogramtoanalysethestrip’sstructure,optimizingthecompressionloadandthedeformationofcompression.

Keywords:

doorweatherstrip,design,simulate,finiteelement,Structureoptimize

1.绪论

1.1课题背景

随着我国经济的快速发展，我国的汽车产业也得到了巨大的发展，但是在发展的同时，我国的汽车产业也面临巨大的挑战，随着我国改革开放的程度加深，越来越多的外国汽车企业进入我国。

但汽车产业作为我国国民经济的一项支柱产业，必须要有自己的核心技术，才能在市场中有竞争力。

随着汽车制造工艺的上升，和国民购买力的上升，消费者对汽车提出了更为严格的要求，特别是汽车的舒适性，现今一辆车舒适性的好坏，将对其销量产生很大的影响。

密封性作为舒适性的一项重要评价指标，得到了各个汽车企业的重视。

汽车车门的密封性能的好坏，将影响乘客对乘客车厢舒适度的体验。

车门密封条作为汽车密封的核心部分，对车门关门力、汽车高速静音性能等消费者对汽车质量的感知有很大的影响作用，可以说门密封系统的好坏决定了，车厢的密封性能。

由于门密封条安装部位的特殊性，这就对密封条的材料选择产生了很大限定，当今的门密封条主要才要EPDM橡胶材料。

同时为了保证密封性能，密封条通常有复杂的截面形状，还有门密封条的密封部分大都由海绵橡胶（即经过发泡处理的EPDM橡胶）。

由于密封条材料和结构的特殊性，使得密封条的开发也变得十分的繁复，一个新的密封条要定型生产，必须要开发出样品的模具，得到实际产品，从而用样品进行多次的实验测试，验证其是否满足车门的密封要求（通常有主机厂提出这个要求），如不能满足设计要求就要更改设计，重新开发新的模具并制造样品，重新进行验证，现在看这需要耗费很大的精力，同时抬高了密封条的生产成本。

随着计算机仿真技术的发展，工程师们开始在计算机上模拟各种各样实验测试。

这些使得工程师们在密封条生产前，就可以对密封条进行各项分析。

这让设计者在样品生产前就可以的到其设计的密封条的部分缺陷，像压缩负荷不满足主机厂要求，在密封条转角处出现褶皱等，这让我们可以减去很多后期验证这些性能的实验，这就使得我们不需要在后期对密封条进行大量的测试试验了，减小了实验工作量。

这个非常有效的提高了密封条的设计效率，与设计品质，最重要的是使得密封条的开发成本得到了很好的控制。

这些技术已在国外先进的密封条制造企业得到了大范围的应用。

但在中国国内具有这些技术能力的企业只有少数的几家而已，这将对我国的密封条生产企业产生非常不利的影响，为了提高我国汽车密封条行业的竞争水平，这里我将使用先进的有限元分析软件ABAQUS对密封条的结构进行分析，并提出优化的方案。

本文目的为提出一般的密封条设计方案。

相信我国的密封条行业今后一定能国外企业比肩。

1.2课题研究目的和意义

汽车车门密封条在车身中起密封介质、隔离空间和装饰等作用。

密封条的生产材料、结构和制造工艺直接影响其功能性、可靠性和装饰性，进而影响到汽车的舒适性和安全性。

因此，汽车的密封性非常重要，现在已经成了评价一辆车的重要指标之一。

为了保证密封条设计更为的有效率，更加的节约成本，传统的密封条设计已经不能满足现代汽车制造行业的需要了。

随着计算机科学、非线性材料力学、有限元法的发展，使得在密封条在生产前就对其进行分析成为可能，从而能有效的提高设计效率，同时降低密封条的开发成本。

本文将采用有限元分析的方法对载货汽车门密封条进行结构的优化。

建立其几何模型和材料模型，并给出仿真所需的边界条件。

通过有限元软件分析其的压缩及弯曲变形，根据分析所得结果，提出门密封条的优化方案。

提高设计的质量及降低开发成本。

1.3课题研究内容

研究目标：

运用有限元软件，的密封条的压缩及弯曲进行仿真分析，得到压缩条件下，密封条的变形形状，接触面的压力；和弯曲条件下密封条的变形形状，并根据这些结果，提出密封条的优化方案，对设计进行优化。

研究内容：

（1）运用非线性有限元法，对密封条进行合理的简化，建立分析边界条件，划分网格；

（2）运用Ogden模型分别建立密实橡胶的材料模型和海绵橡胶的材料模型；

（3）对设计的密封条进行结构优化；

（4）分析优化后密封条的评价条件。

2.密封条的介绍

2.1密封条的发展

在最初汽车出现的几十年里，车身密封技术基本没有发展。

据相关文献称，最早的密封条有硬毡制成，它应用于1904年制成的Cadillac汽车的侧窗玻璃密封。

直到上个世纪20年代末才出现运用橡胶材料来制造密封条的技术。

大约在1925年用于汽车车身的海绵橡胶密封条才开始出现，但是人们直到40年度末还在使用一般的密实橡胶，这些密封条具有简单几何形状，由于其材料为天然橡胶，所以采用挤出成形的技术，并在蒸汽硫化罐中硫化，尺寸较小的零件是在模具中压制成形的，活动的玻璃导槽的密封条采用在表面粘上一层织物的方法制造，这这工艺至今仍在部分密封条上使用。

从1950年开始，随着人们对汽车车身气候适应性和驾驶情趣的要求的不断提高，车门密封条才开始使用海绵橡胶来制造。

60年代末，玻璃导槽密封条开始使用植绒的工艺来制造，此种技术在美国首先投入使用，稍后推广到欧洲，60年代得到大范围使用。

大约与此同时，出现了由PVC包覆金属骨架，在粘贴上海绵橡胶的门框密封条。

70年代，密实橡胶与海绵橡胶复合挤出的工艺替代了海绵橡胶粘贴的工艺，同时发动机盖和行李舱盖的密封条也大多采用此技术。

随着近年里我国汽车工业的发展，对密封条的需求也越来越大，作为汽车相关的密封条制造业，多次引进国外技术，和国外企业进行合资等方式，经过20多年的发展，我国的密封条制造业已经具备了一定的基础与规模，能基本上满足国内汽车对密封的需求。

2.2密封产业现状

经过多年的发展，我国目前在汽车密封条结构设计技术方面,国内密封条企业已有长足的进步。

汽车密封条的结构设计技术经过十多年来图加工、测绘设计和来样仿制的初级设计阶段后,近年来数家先进企业己经成功推广应用了饭金件的计算机数据带自主独立设计密封条三维数字模型,做到了与新型汽车的同步设计,同步开发,现己不需要密封条来图来样,真正研制出我国自行开发设计的汽车密封条。

并在国内新车型开发和老车型改造中取得了多次成功。

同时通过汽车密封条计算机三维设计、工艺装备（尤其是接角模具）的三维设计和模具等电加工机床计算机间进行局域联网,大大缩短了汽车密封条的研制开发周期,也显著提高了密封条研制开发的技术水平。

在国外先进的汽车密封条企业中,汽车密封条设计技术已经达到从汽车车身

饭金件设计一密封条设计一模具设计一密封条模拟生产一装车效果一密封条及

模具设计修改一密封条生产,整个循环过程全采用计算机数字模拟研制开发方法,该方法更先进,可降低成本和缩短研制周期。

所以我国密封条设计和开发技术与国际水平相比还有差距。

据悉国内有些企业正准备开始尝试开发此计算机技术。

2.3密封条的材料

密封条由于安装位置遍布车身各个部分，因此对材料有一定的耐候、耐老化性能，较好的机械强度、伸长率和压缩变形及耐寒性。

根据主体部分的使用范围，温度适应性要求很高，从零下40oC到零上80oC都要求有良好的性能。

胶带长时间暴露在空气中而不产生裂纹，所以对材料提出了耐臭氧老化的要求。

密封条装饰件要求在大气臭氧浓度下至少稳定3年以上，一般对臭氧氧化不稳定的橡胶材料不考虑。

密封条产品的原材料，有EPDM、PVC、热塑性弹性体如TPV等。

EPDM材料具有良好的加工性，可以与钢带、钢丝编织带、绒布、植绒、PU涂层、有机硅涂层等复合，保证车辆与外界的防水、防尘、隔音、隔热、减振和装饰作用，一般情况下EPDM密封条使用寿命可达十几年，但成本较高，且报废零件无法循环使用。

PVC密封条具有材料成本低、加工方便等优势，但其缺陷是耐候性差，易出现龟裂和变硬的问题。

随着欧洲法规对于汽车零部件回收要求的不断提高，热塑性弹性体TPV逐渐成为设计密封条所选用的原材料，但是由于工艺、设备、成本等诸多问题，热塑性弹性体密封条目前在国内的应用还较为有限。

由于目前我国的技术水平限制，国内大多数的门密封条采用EPDM橡胶，而且在国内EPDM橡胶材料的供应商数量非常有限，所以大部分密封条原材料大都是从国外进口的，这一现状很大制约了我国密封条制造业的发展。

所以在发达国家淘汰EPDM橡胶之际，国内的密封条原材料企业，也应该跟紧国际先进技术，做到在新技术上面不落后。

为了保证密封条的各项性能，通常会在原料中添加各种添加剂，像抗氧化剂、防老剂、特种配合剂、软化剂等，但添加剂的量应该进行控制，以不影响胶料的性能为准。

2.4密封条的分类

这里我按照密封条在车身上的不同位置作为分类标准（此外还有按密封条材料、工艺等进行分类的）。

有发动机舱密封条、风挡密封条、侧门密封条、行李舱密封条、天窗密封条。

在所有这些密封条中，侧门密封条对车身密封性能的影响最大，是车身密封性的一重要评价指标

侧门密封条又有门框密封条、门洞密封条、玻璃导槽、内外水切。

门洞密封条结构比较复杂，有EPDM密实橡胶、EPDM海绵橡胶和钢骨架三部分组成。

内外水切也由EPDM密实橡胶、钢骨架组成但是为了减少玻璃运动的阻力，一般在与玻璃接触的部分植绒。

2.5密封条的安装

（1）嵌入固定法：

利用密封条本身的凹凸部分过盈插入门或窗的相应部位来达到固定的目的。

此方法操作简单,但易脱落，一般只宜用于载货汽车上。

（2）机械固定法：

此方法虽然牢固可靠，但工序复杂，成本高，多用于载重汽车和大型客车上。

采用嵌入固定法或机械固定法视使用的场合与要求而定，如果设计恰当，嵌入固定法更能表现它的优点，占用位置小，而且紧凑经济。

（3）粘合固定法：

采用胶粘剂或填入腻子直接将橡胶密封条与金属粘合，工艺简单，效率高且牢固，一般采用的胶粘剂和腻子是JX一19胶粘剂，它具有较好的初始粘力，在常温下不需要加压可进行粘合，或推荐用SL一4多用途结构胶粘剂，其耐热老化、耐湿老化、耐温度交变、耐振动性好，可作非片面粘合固定用，也可以用JN一8风窗密封胶，它以一种解聚丁基橡胶为主体，并配入低分子量的聚异丁烯及填充物，用于汽车挡风玻璃和胶条的密封，能防风、防水、防寒，也可以用JN一（S一2）密封胶,即以液态聚硫橡胶为主体，适用于门窗的顶面和立面粘合固定操作用。

2.6密封条的尺寸公差要求

大部分的橡胶密封条是以压出硫化，所以属橡胶压出制品的范畴，除要求严格控制胶料、工艺及性能外，对作复合制品时还需具有精密尺寸的支撑体骨架材料如弹簧钢片骨架等。

骨架钢片厚度一般为0.3rnm以，在超高频硫化当中，骨架的形状尺寸牵涉到高频渗透金属表面层的深度，在感应升温时避免微波反射，遮断传送回路，并且其所示状态在高频硫化的特定条件下，为避免发火花造成着火。

一般在金属件的表面不应有水分、油等，以防产品产生气泡和腐蚀现象。

另外，金属骨架材料在使用中要考虑其所处空