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汽车车门设计与建模

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毕业设计（论文）

汽车车门设计与建模

AUTOMOTIVEDOORDESIGNANDMODELING

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摘要

轿车车身由各种板件、骨架件和部件组成，其中车门是车身的整体结构中比较复杂的总成。

车门和车身其他部分配合较多，其造型及装配可靠性直接影响到汽车整体的的安全性和整体性。

设计时要结合人机工程，造型，工艺等来使汽车更加美观实用。

掌握车门结构设计的基础需了解车门结构的特点、功能性要求以及常见的结构处理方法。

正确的步骤、方法是合理实现结构设计的关键。

为保证车门完整性，要在车门内外板之间布置加强梁以保证车门刚度，同时需要对车门进行整体冲压进行加工。

本课题将探讨使用CATIA设计软件进行车门的3D建模，再制定出冲压工艺路线，完成车门附件布置，最终完成车门设计。

关键词汽车；车门；结构；设计；建模；分析

Abstract

Carbodyfromavarietyofpanels,framepartsandcomponents.wherethedoorisinthewholebodystructuremorecomplexassembly.Thedoorsandotherpartsofthebodywithmoreofitsshapeandassemblyreliabilitydirectlyaffectsthewholeautomobilesafetyandintegrity.Accordingtothedesignofman-machineengineering,processmodeling,etc.tomakecarsmorebeautifulandpractical.Masterthebasicdesignofthedoorstructureneedtounderstandthecharacteristicsandfunctionalrequirementsofthedoorstructureandcommonstructureprocessingmethod.Thecorrectmethodisreasonablesteps,implementationofkeystructuraldesign.

Inordertoensuretheintegrityofthedoortodoor,betweeninsideandoutsidetheplatereinforcedbeamtoensurethedoorstiffness,andtheneedforadoorofawholestampingprocess.Thispaperwillexploretheuseof3DmodelingCATIAdesignsoftwareforthedoor.Thenworkoutthestampingprocessroute,completethelayoutofdooraccessories,finisheddoordesign.

KeywordsmotorvehicleCardoorStructureDesign modelinganalysis

1绪论

1.1课题背景

车身是汽车品牌的重要特征，它在很大程度上代表了汽车的研发水平在汽车研发的过程中占很大比重。

车身的设计要在能可以正常实现相应功能的基础之上，努力追求整体车体造型的美观，具备很强的观赏性和辨识度，同时又要满足空气动力系统性能，车体维护、拆卸、维修方便。

国外汽车企业运用先进的设计制造技术，不断开发新的汽车工艺，促进车身的研发与设计，减短研发周期，使更多技术先进的车型进入市场。

作为资金和技术密集的汽车产业，利用先进的信息技术和传统的制造技术相结合，体现了先进的设备和制造工艺、现代化设计、信息管理、综合集成等方面。

充分展现出现代化的先进制造技术。

近几年对汽车设计的要求越来越高，同时要满足低成本、防碰撞、可回收以及轻量化等要求。

而且随着全球能源衰竭，对轻量化、小型化汽车要求日益提高。

因此现在的汽车公司越来越注重环保、节能、安全三大方面，同时在新成型制造过程中采用新能源、新工艺以及新材料进行技术研发，这种压法技术已成为汽车企业的未来发展方向。

产品的成型和成型的质量取决于覆盖件的成型工艺，而从汽车车身设计到最终进行生产的整个过程中模具设计与制造几乎占到整个过程的2/3时间。

同时这对新车能否适应市场也起到十分重要的因素。

汽车车身的设计已成为汽车企业间竞争的关键技术，而且车身的设计研发能力也能很大程度上发映出本国的汽车工业水准。

节能、安全、环保、舒适、安全和智能化是现在世界汽车技术发展趋势。

减轻车身质量，实现轻量化车身是实现汽车节能的主要措施之一。

减小汽车的总体质量有利于降低油耗、节约能源、减污少排等，具有重要的长远和现实意义。

根据相关研究表明，想要减轻车身的质量，除了要优化结构外，应用新型材料（铝镁合金板、激光拼接板、高强度钢板）成为最有效方法。

目前汽车制造业大量使用高强度钢以及超高强度钢，并且逐步成为轻量化车身的发展方向。

激光焊接成型技术也是有助于汽车轻量化的关键技术。

日本丰田在内覆盖件里应用拼焊板用以改善覆盖件的整体性和盖板料的成型性，拼焊板应用于外覆盖件以改善车身外观和机构装配精度，在骨架里应用拼焊板来改善车身抗撞击能力和减轻车身重量。

美国通用、福特、克莱斯勒三大公司将焊板应用于横梁、、门内板、立柱以及侧围等位置，其中最高的门内板位置比例最高，达到40%以上。

结果表明拼接焊板技术最多可减少汽车总体零件数的66%以上，材料的使用率由原来的40%增至65%以上。

随着新型材料以及激光焊接技术在汽车制造中的应用，对提高汽车各组件的稳定性以及使用性具有很大帮助，而且随着新材料以及新技术的不断涌现，产生了更多的加工工艺，有助于弥补原有制造技术中存在的不足和缺陷。

为新产品的开发提供了更多可行依据。

1.2汽车车身发展现状

世界上各大汽车公司都在积极研发、设计各种微型汽车，而且都取得了良好的成绩和突破。

早在七十年代末，国外的大型汽车企业已经建立起了相当规模成套的CAD、CAM、和CAE等计算机辅助设计系统，车身设计方法发生彻底变革，使用三维“CAD/CAM”技术代替以“主图版，主模型”为主的传统汽车设计方式[1]。

上世纪九十年代以来，在汽车的外观上，国外汽车一般以大圆角、高流线型的造型居多。

多厢轿车的厢与厢联接，一般用圆滑流畅的曲线进行过渡。

部分车型结合局部棱角型与整体流线型设计方法。

这种圆润，流线型的造型风格在市场中取得非常好的消费者评价。

成为现在车型设计的主流趋势。

据有关研究发现，当车身重量减小10%时，油耗将下降7%左右。

由于越来越重视汽车安全与环保节能，所以车身轻量化的趋势日渐成熟。

对汽车结构优化可以很大程度上减轻汽车重量，同时轻质材料的使用也对汽车减重起到很大作用。

目前新型钢板越来越多的应用于车身制造中，主要分为不锈钢钢板、夹层钢板、表面处理钢板、高强度拼焊钢板、冷轧钢板以及高强度钢板等几种。

新型材料在保证汽车安全的基础上，提升了汽车车身的轻量化水平。

德国奥迪汽车公司新开发出的奥迪A8汽车，与Alcoa美国铝业公司合作，由挤压成形的中空结构，车身整体采用全铝框架。

新材料的应用使奥迪A8整体重量降低40%，而且车身强度和刚度也都得到不同程度的提高，具有吸收外部撞击能量的效果。

这种车身的出现，为汽车制造产业提供了一种新的发展途径，并逐渐发展成为汽车行业的主流方向。

降低汽车重量的另一措施是激光拼焊技，这种技术有效的减少了材料耗损以及零件数量，减轻车身自重，实现车身的轻量化。

激光焊接技术也解决了装配过程中的难度，因此应用的范围也越来越广泛。

经过十多年的发展，我国汽车行业在专家系统、CAD技术知识库技术等新锐技术取得长远的进步。

但我国技术发展较晚，起步很低，车身设计与制造方面和国外先进技术仍有很大的差距。

我国汽车公司车身的设计效率和能力很低，制造后出现的问题也难以预测。

使用更为先进的设计技术，结合汽车设计经验，总结汽车设计的专业设计流程，用来帮助设计人员提高产品的质量和设计效率。

这些成为我国汽车行业追赶国际先进设计水平的有效措施。

国外汽车设计公司累积了从微型汽车出现到目前为止的车身设计经验，规范成比较完善的设计规范和设计库。

力求在每一个车身细节，囊括该领域各车型的经验值和经验数据，详细严谨地展现出设计流程。

建立的知识库知道设计师工作，规范设计流程，引导设计师进行分步骤设计。

指出设计时所选择的尺寸和参数界限，最后验证设计结构是否合理，发现并纠正设计中产生的错误，避免经验主义错误和缺乏经验所造成的疏忽。

这种数据库的存在，使得设计过程更精准和高效，并为新产品的出现奠定基础。

我国汽车行业的奋勇直追，极大刺激了国内市场，消费者的消费理念也回归合理，对汽车的需求喜好也发生着变化，消费品格逐渐提升，且伴随我国汽车消费者的更换汽车周期缩短，使得我国汽车更迭加快。

汽车设计方法不断开拓，技术不断创新，尤其是计算机辅助系统的现代设计方法的快速进步，日益成熟的CAD/CAM/CAE一体化设计技术更广泛的应用于轿车车身设计领域中。

汽车设计方法向高精度、高效率的现代设计方法迈进，大大缩短设计周期。

国外领先的汽车模块化设计结合先进是计算机技术，为我国的汽车设计产业提高效率、缩短设计周期奠定基础，因此我们有必要建立属于我们自己并能独立发展的设计流程。

车门作为相对独立又非常重要的结构部分，对于整车的完整性有很大影响。

伴随车身设计技术的不断发展，新型汽车车门结构不断出现，体现更多的设计性和整车的完整性，规范设计的流程，优化设计思路对我们以后的工作拥有很大的帮助。

1.3我国微型汽车目前面临的主要问题

国内汽车公司目前所产的汽车和国外汽车品牌相比普遍存在质量不稳定现象，这一点在消费者心中形成了很深的消费印象。

汽车行业的迅速发展也加速暴露了有些车型的基本结构和技术性能方面的漏缺，国内汽车面临快速发展阶段，同时又面临巨大挑战。

除设计因素外，汽车生产过程中部件的加工工艺也存在许多问题，直接影响了整车的产品质量。

汽车设计软件的引进，升级了汽车设计方法，但由于引进时间较短，缺乏充足的经验，没有形成自己的设计数据系统，导致了汽车整体结构布局和零部件设计上的缺陷。

拉长了我国汽车设计周期，减缓了我国汽车行业的发展进程。

车身作为大型覆盖件，部件之间的焊接技术大量应用其中。

目前我国仍有备份企业采用传统焊接方法，传统焊接容易造成焊点位置不连续且形成的焊点较多，厂家为确保焊点位置和设计节点位置对应，需要另出工序加工局部网格。

这种循环使得车身设计过程中计算量增大，建模难度增加，焊点位置也得不到充分的保证。

尽管我国汽车行业发展迅速，但很多企业使用的设备仍是五六十年代的产品。

在监测、实验水平以及工艺水准方面和西方发达国家仍有不小的差距。

从汽车类型方面看，我国的汽车技术只能达到西方国家七十年代水平。

我国目前严重缺乏汽车研发人员，并且国家对汽车科研的投资也较少。

例如长春汽车研究所并入一汽后，每年的研发经费连销售额的1%都不到，而国外很多大型汽车公司如通用、福特以及菲亚特的研发经费是一汽公司的数倍。

我国汽车行业面临着从技术研发到生产工艺的多重挑战。

1.4汽车车身发展趋势

应用数字技术成为汽车研发和设计的快速通道。

所有涉及到产品的人员，包括设计人员、供应商、工程师、生产工作人员和制造商等等通过网络，人与人之间协同工作，一致面向产品的开发。

运用三维设计软件的车身虚拟开发技术将成为未来车身设计的发展趋势。

虚拟技术的应用，跳过许多传统设计中的样车实体实验过程，提早发现并解决车身工艺过程中会出现的问题，提升整车性能。

其在提高开发质量、降低生产成本、缩短开发周期方面拥有很大的潜力和优势。

成为汽车设计行业的重要技术。

环境污染及能源短缺造成的油价上涨，环保、节能、舒适和安全方面的需求越来越高。

燃油效率无法突破的前提下，减轻车身重量成为重点，新型材料的应用逐渐增多。

新型高强度材料可以显著降低车身自重，使汽车更加节能，在能源危机的挤压下扩展更好的生存空间，满足市场需求。

除了重视车身刚度、碰撞保准以及汽车轻量化等关键问题外，还要积极研发生产过程中的焊接、装配以及冲压等技术，进一步实现产品的优化，进而实现车身研发成本的降低。

1.5主要内容

社会极速发展，能源快速消耗，居民收入提高，人们对于汽车的要求不仅仅局限于性能，对环保、节能、舒适和安全的呼求逐年升高。

随着对汽车科技含量以及设计要求的逐渐提高，促使UG、CATIA等制图软件越来越多的出现在汽车设计和仿真中，并且提升加工工艺应用于汽车制造过程中。

下列为论文研究的设计过程和思路

1）查找国内外关于车身及车门设计的相关资料，了解设计方法和原则。

2）分析、研究给定车门的模型，监测各部分汽车存储数据，并建立相应3D模型进行处理。

3）确定科学的冲压工艺技术，分析模型的冲压工序，从而制定合理的冲压工艺方案。

2车身结构与设计

2.1汽车车身

4.4本章小结

在车门设计完成之后，将对车门各个部件进行系统准确的运动分析，检验设计的可行性。

在分析过程中严格遵循设计要求，分析完成后就出现的问题提出解决方案，修改设计过程。

在此过程中参数化设计的优势得以体现，方便修改构件整体外形和配合情况。

本课题主要围绕车门建模展开，同时也在工艺性方面进行了简短介绍。

同时本章对车门开闭力进行计算和分析，得到详细分析结果并做出阐述。

结论

为适应现代市场导向，缩短汽车设计周期，同时加强企业对市场的反应灵敏度，传统设计方法远远不能不满足现在的汽车设计要求。

使用CATIA建模可以保证设计的精确性，实现车身设计的美观和整体性，并实现各部门各人员之间的沟通，及时发现和解决问题。

在设计完成之后可以针对部件进行系统分析，保证产品质量，确保企业在市场中的地位。

车门由多个复杂的三维曲面构成，是车身的重要组成部分，又是车身表面的覆盖件。

因此车门设计复杂并且在车身设计过程中占据极为重要的地位。

本文结合对车门系统的分析，并最终完成车门的三维建模过程。

首先通过国内外的车身设计情况的介绍，了解车身设计的发展情况。

接着对车门的结构组成和设计规范进行详细讨论，最后使用CATIA设计软件按照论文要求完成设计任务。

通过对CATIA的使用熟练了解了汽车设计的工作流程，帮助自己学习和使用，使自己受益匪浅。

致谢

参考文献

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