车辆工程毕业设计148威驰轿车前门设计文档格式.docx

1、1.3 传统车身外形设计方法汽车车身外形是汽车结构中与底盘和发动机并列的三大部分之一，其开发和生产准备周期最长，图纸及工艺准备的工作量最人，并且还经常要改型，不像底盘和发动机那样容易做到系列化、通用化。车身结构的特点在于组成车身外形的各个零部件多为尺寸大而形状复杂的空间曲面（即所谓人型覆盖件），这些空间曲面无法用一般的机械制图方法将其完整地表现出来，因而不得不建立立体模型作为依据。为了使这些图纸和换型能够确切地表现出车身的形状和结构，需要通过一套复杂的设计程序来完成。在传统车身设计方法中，车身的设计信息和数据的传递主要是靠二维图纸和主模型，人的手工设计部分较多。传统设计方法无法克服的缺点土要体

2、现在以下几个方面：1、人力物力消耗大。传统的车身设计开发需要美工人员、工程技术人员及其工人通力合作，如二维工程图（车身曲线图的绘制）、土模型的制作和保存、模具设计、制造、研配和调试、生产准备中的工艺设计等都将耗费人量的人力和物力。2、设计精度低、周期长。精度低的主要原因在于设计和生成准备的各个环节之间信息传递是一种“移形”，例如由主图板制作主模刑，由主模型进行加工工艺补充，制造工艺模型，由凸的工艺模型翻成凹的工艺模型，再由工艺模型反靠加工冲模，原始数据经过这些环节的转换，各种人为的误差就在所难免，导致加工出的模具精度无法保证，只有靠下一步的手工研配来解决。3、车身定型过早且不能进行并行设计。传

3、统车身设计基本上是一种单向不可逆设计状态，产品一旦定型，修改或改型非常困难，通用化、系列化程度低。此外，现代汽车的车身零部件由于结构和美观的需要，空间曲面日趋复杂化，传统的设计方法己很难满足设计要求。传统的车身设计方法的流程可用图1.1来表示。绘制1:5的车身总布置图绘制缩小比例的色彩效果图制作缩小比例的油泥模型1油泥模型并绘制1:1黑板图1的内板模型图绘制车身主图版绘制车身工作图绘制主模型模具设计和制造样式试制、生产准备 图1. 1 传统车身设计方法流程图1.4现代车身外形设计方法近几年来，由于计算机技术（CAD/CAM/CAE/CIMS等）的迅猛发展，车身外形设计方法己经发生了质的突破。在

4、具体的设计过程中，按照产品设计信息来源的不同采用计算机辅助设计的流程上要分为以下几大类：1、产品的逆向设计（仿形设计），如图1.2所示，产品信息来源土要是实物（样车）、二维图纸等。2、产品的正向设计（概念设计），如图1.3所示，产品信息来源土要是图片、模型及造型人员的设计思维等。3、基于上述两者之间的交互式设计（改型设计）。 汽车造型设计 总布置图 设计思维1:5油泥模型平面效果图设计1油泥模型CAD面表模型建构制定曲面分块方案油泥数控铣削造型确定模拟表面数据采集CAD结构模型建构点云数据分析处理CAE分析曲面拼接、精修快速原始制造曲面数据质量评估模型设计及制造 最终造型审查样车试制生产准备工

5、作 图1. 2 产品的逆向设计（仿形设计） 图1. 3 产品的正向设计（概念设计） 现代车身设计中大量采用CAD/CAM技术，这会带来传统设计方法无法比拟的优点，主要表现在：1、提高了设计精度：造型一旦完成建立了车身外表面的数学模型并存入数据库，经计算机管理便可以多方共享，为生产准备、工装设计制造提供方便、详细、准确的原始依据，消除了中间数据的转换，使模具加工的精度大大提高，并可消除凸凹模之间的研配，使调试、修改的工作量大为减少。2、提高了设计和加工效率，缩短了设计和制造周期：一方面表面数学模型可直接用来进行冲模设计，提高冲模设计的成功率，另一方面模具的制造可以通过直接引用CAD模烈进行数控加

6、工，从而大大提高了模具制造的速度。3、可以方便地将造刑结果的CAD数学模型用于车身设计中的各种分析；建立了车身的CAD数学模型后，即可用于车身的强度、刚度有限元分析、车身覆盖件成烈模拟和空气动力特性模拟，获得对招个车身设计的车身刚度，车身安全性，整车空气动力特性的初始评定，使得设计的可信度大为提高。有了这样一个基础，一般只需要试制一轮样车作为验证，产品即可定型。4、在原设计基础上改型和换刑比较容易。可以避免大耸繁锁重复性的工作，缩短设计开发周期、提高效率。如轿车的二厢、三厢车的设计，卡车的单排、排半、双排、宽车、窄车、高顶、平项系列车身的设计等，均可在一个车身平台的基础上衍生多个车身，使得产品

7、的系列化、通用化程度大人提高，极人的满足了客户的需求。1.5车门的流程化设计车门是汽车车身结构中重要的组成部分，同时相对独立，是供乘员或货物进出的必要通道。车门设计的好坏直接影响到整车的造型效果、安全性、密封性、视野、噪声控制以及乘坐空间等诸方面的优劣。车门主要由车门内外板、内饰板、加强梁、加强板、车门玻璃及升降器、门锁、内外手柄、车门铰链、限位器、车门密封条和车门开关机构组成。车门从布置到设计再到制造，每一个环节考虑的因素都比较多，既要保证车门与整车的协调一致，还要保证车门本身的技术要求。很多时候，各个环节是一个循环反复的过程，造成了传统的车门设计难度与周期很长。车门设计必须走流程化的道路，

8、并且要利用先进的计算机平台做早期的判断分析、循环优化，是目前我们公司正在努力探索的一个方向。车门结构分析的早期介入，可以及早解决因结构设计不合理造成的机能件运动干涉、钣金成型性差、总成的振动特性无法满足整车NVH的需要，避免后期修改造成的资金与时间上的大量浪费。随着计算机技术快速发展，结合知识工程，各大汽车公司纷纷建立了自己的研发流程，确立了现代设计方法在汽车领域的主导地位。长期以来，车门设计一直是一个难点，现代设计方法的应用，使得车门设计的后期分析可以提前到设计过程中进行，使设计的难度降低。车门设计兼顾的方面多、初期布置复杂、需要有丰富的知识与经验，基于流程与知识的车门布置很好的解决了这个问

9、题。所以本课题以某款新车的开发为例，在该领域做一些研究是很有意义的。1.6 国内外发展现状基于逆向的现代车身设计方法日前己在技术先进的国外汽车行业中得到广泛应用。世界上比较大的汽车公司都已普遍采用CAD系统进行车身的二维设计，如车身的总布置（人机工程）、内外覆盖件的曲面结构设计、零部件结构和装配设计、模具设计，并自动生成相关的设计技术档。CAM/CAE乃至CIMS技术应用也很普遍。各大汽车制造公司都拥有自己庞大的车身开发队伍，而且不惜投入巨额资金建立先进的实验室，开发或引进专门的软件进行车身设计。在车身设计领域应用较多的可进行逆向工程设计的软件包主要有美国ALIAS公司的Autostudio,

10、 IBM公司的子公司Daussault的CATIA, EDS公司的UG、参数技术公司的PRO/Engineer等。这些软件都属于通用机械设计软件，具有较强的曲面设计、参数化设计能力或混和设计功能，并能支持机械制造的全过程，即设计建模工程分析加工制造，有些甚至能较好的支持车身设计的最初阶段，即概念设计（Concept Design）阶段（如Autostudio），并通过一定的手段将其与建模结合起来，将平面设计转换为二维模型。国内计算机用于汽车设计始于70年代。长春汽研所研制了曲面光顺程序车身专用功能板，建立了其车身设计用的图形库，开发了基于逆向工程基础上的汽车车身表面造型及结构设计程序系统，该系

11、统具有绘制车身土图板和车身零件图，提供加工主模型NC数据，制作土模型的能力。北京汽车摩托车制造公司研制了BJA-BSM车身CAD系统，成功地应用于BJ124, BJ125等各种新车型的车型工作。上海通用汽车、上海同济同捷科技有限公司等对基于逆向工程基础上车身设计开发流程进行了比较深入地研究，形成了一套比较完善的车身开发程序。但在逆向工程点数据处理、曲面表面光顺、数学模型转换过程等方面仍存在很多急需解决的问题。国内很多中小汽车企业由于资金、设备和人员的限制，使得对UG的应用水平不高，未能对基于逆向I程基础上的车身设计方法进行比较系统的研究和应用，或者仅应用逆向工程的某一领域，应用得最多的也只是对

12、产品做局部或少黄的改动。总的来说，国内逆向工程在汽车车身外形设计中应用的深度和广度与国外先进水平相比还有很大差距，尤其在CAD/CAM、UG集成应用等方面还处于起步阶段。1.7本设计的研究内容本设计是以威驰汽车开发项目为依托，主要完成了车门限位器设计、后视镜设计、外板设计、内板设计、门铰链设计、门锁机构设计、玻璃升降器设计、防撞梁设计及门玻璃等设计。并对车门各个机能件选型，结构布置进行了深入的研究。第2章 车门设计流程及主要硬点在本章里，我们将以威驰车的开发为例，从车门外表面建立发布开始，到车门生产装车为止，介绍车门钣金、密封与机能件的前期布置方法、设计流程以及简单介绍后期的技术处理。2.1车

13、门设计流程 1）确定车门类型 一般情况下，车门类型根据设计任务书及使用调研分析结果来确定，然后再结合汽车厂以前产品存在的问题，以及保持结构的先进性、工艺的延续性等，最后确定车门的类型和选择车门上的附件。一般在确定车门类型时，我们应考虑如下一些因素，车门的实用性、舒适性、安全性、密封性、工艺性和艺术性等。2）初步确定车门边界 在车门类型确定后，就可根据车身外表面线图及车身总布置确定车门的尺寸和位置。车身骨架与车门的相对关系，铰链及门锁的位置、窗玻璃中心线等。同时车门与座椅的相对位置也很重要，要用人机工程学的知识进行校核，在确定车门边界时，各边界处的结构断面应该初步确定下来。在具体确定边界线时还可

14、以做一定修改，以适应其它的要求。窗玻璃中心线与铰链中心的位置对边界的走向有很大影响，车门与门洞之间采用几道密封以及密封条的固定方法都直接影响边界的确定。3）车门附件布置 关于车门附件，除了门锁、铰链、玻璃升降器三个主要部件外，车门后视镜 车灯、空调装置、音响设备等也可能布置在车门上。车门附件的布置在车门设计中占有很大的工作量，而车门结构设计大部分也是为了解决车门附件的紧固和保证车门附件在使用中的可靠性和方便性。4）车门结构设计 进行车门结构设计，实际就是把前面的工作细化。应注意以下几方面的问题， 要考虑零件的加工工艺，设计的东西必须能够制造出来。无论汽车外形设计如何漂亮，但如果制造不出来，它只

15、是一幅艺术画，没有任何实际功用。车门前端板上通常焊有加强板，因为该处要装铰链、开度限位器等。此外，还要求保证密封 不干涉等要求，形状较复杂对于车门本体上面的两个角部要考虑与车窗连接的强度以及密封性。所以这部分形状较为复杂附件与操纵机构的连接应满足易拆装 不脱落不变形，运动中不产生撞击等要求。车门本体也要密封，它可保护附件不受腐蚀。运动件能正常运动在结构设计中对于制造材料的选择是很重要的，如铝制车门比钢材轻有轻量化的优点。车门的各附件要容易装拆，门内板上要留有足够大的孔洞并考虑玻璃的装配方法。5）运动校核 车门是运动件，在设计时必须进行运动校核，包括铰链、限位器、门锁的布置，以及车门的形状和尺寸

16、与车身骨架之间的运动关系另外要避免车门内部附件运动干涉。6）安全性校核 为了保证安全性，车门必须具有足够的强度，包括车门与骨架连接的铰链和门锁在内都要进行强度校核。另外，还要检查是否有尖角或突出物避免碰伤乘员或行人。当然，上述的设计步骤并不是绝对不变的，要根据设计的需要灵活进行各步骤之间的反复往往要多次进行，如根据铰链位置等初步确定车门边界，然后进行附件布置，但布置过程中出现问题又要求重新修改边界等等。各步骤不断交叉进行多方面考虑才能保证最终设计的合理。一旦发现有不合格的一定要回到前面程序进行修改，切不可马虎草率以免造成不可挽回的损失。2.2车门设计的主要硬点 车门设计总的设计原则是由外而内、

17、先外板再内板、先断面再数模、先周边再内部的过程。主要设计硬点有外板曲面、分缝线、门锁结构、内板结构、密封间隙、铰链中心线长度姿态、玻璃升降器位置和玻璃曲面等。2.2.1车门外板设计车门外板设计是在光顺好的整体造型面和车门轮廓线的切割面片基础上加周边翻边和门锁等特征后的车身零件。分缝线和锁机构等是门外板的设计硬点。分缝线通过2种方法获得：（1）一般先将汽车内外观面整体造型面光顺到A级曲面（CLASS A），同时将造型边界线投影到XZ铅垂平面后光顺到A级曲线，然后采用该投影的边界线投影到光顺好的A级大造型面与造型面相交，获得边界线，该交线理论上定为A级曲线。（2）另外也可以采用空间曲线光顺后与曲面

18、相交，反复相交反复光顺的方法，相交后将交线进一步光顺，重新获得边界线，再将该线投影到光顺面上获得更新的边界线，重复这一过程直到边界线达到A级曲线要求，用最后获得的边界线作为车门边界线，并与大的光顺面相切割得到车门外板面。外板面设计好后，将门锁机构等有关设计硬点特征加上去便完成了车门外板设计，较大的门外板需与内板或车门侧向防撞梁，采用传力胶进行支承，不允许直接接触外板焊接，以防止热变形和几何干涉变形。2.2.2门锁设计车门内板设计是先建立门锁。门锁与上下铰链共同构成车门的3个受力点，因此要求门锁高度的理想位置居于铰链轴线的中心垂直面；门锁的位置还应保证车门顺利开启和锁止，因此在后视图中锁舌的中心

19、线必须与铰链轴线平行。锁扣到门内板鱼嘴口的距离设计有2种方案：（1）当锁扣超出车门内板表面时，直接留足锁开启和闭合的余量，超出锁体口边缘3 mm；（2）当锁扣不超出车门内板表面时，锁扣到门内板鱼嘴口的距离在超出锁体口边缘的情况下为7 mm以上。这考虑到保证碰撞后车门仍能顺利打开。2.2.3车门内板设计车门内板设计首先依靠主断面来进行，预先考虑车门密封要求，确定好设计断面，断面便成为设计硬点。各汽车厂商为了缩短开发周期、节省设计成本，更多的是根据已有成熟车型的主断面加以调整修改，得到新车的设计主断面。主要方法有：（1）肥边调整法。当新车的外造型面与原车在y方向相差3+5 mm，分缝线x方向相差不

20、超过50 mm时，可直接调整原车内板断面肥边，其他部分不变，得到新的车门内板结构。（2）断面平移。当新车外造型面相对于原车较大时，采用肥边调整法，将造成肥边过短、车门刚度强度不足、车门过重等情况，采用断面平移法，使原车主断面平移至原车外造型面与新车外造型面重合，得到新车内板结构设计断面。2.2.4车门密封系设计和检查车门密封系的设计主要是车门内板与周边零件如侧围等的间隙，密封条及其压缩量的设计。这两项车门设计硬点应在设计之初根据制造商制造精度确定，制造精度高、公差小，则间隙可设计得相对较小，密封条压缩量也可设计得较小；制造精度低、公差较大，则间隙必须设计得相对较大，密封条及其压缩量也要设计得相

21、对较大。如果设计得较小，在公差较大的情况下，将出现关门力过大关不上或者密封条压缩量太小关不紧的情况。车门密封系的设计以断面为主要手段。在车门内板和侧围建模完成后，取车门周边不同位置的断面，逐一检查修改，根据国内厂商的生产精度水平，车门周边密封间隙应取15 mm左右，日本车厂车身制造精度较高，密封间隙多取在1012 mm。密封条的断面应处于装配状态，这样可以根据密封条断面进行检查和修改。密封面密封条处于干涉状态，干涉不能太大或太少，一般为有效压缩尺寸的1/31/2，这样既保证了密封效果，又不至于运动件在运动过程中产生过大的噪声和关门力。另外在车门与侧围之间没有密封的部分要留912mm的腾空间隙，

22、以防止干涉。2.2.5车门铰链设计车门铰链的设计是车门设计的一项重要工作，直接关系到车门能否正常开启。在铰链设计中，铰链中心线定位和铰链中心距是重要的设计硬点。铰链轴线一般设计成具有内倾角和后倾角。内倾角指铰链轴线在x=0平面上的投影与z轴之间的夹角，内倾角一般为04，后倾角指铰链轴线在y=0平面上的投影与z轴之间的夹角，一般为02。内倾角和后倾角都是为了使车门开启时获得自动关门力，也有个别汽车门铰链具有前倾角，但一般不会有外倾角。2.2.6车门玻璃以及车门玻璃升降器的设计玻璃要设计为双圆环面，可以和外造型匹配，达到玻璃升降的平顺性，圆环面的数学方程如下，当R足够大且圆柱半径r远远小于R时，从

23、圆环面上截取的玻璃曲面仍近似为柱面。玻璃的运动可以认为是一种绕圆环面中心引导线的旋转运动，其运动轨迹是与引导线成一定夹角的圆环截面线的一部分。R=1525km，r=12002000m；大客车为R=，r=40007000m。玻璃升降器是车门设计中很重要的一个环节，它的合格与否直接影响到车窗的开闭。玻璃升降器在设计过程中，关键在于安装和玻璃导轨的曲线确定。有了玻璃的数据后，可求出玻璃的质心位置，根据以往设计经验和一些样车数据，一般单导轨的位置是在玻璃质心位置向B柱方向偏移1525mm，双导轨的间距应在不干涉内门板和其它附件的情况下尽可能大，但两个导轨的中线应该在玻璃质心位置向B柱方向偏移1525m

24、m。导轨位置确定后，通过偏置玻璃面求出导轨的弧度，此导轨弧度为空间螺旋曲线。由于玻璃运动近似圆弧运动，但升降器的长导轨在自由状态下是平面运动，所以在玻璃升降过程中，升降臂和平衡臂会变形随长导轨一起运动。为了提高升降器的寿命，应使运动过程中升降臂和平衡臂的变形量尽可能小。玻璃运动轨迹和长导轨在自由状态下的运动轨迹，A、B、C分别表示了玻璃在上、中、下3个位置时升降臂和平衡臂的最大变形量，其中CA=B。2.3本章小结车门设计硬点是总布置设计过程中，为保证零部件之间的协调和装配，及造型风格要求所确定的控制点（或坐标）、控制线、控制面及控制结构的总称。这是汽车零部件设计和选型、附件及车身设计最重要的尺

25、度和设计原则，能使项目组分而不乱，是并行设计的重要方法，一旦确定后不要轻易调整。第3章 车门布置3.1车门玻璃面校核确认对过程外表面切断面测量主要是对玻璃和车门外板面的成立性进行探讨，对玻璃升降器需要的空间做初步分析。如图3.1所示，对顶盖、腰线、外手柄、地板边梁处做断面分析，分析的目的是探讨玻璃面和外板面的成立性。 图3.1 玻璃面校核断面1）顶盖断面A此断面主要对噪音等级做探讨。首先确定a值，如在威驰车中，a=9.7mm，噪音等级为8级（丰田标准）；同时还要对车门开口线点相对密封胶条的位置做初步确定，并据此对顶盖、窗框断面做出初步设想，对开口线的间隙做初步确认，如图3.2所示。图3.2 顶

26、盖断面A2）腰线断面B此断面主要对内、外板及加强板在此处相对玻璃的关系作出分析，对玻璃升降器的安装面也要确认，据此内板一般面也可以有初步的定位，如图3.3所示。图3.3 腰线断面B3）车门外手柄断面C对车门外手柄断面的分析，主要目的是分析外手柄对玻璃的间隙。对此间隙要做三种分析，如图3.4所示：外手柄动玻璃动b大于8mm外手柄动（静）玻璃动（静）b大于5mm外手柄静玻璃静b大于3mm对外手柄的分析还有一项重要内容：危险感的分析（在后面详细讨论）。在1：5模型阶段就要对此项做研讨，以确保造型的成立。外手柄断面还应对所初选的门锁作出一定的分析，主要也是分析与玻璃面的间隙。图3.4 车门外手柄断面C4）梁处断面D此断面的主要目的是分析车身开口线及地板边梁上口线，根据内板一般面的位置，初步确定车身开口线的断面位置，如图3.5所示。图3.5 边梁处断面D3.2车门开口线定义与铰链中心定义表3.1 开口线主要控制尺寸目标值序号 项目 前后车门 目标值（mm） 1 a 前车门380 2 后车门 330 3 b 35 4 30 5 c 15 6 d 7 e 16 8 f车身外表面数据在经过造型与质量检查确认之后，会发布到工程部门，作为工程设计的基础。外表面上有全部的车身