GM通用泛亞PATAC車門玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計方法淺析教學(xué)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GM通用泛亞PATAC車門玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計方法淺析-車門玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計方法淺析宋小寧安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心車身設(shè)計部摘要車門玻璃升降系統(tǒng)是汽車車門系統(tǒng)重要組成部分之一，其質(zhì)量的好壞將直接影響到整個車門系統(tǒng)乃至整車的安全性。該系統(tǒng)主要功能是保證車門玻璃平穩(wěn)升降、能隨意停位，同時具備良好的密封性。本文主要介紹了現(xiàn)代汽車車門玻璃升降系統(tǒng)的分類及其組成部分，并結(jié)合工作中的實(shí)際案例詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)和運(yùn)動校核方法?！娟P(guān)鍵詞】車門玻璃升降系統(tǒng)，密封性，運(yùn)動校核DesignApproachAnal

2、ysisofVehicleDoorGlassLifterSystemSongXiaoningAnhuiJianghuaiAutomobileCo.,LtdR&DcenterAbstract:Doorglasslifterisoneoftheimportantcomponentsinvehicledoorsystem.Itsqualityhasagreateffectonthesafetyofdoorsystemandwholevehicle.Themainfunctionofdoorglassliftersystemismakingtheglassupanddownsmoothly,canst

3、oppingtheglasseverywhereandhavingagoodsealability.Thisarticlediscussesthevehicledoorglassliftersystemclassificationandconstituents.Byexactexamplesthisarticlealsoexpoundstheessentialpointsandcorrectionmethodsofmotionofthesystem.Keywords:Vehicledoorglassliftersystem，sealability，correctionmethodsofmoti

4、on1引言車門玻璃升降系統(tǒng)是整車開閉件的重要組成部分，對開閉件系統(tǒng)乃至整車的質(zhì)量起著重要的作用。玻璃升降系統(tǒng)一旦失效，就會給行車安全帶來隱患，影響整車品質(zhì)。由此可見其安全性、可靠性在整車中顯得至關(guān)重要。所以該系統(tǒng)的設(shè)計必須要保證車門玻璃的平穩(wěn)升降，同時要具備良好的密封性。本文重點(diǎn)介紹該系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)及如何借助計算機(jī)軟件有效進(jìn)行設(shè)計階段的校核分析。2車門玻璃升降系統(tǒng)的組成123544汽車車門玻璃升降系統(tǒng)主要包括車門玻璃、玻璃呢槽、內(nèi)外劈水條、玻璃導(dǎo)軌、玻璃升降器總成。如圖1所示。1.車門玻璃2.玻璃呢槽3.內(nèi)外劈水條4.玻璃導(dǎo)軌5.玻璃升降器總成圖1玻璃升降系統(tǒng)組成玻璃導(dǎo)軌和窗框共同組成玻璃導(dǎo)向

5、與保護(hù)機(jī)構(gòu)。導(dǎo)軌內(nèi)與玻璃接觸的部位裝有玻璃呢槽，玻璃呢槽主要起到導(dǎo)向、密封功能，在行車和關(guān)閉車門時吸收玻璃的振動，同時玻璃呢槽還能起到美化、減小玻璃與車門外板的高度差、降低空氣阻力的作用。玻璃升降器主要是支承和保護(hù)玻璃，使玻璃升降能隨意停位。3車門玻璃升降系統(tǒng)的分類玻璃升降器是玻璃升降系統(tǒng)的主要組成部分，按照玻璃升降器的結(jié)構(gòu)形式，該系統(tǒng)主要分為臂式傳動和繩輪式傳動（或尼龍帶傳動）兩種結(jié)構(gòu)形式。按照驅(qū)動形式分為電動、手動兩種形式。電動鋼絲繩式傳動路線為電機(jī)減速器鋼絲繩卷筒鋼絲繩玻璃托架玻璃升降運(yùn)動。電動臂式傳動路線為電機(jī)蝸桿渦輪小齒輪扇形齒輪升降臂玻璃安裝槽板玻璃升降運(yùn)動。手動相對于電動，主要是

6、以手搖柄代替電機(jī)來驅(qū)動玻璃升降。如圖2、圖3所示。4321玻璃升降運(yùn)動1.繩輪2.電機(jī)及減速器3.卷筒4.玻璃托架圖2繩輪式升降器（電動）1玻璃升降運(yùn)動54321.玻璃安裝槽板2.扇形齒輪3.電機(jī)4.蝸桿、渦輪、小齒輪5.升降臂圖3臂式升降器（電動）4車門玻璃升降系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)車門玻璃升降系統(tǒng)必須要保證車門玻璃升降平穩(wěn)，并且當(dāng)停止轉(zhuǎn)動手搖柄或操作按鈕時，玻璃能隨意停位，不因汽車的顛簸而上下跳動；鎖止車門后，能防止人用外力非法將玻璃降下而進(jìn)入車內(nèi)；玻璃與玻璃呢槽之間要具備良好的密封性。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，設(shè)計中系統(tǒng)各零部件之間的尺寸匹配是非常重要的。4.1車門玻璃、玻璃導(dǎo)軌、玻璃呢槽、內(nèi)外劈水條設(shè)

7、計要點(diǎn)車門玻璃、玻璃導(dǎo)軌、玻璃呢槽之間的匹尺寸匹配在車門玻璃升降系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。其匹配的合理性將直接影響到車門玻璃的升降阻力及密封性能。4.1.1車門玻璃設(shè)計要求車門玻璃現(xiàn)普遍采用安全鋼化玻璃，厚度多為3.2mm、3.5mm。隨著人們審美觀的不斷提高，對整車造型要求也越來越高，為了與整車造型風(fēng)格相匹配，車門玻璃由以往的單曲率漸變?yōu)殡p曲率。但為了滿足工藝要求，設(shè)計階段玻璃最小曲率半徑R最好能大于1500mm。避免因工藝難度太大而導(dǎo)致的制造成本增加、產(chǎn)品合格率降低。4.1.2玻璃導(dǎo)軌設(shè)計要求玻璃導(dǎo)軌多為滾壓件，主要包括本體與安裝支架兩部分，如圖4所示。設(shè)計一定要確保安裝支架的強(qiáng)度，現(xiàn)多采用1.

8、52mm料厚的支架。支架結(jié)構(gòu)必須具備加強(qiáng)筋、翻邊等特征以確保其強(qiáng)度。以下是某款轎車導(dǎo)軌安裝支架設(shè)計優(yōu)化后有效地解決了玻璃運(yùn)動過程中抖動問題的案例。通過增加安裝支架翻邊、增加料厚的方法進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化，提高了導(dǎo)軌強(qiáng)度。避免了因?qū)к墢?qiáng)度較弱而產(chǎn)生的玻璃運(yùn)動平穩(wěn)性差的問題。如圖5所示。211.本體2.安裝支架圖4玻璃導(dǎo)軌構(gòu)成初始狀態(tài)（t=1.2mm）設(shè)計優(yōu)化后狀態(tài)（t=2mm）圖5導(dǎo)軌支架優(yōu)化方案示意4.1.3玻璃呢槽設(shè)計要求車門玻璃的兩側(cè)和上部都靠玻璃呢槽進(jìn)行密封，呢槽材料為三元乙丙橡膠（EPDM），通常硬度為7080（邵爾A）。呢槽裝配在玻璃導(dǎo)軌內(nèi)，能起到緩沖和彌補(bǔ)玻璃導(dǎo)軌制造偏差的作用。為了減小

9、玻璃升降時的摩擦阻力，呢槽唇形部位與玻璃面接觸部分需進(jìn)行表面處理，一般有兩種方法：靜電植絨、聚氨酯噴涂。靜電植絨厚度一般為0.5mm0.8mm，聚氨酯噴涂厚度一般為0.015mm0.02mm。靜電植絨及聚氨酯噴涂的質(zhì)量將直接影響到玻璃升降的阻力，所以在設(shè)計中對其耐磨性一定要嚴(yán)格要求。如表1。表1表面處理耐磨性要求項目試驗(yàn)條件指標(biāo)要求聚氨酯噴涂干磨1)磨耗壓力為4.9N；2)將試樣放置在室溫202、相對濕度655的環(huán)境中12h后磨損；3)速度6065次/min.10000次磨耗后不允許露出基體濕磨1)磨耗壓力為4.9N；2)將被測樣條放置在室溫202、相對濕度655的環(huán)境中12h后，截取試樣于2

10、02的水中再浸泡1h后取出，在濕潤狀態(tài)下磨損，并保持濕潤，適時向試樣上滴水。3)速度6065次/min.10000次磨耗后不允許露出基體靜電植絨干磨1)磨耗壓力為4.9N；2)將試樣放置在室溫202、相對濕度655的環(huán)境中12h后磨損；3)速度6065次/min.10000次無明顯毛束脫落，無裸露部位濕磨1)磨耗壓力為4.9N；2)將被測樣條放置在室溫202、相對濕度655的環(huán)境中12h后，截取試樣于202的水中再浸泡1h后取出，在濕潤狀態(tài)下磨損，并保持濕潤，適時向試樣上滴水。3)速度6065次/min.10000次無明顯毛束脫落，無裸露部位備注：磨耗往復(fù)一次計為一次4.1.4內(nèi)外劈水條設(shè)計要

11、求劈水條主要是防止灰塵、雨水進(jìn)入車內(nèi)，同時還有隔音，減少贓物掛在車門玻璃上的作用。劈水條一般多為軟質(zhì)聚氯乙烯（PVC）和鋼帶擠出成型，與玻璃摩擦的表面需進(jìn)行表面植絨以降低玻璃升降阻力。植絨耐磨性同時要滿足表1的要求。4.2系統(tǒng)各零部件之間的尺寸匹配要求玻璃升降系統(tǒng)各附件之間的尺寸匹配將直接影響到玻璃升降的平穩(wěn)性、可靠性。是車門玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。因車門玻璃大多數(shù)是靠自重成型的，根據(jù)該工藝特點(diǎn)，玻璃制造精度不是很高，國內(nèi)目前玻璃輪廓尺寸公差一般能達(dá)到表2的要求。同時考慮到玻璃導(dǎo)軌、呢槽的制造偏差，設(shè)計時要重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)各零部件間的尺寸匹配。表3是對不同車型參數(shù)進(jìn)行總結(jié)歸納而形成的設(shè)計參考值。只

12、有系統(tǒng)合理的尺寸匹配，才能設(shè)計出既滿足玻璃升降阻力，又能滿足密封性能要求的車門玻璃升降系統(tǒng)。盡管不同車型，呢槽、劈水條斷面形式會各有差異，但其壓縮量基本在表3所示范圍之內(nèi)。表3中各參數(shù)定義如圖6所示。表2玻璃輪廓尺寸公差項目基準(zhǔn)輪廓邊一般輪廓邊公差（mm）0.751表3系統(tǒng)匹配尺寸設(shè)計參考值序號設(shè)計要點(diǎn)設(shè)計參考數(shù)值備注1呢槽與玻璃根部間隙a（mm）22.5確保車門玻璃密封性能，避免玻璃升降阻力過大2呢槽與玻璃壓縮量b（mm）1.22.23玻璃在呢槽中插入量c（mm）464劈水條與玻璃壓縮量d（mm）1.22.25玻璃與玻璃導(dǎo)軌弧度相匹配654221adcb3義31.玻璃導(dǎo)軌2.車門玻璃3.玻璃

13、呢槽4.門內(nèi)飾板5.外劈水條6.內(nèi)劈水條圖6匹配尺寸定義玻璃呢槽、內(nèi)外劈水條、玻璃之間合理的尺寸匹配，是為了確保車門玻璃具有良好的密封性、合適的玻璃升降阻力。升降器導(dǎo)軌與玻璃、玻璃導(dǎo)軌弧度的匹配是確保升降系統(tǒng)正常升降的關(guān)鍵。實(shí)車中出現(xiàn)的玻璃升降卡滯等問題大多是系統(tǒng)弧度不匹配所導(dǎo)致的。系統(tǒng)弧度匹配通常的設(shè)計思路是，根據(jù)整車造型設(shè)計玻璃大面基于玻璃大面的弧度來設(shè)計玻璃導(dǎo)軌弧度玻璃沿導(dǎo)軌運(yùn)動，并通過計算機(jī)軟件跟蹤其軌跡，形成玻璃升降器的運(yùn)動軌跡線通過升降器的運(yùn)動軌跡線構(gòu)造出升降器導(dǎo)軌。特別注意，車門前后兩根導(dǎo)軌要是平行關(guān)系。4.3車門玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計校核玻璃升降系統(tǒng)是整車開閉件重要組成部分之一，其位

14、置布置及運(yùn)動狀態(tài)比較復(fù)雜，設(shè)計完成后必須進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計校核。4.3.1總布置校核主要包括裝配工藝可行性分析，以及玻璃升降操作按鈕是否滿足人機(jī)工程等。車門內(nèi)外板之間的空間一般是有限的，特別是一些微型車，玻璃升降器等附件的裝配空間往往比較緊湊。設(shè)計階段一定要進(jìn)行裝配模擬分析，或者通過制作手工件等方法進(jìn)行裝配可行性驗(yàn)證。以降低整車研發(fā)試制的風(fēng)險，確保裝配的可操作性、方便性。4.3.2空間校核車門系統(tǒng)屬于整車開閉系統(tǒng)，其附件工況比較復(fù)雜，設(shè)計中必須進(jìn)行運(yùn)動空間的校核。在車門鎖體、車門限位器、車門玻璃處于不同狀態(tài)下時分別進(jìn)行安全間隙的校核。通常情況下，這些運(yùn)動件之間的最小間隙要15mm。4.3.3玻璃運(yùn)動分析校核在產(chǎn)品設(shè)計中，可以借助計算機(jī)軟件對運(yùn)動物體軌跡進(jìn)行分析，可以初步判斷設(shè)計的運(yùn)動機(jī)構(gòu)是否滿足要求，有時還可以判斷干涉問題。下面以某款汽車前門玻璃升降系統(tǒng)為例，具體介紹如何使用計算機(jī)軟件（CATIA）進(jìn)行玻璃升降系統(tǒng)的運(yùn)動分析。如圖7。步驟1：進(jìn)行玻璃、玻璃導(dǎo)軌的裝配設(shè)計；步驟2：求解玻璃大面與玻璃導(dǎo)軌的相交線L；步驟3：在交線L上取2點(diǎn)，在玻璃大面上取1點(diǎn)；步驟4：通過CATIA軟件中的點(diǎn)-曲線鉸