GM通用泛亞PATAC車門玻璃升降系統(tǒng)設計方法淺析教學資料

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)設計方法淺析-車門玻璃升降系統(tǒng)設計方法淺析宋小寧安徽江淮汽車股份有限公司技術中心車身設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)合工作中的實際案例詳細闡述了該系統(tǒng)的設計要點和運動校核方法?！娟P鍵詞】車門玻璃升降系統(tǒng)，密封性，運動校核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重要。所以該系統(tǒng)的設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。本文重點介紹該系統(tǒng)的設計要點及如何借助計算機軟件有效進行設計階段的校核分析。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.玻璃導軌5.玻璃升降器總成圖1玻璃升降系統(tǒng)組成玻璃導軌和窗框共同組成玻璃導向

5、與保護機構(gòu)。導軌內(nèi)與玻璃接觸的部位裝有玻璃呢槽，玻璃呢槽主要起到導向、密封功能，在行車和關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減速器鋼絲繩卷筒鋼絲繩玻璃托架玻璃升降運動。電動臂式傳動路線為電機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動。手動相對于電動，主要是

6、以手搖柄代替電機來驅(qū)動玻璃升降。如圖2、圖3所示。4321玻璃升降運動1.繩輪2.電機及減速器3.卷筒4.玻璃托架圖2繩輪式升降器（電動）1玻璃升降運動54321.玻璃安裝槽板2.扇形齒輪3.電機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)的設計要點車門玻璃升降系統(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。為了實現(xiàn)以上功能，設計中系統(tǒng)各零部件之間的尺寸匹配是非常重要的。4.1車門玻璃、玻璃導軌、玻璃呢槽、內(nèi)外劈水條設

7、計要點車門玻璃、玻璃導軌、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致的制造成本增加、產(chǎn)品合格率降低。4.1.2玻璃導軌設計要求玻璃導軌多為滾壓件，主要包括本體與安裝支架兩部分，如圖4所示。設計一定要確保安裝支架的強度，現(xiàn)多采用1.

8、52mm料厚的支架。支架結(jié)構(gòu)必須具備加強筋、翻邊等特征以確保其強度。以下是某款轎車導軌安裝支架設計優(yōu)化后有效地解決了玻璃運動過程中抖動問題的案例。通過增加安裝支架翻邊、增加料厚的方法進行了設計優(yōu)化，提高了導軌強度。避免了因?qū)к墢姸容^弱而產(chǎn)生的玻璃運動平穩(wěn)性差的問題。如圖5所示。211.本體2.安裝支架圖4玻璃導軌構(gòu)成初始狀態(tài)（t=1.2mm）設計優(yōu)化后狀態(tài)（t=2mm）圖5導軌支架優(yōu)化方案示意4.1.3玻璃呢槽設計要求車門玻璃的兩側(cè)和上部都靠玻璃呢槽進行密封，呢槽材料為三元乙丙橡膠（EPDM），通常硬度為7080（邵爾A）。呢槽裝配在玻璃導軌內(nèi)，能起到緩沖和彌補玻璃導軌制造偏差的作用。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，所以在設計中對其耐磨性一定要嚴格要求。如表1。表1表面處理耐磨性要求項目試驗條件指標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：磨耗往復一次計為一次4.1.4內(nèi)外劈水條設計要

11、求劈水條主要是防止灰塵、雨水進入車內(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)設計的關鍵。因車門玻璃大多數(shù)是靠自重成型的，根據(jù)該工藝特點，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到表2的要求。同時考慮到玻璃導軌、呢槽的制造偏差，設計時要重點關注系統(tǒng)各零部件間的尺寸匹配。表3是對不同車型參數(shù)進行總結(jié)歸納而形成的設計參考值。只

12、有系統(tǒng)合理的尺寸匹配，才能設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輪廓邊一般輪廓邊公差（mm）0.751表3系統(tǒng)匹配尺寸設計參考值序號設計要點設計參考數(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玻璃與玻璃導軌弧度相匹配654221adcb3義31.玻璃導軌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。升降器導軌與玻璃、玻璃導軌弧度的匹配是確保升降系統(tǒng)正常升降的關鍵。實車中出現(xiàn)的玻璃升降卡滯等問題大多是系統(tǒng)弧度不匹配所導致的。系統(tǒng)弧度匹配通常的設計思路是，根據(jù)整車造型設計玻璃大面基于玻璃大面的弧度來設計玻璃導軌弧度玻璃沿導軌運動，并通過計算機軟件跟蹤其軌跡，形成玻璃升降器的運動軌跡線通過升降器的運動軌跡線構(gòu)造出升降器導軌。特別注意，車門前后兩根導軌要是平行關系。4.3車門玻璃升降系統(tǒng)設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、置布置及運動狀態(tài)比較復雜，設計完成后必須進行相關的設計校核。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。設計階段一定要進行裝配模擬分析，或者通過制作手工件等方法進行裝配可行性驗證。以降低整車研發(fā)試制的風險，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)，其附件工況比較復雜，設計中必須進行運動空間的校核。在車門鎖體、車門限位器、車門玻璃處于不同狀態(tài)下時分別進行安全間隙的校核。通常情況下，這些運動件之間的最小間隙要15mm。4.3.3玻璃運動分析校核在產(chǎn)品設計中，可以借助計算機軟件對運動物體軌跡進行分析，可以初步判斷設計的運動機構(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軟件（CATIA）進行玻璃升降系統(tǒng)的運動分析。如圖7。步驟1：進行玻璃、玻璃導軌的裝配設計；步驟2：求解玻璃大面與玻璃導軌的相交線L；步驟3：在交線L上取2點，在玻璃大面上取1點；步驟4：通過CATIA軟件中的點-曲線鉸