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        發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定合理性的分析

        2021-08-31 07:24:54蘇德雄黃新龍趙子晉
        汽車零部件 2021年8期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)策分析

        蘇德雄,黃新龍,趙子晉

        (廣汽本田汽車有限公司,廣東廣州 510700)

        0 引言

        隨著汽車市場不斷成熟,消費(fèi)者對(duì)汽車外觀商品性的要求不斷提高,促使企業(yè)在重視產(chǎn)品實(shí)用的同時(shí),還要提高商品外觀質(zhì)量[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)罩作為汽車外觀覆蓋件的重要組成部分之一,具有面積大、支點(diǎn)小、水平放置等特點(diǎn),它與翼子板、通風(fēng)柵、前大燈的匹配問題是在車外最容易觀察到的部分,其決定了消費(fèi)者對(duì)整車品質(zhì)的第一印象。

        發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量,是為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)罩與翼子板匹配的合理性,設(shè)計(jì)上通過在發(fā)動(dòng)機(jī)罩與鉸鏈之間設(shè)定一定的間隙預(yù)留量,以吸收發(fā)動(dòng)機(jī)罩被氣撐桿、通風(fēng)柵膠條、緩沖膠粒、發(fā)動(dòng)機(jī)罩膠條等零件反力抬起的量,以及鉸鏈剛性導(dǎo)致的下沉量總和。

        本文作者基于某新車型試生產(chǎn)階段出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端與翼子板匹配不良,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量進(jìn)行了深入分析:利用自主設(shè)計(jì)的組合檢具模擬標(biāo)準(zhǔn)白車身,排除了白車身精度因素造成的干擾;建立簡易的鉸鏈剛性檢證模型,利用自制的伺服絲杠壓力位移測量儀驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈剛性不足的猜想,發(fā)現(xiàn)潛在設(shè)計(jì)不良問題;并應(yīng)用CAE分析展開對(duì)策的研究,提出了發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的改善方案,完善設(shè)計(jì)的不足,解決了發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端下沉導(dǎo)致的外觀商品性問題。

        1 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定依據(jù)

        發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的設(shè)定主要是基于過往經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的,需要在試生產(chǎn)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)合理性驗(yàn)證。發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定原理如圖1所示,預(yù)先在發(fā)動(dòng)機(jī)罩和鉸鏈之間設(shè)定間隙,這個(gè)間隙即是預(yù)留量,使發(fā)動(dòng)機(jī)罩安裝后下沉一定量,但通過通風(fēng)柵膠條、撐桿等零件支撐后,會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)罩抬起到理論位置,以此來確保發(fā)動(dòng)機(jī)罩周邊的匹配。

        圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定原理

        預(yù)留量設(shè)計(jì)的一般原則是,基于發(fā)動(dòng)機(jī)罩質(zhì)量及尺寸大小(發(fā)動(dòng)機(jī)罩越重、膠條等橡膠件反力影響量越小),以及是否采用氣撐桿選擇相對(duì)應(yīng)的預(yù)留量,如圖2所示。文中車型采用大尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)罩,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定了1 mm鉸鏈預(yù)留量。

        圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定參考區(qū)域

        預(yù)留量設(shè)定不合理,將直接造成發(fā)動(dòng)機(jī)罩周邊匹配不良,如圖3所示。由圖3(a)可知,預(yù)留量設(shè)定間隙過大,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩下沉;由圖3(b)可知,預(yù)留量設(shè)定間隙不足,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩過高;由圖3(c)可知,預(yù)留量設(shè)定不合理,發(fā)動(dòng)機(jī)罩開閉過程干涉。

        圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定不合理導(dǎo)致的3種結(jié)果

        2 發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量驗(yàn)證方案

        2.1 預(yù)留量驗(yàn)證方法

        為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量設(shè)定的合理性,需要排除車身精度等因素的干擾。通過組合檢具模擬標(biāo)準(zhǔn)白車身的安裝點(diǎn)位[2],如圖4所示,可通過安裝發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板、通風(fēng)柵、緩沖膠粒、膠條等零件,逐一確認(rèn)各個(gè)零件的反力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的影響量。同時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鉸鏈仿形塊,分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板定位和鉸鏈定位兩種狀態(tài)開展驗(yàn)證。

        圖4 組合檢具示意(標(biāo)準(zhǔn)白車身)

        將鉸鏈分別設(shè)定為A、B、C 3種組合,保持其他零件不變,安裝到組合檢具上后,通過3次元測量儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩表面的精度進(jìn)行測量[3],結(jié)果如圖5所示。

        圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈仿形塊與鉸鏈安裝的差異

        整理發(fā)動(dòng)機(jī)罩上相同點(diǎn)的變化量,得出表1的結(jié)果。C組合在消除發(fā)動(dòng)機(jī)罩1 mm間隙預(yù)留量的情況下,與鉸鏈標(biāo)準(zhǔn)仿形塊仍有0.5 mm差異。因差異僅存在于鉸鏈實(shí)物零件與仿形塊之間,推測是鉸鏈導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩下沉。

        表1 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈仿形塊與鉸鏈安裝的差異

        2.2 鉸鏈影響量驗(yàn)證

        發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈與鉸鏈標(biāo)準(zhǔn)仿形塊之間的主要差異在于剛性的差異,因此推測為鉸鏈剛性不足導(dǎo)致下沉。為了確認(rèn)鉸鏈剛性,首先需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩受力情況展開分析。

        該車型的發(fā)動(dòng)機(jī)罩受力點(diǎn)如圖6所示,受到發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈1、前側(cè)緩沖膠粒2、側(cè)方緩沖膠粒3、發(fā)動(dòng)機(jī)罩膠條4、通風(fēng)柵膠條5、發(fā)動(dòng)機(jī)罩鎖扣6等6個(gè)零件的反作用力,受力情況復(fù)雜,且膠條反力受壓縮量的影響,無法準(zhǔn)確地進(jìn)行測算,因此需對(duì)受力模型進(jìn)行簡化,以達(dá)到相對(duì)準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。

        圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)罩支撐點(diǎn)示意

        利用組合檢具,對(duì)零件進(jìn)行逐一的拆裝確認(rèn),分析各個(gè)零件的實(shí)際影響量,因此車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩質(zhì)量較重,發(fā)現(xiàn)側(cè)方緩沖膠粒3、發(fā)動(dòng)機(jī)罩膠條4、通風(fēng)柵膠條5及發(fā)動(dòng)機(jī)罩鎖扣6對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩抬起量可以忽略不計(jì),得出影響發(fā)動(dòng)機(jī)罩的主要受力點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈1和前側(cè)緩沖膠粒2。簡化后的受力分析如圖7所示。

        圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)罩受力分析

        根據(jù)力矩平衡可以得出以下兩個(gè)式子:

        2(F1·L1)=2(F2·L2)

        (1)

        2(F1+F2)=G/g

        (2)

        式中:F1為鉸鏈對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的支撐力;F2為仿膠墊支撐塊對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的支撐力;L1為發(fā)動(dòng)機(jī)罩重心與鉸鏈的距離;L2為發(fā)動(dòng)機(jī)罩重心與仿膠墊支撐塊的距離;G為發(fā)動(dòng)機(jī)罩的重力。

        基于以上受力情況分析,建立了一套鉸鏈剛性檢測試驗(yàn)方案,根據(jù)圖8鉸鏈剛性驗(yàn)證模型,建立圖9所示的模擬實(shí)際裝車狀態(tài),并通過伺服絲桿壓力位移測量儀測量出鉸鏈剛性變化曲線。

        圖8 鉸鏈剛性驗(yàn)證模型

        將發(fā)動(dòng)機(jī)罩質(zhì)量W=14.5 kg(G=142.1 N),L1=870 mm,L2=430 mm代入式(1)、(2),可得出,發(fā)動(dòng)機(jī)罩對(duì)鉸鏈的壓力F1=23.4 N,根據(jù)伺服絲桿壓力位移測量儀得到的曲線,如圖10所示,可得鉸鏈?zhǔn)馨l(fā)動(dòng)機(jī)罩重力影響下的變形量為0.5 mm,發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈剛性不足的猜想得以驗(yàn)證。

        3 對(duì)策方案分析及實(shí)施效果確認(rèn)

        3.1 對(duì)策方案分析

        根據(jù)上述原因分析,可得出發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈剛性不足導(dǎo)致預(yù)留量設(shè)定不合理,為了能從根本上解決該問題,需要首先在設(shè)計(jì)上消除原先1 mm預(yù)留量,再對(duì)鉸鏈?zhǔn)綐舆M(jìn)行變更。

        對(duì)于鉸鏈試驗(yàn)變更,文中提出了兩個(gè)對(duì)策方案:(1)將鉸鏈剛性增強(qiáng),消除鉸鏈變形;(2)抬高鉸鏈上表面0.5 mm,抵消鉸鏈變形量。

        針對(duì)方案(1)中鉸鏈剛性加強(qiáng)方案展開CAE分析,明確鉸鏈應(yīng)力集中部位為拐角部位,所以鉸鏈剛性加強(qiáng),必須在應(yīng)力集中部位加強(qiáng),如圖11所示。

        圖11 鉸鏈剛性力CAE分析

        如圖12所示,因鉸鏈上表面為零件的精度測量基準(zhǔn)面,因此公差面調(diào)整設(shè)定在安裝白車身側(cè)的下表面。

        圖12 鉸鏈對(duì)策方案

        3.2 對(duì)策影響確認(rèn)

        因?qū)︺q鏈?zhǔn)綐舆M(jìn)行變更,需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩開閉耐久、惡路耐久、碰撞、行人保護(hù)等方面試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。其中,在試驗(yàn)開展中發(fā)現(xiàn)惡路耐久工況下,圖6中通風(fēng)柵膠條5出現(xiàn)磨損,如圖13所示。

        圖13 通風(fēng)柵膠條磨損

        通過分析,主要原因是:發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端因鉸鏈變更,發(fā)動(dòng)機(jī)罩上抬后與通風(fēng)柵膠條壓合量變小,膠條對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的緩沖作用減少,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅變大,磨損增強(qiáng)。如圖14所示。

        圖14 對(duì)策前后膠條壓合量存在差異

        為了驗(yàn)證此結(jié)論,利用加速度傳感器測量發(fā)動(dòng)機(jī)罩振動(dòng)加速度,并對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二重積分得出振幅,對(duì)比確認(rèn)到鉸鏈?zhǔn)綐幼兏蟀l(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅確實(shí)加劇了。如圖15所示。

        圖15 發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅分析

        為了對(duì)應(yīng)此二次不良,必須通過增強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的支撐來減少振幅。經(jīng)過討論,提出了加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)罩后部膠條支撐剛性的方案:膠條內(nèi)部兩側(cè)增加兩條EPDM硬質(zhì)棉芯(外徑8.5 mm×厚度2.0 mm×長度80 mm),提高支撐其支撐力,如圖16所示,再次測得發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅改善明顯,與鉸鏈變更前相當(dāng),對(duì)策件換裝到耐久試驗(yàn)車確認(rèn)無磨損。

        圖16 通風(fēng)柵膠條加棉芯后發(fā)動(dòng)機(jī)罩振幅改善

        上述對(duì)策實(shí)施后,通過完成車碰撞測試、發(fā)動(dòng)機(jī)罩開閉耐久試驗(yàn)、行人保護(hù)等檢證,相關(guān)關(guān)聯(lián)性能均確認(rèn)滿足要求。

        3.3 實(shí)施效果確認(rèn)

        經(jīng)過上述對(duì)策方案確認(rèn),改進(jìn)后消除了發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量不合理導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩下沉的問題,改善了發(fā)動(dòng)機(jī)罩后端與翼子板匹配不良(圖17),且經(jīng)過相關(guān)性能試驗(yàn)驗(yàn)證,無二次不良產(chǎn)生。

        圖17 改善前后效果對(duì)比

        4 結(jié)束語

        文中的研究識(shí)別出鉸鏈剛性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的設(shè)定有較大的影響。同時(shí)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,預(yù)留量的設(shè)定不合理除了對(duì)外觀配合產(chǎn)生不良影響外,也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩接觸的膠條產(chǎn)生磨損。

        文中提出的發(fā)動(dòng)機(jī)罩預(yù)留量的驗(yàn)證方法及有效的控制手段,為今后車型在項(xiàng)目開發(fā)前期提供了參考和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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