楊淑妮　黃禹杰　黃雄連

摘 要：針對(duì)設(shè)計(jì)階段某輥壓窗框車型后側(cè)門鎖側(cè)窗框剛度差，文章通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理布置焊點(diǎn)位置及數(shù)量，應(yīng)用CAE軟件進(jìn)行剛度分析，對(duì)比各種優(yōu)化方案，尋求輕量化和性能指標(biāo)的平衡。文章總結(jié)了輥壓窗框車型后側(cè)門鎖側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為新車型開發(fā)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：輥壓窗框 后側(cè)門 窗框剛度

1 背景

當(dāng)下我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提升，廣大群眾對(duì)汽車的需求量大幅度提升，幾乎達(dá)到了戶戶有車，出行必有車的狀態(tài)。與此同時(shí)，人們對(duì)汽車的舒適性、安全性、外觀也提出了更高的要求。

車門作為一個(gè)綜合性的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，車門和駕駛室一起形成乘員的生存空間，當(dāng)車門閉合時(shí)，應(yīng)具有良好的振動(dòng)特性，足夠的強(qiáng)度和剛度，耐沖擊性能和抗碰撞性能。窗框剛度作為衡量車門品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如剛度不足，會(huì)導(dǎo)致變形，影響外觀間隙和段差，而變形過大，則會(huì)影響密封條的密封性，造成噪聲和高速振動(dòng)的問題，極大降低了NVH舒適性，直接影響顧客的購(gòu)買欲望。窗框性能的優(yōu)劣不僅影響車門系統(tǒng)功能的完整性，也將會(huì)直接影響著用戶在使用汽車過程中的生命安全及財(cái)產(chǎn)安全。

2 窗框剛度差問題描述及原因分析

2.1 車門窗框剛度

車門剛度是指車門在一定載荷作用下抵抗變形的能力，用于對(duì)車門窗框施加載荷后產(chǎn)生的變形之間的關(guān)系來表示剛度。

2.2 窗框剛度分析模型

（1）白車門和鉸鏈，門關(guān)閉狀態(tài)。

（2）鉸鏈與車身安裝點(diǎn)處SPC=123456，并放開主副鉸鏈連接軸線自由度；門鎖邊三處約束SPC=123456，每處約束區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)75mm，寬25mm，上下約束距離C-line（內(nèi)板帶線處斜面與平面的交線）和T-line（門最下面的線）各35mm，中間約束在C-line和T-line距離的1/2處，見下圖1。

（3）旋轉(zhuǎn)門鉸鏈側(cè)內(nèi)板窗框25mm×25mm區(qū)域施加Y向的均布力；旋轉(zhuǎn)門鎖側(cè)內(nèi)板窗框25mm×25mm區(qū)域施加Y向的均布力。后門中間窗框剛度的加載位置的確定如下：首先做一條窗框前上部與窗框后部距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)之間如圖所示的一條紅色參考線；再在窗框上選取與參考線垂直且距離參考線最遠(yuǎn)的點(diǎn)，即為加載點(diǎn)，詳見下圖2。

2.3 原因分析

因造型原因，現(xiàn)有某車型窗框高度較其他輥壓窗框車型高，如下表1。鎖側(cè)結(jié)構(gòu)如下圖3，鎖側(cè)窗框剛度5.75mm，目標(biāo)≤5mm，如下表2，分析結(jié)果遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文就輥壓窗框車型后側(cè)門鎖側(cè)窗框剛度提升，從鎖側(cè)零件結(jié)構(gòu)搭接，焊點(diǎn)位置數(shù)量調(diào)整、零件厚度增加等方面進(jìn)行深入研究分析得出CAE分析結(jié)果，并提出切實(shí)可行且經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化方案。

3 后側(cè)門鎖側(cè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

根據(jù)原因分析，結(jié)合CAE分析模型，制定以下優(yōu)化方案：

方案1：窗框C柱加長(zhǎng)40mm，增加1個(gè)三層焊點(diǎn)；

方案2：窗臺(tái)加強(qiáng)板、輥壓窗框、內(nèi)板通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將其用焊點(diǎn)連接在一起；

方案3：增加輥壓窗框C柱、側(cè)門外板與側(cè)門內(nèi)板的焊點(diǎn)連接；

方案4：內(nèi)板窗臺(tái)加強(qiáng)板厚度由0.8mm更改為1.0mm；

方案5：三角飾板加強(qiáng)板厚度由1.0mm更改為1.2mm；

方案6：內(nèi)板窗臺(tái)加強(qiáng)板厚度由0.8mm更改為1.0mm，三角飾板加強(qiáng)板厚度由1.0mm更改為1.2mm；

方案7：三角板加強(qiáng)板與內(nèi)板窗臺(tái)加強(qiáng)板使用點(diǎn)焊連接；

方案8：三角板加強(qiáng)板側(cè)門與內(nèi)板搭接，增加3個(gè)側(cè)面焊點(diǎn)；

方案9：在窗框C柱根部增加一道結(jié)構(gòu)膠。

各方案示意圖見表3。

4 各優(yōu)化方案測(cè)試結(jié)果

對(duì)上述9個(gè)方案分別進(jìn)行CAE分析，分析結(jié)果見表4。對(duì)比9個(gè)方案，除方案7外，其他方案對(duì)提升窗框剛度都有利。

方案1：比原方案窗框剛度提升4.8%，需要加長(zhǎng)窗框C柱40mm，單側(cè)門重量增加0.026kg增加窗框C柱與內(nèi)板的重疊量，增加1個(gè)焊點(diǎn)，使窗框與內(nèi)板連接增加，窗框剛度改善較大；

方案2：比原方案窗框剛度提升10%，重量不變，通過優(yōu)化外板窗臺(tái)加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)，使外板窗臺(tái)加強(qiáng)板、內(nèi)板、輥壓窗框連接在一起，有利于作用在窗框上的力分散到外板窗臺(tái)加強(qiáng)板上，窗框剛度改善最大；

方案3：比原方案窗框剛度提升5.5%，重量不變，增加一個(gè)焊點(diǎn)，使內(nèi)板、輥壓窗框、外板連接增加，更有力分散窗框上傳來的力，窗框剛度改善較大；

方案4：比原方案窗框剛度提升0.3%，單側(cè)門重量增加0.161kg，增加厚度后，內(nèi)板窗臺(tái)加強(qiáng)板與內(nèi)板連接不變，該方案只是對(duì)非受力加強(qiáng)板的加強(qiáng)，未能分散窗框上受到的作用力，窗框剛度改善不明顯；

方案5：比原方案窗框剛度提升0.5%，單側(cè)門重量增加0.052kg，增加厚度后，三角板加強(qiáng)板與內(nèi)板連接不變，該方案只是對(duì)非受力加強(qiáng)板的加強(qiáng)，未能分散窗框上受到的作用力，窗框剛度改善不明顯；

方案6：比原方案窗框剛度提升0.8%，單側(cè)門重量增加0.269kg，與內(nèi)板連接不變，未能分散窗框上受到的作用力窗框剛度改善不明顯；

方案7：比原方案窗框剛度降低0.1%，單側(cè)門重量減少0.022kg，內(nèi)板窗臺(tái)加強(qiáng)板與三角板加強(qiáng)板從電弧焊連接變成點(diǎn)焊連接，與內(nèi)板其他位置的連接沒有改變，對(duì)窗框剛度不影響，但三角板增加開孔，導(dǎo)致三角板加強(qiáng)板單件剛度變差，窗框剛度稍微降低；

方案8：比原方案窗框剛度提升2%，單側(cè)門重量增加0.027kg，增加三角板與內(nèi)板的側(cè)面連接，窗框剛度有所改善；

方案9：比原方案窗框剛度提升0.3%，增加涂膠，結(jié)構(gòu)膠能使內(nèi)板和輥壓窗框貼合間隙更小，但并不能增加兩者的連接，窗框剛度改善不明顯。

在保證產(chǎn)品性能的前提上，對(duì)零件重量，成本，工藝優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)估。方案1、方案2、方案3，窗框剛度提升明顯，零件重量增加輕。但方案3處結(jié)構(gòu)緊湊，無法布置該焊點(diǎn)。因此選定方案1和方案2作為最終的可行性方案。

按照方案1和方案2優(yōu)化數(shù)據(jù)后，如下圖4，鎖側(cè)窗框剛度4.82mm，見表5滿足設(shè)計(jì)要求≤5mm。

5 總結(jié)

綜上所述，在設(shè)計(jì)過程中，零件的性能是可以通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊點(diǎn)布置來進(jìn)行改善，通過增加窗框與內(nèi)外板的重疊量，增加輥壓窗框根部與周邊零件的連接，將窗框上部受到力的通過連接結(jié)構(gòu)，快速分散到周邊零件，有效提升零件的窗框剛度?？梢院芎玫匾?guī)避后期試驗(yàn)出現(xiàn)的問題。本文通過對(duì)鎖側(cè)結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)布置的分析，為后續(xù)項(xiàng)目的零件開發(fā)提供參考。

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