車門玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法淺析

1、車門玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)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(shí)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(jì)要點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)校核方法?！娟P(guān)鍵詞】車門玻璃升降系統(tǒng)，密封性，運(yùn)動(dòng)校核Design Approach Analysis of Vehicle Door Glass Lifter SystemSong XiaoningAnhui Jianghuai A

2、utomobile Co., Ltd R&D centerAbstract: Door glass lifter is one of the important components in vehicle door system. Its quality has a great effect on the safety of door system and whole vehicle. The main function of door glass lifter system is making the glass up and down smoothly, can stopping

3、the glass everywhere and having a good sealability. This article discusses the vehicle door glass lifter system classification and constituents. By exact examples this article also expounds the essential points and correction methods of motion of the system. Key words: Vehicle door glass lifter syst

4、em，sealability，correction methods of motion 1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(duì)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(huì)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(jì)必須要保證車門玻璃的平穩(wěn)升降，同時(shí)要具備良好的密封性。本文重點(diǎn)介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及如何借助計(jì)算機(jī)軟件有效進(jìn)行設(shè)計(jì)階段的校核分析。 2車門玻璃升降系統(tǒng)的組成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。41. 車門玻璃 2. 玻璃呢槽 3. 內(nèi)外

5、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(shí)吸收玻璃的振動(dòng)，同時(shí)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(dòng)和繩輪式傳動(dòng)（或尼龍帶傳動(dòng)）兩種結(jié)構(gòu)形式。按照驅(qū)動(dòng)形式分為電動(dòng)、手動(dòng)兩種形式。電動(dòng)鋼絲繩式傳動(dòng)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(dòng)。電動(dòng)

6、臂式傳動(dòng)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(dòng)。手動(dòng)相對(duì)于電動(dòng)，主要是以手搖柄代替電機(jī)來驅(qū)動(dòng)玻璃升降。如圖2、圖3所示。1玻璃升降運(yùn)動(dòng)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(dòng)）玻璃 升降運(yùn)動(dòng)51. 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(dòng)）4車門玻璃升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)手搖柄或操作按鈕時(shí)，玻璃能隨意停位，不因汽車的顛簸而上下跳動(dòng)；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

7、實(shí)現(xiàn)以上功能，設(shè)計(jì)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)計(jì)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(jì)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(duì)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(jì)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)

8、計(jì)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(jì)一定要確保安裝支架的強(qiáng)度，現(xiàn)多采用1.52mm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(jì)優(yōu)化后有效地解決了玻璃運(yùn)動(dòng)過程中抖動(dòng)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(jì)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(dòng)平穩(wěn)性差的問題。如圖5所示。1. 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(jì)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(jì)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

9、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。為了減小玻璃升降時(shí)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(jì)中對(duì)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4.1.4內(nèi)外劈水條設(shè)計(jì)要求劈水條主要是防止灰塵、雨水進(jìn)入車內(nèi)，同時(shí)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，

10、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(shí)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(jì)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(guó)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(shí)考慮到玻璃導(dǎo)軌、呢槽的制造偏差，設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)各零部件間的尺寸匹配。表3是對(duì)不同車型參數(shù)進(jìn)行總結(jié)歸納而形成的設(shè)計(jì)參考值。只有系統(tǒng)合理的尺寸匹配，才能設(shè)計(jì)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(huì)各有差

11、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 玻璃輪廓尺寸公差表3 系統(tǒng)匹配尺寸設(shè)計(jì)參考值a2b 21c364d1. 玻璃導(dǎo)軌 2. 車門玻璃 3.玻璃呢槽 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(jì)思路是，根據(jù)整車造型設(shè)計(jì)玻璃大面基于玻璃大面的弧度來設(shè)計(jì)玻璃導(dǎo)軌弧度玻璃沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，并通過計(jì)算機(jī)軟件跟

12、蹤其軌跡，形成玻璃升降器的運(yùn)動(dòng)軌跡線通過升降器的運(yùn)動(dòng)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(jì)校核玻璃升降系統(tǒng)是整車開閉件重要組成部分之一，其位置布置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)完成后必須進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)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(jì)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(xiǎn)，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

13、車開閉系統(tǒng)，其附件工況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(shí)分別進(jìn)行安全間隙的校核。通常情況下，這些運(yùn)動(dòng)件之間的最小間隙要15mm。 4.3.3玻璃運(yùn)動(dòng)分析校核在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以借助計(jì)算機(jī)軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)物體軌跡進(jìn)行分析，可以初步判斷設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是否滿足要求，有時(shí)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(jì)算機(jī)軟件（CATIA）進(jìn)行玻璃升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析。如圖7。步驟1：進(jìn)行玻璃、玻璃導(dǎo)軌的裝配設(shè)計(jì)；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、點(diǎn)-面鉸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；步驟5：檢查不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的玻