1、现代设计技术G r o u pT e c h n o l o g y&P r o d u c t i o nM o d e r n i z a t i o nV o l ,N o ,收稿日期:作者简介:胡钊(),男,安徽宿州人,工程师,研究方向为汽车的设计与开发.文章编号:()汽车门槛的通用化设计胡钊,熊辉,陈艳华,张举华(奇瑞汽车股份有限公司 汽车工程研发总院,安徽 芜湖 )摘要:在介绍汽车结构及功能的基础上,以汽车门槛为对象,研究了通用化设计方法.在保证整车性能的前提下,通过提升单个零件的通用化水平,有效地降低了整车的零部件模具开发费用和单车制造成本.关键词:汽车门槛;结构设计;通用化设计
2、;零件通用化水平中图分类号:TH 文献标识码:Ad o i:/j i s s n 汽车市场发展迅速,中国汽车工业协会根据重点汽车厂商产销数据预估的 年汽车销量为 万辆.近年来,中国市场每年推出的汽车新款都比较多,据不完全统计,年新推出了 款.由于各厂商设计目标的不同,汽车市场上的新款产品在规格和性能方面存在明显的差异,再加上设计理念的不同,导致汽车某些功能相同的零件却有着不同的特征、尺寸和公差要求.因此,各汽车厂商都需要投入很大的人力和物力来生产模具,相应的生产管理成本居高不下,同时更改零件设计与制造的成本也随着汽车款型的增多而不断增大 .汽车零件的通用化设计是指:合理设定不同零件的边界,在保
3、证零件具有一定互换性的同时完成零件原本功能的设计,使所设计零件尽可能地使用在不同款的汽车上及汽车的不同部位.汽车零件的通用化设计,有利于最大限度地增加所设计零件在不同车型上通用的次数,减少重复性生产和相应零件的模具投资,提升管理效率,降低整车的生产成本,增加企业收益.鉴于此,本文将以汽车门槛为对象,研究汽车零件的通用化设计方法.汽车门槛的结构及功能白车身是汽车整个车身钢板焊接骨架的简称.在涂敷油漆之后的车身骨架上安装车身附件、电器、底盘、动 力 总 成 等 组 件,即 可 完 成 整 个 汽 车 的制造.车身结构一般分为种,即非承载式车身结构、承载式车身结构、半承载式车身结构.当前行业内应用最
4、多的是承载式车身结构(图).承载式车身结构的主要特点是没有底盘骨架.其车身结构不仅充当了底盘骨架,而且承担了乘客、载货以及车身结构附件的各种载荷.图承载式车身结构汽车门槛主要位于车身结构的两侧,如图所示.汽车门槛的前面与A柱加强板、前挡板相连接,侧面通过点焊与座椅横梁、地板、侧围外板、侧围内板、B柱加强板、C柱加强板及C柱内板连接.门槛作为汽车车身的主要构件,其主要功能是构成车身的整体骨架,实现整个车身骨架传力路径的贯现代设计技术成组技术与生产现代化 年第 卷第期通.门槛具有吸收汽车前部碰撞能量并向后传递给B柱、C柱和地板等部件的作用;在发生侧面碰撞时能充分抵抗侧面撞击力,有效地吸收碰撞能量,
5、且能将部分能量传递给座椅横梁、A柱、B柱和C柱等.车身门槛既保证了整个车身骨架的完整性,也提供了充足的乘员生存空间.侧面碰撞时汽车门槛的作用如图所示.图汽车门槛在车身结构中的位置图侧面碰撞时汽车门槛的作用门槛通用化设计的方法采用通用化设计方法,能让处于不同位置的两个零件,通过旋转或者平移实现完全互换,并保证互换前后的功能相同.汽车门槛由左门槛加强板、左门槛内板、右门槛加强板、右门槛内板个零件组成,如图所示.图汽车门槛的组成 普通零件通用化设计的条件()零件完全轴对称:所指零件按照某一轴线完全对称.()零件部分轴对称:所指零件与其他零件接触边界的特征按照某一轴线完全对称,且其他特征无边界接触或者
6、其他零件可以按此边界重新设计.()零件旋转对称:所指零件按照某一轴线旋转后的特征与原特征完全一致.()零件部分旋转对称:所指零件与其他零件接触边界的特征按照某一轴线旋转后与原特征完全一致,且其他特征无边界接触或者其他零件可以按此边界重新设计.()强制通用化应用:所指零件无特殊的特征要求,且与其接触的其他零件的边界特征完全可以按照 所 指 零 件 的 特 征 进 行 重 新 设 计.如 普 通 零件 乘客扶手在汽车上有个地方是可按照平移或者旋转进行重新布置的,与乘客扶手安装的面特征及安装孔可完全按照乘客扶手的重新布置位置进行设计,实现了乘客扶手的通用化设计.门槛的通用化设计为了最大限度地实现门槛
7、的通用化设计,可采用普通零件通用化设计条件()和()进行汽车门槛的设计.但是,设计时会遇到门槛与不同零件搭接的匹配问题.为此,本文根据通用化设计条件()来设计汽车门槛,按照门槛内板和门槛加强板围绕汽车的X轴(整车前后方向)旋转后特征完全一致的截面(图)进行了设计.图门槛内板和门槛加强板截面在门槛内板和门槛加强板的截面设计完成后,按照汽车的X轴方向拉伸一定长度,可得图所示门槛内板和门槛加强板的三维视图.门槛的长度应根据整车的轴距、长度和机构布置进行合理设计.现代设计技术G r o u pT e c h n o l o g y&P r o d u c t i o nM o d e r n i z
8、a t i o nV o l ,N o ,图门槛内板和门槛加强板的三维视图门槛需要进行防腐设计、线束安装设计、焊接搭边设计.为了保证这些特征在旋转之后能满足通用化安装需要,汽车门槛上的所有特征应完全按照零件中心和汽车的Z轴平行轴线进行对称设计(图).图门槛上对称设计的特征通过汽车门槛的通用化设计,有效减少了新开发零件、模具和检具的数量,降低了制造成本(表).表通用化设计方案与原设计方案的效果对比项目原设计方案通用化设计方案零件数量/件通用次数模具数量/套检具数量/套成本估算/(万元年)通用化设计的验证门槛设计完成之后,还需要进行功能验证,以确认设计方案的可实施性.根据门槛的功能要求,本文开展了
9、如下的设计验证工作:截面惯心距分析;焊接虚拟验证;整车扭转刚度分析;整车碰撞传力分析;线束等附件安装的同步工程分析.经过以上验证,通用化设计的汽车门槛完全符合设计要求,既能满足整车扭转刚度的指标要求,也能满足整车碰撞时传力和吸能的要求,且门槛附件的安装顺利.根据通用化设计的原则及要求,以门槛为设计对象,采用通用化旋转对称的设计方法,实现了汽车门槛的通用化设计.经指定企业测算,每年可节省 万元的模具、检具等一次性费用投入,同时也提升了生产效率、降低了单车制造成本.参考文献吴迪新势力车企收官之战N国际金融报,()王超,李晓江,徐剑波乘用车天窗通用化策略J汽车工程师,():刘志群基于通用化设计的车体
10、钢结构设计管理J机械工程师,():时磊,王涛,马建华浅谈白车身柔性焊接生产技术J重型汽车,():马彬彬白车身及车门性能开发关键技术研究与应用D合肥:合肥工业大学,姜文龙,张哲,姜春兰一种辊压成型的侧围上边梁结构设计分析J南方农机,():张芳芳基于B柱的汽车侧面碰撞特性及乘员保护措施的研究D武汉:武汉理工大学,胡钊,周伟,姬进军,等汽车门槛结构:C N UP 胡钊,宁 小 岳,周伟,等门 槛 加 强 板 安 装 结 构:C N BP 田建辉,赵淼,齐腾浩问题导向的项目驱动式教学在C A E课程中的运用研究J科技经济市场,():,D e s i g no fA u t o m o b i l eS
11、 i l lU n i v e r s a l i t yHUZ h a o,X I ONG H u i,CHE NY a n h u a,Z HANGJ u h u a(P r o d u c tE n g i n e e r i n gD i v i s i o n,C h e r yA u t o m o b i l eC o,L t d,W u h u ,C h i n a)A b s t r a c t:O n t h eb a s i s o f i n t r o d u c i n g t h e s t r u c t u r e a n d f u n c t i o no
12、 f t h e c a r,t h eu n i v e r s a l d e s i g nm e t h o d i s s t u d i e d t a k i n g t h es i d es i l l a s t h eo b j e c t E n s u r i n gt h ep e r f o r m a n c eo ft h ev e h i c l e,t h ec o s to f t h ed i ea n dt h ev e h i c l ea r ee f f e c t i v e l yr e d u c e db ye n h a n c i n gt h eg e n e r a l i s a t i o nl e v e l o f i n d i v i d u a l p a r t s K e yw o r d s:a u t o m o b i l es i l l;s t r u c t u r ed e s i g n;u n i v e r s a l d e s i g n;g e n e r a l i s a t i o n l e v e l o fp a r t s
