車門玻璃升降器的設(shè)計及運(yùn)動仿真

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。 本文討論了在汽車車門設(shè)計中于玻璃升降器的布置有關(guān)的零件設(shè)計，同時對叉 臂升降器的布局設(shè)計及仿真實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析和介紹。 玻璃升降器在車門系統(tǒng)中的車門附件。玻璃升降是實(shí)現(xiàn)轎車車門玻璃升降運(yùn)動的車門附件。通過玻璃升降器帶動玻璃托架作上下運(yùn)動，從而使得車門玻璃框的導(dǎo)槽或?qū)к壸魃颠\(yùn)動。目前常用的玻璃升降器主要有叉臂式傳動和繩輪式 傳動兩種常見結(jié)構(gòu)型式。后者能夠適應(yīng)玻璃在大曲率的弧形升降面上移動。此外有手操縱式卒電動兩種操縱方式。車門設(shè)計和布局中正確選擇和布置玻璃升降器是保證玻璃升降操縱輕便、工作可靠的關(guān)鍵。 關(guān)鍵詞： 玻璃升降器；汽車車門系統(tǒng)；仿真 II Abstract Door window lift systems car door system is an important part of its quality will directly affect the entire door system and even the safety of the vehicle. The main function of the system is to ensure the smooth lifting of the door glass, random stop bit, and have a good seal. This article discusses the car door design relating to the arrangement of the glass lifter part design, layout design and simulation of the fork arm lifter to achieve the analysis and presentation. Lifters door accessories door system. Glass lift down movement of the car door glass door accessories. Lifters driven glass bay for up and down movement, so that the guide groove or rail door bezel for the lifting movement. The most commonly used glass lifter wishbone drive sheave drive two common structure type. The latter being able to adapt to lift the glass in a large curvature of the arcuate surface of the mobile. In addition, a hand operated pawn electric two manipulation way. Door design and layout. Proper selection and arrangement of glass lifter is the key to ensure that the glass lift manipulation of light, reliable Keyword： Lifters； Car door systems； Simulation 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 2.1 概述 . 2 2.2 現(xiàn)狀分析 . 2 2.3 市場預(yù)測 . 2 2.4 主要技術(shù)指標(biāo)情況 . 3 2.5 汽車玻璃升降器的發(fā)展趨勢 . 4 3 汽車玻璃升降器的結(jié)構(gòu)工作原理與技術(shù)參數(shù) . 5 3.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 . 5 3.2 技術(shù)參數(shù)及分析 . 7 4 玻璃升降器的設(shè)計方案 . 8 4.1 車門玻璃參數(shù)的確定 . 8 4.2 玻璃在車門上的干涉校核 . 10 4.3 玻璃升降器類型的選擇 . 11 4.4 車窗玻璃運(yùn)行弧度的確定 . 12 4.5 叉臂組件所在平面位置的初步確定 . 12 5 電動玻璃升降器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 13 5.1 導(dǎo)向槽的設(shè)計 . 13 5.2 玻璃導(dǎo)向與保護(hù)機(jī)構(gòu) . 14 5.3 叉臂組件的設(shè)計 . 16 5.4 驅(qū)動電機(jī)的選擇 . 17 5.5 扇形齒板的設(shè)計 . 18 5.5.1 確定模數(shù)和壓力角 . 18 5.5.2 確定主動臂的角行程 . 18 5.5.3 確定齒數(shù)和分度圓直徑 . 18 6 升降器電子控制系統(tǒng)的設(shè)計 . 19 7 電動玻璃升降器數(shù)學(xué)模型（ C A D ）的構(gòu)建 . 21 8 電動玻璃升降器的運(yùn)動仿真 . 22 9 有關(guān)運(yùn) 動部件的數(shù)據(jù)校核 . 23 9.1 運(yùn)動行程校核 . 23 9.2 傳動動力校核 . 23 9.3 結(jié)構(gòu)干涉校核 . 25 9.4 強(qiáng)度分 析或疲勞分析 . 28 10 電動玻璃升降器的基本技術(shù)要求 . 29 10.1 標(biāo)準(zhǔn) . 29 10.2 外觀 . 29 IV 11 電動玻璃升 降器的性能 . 30 11.1 基本性能 . 30 11.2 自鎖性 . 30 11.3 耐溫度變化性 . 30 11.4 絕緣 介電強(qiáng)度 . 30 11.5 耐過電壓 . 30 11.6 熱保護(hù)性 . 30 11.7 抗干擾性 . 30 11.8 耐振性 . 30 11.9 耐腐蝕性 . 30 11.10 防水性 . 30 11.11 耐久性 . 30 12 結(jié)論與展望 . 31 12.1 結(jié)論 . 31 12.2 不足之處及未來展望 . 31 致謝 . 32 參考文獻(xiàn) . 33 附錄 . 34 車門玻璃升降器的設(shè)計及運(yùn)動仿真 1 1 緒論 玻璃升降器升降運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)汽車車門玻璃門附件。玻璃電梯玻璃托架的上下運(yùn)動的驅(qū)動下沿著導(dǎo)向槽或?qū)к壸魃颠\(yùn)動，使門玻璃門窗框。升降臺目前主要采用橫臂式四輪驅(qū)動傳動和繩索兩種常見的結(jié)構(gòu)類型。后者可以適應(yīng)在一個大的弧形表面的曲率的玻璃向下移動。另外，有手動和電動兩種操作模式。門的設(shè)計和布局。玻璃升降器的正確選擇和安排，是為了確保玻璃升降操縱輕便，可靠的鍵。 作為運(yùn)動部件的門系統(tǒng)，只是身體外 面的電路板空間和布局相關(guān)的電梯，并且在門軌道的兩側(cè)，外玻璃含水，密封件具有一定的相關(guān)性。系統(tǒng)，尤其是外門和玻璃門的形狀初步確認(rèn)后，需要和玻璃電梯門系統(tǒng)的布局和分析相關(guān)的組件。 因?yàn)槿绻臻g布局升降臺的不適宜在實(shí)際過程中，經(jīng)常會遇到追趕玻璃升降，抖動，幀關(guān)車門導(dǎo)軌等。往往也意味著運(yùn)動不順暢，在整個運(yùn)行過程中的某一行或靜態(tài)或動態(tài)的機(jī)械條件狀況不佳的位置。反映在現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的型式試驗(yàn)（壽命測試）失敗或部分失敗，在使用過程中，如叉車的手臂長臂，短臂的磨損，滑輪葫蘆鋼絲繩斷裂。 要解決這些問題外可能存在 的門板需要附件布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計的升降臺，充分考慮其布局是合理的，應(yīng)采用計算機(jī)輔助分析。合理安排升降機(jī)門系統(tǒng)的位置和需要解除門的設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計時產(chǎn)生的玻璃電梯配件相關(guān)的系統(tǒng)布局和考慮。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 汽車玻璃升降器 2.1 概述 電動玻璃升降器在我國誕生于 90 年代初，是轎車作為生產(chǎn)資料向消費(fèi)資料變化的一個特征。最早開始應(yīng)用在桑塔納普通型的選裝車上，稱為豪華型轎車，以后在奧迪、捷達(dá)、富康等轎車上都開始選裝電動玻璃升降器。由于電動玻璃升降器比傳統(tǒng)的手動玻璃升降器具有許多優(yōu)越性，它運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)節(jié)自如，不需要人力，給駕駛員和乘員 帶來一種舒適感和安全感。汽車上裝有電動玻璃升降器，給汽車帶來一種豪華的氣氛，受人喜愛。因此，目前在中級以上轎車都將電動玻璃升降器作為一種標(biāo)準(zhǔn)配置，用以提高汽車的配置檔次。 2.2 現(xiàn)狀分析 現(xiàn) 在， 國內(nèi)生產(chǎn)的中高檔轎車，例如奧迪 A6、別克君威、雅閣、帕薩特、東風(fēng)標(biāo)致307都配置了電動玻璃升降器，其他轎車和面包車也開始大量選裝電動玻璃升降器。目前，大客車和卡車也有配置電動玻璃升降器的需求。 車門玻璃升降器作為車門附件，其作用是保證車門玻璃平穩(wěn)升降、門窗能隨時并順利地開啟和關(guān)閉，并能使玻璃停留在任意位置，不 隨外力作用或汽車的顛簸而上下跳動。因此要求玻璃升降器結(jié)構(gòu)可靠、操縱輕便省力，并需有防止玻璃升降器倒轉(zhuǎn)的制動裝置。隨著汽車的不斷改進(jìn)和發(fā)展，玻璃升降器也由簡單的絲桿式、單臂式逐漸發(fā)展為今天的電動式。 電動玻璃升降器的發(fā)展前景是廣闊的。 2.3 市場預(yù)測 國內(nèi)主要生產(chǎn)電動玻璃升降器廠商及配套車型情況見表 2-1。 表 2-1 國內(nèi)主要生產(chǎn)電動玻璃升降器生產(chǎn)廠一覽表 產(chǎn)品名稱 企業(yè)名稱 主要車型 電動玻璃升降器 上海實(shí)業(yè)交通電器有限公司 桑塔納、別克、帕薩特、金杯、獵豹 張家港博澤汽車部件有限公司 桑塔納、捷達(dá)、 奧迪 貴州萬江電機(jī)廠 捷達(dá)、小紅旗、馬自達(dá) 鎮(zhèn)江 Rockwell 富康、切諾基 躍進(jìn)集團(tuán)隨車工廠 依維柯 重慶力士得繩索有限公司 雅閣 吉林省紅鉆汽車電器股份有限公司 捷達(dá) 溫州天球電器有限公司 浙江中歐汽車電器有限公司 目前電動玻璃升降器產(chǎn)品市場主要由上海實(shí)業(yè)交通電器有限公司、張家港博澤汽車部件有限公司、貴州萬江電機(jī)廠占有。其市場占有率 (手動 +電動 )見表 2-2。 車門玻璃升降器的設(shè)計及運(yùn)動仿真 3 表 2-2 1999 年被玻璃升降器總產(chǎn)量即主要廠商比較表 產(chǎn)品名稱 全國總產(chǎn)量 主要生產(chǎn)廠商 年銷 量 （萬只，電動） 市場占有率（ %） 玻璃升降器 311.6 萬只 （手動 +電動） 上海實(shí)業(yè)交通電器有限公司 42.48 13.6 張家港博澤汽車部件有限公司 26.9 8.6 中國貴航集團(tuán)萬江電機(jī)廠 2.18 0.7 “十五 ”期間轎車將由目前 56 6l萬輛發(fā)展到 110 121萬輛；客車由 41 82萬輛發(fā)展到 5568 萬輛；卡車由 58 19 萬輛發(fā)展到 106 121 萬輛，玻璃升降器的發(fā)展預(yù)測見表 2-3 表示。 表 2-3 汽車需求量及玻璃升降器發(fā)展數(shù)量 車型 2005 年需求量（萬輛） 玻璃升降器 發(fā)展量（萬只） 載貨汽車 106-121 216-242 客車 55-68 110-136 轎車 110-121 440-484 總量 271-310 766-862 玻璃升降器的總產(chǎn)量從表 2-2 與表 2-3 比較可以看出，到 “十五 ”末將增加 2.4 2.75 倍，可見其發(fā)展前景是很好的。其中電動玻璃升降器的發(fā)展肯定要高于手動玻璃升降器，其占玻璃升降器份額由 99 年的 22.8到 2007 年預(yù)計將達(dá)到 30。 2.4 主要技術(shù)指標(biāo)情況 改革開放以來我國汽車行業(yè)依靠技術(shù)引進(jìn)及合資，使我國汽車業(yè)的技術(shù)水平迅速發(fā)展，相應(yīng)的汽車零部件制造技術(shù)也迅速發(fā)展。目前為上海大眾，一汽大眾配套的電動玻璃升降器都采用了德國大眾的 TL82083 標(biāo)準(zhǔn)。為上海通用配套的電動玻璃升降器采用了 GM公司的 1997Buick“W” -car 門窗升降子系統(tǒng)的技術(shù)要求。為神龍富康配套的電動玻璃升降器采用了 B28 4250 的雪鐵龍標(biāo)準(zhǔn)。由于電動玻璃升降器在國內(nèi)發(fā)展很快，在國內(nèi)制訂一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已提到議事日程，最近武漢汽車車身附件研究所和上海實(shí)業(yè)交通電器有限公司起草制訂了 QC T636-2000 汽車電動玻璃升降器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它綜合了國外先進(jìn)汽車企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 結(jié)合我國電動玻璃升降器的實(shí)際情況，在分析試驗(yàn)的基礎(chǔ)上而制訂的。這將對規(guī)范我國電動玻璃升降器的設(shè)計，制造，試驗(yàn)技術(shù)起到指導(dǎo)作用。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2.5 汽車玻璃升降器的發(fā)展趨勢 當(dāng)前我國電動玻璃升降器的發(fā)展很快，它不但在轎車中大量配套，而且也開始在輕型客車中大量配套。最近還有在卡車中配套的意向，其使用方便，安全，舒適的特點(diǎn)已被越來越多的人接受。其配套市場的天地是廣闊的。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，電動玻璃升降器呈現(xiàn)智能性、模塊化的發(fā)展趨勢。 為了使電動玻璃升降器保持強(qiáng)勁的動力，又防止在使用過程中出現(xiàn)不小心被夾住的不安全因素 ，目前的電動玻璃升降器已具有一定的智能，它能使玻璃在上升中碰到一定的阻力時，即停止上升并下降，足以防止乘客肢體不小心被夾住的小概率事件。這一功能是靠安裝在搖窗電機(jī)中的電子模塊來完成的，上海大眾新開發(fā)的帕薩特轎車的電動玻璃升降器就具有這種防夾功能。 另一發(fā)展趨勢就是模塊化，在國際汽車工業(yè)發(fā)展過程中，為了更好地迎合顧客的個性化要求，降低產(chǎn)品成本，提高汽車質(zhì)量，整車廠逐漸將自制件壓縮，并盡量減少整車廠的工作量，將整車廠的精力都放在新車型的開發(fā)上，因此提出了模塊供貨的要求，將原來直接由各供應(yīng)商提供單個零件，由整車廠 在生產(chǎn)線上組裝的生產(chǎn)模式逐步轉(zhuǎn)為由一級供應(yīng)商承擔(dān)模塊供貨，整車廠僅作模塊組裝，這樣可大大壓縮整車廠的工作時間，加速汽車的更新?lián)Q代。過去汽車廠是比誰生產(chǎn)線長，今后可能是生產(chǎn)線越長，效率越低。 車門玻璃升降器的設(shè)計及運(yùn)動仿真 5 3 汽車玻璃升降器的結(jié)構(gòu)工作原理與技術(shù)參數(shù) 3.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 電動玻璃升降器從其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上分，大致可分成三大類；繩輪式、叉臂式、軟軸式。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及配套車型如表 3-1 所示。 表 3-1 電動玻璃升降器結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)形式 動力源 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 國內(nèi)配套車型 繩輪式 直流微電 機(jī) 由開關(guān)改變電機(jī)極性，作正反向旋轉(zhuǎn)，帶動機(jī)構(gòu)作上下運(yùn)動。 由電機(jī)傳動軸帶動卷絲筒旋轉(zhuǎn)，卷絲筒帶動鋼絲繩在導(dǎo)軌上作上下運(yùn)動，鋼絲繩再帶動導(dǎo)軌上的傳動掣（用以固定窗玻璃）作上下運(yùn)動，起到升降玻璃的作用。 由電機(jī)傳動軸上的小齒輪帶動叉臂中的長臂上的扇形齒輪在角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，改變長臂與短臂的夾角，起到升降玻璃的作用 直流微電機(jī) 由開關(guān)改變電機(jī)極性，作正反向 旋轉(zhuǎn)，帶動機(jī)構(gòu)作上下運(yùn)動。 由電機(jī)傳動軸上小齒輪帶動螺旋型 鋼絲軟軸在導(dǎo)向管內(nèi)作上下運(yùn)動，軟軸上傳動掣帶動玻璃作上下運(yùn)動，起到升降玻璃的作用。 結(jié)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，噪音 小，車型適用范圍廣 低，用于車門玻璃弧度較小的車門 該機(jī)構(gòu)簡單，制造工藝比較復(fù)雜。 上海：桑塔納 一汽：奧迪 一汽：捷達(dá) 二汽：富康 上海：別克 廣州：雅閣 上海：帕薩特 包車 天津：夏利 北京：切諾基 南京：依維柯 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 3.1 車門玻璃升降器的的型式 a）單臂式； b）交叉雙臂式； c）平行雙臂式； d）繩輪式； e、 f）軟軸式 1.扇形齒輪； 2.玻璃導(dǎo)向槽； 3.升降臂； 4.小齒輪； 5.彈簧； 6.滑輪； 7.托架； 8.絲； 9.齒條； 10.鋼絲卷 車門玻璃升降器的設(shè)計及運(yùn)動仿真 7 3.2 技術(shù)參數(shù)及 分析 下面將電動玻璃升降器國內(nèi)外主要技術(shù)指標(biāo)如表 3-2 排列以供參考。 表 3-2 國內(nèi)外電動玻璃升降器主要技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo)內(nèi)容 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T636-2000 德國大眾 TL82083 美國 GM97Buick 雪鐵龍 B28 4250 額定電壓 12V 12V 12V 13.5V 工作電壓 11-15V 9-15V 9-16V 10 16V 最大消耗電流 28A 25A 28A 25A 額定負(fù)載 按圖紙規(guī)定 80N 120N 65N,80N,100N 上升速度或上升時間 70-200mm/s 120-180mm/s 或3-6s 3.01.0s 16cm/s 剩余力 按圖紙規(guī)定 15050N 178 355N 300N 自鎖性 500N 500N 450N 300N 絕緣強(qiáng)度 550V.1MIN 750V.2s 1000V.1min 絕緣電阻 0.3M 20 M 環(huán)境溫度 -20-+70 -20-+80 -30-+75 -40-+85 防水性 IPX4 IP53 PDW5033 B30 4410(2 型 ) 耐久性 前門 15000 循環(huán) 后門 7500 循環(huán) 前門 12500 循環(huán) 后門 7500 循環(huán) 前門 14250 循環(huán) 后門 7500 循環(huán) 前門 10000 循環(huán) 后門 5000 循環(huán) 從表 3-2 的主要技術(shù)指標(biāo)對比來看，我國汽車電動玻璃升降器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基本上采用了國外先進(jìn)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，如按此標(biāo)準(zhǔn)制造汽車電動玻璃升降器，其產(chǎn)品可達(dá)到國際先進(jìn)水平。從表中可看出，目前別克轎車對電動玻璃升降器的技術(shù)要求是最高的，其技術(shù)指標(biāo)中額定負(fù)載大，要達(dá) 120N，剩余力最大要達(dá) 355N，其耐久性試驗(yàn)中一個循環(huán)的運(yùn)動次數(shù)也是最多的，玻璃在一個循環(huán)中需運(yùn)動 8 次。要達(dá)到這些指標(biāo)，對電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)都提出了 更 高的要求。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 4 玻璃升降器的設(shè)計方案 4.1 車門玻璃參數(shù)的確定 根據(jù)車門外板窗框的結(jié)構(gòu)，玻璃面（兩玻璃關(guān)于 XZ 平面對稱）在整車坐標(biāo)中的空間位置（單位： mm）定義為： G1、 G2、 G3 玻璃曲線（圖 4.1）在整車坐標(biāo)系中的坐標(biāo)如表 4-1。 表 4-1 G1、 G2、 G3 曲線坐標(biāo) G1 X Y Z 671.7 1499.3 1370.2 677.5 1498.3 1350.0 691.2 1495.8 1300.0 700.0 1494.2 1266.3 704.1 1493.5 1250.0 716.1 1491.2 1200.0 727.2 1488.9 1150.0 737.5 1486.7 1100.0 747.0 1484.6 1050.0 750.0 1484.0 1033.4 755.7 1482.6 1000.0 763.6 1480.6 950.0 770.6 1478.7 900.0 774.1 1477.7 873.0 G2 X Y Z 671.7 1499.3 1370.2 671.7 1500.0 1370.2 671.1 1600.0 1372.5 670.6 1700.0 1374.1 670.2 1800.0 1375.3 670.0 1900.0 1376.1 669.9 2000.0 1376.5 669.9 2100.0 1376.6 670.0 2200.0 1376.3 670.1 2278.7 1375.8 G3 X Y Z 671.7 2278.7 1375.8 677.5 2279.8 1350.0 691.2 2282.0 1300.0 700.0 2283.4 1266.3 車門玻璃升降器的設(shè)計及運(yùn)動仿真 9 續(xù)表 4-1 G3 X Y Z 704.1 2284.2 1250.0 716.1 2286.3 1200.0 727.2 2288.5 1150.0 737.6 2290.7 1100.0 747.0 2292.9 1050.0 750.0 2293.6 1033.4 755.7 2295.1 1000.0 763.6 2297.3 950.0 770.6 2299.4 900.0 772.6 2300.1 885.0 圖 4.1 未倒圓的車窗玻璃外形 構(gòu)建一個圓柱曲面無限逼近 G1、 G3 曲線，測得曲面的半徑 R=3200mm（取整數(shù)），玻璃的四點(diǎn)坐標(biāo)如下： 點(diǎn) a: X=1424 Y=655 Z=1426 點(diǎn) b: X=2400 Y=655 Z=1426 點(diǎn) c: X=2400 Y=788.5 Z=226 點(diǎn) d: X=1424 Y=788.5 Z=226 圖 4.2 玻璃面 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 4.2 玻璃在車門上的干涉校核