單天窗類(lèi)型的車(chē)身頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張羽，劉峰，黃維

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

汽車(chē)天窗安裝于車(chē)頂，能夠有效地使車(chē)內(nèi)空氣流通，增加新鮮空氣的進(jìn)入，同時(shí)汽車(chē)車(chē)窗也可以開(kāi)闊視野以及移動(dòng)攝影攝像的拍攝需求，越來(lái)越多的被消費(fèi)者所需求，天窗也作為各個(gè)汽車(chē)制造商基本配置之一。為匹配天窗的配置，白車(chē)身頂蓋的鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要，不僅要具備承載天窗安裝及強(qiáng)度，保證天窗開(kāi)閉的正常功能，還要滿足天窗部位整車(chē)的密封。

1 單天窗類(lèi)型的車(chē)身頂蓋介紹

1.1 天窗的分類(lèi)

汽車(chē)天窗按較頂蓋的尺寸及形式可分為：?jiǎn)翁齑埃柬斏w比例較小，一般布置于前排座椅正上方，一般應(yīng)用于轎車(chē)、SUV車(chē)型，MPV車(chē)型一般布置在二排座椅上方；雙天窗，MPV車(chē)型應(yīng)用居多，即頂蓋上布置兩個(gè)類(lèi)型的單天窗，前一個(gè)布置在第一排座椅上方，第二個(gè)布置在第二排座椅上方；全景天窗，占頂蓋尺寸2/3以上甚至是整塊玻璃的車(chē)頂；如圖1所示。若按天窗的開(kāi)啟方式可分為外滑式、內(nèi)藏式、內(nèi)藏外翻式等。目前內(nèi)藏式被應(yīng)用較廣泛，故本文主要介紹內(nèi)藏式的單天窗類(lèi)型的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1 天窗的類(lèi)型

1.2 單天窗類(lèi)型的車(chē)身頂蓋組成

單天窗類(lèi)型的頂蓋組成從外觀上一般由頂蓋鈑金總成與天窗總成組成，頂蓋鈑金總成（如圖2所示）包含：1）、頂蓋外板；2）頂蓋前橫梁；3）天窗加強(qiáng)框；4）頂蓋加強(qiáng)橫梁及尾橫梁；其中天窗加強(qiáng)框?yàn)樘齑疤峁┌惭b、承載，是單天窗類(lèi)型頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件。

圖2 單天窗類(lèi)型的車(chē)身頂蓋組成部分

2 單天窗類(lèi)型的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 頂蓋開(kāi)口處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

頂蓋鈑金的開(kāi)口尺寸由天窗的尺寸決定，開(kāi)口的周邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足天窗的密封、避免天窗開(kāi)閉過(guò)程中刮擦天窗密封膠條，造成天窗漏水等質(zhì)量問(wèn)題，反饋到鈑金的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要關(guān)注以下幾個(gè)關(guān)鍵部位及尺寸，如圖3、4所示。

圖3 頂蓋開(kāi)口處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）

斷面A所示的尺寸a1為天窗膠條的密封面，根據(jù)天窗膠條的要求設(shè)計(jì)；尺寸a2為保證天窗運(yùn)動(dòng)時(shí)減小鈑金對(duì)膠條的摩擦，此尺寸一般設(shè)計(jì)為 2mm；為了保證天窗開(kāi)啟后外觀美觀，a3的尺寸一般設(shè)計(jì)為2mm。

斷面B所示位置為轉(zhuǎn)角，因沖壓限制，此處結(jié)構(gòu)無(wú)法設(shè)計(jì)成斷面A形式，所以尺寸b的設(shè)計(jì)不僅要保證膠條的密封面而且要保證天窗運(yùn)動(dòng)時(shí)鈑金止口不能刮擦膠條，并考慮沖壓成形性要求，此尺寸一般設(shè)計(jì)為15mm。

圖4 頂蓋開(kāi)口處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（二）

因內(nèi)藏式的天窗在開(kāi)啟時(shí)，天窗向后運(yùn)動(dòng)，所以斷面 C的設(shè)計(jì)要區(qū)別于斷面 B，如圖四所示，在保證天窗固有的密封面尺寸要求前提下，鈑金止口處要設(shè)計(jì)翻邊，翻邊的長(zhǎng)度c1與角度c2要根據(jù)天窗的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，參考尺寸：c1=2.5～4mm、c2=117°～140°。c3的尺寸設(shè)計(jì)要保證與天窗運(yùn)動(dòng)包絡(luò)足夠間隙的前提下，遮擋住加強(qiáng)板保證天窗開(kāi)啟后的鈑金外觀。

斷面D為頂蓋開(kāi)口后部，一般采用包邊結(jié)構(gòu)，滿足天窗膠條密封面尺寸及與天窗運(yùn)動(dòng)包絡(luò)間隙要求的前提下根據(jù)制造廠包邊機(jī)構(gòu)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在此推薦一款成熟結(jié)構(gòu)尺寸：d1=10.5mm、d2=2mm、d3=50°、d4=2mm、R1、R2、R3 半徑最小為2mm。

2.2 頂蓋前橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

天窗的開(kāi)閉控制機(jī)構(gòu)一般與前頂燈，天窗的電機(jī)一般布置在天窗的前部，在滿足白車(chē)身整體性能設(shè)計(jì)前橫梁的界面尺寸時(shí)，重點(diǎn)確認(rèn)天窗電機(jī)與頂蓋前橫梁的設(shè)計(jì)間隙，最小間隙需滿足≥10mm，如圖5所示。

圖5 天窗電機(jī)與頂蓋前橫梁間隙設(shè)計(jì)

2.3 天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 天窗加強(qiáng)框與側(cè)圍的連接的結(jié)構(gòu)形式

通過(guò)市場(chǎng)上調(diào)研，天窗加強(qiáng)框與側(cè)圍通過(guò)支腳的結(jié)構(gòu)連接，天窗加強(qiáng)框的連接支腳一般布置在天窗加強(qiáng)框的前后部位，主要分為3種：整體式，天窗加強(qiáng)框自帶連接支腳，此形式強(qiáng)度好、精度高，但材料利用率低；分體式，天窗加強(qiáng)框通過(guò)連接支架與側(cè)圍連接，此形式較整體式強(qiáng)度精度略差，但材料利用率較高；綜合式，即前部通過(guò)支架連接，后部為天窗自帶連接支腳。詳見(jiàn)表1。

表1 天窗加強(qiáng)框支腳的結(jié)構(gòu)形式

2.3.2 天窗加強(qiáng)框的關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì)

通過(guò)前面斷面知，天窗加強(qiáng)框的與頂蓋的連接形式為前部與兩側(cè)在頂蓋開(kāi)口翻邊處焊接，后部采用包邊；與頂蓋的本體面采用隔振膠的連接方式。天窗加強(qiáng)框的關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì)要根據(jù)天窗總成的大小、重量及自身的材料利用率等綜合約束條件決定，通過(guò)市場(chǎng)上部分成熟車(chē)型的調(diào)研，天窗加強(qiáng)框的相關(guān)關(guān)鍵尺寸見(jiàn)圖6與表2，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

圖6 天窗加強(qiáng)框的關(guān)鍵尺寸示意

2.4 天窗運(yùn)動(dòng)校核

天窗鈑金初步設(shè)計(jì)完成后，必須進(jìn)行天窗的運(yùn)動(dòng)干涉校核即通過(guò)頂蓋鈑金與天窗運(yùn)動(dòng)包絡(luò)進(jìn)行間隙檢查，一般設(shè)計(jì)上要求安全間隙≥10mm。此為設(shè)計(jì)過(guò)程最關(guān)鍵的檢查項(xiàng)，否則會(huì)導(dǎo)致天窗無(wú)法正常開(kāi)啟。

表2 部分車(chē)型的天窗加強(qiáng)框相關(guān)尺寸參數(shù)

3 結(jié)論

因單天窗類(lèi)型的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)除了與天窗匹配部位的周邊鈑金結(jié)構(gòu)同無(wú)天窗的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)不同外，其余部位設(shè)計(jì)要點(diǎn)基本一致，故本文主要針對(duì)匹配內(nèi)藏式單天窗類(lèi)型的頂蓋鈑金包括頂蓋開(kāi)口部位的結(jié)構(gòu)、頂蓋加強(qiáng)框的關(guān)鍵尺寸等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行闡述，供行業(yè)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行參考借鑒。