汽車玻璃升降器輕量化的設(shè)計(jì)

李成才 鄒加金

重慶海德世拉索系統(tǒng)（集團(tuán)）有限公司 重慶 401120

玻璃電梯是汽車產(chǎn)品的重要組成部分，它在提升和降低車門玻璃、舒適性和穩(wěn)定性、隔音和降低駕駛時(shí)噪音等方面發(fā)揮著不可替代的作用。玻璃升降器的設(shè)計(jì)必須保證舉升過程的穩(wěn)定性，具有噪聲低、操作方便、壽命長(zhǎng)、故障效率低、密封性好等特點(diǎn)。玻璃升降舵異常的聲音、滯止、振動(dòng)等故障形式對(duì)駕駛員的駕駛安全和舒適性有著重要的影響。目前汽車玻璃吊裝最常用的方法是按鈕式電動(dòng)吊裝，它由內(nèi)部吊裝系統(tǒng)和外部開關(guān)組成，操作方便[1]。

1 傳統(tǒng)的玻璃升降器的缺點(diǎn)

導(dǎo)軌上需要兩部分；鉚接螺母或鉚接螺釘用于將導(dǎo)軌固定在門板上。此外，升降機(jī)要求使用車輪或類似部件來(lái)改變力的方向，該部件采用具有潤(rùn)滑性能的塑料材料，需要固定到導(dǎo)軌上，通常將銷軸鉚接到導(dǎo)軌上；在電梯的工作過程中，它承受著來(lái)自玻璃的載荷，其中大部分通過流道和銷軸施加到導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌承擔(dān)所有的載荷，然后通過鉚接螺母或鉚接螺釘轉(zhuǎn)移到門板上[2]。

傳統(tǒng)使用的銷軸與導(dǎo)軌之間的接觸面直徑需大于10mm，軸銷端直徑一般為6mm。鉚接螺釘一般規(guī)格為M6，頭徑11mm，厚度2mm，止回筋高度應(yīng)大于0.4mm；導(dǎo)軌采用DC52D+Z高強(qiáng)冷軋鋼板制成，厚度1.0mm。

根據(jù)電梯的實(shí)際工作狀態(tài)聚集在門口，電梯裝配表明CAE模擬分析：局部應(yīng)力值約為170mpa最多不超過屈服強(qiáng)度的冷軋鋼板材料，但最大應(yīng)力出現(xiàn)在兩個(gè)地方鉚接螺絲的接觸表面和軸銷。

在汽車鈑金件鋁鎂合金的應(yīng)用中，5系鋁鎂合金得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)分析比較，選用GB/t3880.2-20065182。相同厚度的導(dǎo)軌質(zhì)量可降低約65%，但屈服強(qiáng)度也可降低約50%。為了增加材料成本，鋁合金材料的厚度為1.25mm。如果采用相同的結(jié)構(gòu)，鋁合金材料的屈服強(qiáng)度不能滿足受力要求。如果軸銷的直徑增加，然后滑輪中心孔的直徑等也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，導(dǎo)致成本上升和困難滑輪的安排，所以需要更改電梯的結(jié)構(gòu)改變電梯系統(tǒng)的應(yīng)力狀態(tài)。

圖1 改變結(jié)構(gòu)后玻璃升降器結(jié)構(gòu)及軸銷螺釘結(jié)構(gòu)

2 新型玻璃升降器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這個(gè)設(shè)計(jì)，使用一個(gè)新的結(jié)構(gòu)、銷軸和螺桿設(shè)計(jì)作為一個(gè)整體，所以大多數(shù)的玻璃升降負(fù)荷通過滑輪，軸銷直接應(yīng)用到門牌，導(dǎo)軌本身需要攜帶負(fù)載大大降低，從而減少的要求指導(dǎo)材料的強(qiáng)度，減少所需的指導(dǎo)材料的厚度。通過減少零件數(shù)量和材料厚度來(lái)達(dá)到輕量化的目的。改變結(jié)構(gòu)后，玻璃升降器和銷軸螺桿的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

首先，采用CAE分析方法對(duì)新結(jié)構(gòu)下的導(dǎo)軌進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)試。

可以看出：相同的門荷載下，通過應(yīng)力轉(zhuǎn)換，導(dǎo)軌自身承受的應(yīng)力強(qiáng)度降低，沒有超出鋁合金材料的強(qiáng)度允許范圍。

從受力分析的角度來(lái)看，本設(shè)計(jì)滿足了輕量化的要求，但在銷螺桿結(jié)構(gòu)上，做了很多調(diào)整，達(dá)到了鉚接強(qiáng)度的要求。當(dāng)導(dǎo)軌的材料改為鋁合金，異常壓力鉚接的問題將會(huì)出現(xiàn)在傳統(tǒng)工藝用于鉚接連接，軸銷和導(dǎo)軌的聯(lián)合強(qiáng)度難以滿足要求，應(yīng)力值的導(dǎo)軌的應(yīng)力超過了鋁合金材料的強(qiáng)度性能標(biāo)準(zhǔn)。

銷釘與導(dǎo)軌的鉚接工藝是本產(chǎn)品設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的一大難點(diǎn)。在實(shí)際鉚接過程中，當(dāng)銷螺釘鉚接到導(dǎo)軌上時(shí)，導(dǎo)軌的安裝面無(wú)法成形，不可避免的會(huì)導(dǎo)致安裝面的凸變形。當(dāng)變形超過0.1mm時(shí)，安裝面與門板不匹配，導(dǎo)致鎖緊力矩不足。為了解決這一問題，有必要減小止動(dòng)筋的高度和寬度，以減小按壓后的體積變化。止動(dòng)筋高度由原來(lái)的0.5-0.65mm降至0.3-0.45mm。當(dāng)導(dǎo)軌材料改為鋁合金時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度也降低了50%以上，更容易出現(xiàn)鉚接強(qiáng)度不足、鉚接面變形大的問題。為了減小止動(dòng)桿的釋放扭矩，在銷軸螺釘?shù)母吭黾恿酥箘?dòng)槽環(huán)。沖壓鉚接底模由原來(lái)的平面改為凸筋環(huán)。在沖壓鉚接過程中，凸筋對(duì)導(dǎo)軌材料進(jìn)行擠壓，使拉筋產(chǎn)生塑性變形，以保證緊固件的軸向彈射力（1kN（Min）），同時(shí)使緊固件的松動(dòng)力矩增加20%。隨機(jī)選取30個(gè)零件試樣進(jìn)行鉚接強(qiáng)度試驗(yàn)。平均軸向彈射力1.15kn，平均松動(dòng)扭矩8.6n·m，滿足客戶6.0N·m（Min）規(guī)格[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

所以將銷軸與螺桿設(shè)計(jì)成一體，兩部分合為一個(gè)部分，綜合質(zhì)量降低3g，一輛車4門加量為12，質(zhì)量降低約36g；此外，導(dǎo)向材料為鋁合金，厚度為1.25mm。單個(gè)導(dǎo)軌的質(zhì)量從230克下降到110克，大約減少了120克。整車6個(gè)導(dǎo)軌的質(zhì)量下降約720g。兩部分的減重約為780克。通過減少零件數(shù)量和應(yīng)用新材料達(dá)到輕量化的目標(biāo)。