汽車卷簾門儲(chǔ)物盒設(shè)計(jì)及其有限元分析

平 蔚

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330010）

隨著國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的不斷發(fā)展壯大，消費(fèi)者對(duì)汽車內(nèi)飾的要求也越來越高，副儀表臺(tái)作為內(nèi)飾件的重要組成部分，受到格外關(guān)注，要求其更具豪華感、表面整潔化及儲(chǔ)物空間大等特點(diǎn)[1]。儲(chǔ)物空間又分敞開式和有蓋式。卷簾門儲(chǔ)物盒是有蓋式儲(chǔ)物盒的一種，主要由左右導(dǎo)軌、儲(chǔ)物盒、卷簾門、面板幾部分組成，通過撥動(dòng)卷簾門上撥鈕可使其在導(dǎo)軌上的弧形軌跡上滑動(dòng)，這樣卷簾門滑動(dòng)過程中所占空間比較小，周邊件設(shè)計(jì)自由度較高。由于有卷簾門遮蔽儲(chǔ)物盒，使儲(chǔ)物空間更加整潔、美觀，因而受到各大主機(jī)廠的青睞，市場(chǎng)上很多車型都帶卷簾門儲(chǔ)物盒[2]。在設(shè)計(jì)卷簾門過程中，往往因缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致卷簾門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，剛度不符合要求的情況時(shí)有發(fā)生。

本文介紹了市面上常見的兩種不同的卷簾門儲(chǔ)物盒，并概括了設(shè)計(jì)過程中的一些要點(diǎn)，并以HyperMesh和ABAQUS軟件為平臺(tái)，對(duì)卷簾門儲(chǔ)物盒進(jìn)行剛度有限元分析，確定是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

1 常見卷簾門儲(chǔ)物盒類型及其制造工藝

常見的卷簾門儲(chǔ)物盒按卷簾門的表面處理方式的不同可以分為兩種，分別為表面皮紋的普通卷簾門儲(chǔ)物盒和高亮噴漆卷簾門儲(chǔ)物盒。表面皮紋的卷簾門是雙色注塑成型工藝，其生產(chǎn)效率較高，成本相對(duì)較低，所以在汽車內(nèi)飾中比較常見，如圖1所示。高光噴漆的卷簾門是由多根橫條組成，橫條是單獨(dú)注塑成型，噴漆后再卡接在卷簾門骨架上，工序比較復(fù)雜，成本較高，檔次感強(qiáng)，一般在豪華車上可以看到[3]，如圖2所示。

圖1 普通卷簾門儲(chǔ)物盒

圖2 高亮儲(chǔ)物盒

雙色注塑成型是使用兩個(gè)或兩個(gè)以上注射系統(tǒng)的注射機(jī)，將不同品種、不同色澤的塑料同時(shí)或先后注射入模具的成型方法。雙色注射成型機(jī)與普通注射機(jī)不同，它除了有兩個(gè)注射系統(tǒng)外，還需要能使型腔部位實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。雙色模注塑原理：雙色模通常有兩副模具，一半裝在雙色模注塑機(jī)的定模固定板上，也就是有注塑澆口的一側(cè)，另一半裝在動(dòng)?；剞D(zhuǎn)板上，即模具頂出的一側(cè)。這兩副模具的動(dòng)模在一般情況下是完全一樣的，而一次定模和二次定模不一樣，當(dāng)?shù)谝环N材料注塑完畢后，定、動(dòng)模在注塑機(jī)拉力下被打開，一次動(dòng)模帶著一次產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)180°，此時(shí)動(dòng)模不頂出，然后合模，進(jìn)行第二種材料的注塑、保溫冷卻后，定、動(dòng)模被打開，動(dòng)模側(cè)產(chǎn)品被頂出[4]。普通卷簾門雙色注塑第一次成型卷簾門骨架，因卷簾門骨架材料為聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物（Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymers, PC/ABS），耐高溫，后成型卷簾門熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（Thermoplastic Polyurethanes, TPU）部分。

兩種卷簾門的材料選擇及表面處理工藝是不同的，如表1所示。

表1 不同類型卷簾門材料選擇及表面處理工藝

2 卷簾門儲(chǔ)物盒設(shè)計(jì)要點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)要求

2.1 普通卷簾門儲(chǔ)物盒設(shè)計(jì)要點(diǎn)

卷簾門的操作力一般定義為（5±2）N，為保證卷簾門能夠在圓弧導(dǎo)軌上滑動(dòng)順暢，導(dǎo)軌上的圓弧半徑R最小為40 mm。卷簾門滑動(dòng)撥鈕的位置需滿足人機(jī)要求，撥鈕距卷簾面板的距離最小為6 mm，當(dāng)無法滿足時(shí)，撥鈕高度至少高出面板5 mm，方便手指操作卷簾門。卷簾門面板與卷簾門的間隙一般設(shè)定為1 mm，與卷簾門的搭接量至少4 mm，確保卷簾門邊緣不外露。卷簾門是由骨架及骨架上的包覆軟膠組成，一般軟膠的厚度為2 mm，卷簾門表面軟膠會(huì)間隔一段距離開槽，槽寬1 mm，槽深0.5 mm，兩槽之間下面有骨架，骨架寬度約6 mm，骨架厚度9 mm，保證卷簾門有足夠的剛度抵抗按壓變形。卷簾門在運(yùn)動(dòng)過程中與儲(chǔ)物盒的間隙需保證6 mm以上。卷簾門上的柱腳與導(dǎo)軌Y向間隙為0.2 mm，Z向間隙一般為0.1 mm，且盡量用軟膠與導(dǎo)軌接觸，防止卷簾門在滑動(dòng)中產(chǎn)生異響。

卷簾門儲(chǔ)物盒結(jié)構(gòu)如圖3所示。其由卷簾門，左、右導(dǎo)軌，儲(chǔ)物盒及卷簾門面板組成，卷簾門放置在兩側(cè)導(dǎo)軌上，左、右導(dǎo)軌與儲(chǔ)物盒通過Y向螺釘及自身卡子固定，并可限制卷簾門脫落。儲(chǔ)物盒上兩側(cè)都有定位銷，分別與兩側(cè)導(dǎo)軌定位孔匹配，導(dǎo)軌上端區(qū)域盡可能不用螺釘固定，而采用自身的卡子進(jìn)行固定，避免因螺釘扭矩過大導(dǎo)致導(dǎo)軌上端變形影響兩側(cè)導(dǎo)軌的平行度，進(jìn)而影響卷簾門滑動(dòng)的順暢性。卷簾門面板通過自身門型插片及螺釘固定在兩側(cè)導(dǎo)軌上，面板邊界應(yīng)超過導(dǎo)軌圓弧切點(diǎn)2 mm～3 mm，避讓卷簾門在開啟后因在圓弧切點(diǎn)處變形量大而導(dǎo)致面板與卷簾門的間隙偏大，影響美觀。

圖3 普通卷簾門儲(chǔ)物盒

2.2 高亮卷簾門儲(chǔ)物盒設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高亮卷簾門儲(chǔ)物盒的卷簾門是由多根橫條卡接在下面骨架上，橫條的材料需選擇為噴漆級(jí)的PC/ABS，骨架采用二次注塑成型工藝，它是一種將某種塑膠原材料在一次的塑膠模具內(nèi)成型后，將成型后的零件取出，放入二次成型的模具內(nèi)再次注入同種或者另外一種塑膠材料成型的工藝。如圖4所示，骨架為軟膠件，保證卷簾門在圓弧導(dǎo)軌上滑動(dòng)。

圖4 高亮卷簾門組成

2.3 卷簾門儲(chǔ)物盒實(shí)驗(yàn)要求

（1）卷簾門儲(chǔ)物盒在-20 ℃至83 ℃的濕度和溫度條件下，需滿足7 000次開/關(guān)循環(huán)的最小使用壽命，且在此壽命期間打開和關(guān)閉卷簾門時(shí)，不應(yīng)有永久性損壞，包括滑動(dòng)卡滯、外觀缺陷以及滑動(dòng)異響。

（2）高亮卷簾門儲(chǔ)物盒除需滿足以上條件外，還需滿足噴漆件的性能要求。

3 卷簾門儲(chǔ)物盒有限元分析

卷簾門儲(chǔ)物盒一般布置在換擋區(qū)域附近，屬于顧客高頻接觸及使用區(qū)域，因此，它的剛度必須滿足一定的要求，否則會(huì)降低顧客的駕駛體驗(yàn)。為了減少有限元分析模型中的單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)量從而減少有限元分析計(jì)算的時(shí)間，此處單獨(dú)用卷簾門儲(chǔ)物盒模型進(jìn)行剛度分析。將卷簾門儲(chǔ)物盒的模型導(dǎo)入到HyperMesh軟件中進(jìn)行3D網(wǎng)格劃分，有限元模型中網(wǎng)格多數(shù)為六面體單元，單元尺寸為3 mm。由于儲(chǔ)物盒總成是通過左、右導(dǎo)軌上的插腳插入到副儀表板上，因此，此處約束兩側(cè)插腳處的6個(gè)自由度。根據(jù)本公司內(nèi)部規(guī)范要求[5]，卷簾門在完全關(guān)閉時(shí)，在其中間位置上通過直徑2 mm的圓盤施加50 N的垂直力時(shí)，卷簾門的變形量不允許超過5 mm。通過ABAQUS求解器施加約束和載荷后，有限元模型中單元數(shù)為4 233個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量為4 354個(gè)，分析結(jié)果如圖5所示，在此工況下卷簾門儲(chǔ)物盒的變形量為4.57 mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

圖5 卷簾門儲(chǔ)物盒位移云圖

4 結(jié)論

本文介紹了市面上常見的兩種不同表面處理工藝的卷簾門儲(chǔ)物盒，并簡(jiǎn)要說明了卷簾門儲(chǔ)物盒的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及其實(shí)驗(yàn)要求。說明了卷簾門儲(chǔ)物盒有限元分析方法及其合格評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，通過有限元分析軟件計(jì)算得出卷簾門儲(chǔ)物盒設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)要點(diǎn)的正確性。