1、汽车实用技术 年第 期设计研究升降系统布置以及零件设计王 剑上海冠一航空工业技术有限公司 ， 上海摘 要： 随着科技的进步， 人们消费观念的改变， 消费水平的提高， 玻璃升降系统已经变成汽车的一项标准配置。 玻璃升降器经历了由手动到电动的转变。 随着电动玻璃升降器大量普及， 侧门由纯机械部件变成机电一体化的部件。 升降系统作为一个系统部件， 涉及呢槽、 侧门钣金、 玻璃、升降器、 导轨等结构的设计及布置。 本文重点阐述升降器原理及结构， 常见问题处理方法， 以期实现理论对工程实践的指导。关键词： 升降器； 导轨； 零件设计中图分类号： 文献标识码： 文章编号：”过程进行阐述。前言机械系统部件，
2、 贿如下几个设计准则： 、 、 玻璃升降器的选择钣金孔攻丝不承力； 、 螺母螺栓及被连接零件同材 （ 原理质； 、 结构布局重心居中； 、 标准件规格最少； 、 我们常用的玻璃升降器有两种 ， 一种是绳轮式防腐蚀要求； 防止咬死等， 下面对升降系统设计 （见图 ，一种是叉臂式 （见图 另外还有一种作 介： 王剑， 就职于上海冠 航空工业技术有限公司，不常见的软轴式。 虽然结构有差异 但是基本原理主要从事于汽车开闭件及其附件开发， 飞行器结构设计等工 类似， 都是由升降电机通过涡轮蜗杆传动机构， 驱作。7 3汽车实用技术 年第 期动相应的玻璃托架运动。 长短导轨的长度 （ 限制叉臂位移量） 以及
3、齿扇的齿数之外， 其余零部件可以实现通用化。 具体升降器单个零件的设计尺寸可以参照图 ， 其中长短导轨 尺寸都是理论最小尺寸， 考虑到升降器本身制造误差及限位系统的安装 实际每端需加长、长务我 图 叉臂式升降器结构图 二 叉臂式 丨柳丨矣二於一纏 、丨；图 叉臂式升降器运动原理图贼绳轮式绳轮式升降器原理相对简单， 不同的侧门 ， 仅仅是滑轨的曲率， 滑轨、 线束长度有差异。 通过升 降电机带动滚轮的运动， 通过滚轮改变玻璃托架两端绳索的长度差， 最终带动托架沿着导轨运动。 架升降器的选择以及它们的优缺点的对比这两种升降器各有优缺点： 叉臂式升降器， 用到的金属材料较多 ， 价格较高 ， 相对绳
4、轮式， 他对上 成车门的钣金内腔 向要求较小， 但运动包络所占空间较大。 当中间位置长导轨的变形量也就是轩高大中间位里 于 时， 必须选择绳轮式升降器。 这是因为 ，一叉臂式升降器是通过升降臂的弹性变形来适应玻璃运动轨迹。 而升降臂是由金属材料构成， 有一定的弹性变形量， 超过该变形量， 易出现塑性变形， 从而失效。 当轩高小于 、 玻璃尺寸小于时， 选择叉臂式和绳轮式都行； 在玻璃尺寸大于图 叉臂式升降器结构原理图 小于 时， 由于叉臂式升降器性能稳先来看图 ， 、 、 是升降器长导轨自 由状态 定性好 ， 制造工艺简单， 承重能力较好等因素综合下与实际工作状态下运动轨迹间距偏差， 、 大于
5、 考虑， 首选叉臂式。 当玻璃尺寸超过 时 ，。所以， 升降器长导轨运动过程从下到上变形量为：必须选择双导轨绳轮式升降器 （见图 。 当玻璃造摆动幅度最大为 。 当升降器长导 型不规整， 特别是运动轨迹前后不平行时， 有两种轨运动到升降器自 由状态的位置与实际运动位置交 方法，一种在在不可视区域设置平行导轨， 布置见叉时， 升降器主动臂变化量最小； 当升降器长导轨 上面分析， 当不可视区域过短， 直接选择绳轮式。运动到升降器其余位置， 升降器主动臂会出现弹性 （ 升降系统的布置变形。 因此设计时 ， 对于同一级别车的侧门 ， 除了 升降系统中 ， 升降器的布置是一项重要工作。2 0 1 4 年
6、第 期王剑： 升降系统布置以及零件设计一般按照玻璃 面设计出玻璃， 然后确定玻璃的升 侧门玻璃主要按照 面进行设计见图 ， 对于降行程 ， 最高点最低点 ， 最后通过这些输入， 设计 大部分造型 ， 玻璃 面为圆柱面， 直接在相应位置升降器 。 为了保证玻璃升降的顺利平稳， 侧边与昵 中截取既可， 玻璃沿两条平行的螺旋线运动。 圆柱槽之间的间隙需最少达到 。 一般车门中升降 面设计半径应大于 ， 圆柱面轴线尽量与窗器安装位置会采用一个典型间隙截面。 电机也尽量 框下边缘平行 ， 从而增大升降器传动效率， 减小功安放在侧门钣金靠铰链一边， 从而增加其运行平稳 率损失。 为了减重， 尽量减小玻璃下
7、边缘尺寸， 但性。 对于车门内腔， 空间狭小， 需要装配的东西多， 应低于窗框下边缘以上 ， 防止漏风漏水。现容易产生异响 ， 为了防范该现象， 在设计布置阶段， 代技术的发展， 玻璃制造已经达到较高的水平， 为需留出间隙量， 该间隙量一般固定件与固定件之间 了满足造型需求， 越来越多的采用双曲玻璃， 双曲为 ， 运动件与固定件之间 ， 运动件与运 玻璃实际上可以看成是从一个大圆球上截取一块，动件之间 。 在微型车布置时， 由于门尺寸较 通过不断调整玻璃的边缘， 使运动轨迹趋近于螺旋小， 也可相应在部分区域贴海绵块， 减小间隙要求 线。 玻璃整体应有向 柱倾斜的趋势， 以防止玻璃 一 脱槽，
8、提高升降稳定性， 为了达到这个目 的 ，通过修整玻璃下边缘， 控制玻璃的重心偏向 柱。 叉臂式一般按偏升降器运动轨迹偏 柱 以内； 绳轮式导轨偏重心轨迹远离 柱 以、 玻璃导轨玻璃导轨是玻璃运动的限位装置。 对于车门钣金， 主要结构有： 门上段导轨与门框 起辊压成同图双异轨式维降器一个件的两截式（见图 采用单独辊压导轨 ， 点解接在门内板上的整体式 （见图 ； 与门内板窗、 侧门玻璃 框辊压为一个件， 外面用装饰条装饰的半截式见图 还有一种比较少见， 无窗框式 ， 该种结构主侧门玻璃 般包括侧 升降玻璃和 后二角 要出现在些超级跑车上， 般玻璃趣沿着双绳璃， 有时候前后三角玻璃用塑料块替代。轮
9、式并降器异轴丨云动侧门玻璃一般采用钢化玻璃， 钢化玻璃是将玻璃加热 ， 成型后风冷淬火， 使表面形成一层张紧力，内部形成金属珠光体似的特殊构造的玻璃。 当受到过大外力冲击时， 整体会碎成不易伤人的小碎丄图两截式导轨要求龍轻， 结构刚度好。 为了节省开发細，趙选择供应商已有辑压截面 。 但是对于导轨支架 ， 结构强度和刚度、 孔位制造精度要求较高。般細働并鳩，删赫搬。 对于钣金图 玻璃面示意图 零件， 翻边的长度可以决定零件的强度和刚度 ， 加7 5汽车实用技术 年第 期筋可以提高零件局部的刚度。 槽和挡水条的防尘隔水的能力。 为了节省成本， 选玻璃升降导轨在设计时， 一般是截面沿着玻璃 用供应
10、商成熟截面 ， 通过调整材料硬度， 实现玻璃边缘线扫略 ， 然后开减重孔等。 底部与玻璃边缘要 升降平滑稳定。求有 个毫米的间距 （根据呢槽结构、 典型截面，适当调整） 。 图 整体式图 呢槽主断面和呢槽结构、 车门钣金系统 （ 见图车门钣金系统与升降系统关系特别紧密 ， 它与升降系统， 密封系统一起构成了车门这个部件。 对于车门内板， 上面所开孔与升降系统相关的主要是安装过孔 （ 最大那个孔） 以及辅助安装孔。 它们的作用是便于升降器的安装以及维修。 在车门内钣金图 半截式 上有升降器的螺栓安装孔， 为了保证安装孔的刚度以及将力均匀分布出去， 一般采用增加加强筋等手、 密妾 系统 段来增加升
11、降器安装的牢固以及稳定。密封系统与玻璃升降系统也是密不可分， 像呢槽和挡水条， 都是直接与升降系统接触的部件。 昵槽主断面 （见图 主要由 和 两种材料在挤出模中成型 ， 用接角模按要求连接成所需形状， 唇边与玻璃接触麵主要有两种涂覆类型：縦纏麵涂覆聚氨酯涂层； 表面静电植续。 呢槽的主要作用是通过调整压缩量来弥补导轨和玻璃制造尺寸吻合度不足的缺陷， 防尘隔水 ， 以及让玻璃滑动平稳。 挡水条般安装在门内外板窗框处， 起着清洁玻璃 ， 防尘隔水的作用。 它的内部一般内衬钢条，以增加 自身酬度。 由于玻璃升降过程主要与升 力了保证升降过程璃升降时的变形量， 以及电机的牵引力， 以及玻璃与昵槽之间
12、的雜力决定。 碰性能 般会在 处增加加强板等。摩擦力 ， 而力 主要由昵槽唇边和挡水条的压缩量决定。 因此， 昵槽和挡水条的材质及结构、直接决定升降的难易程度， 压缩量同时又决定了昵 标准件的选取主要是紧固件的选取。 紧固件分2 0 1 4 年第 期 王剑： 升降系统布置以及零件设计为螺栓和螺钉， 传统意义上主要是根据其是否有光 进。杆部分进行划分， 有光杆的叫螺栓， 全螺纹的叫螓 在 中 ， 设置各种运动副， 使玻璃和升降钉。 钣金件一般材料壁厚较薄， 不涉及光杆部分， 器沿着玻璃大面进行运动。 用到的主要是旋转副、应此这里主要使用的是螺钉。 螺钉的结构主要靠螺 点线副、 点面副， 球头副等
13、。 最终的效果是让玻璃纹来保证紧固作用 ， 对于较小的螺钉， 主要靠冷挤 沿着玻璃大面上下运动。 通过运动模拟， 作出包络压制造， 较大的加工方法比较多， 主要是机加和攻 面。 方便最终校核。丝。 除此以外为保证零件耐腐蚀性能以及增加强度，般也会热处理， 表面镀层等等。 为了保证紧固时 、不产生松动， 运动机构及振动较大的机构紧固时， 在升降器供应的过程中 ， 几个重要尺寸是需要需采用自锁， 自锁主要有以下几种形式， 螺纹破坏， 检测的， 主要是底座安装孔的孔位， 以及叉臂式长螺纹斜锲， 加垫圈等多种方式， 为方便装配， 这里 短导轨轨的长度，绳轮式导轨的长度。 为了在大规模选用盘式螺钉， 通
14、过增加钉头与钣金接触面积， 增 生产中快速检件， 需定制专门检具。大摩擦， 从而防松。 由于牵扯到连接的强度问题，类似铆接和焊接， 不允许超过三层， 超过三层， 就 、 升降系统的安装必細连接划分分层重新连接。对于螺钉， 它的 ： 作为升降系统， 实际的安装过程在软件上无法 模拟， 但是根据大量实践， 具体的参数还是能够统力 计出来的。 对于升降器的安装孔，特别是叉臂式的力 安装过孔要求较高。 最主要是让前半部分， 就是升降电机那部分能够伸进去。 升降系统安装的难点在能承受的载荷， 但是在高应力， 高强度场合 需要 帛门，对于麵车， 后门空间普遍较小， 实际装配方法得经过实物装配得出， 再下结
15、论。 一般采用升特 合需定制。 考虑蚀 降导轨装配通过内外窗框加强板间隙装入， 但有时 候此施不太方便，馳可細飾从升降器安装孔内装入法。 玻璃 般釆用通过后门总装导轨与在要维 场 般选择 内板窗框加强板的间隙， 斜卡人门腔内 ，通过旋转，。 升 最终装入呢槽中。虽然有时候会安装困难， 但是，力了 只要安装顺序得当， 是可以满足最终生产线上的安现在部分升降器釆用植焊螺栓， 直接在生产线上用螺母连接。这种结构对于绳轮式较为适用， 主要是安装部位受力较小， 疲劳损伤也较小。 对于叉、 部分问题的处理賊， 由于升降式的频繁往复受力 易产生疲劳损 玻璃升降困难问题处理伤等问题， 从而导致该处寿命较低，
16、为了便于更换 升降系统升降原理中可以看到影响升降难易程細主要有以下几个方面升降电机的驱动力；玻璃与昵槽之间的摩擦力；是 中一项强大的功能，对于升降 导轨与玻璃曲面的吻合度；系统，是车身中重要的运动件， 除了要考虑静止状 升降器主动臂的弹性和强度 （针对叉臂式 ；态， 还要考虑运动状态，通过 模拟它的运动升降器运动滑轨与玻璃运动大面的吻合度以状态，可以很好的在设计阶段发现问题， 并进行改 及滑块与滑轨松紧程度 （针对绳轮式 ；7 7汽车实用技术 年第 期升降器安装点的刚度和强度；电子控制部分。 、 升降器未来发展畅想因此可以通过上面几个点的排查来确定问题的 随着制造业水平提高， 以及新材料的运用
17、 ， 电发生原因。 机会越来越小， 整体重量会越来越轻， 同时操控系典型问题排查 统也会越来越智能化。升降异响控制 现阶段， 升降系统的智能化主要体现在防夹上，电机利用蜗轮锅杆传动， 当润滑不充分， 或是 防夹主要有两种： 一种通过堵转电机来控制， 它主齿轮间隙不合理， 以及后期的磨损等现象的加剧，要是当升 统运行受到较大阻力时， 电机中的都会出翻应的问题。 由于升降器处于门腔中，腔有对声音有空雌大效应， 故， 为了减轻这种现象发生， 般在门护板与内板之间填細音棉，时提高零部件的抗磨损能力， 及提高设计制造精度。感应器将信号传输到开关上，控制电机转动与停止。玻璃在 段时间后发生位置偏移 （叉臂
18、式）， 由于车身造型越来越受到重视， 特别是胃 胃 空气动力学的引入， 为了适应这种状况的产生， 有部分升降器采用的变轨迹设计， 可以使玻璃在不同的处理方法是在设计阶段提高性能等级， 鎮接触 的位置， 采用不同的运动方式， 从而实现造型醉零件直接的耐磨性能， 制造阶段提高零部件制造装配精度。后门玻璃难装配问题 参考文献由于造型限制， 特别是微车， 后门普遍较小， 机械工程师设计手册机械工程师设计手册编委会为了保证玻璃易于装配， 一般要求玻璃是细长状态，因此， 在设计时， 可以将玻璃上下长度做小， 易于 汽车工程手册 德国 公司装配。 同时， 适当加大侧门内窗框加强板与总装导 飞机设计手册 飞机设计手册编委会轨之间的间距， 也可以有效的提高装配操作简易性。 汽车车门玻璃升降器结构研究与仿真 鲁伟插臂式玻璃升降行程不够， 升降行程过低 绳轮式电动汽车玻璃升降器的设计与开发 韩杰控制齿扇的齿数和焊接角度 柴油机齿轮啮合异响的原因分析及解决措施 朱少军
