汽车玻璃升降器轻量化的设计

李成才 邹加金

重庆海德世拉索系统（集团）有限公司 重庆 401120

玻璃电梯是汽车产品的重要组成部分，它在提升和降低车门玻璃、舒适性和稳定性、隔音和降低驾驶时噪音等方面发挥着不可替代的作用。玻璃升降器的设计必须保证举升过程的稳定性，具有噪声低、操作方便、寿命长、故障效率低、密封性好等特点。玻璃升降舵异常的声音、滞止、振动等故障形式对驾驶员的驾驶安全和舒适性有着重要的影响。目前汽车玻璃吊装最常用的方法是按钮式电动吊装，它由内部吊装系统和外部开关组成，操作方便[1]。

1 传统的玻璃升降器的缺点

导轨上需要两部分；铆接螺母或铆接螺钉用于将导轨固定在门板上。此外，升降机要求使用车轮或类似部件来改变力的方向，该部件采用具有润滑性能的塑料材料，需要固定到导轨上，通常将销轴铆接到导轨上；在电梯的工作过程中，它承受着来自玻璃的载荷，其中大部分通过流道和销轴施加到导轨上。导轨承担所有的载荷，然后通过铆接螺母或铆接螺钉转移到门板上[2]。

传统使用的销轴与导轨之间的接触面直径需大于10mm，轴销端直径一般为6mm。铆接螺钉一般规格为M6，头径11mm，厚度2mm，止回筋高度应大于0.4mm；导轨采用DC52D+Z高强冷轧钢板制成，厚度1.0mm。

根据电梯的实际工作状态聚集在门口，电梯装配表明CAE模拟分析：局部应力值约为170mpa最多不超过屈服强度的冷轧钢板材料，但最大应力出现在两个地方铆接螺丝的接触表面和轴销。

在汽车钣金件铝镁合金的应用中，5系铝镁合金得到了广泛的应用。经分析比较，选用GB/t3880.2-20065182。相同厚度的导轨质量可降低约65%，但屈服强度也可降低约50%。为了增加材料成本，铝合金材料的厚度为1.25mm。如果采用相同的结构，铝合金材料的屈服强度不能满足受力要求。如果轴销的直径增加，然后滑轮中心孔的直径等也需要进行相应的调整，导致成本上升和困难滑轮的安排，所以需要更改电梯的结构改变电梯系统的应力状态。

图1 改变结构后玻璃升降器结构及轴销螺钉结构

2 新型玻璃升降器结构设计

这个设计，使用一个新的结构、销轴和螺杆设计作为一个整体，所以大多数的玻璃升降负荷通过滑轮，轴销直接应用到门牌，导轨本身需要携带负载大大降低，从而减少的要求指导材料的强度，减少所需的指导材料的厚度。通过减少零件数量和材料厚度来达到轻量化的目的。改变结构后，玻璃升降器和销轴螺杆的结构如图1所示。

首先，采用CAE分析方法对新结构下的导轨进行了应力测试。

可以看出：相同的门荷载下，通过应力转换，导轨自身承受的应力强度降低，没有超出铝合金材料的强度允许范围。

从受力分析的角度来看，本设计满足了轻量化的要求，但在销螺杆结构上，做了很多调整，达到了铆接强度的要求。当导轨的材料改为铝合金，异常压力铆接的问题将会出现在传统工艺用于铆接连接，轴销和导轨的联合强度难以满足要求，应力值的导轨的应力超过了铝合金材料的强度性能标准。

销钉与导轨的铆接工艺是本产品设计与实现中的一大难点。在实际铆接过程中，当销螺钉铆接到导轨上时，导轨的安装面无法成形，不可避免的会导致安装面的凸变形。当变形超过0.1mm时，安装面与门板不匹配，导致锁紧力矩不足。为了解决这一问题，有必要减小止动筋的高度和宽度，以减小按压后的体积变化。止动筋高度由原来的0.5-0.65mm降至0.3-0.45mm。当导轨材料改为铝合金时，材料的屈服强度也降低了50%以上，更容易出现铆接强度不足、铆接面变形大的问题。为了减小止动杆的释放扭矩，在销轴螺钉的根部增加了止动槽环。冲压铆接底模由原来的平面改为凸筋环。在冲压铆接过程中，凸筋对导轨材料进行挤压，使拉筋产生塑性变形，以保证紧固件的轴向弹射力（1kN（Min）），同时使紧固件的松动力矩增加20%。随机选取30个零件试样进行铆接强度试验。平均轴向弹射力1.15kn，平均松动扭矩8.6n·m，满足客户6.0N·m（Min）规格[3]。

3 结语

所以将销轴与螺杆设计成一体，两部分合为一个部分，综合质量降低3g，一辆车4门加量为12，质量降低约36g；此外，导向材料为铝合金，厚度为1.25mm。单个导轨的质量从230克下降到110克，大约减少了120克。整车6个导轨的质量下降约720g。两部分的减重约为780克。通过减少零件数量和应用新材料达到轻量化的目标。