某辊压窗框车型后侧门锁侧窗框刚度提升

杨淑妮　黄禹杰　黄雄连

摘 要：针对设计阶段某辊压窗框车型后侧门锁侧窗框刚度差，文章通过优化结构设计，合理布置焊点位置及数量，应用CAE软件进行刚度分析，对比各种优化方案，寻求轻量化和性能指标的平衡。文章总结了辊压窗框车型后侧门锁侧结构设计经验教训，为新车型开发的结构设计提供参考。

关键词：辊压窗框 后侧门 窗框刚度

1 背景

当下我国社会经济飞速发展，人民生活水平不断提升，广大群众对汽车的需求量大幅度提升，几乎达到了户户有车，出行必有车的状态。与此同时，人们对汽车的舒适性、安全性、外观也提出了更高的要求。

车门作为一个综合性的转动部件，车门和驾驶室一起形成乘员的生存空间，当车门闭合时，应具有良好的振动特性，足够的强度和刚度，耐冲击性能和抗碰撞性能。窗框刚度作为衡量车门品质的一项重要指标，如刚度不足，会导致变形，影响外观间隙和段差，而变形过大，则会影响密封条的密封性，造成噪声和高速振动的问题，极大降低了NVH舒适性，直接影响顾客的购买欲望。窗框性能的优劣不仅影响车门系统功能的完整性，也将会直接影响着用户在使用汽车过程中的生命安全及财产安全。

2 窗框刚度差问题描述及原因分析

2.1 车门窗框刚度

车门刚度是指车门在一定载荷作用下抵抗变形的能力，用于对车门窗框施加载荷后产生的变形之间的关系来表示刚度。

2.2 窗框刚度分析模型

（1）白车门和铰链，门关闭状态。

（2）铰链与车身安装点处SPC=123456，并放开主副铰链连接轴线自由度；门锁边三处约束SPC=123456，每处约束区域为长75mm，宽25mm，上下约束距离C-line（内板带线处斜面与平面的交线）和T-line（门最下面的线）各35mm，中间约束在C-line和T-line距离的1/2处，见下图1。

（3）旋转门铰链侧内板窗框25mm×25mm区域施加Y向的均布力；旋转门锁侧内板窗框25mm×25mm区域施加Y向的均布力。后门中间窗框刚度的加载位置的确定如下：首先做一条窗框前上部与窗框后部距离最远的点之间如图所示的一条红色参考线；再在窗框上选取与参考线垂直且距离参考线最远的点，即为加载点，详见下图2。

2.3 原因分析

因造型原因，现有某车型窗框高度较其他辊压窗框车型高，如下表1。锁侧结构如下图3，锁侧窗框刚度5.75mm，目标≤5mm，如下表2，分析结果远低于设计目标。本文就辊压窗框车型后侧门锁侧窗框刚度提升，从锁侧零件结构搭接，焊点位置数量调整、零件厚度增加等方面进行深入研究分析得出CAE分析结果，并提出切实可行且经济的优化方案。

3 后侧门锁侧结构优化方案

根据原因分析，结合CAE分析模型，制定以下优化方案：

方案1：窗框C柱加长40mm，增加1个三层焊点；

方案2：窗台加强板、辊压窗框、内板通过结构优化，将其用焊点连接在一起；

方案3：增加辊压窗框C柱、侧门外板与侧门内板的焊点连接；

方案4：内板窗台加强板厚度由0.8mm更改为1.0mm；

方案5：三角饰板加强板厚度由1.0mm更改为1.2mm；

方案6：内板窗台加强板厚度由0.8mm更改为1.0mm，三角饰板加强板厚度由1.0mm更改为1.2mm；

方案7：三角板加强板与内板窗台加强板使用点焊连接；

方案8：三角板加强板侧门与内板搭接，增加3个侧面焊点；

方案9：在窗框C柱根部增加一道结构胶。

各方案示意图见表3。

4 各优化方案测试结果

对上述9个方案分别进行CAE分析，分析结果见表4。对比9个方案，除方案7外，其他方案对提升窗框刚度都有利。

方案1：比原方案窗框刚度提升4.8%，需要加长窗框C柱40mm，单侧门重量增加0.026kg增加窗框C柱与内板的重叠量，增加1个焊点，使窗框与内板连接增加，窗框刚度改善较大；

方案2：比原方案窗框刚度提升10%，重量不变，通过优化外板窗台加强板结构，使外板窗台加强板、内板、辊压窗框连接在一起，有利于作用在窗框上的力分散到外板窗台加强板上，窗框刚度改善最大；

方案3：比原方案窗框刚度提升5.5%，重量不变，增加一个焊点，使内板、辊压窗框、外板连接增加，更有力分散窗框上传来的力，窗框刚度改善较大；

方案4：比原方案窗框刚度提升0.3%，单侧门重量增加0.161kg，增加厚度后，内板窗台加强板与内板连接不变，该方案只是对非受力加强板的加强，未能分散窗框上受到的作用力，窗框刚度改善不明显；

方案5：比原方案窗框刚度提升0.5%，单侧门重量增加0.052kg，增加厚度后，三角板加强板与内板连接不变，该方案只是对非受力加强板的加强，未能分散窗框上受到的作用力，窗框刚度改善不明显；

方案6：比原方案窗框刚度提升0.8%，单侧门重量增加0.269kg，与内板连接不变，未能分散窗框上受到的作用力窗框刚度改善不明显；

方案7：比原方案窗框刚度降低0.1%，单侧门重量减少0.022kg，内板窗台加强板与三角板加强板从电弧焊连接变成点焊连接，与内板其他位置的连接没有改变，对窗框刚度不影响，但三角板增加开孔，导致三角板加强板单件刚度变差，窗框刚度稍微降低；

方案8：比原方案窗框刚度提升2%，单侧门重量增加0.027kg，增加三角板与内板的侧面连接，窗框刚度有所改善；

方案9：比原方案窗框刚度提升0.3%，增加涂胶，结构胶能使内板和辊压窗框贴合间隙更小，但并不能增加两者的连接，窗框刚度改善不明显。

在保证产品性能的前提上，对零件重量，成本，工艺优劣进行评估。方案1、方案2、方案3，窗框刚度提升明显，零件重量增加轻。但方案3处结构紧凑，无法布置该焊点。因此选定方案1和方案2作为最终的可行性方案。

按照方案1和方案2優化数据后，如下图4，锁侧窗框刚度4.82mm，见表5满足设计要求≤5mm。

5 总结

综上所述，在设计过程中，零件的性能是可以通过合理的结构设计和焊点布置来进行改善，通过增加窗框与内外板的重叠量，增加辊压窗框根部与周边零件的连接，将窗框上部受到力的通过连接结构，快速分散到周边零件，有效提升零件的窗框刚度。可以很好地规避后期试验出现的问题。本文通过对锁侧结构及焊点布置的分析，为后续项目的零件开发提供参考。

参考文献：

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