论文部分内容阅读
摘 要：微车的加油口门通常位于B柱下端，前后分别是铰链式前门和滑移式中门，简称附着式加油口门;而一般乘用车的加油口门位于后侧上，则成为嵌入式加油口门。对于附着式加油口门，通常应用在微车上，在满足基本功能前提下，开发出低成本的结构是首要的目标，本文综合加油口门的设计经验，总结出微车低成本加油口门结构设计思路以及设计经验。
关键词：加油口门;结构设计;低成本
一、加油口门的概述
加油口为一个封闭零件，加油时开启，关闭时保持外观的整体感。商用微车的加油口门一般位于B柱下端，前后都是运动件，打开前门和后门，加油口门高于侧围外板，称为附着式加油口门;而乘用车的加油口一般位于后侧围外板上，周围都是固定件，称为陷入式加油口门。
加油口门焊合件通常由加油口门外板、加油口门铰链臂、加油口门铰链销、加油口门加强板组成，加油口门外板和加强板通过侧壁上连接，连接方式有两种：点焊或者包边。
二、加油口门的设计思路
加油口门的设计过程主要包括如下几个
步骤：
（1）确定加油口门的DTC间隙。
（2）确定加油口门的铰链中心线。
（3）确定加油口門的开度及限位。
（4）设计加油口门的铰链。
（5）布置锁芯安装孔的位置。
具体见下文所述：
（一）确定加油口门的DTC间隙
加油口门是车身零件的重要组成部分，它的主要功能之一就是与侧围配合形成完整的外观。加油口门与前门和后侧门等运动件有间隙断差的配合，与侧围外板也有运动间隙的配合，而它本身也是运动件，同时还是外观件。因此，对外观性来说，加油口门的DTC间隙越小越好;对运动件来说，这个间隙越大越好。考虑制造误差，附着式加油口门的DTC间隙一般要求5mm;而陷入式加油口门，此间隙一般≤3.0mm。
（二）确定加油口门的铰链中心线及铰链轴
加油口门铰链位置的确定是加油口门设计的第一步，也是最重要的一部。而它有主要分为两个步骤：
（1）根据经验初步确定加油口门铰链位置，即铰链中心线。
（2）加油口门的运动分析，并进行铰链轴线的优化。
这两个步骤不是一个单向通道，而是一个可以反复的过程。因为初步确定的铰链轴需要通过运动校核来确定其正确性，若初选位置不能满足要求，则可以继续优化，然后再次运动分析。如此反复便可得到符合要求的铰链位置。具体步骤如下。
1.初步确定加油口门铰链位置
加油口门铰链位置由三个要素组成：
（1）铰链轴的倾斜方式以及倾角：根据倾角的不同，铰链轴的分为三种形式：内倾式，中立式和外倾式。加油口门上的某个旋转点，分别向3种形式的铰链轴心作垂直线，旋转点到垂直点的距离便是该旋转点的旋转半径：R1、R2和R3。从图上的几何关系可知，旋转点到外倾轴的旋转半径R3最小，因此加油口门绕外倾轴旋转时，与其内侧的侧围外板的干涉可能性最小。为了防止与周围零件运动干涉，并为了加油口门更容易自动弹出，加油口门铰链通常采用外倾式的铰链轴，一般来说，选取倾角的角度3°～10°，根据加油口门的倾斜方式来选取铰链中心线的倾斜方式。
（2）铰链轴的Y向位置。加油口门上的某个旋转点绕旋转中心旋转时，其运动轨迹。当旋转中心线距离加油口门越近（Y正向）时，其运动轨迹离侧围外板的距离越大。因此在确定旋转轴位置时，轴的Y向坐标越大越好（在加油口门的范围之内越靠近加油口门越好）。综合考虑铰链轴的大小、铰链臂的厚度、运动间隙等因素，Y向位置可在距离加油口门外板（造型输入）5mm～10mm之间取值。
（3）铰链轴的X向位置。加油口门上的某个旋转点绕旋转中心旋转时，其运动轨迹。当旋转中心距离加油口门边界越大（沿X正向变化）时，其运动轨迹与侧围外板的距离越大，但是与后侧门距离越小。因此在确定旋转轴X向位置时，轴的X向坐标的取值要综合考虑加油口门运动轨迹对侧围外板和后侧门的影响，然后才能确定。一般来说，X向位置在距离加油口门近端5%到15%之间取值。
通过上述上个要素的确定，我们就能初步选出一个铰链轴的位置。另外，铰链轴的直径一般可设计为4mm，铰链轴的长度需根据铰链臂来确定，原则上铰链轴越长越好。
2.加油口门的运动校核
在初步确定好铰链的位置后，需进行运动分析，具体分析步骤如下：
（1）调整加油口门到安装的极限位置。由于加油口门与周围零件存在间隙段差的配合，它的安装位置在X向和Z向上是可调的。因此在运动分析时要将此因素考虑在内。通常在车内方向（–Y方向，靠近侧围外板的方向）调整时，加油口门与侧围外板的距离会减小。所以运动分析时要将加油口门调至最靠近侧围外板位置，让其处于极限位置。
（2）调整加油口门铰链轴到最恶劣位置。根据经验值，铰链轴位置的公差带取为1.0mm*1.0mm（X向*Y向）。公差带的四个角部是运动分析的最恶劣位置。在极限情况下，加油口门与其他零件的运动间隙能够满足要求的话（大于1.0mm），该加油口门才算满足运动分析的要求。
（3）建立运动模型并输出运动间隙数据。通过前两个步骤，加油口门运动分析的条件已经完全建立。此时，只需将模型导入UG软件的运动分析模块，建立机构的固定副（侧围外板、加油口门铰链臂、前门和后侧门），以及机构的运动副（加油口门）;然后设置运动过程需计算的间隙（加油口门与侧围外板、前门、中门）;最后，根据驱动设定加油口门旋转的步长，则可以实现运动分析，而且UG软件能够记录下来运动过程中加油口门与各部件的间隙的最小值，并导出文本文件。
通过分析导出的数据我们便可以知道加油口门的运动间隙是否能够满足要求。若不满足，需要从新调整轴的位置，然后再进行分析。如此反复，直到求出最佳的转轴的位置为止。 （三）确定加油口门的开度及限位
加油口门的开度，根据需要可设计为80°～100°。低成本的附着式加油口门的限位主要通过加油口门翻边或者加焊一小块零件來实现，当加油口门打开到设计最大开度时，凸起的特征与铰链臂接触，从而实现限位。限位凸点的高度不能太低，不然在制造方面较难控制。而采用弹簧限位的加油口门的成本则相对来说比较高。这种限位方式被大多数汽车采用，弹簧弹力有两种作用力方向，即关闭状态下的关紧力和打开过程中的弹开力。
（四）设计加油口门的铰链臂及加强板
加油口门铰链臂的设计通常要考虑以下几个因素：
1.加油口门的可安装性
铰链的安装方向有两种，X方向以及Y方向，Y方向安装容易操作，X方向安装则需要专门的工具。对于附着式加油口门，可采用X向、Y向的安装方式，不过，Y向安装要考虑其安装性，安装孔位置不要过于靠里面（–Y向），否则安装工具受周边零件的影响无法摆正，不方便打螺栓。
2.加油口门的可调整性
加油口门与侧围外板、前后侧门有间隙断差的配合，因此加油口门的位置应该是可以调整的。加油口门的调整主要通过加油口门铰链臂上的安装孔的设计来实现。加油口门采用M5/M6的螺杆进行安装。加油口门铰链臂上的安装孔设计成9mm*7mm（Y向*Z向），因此加油口门可以在Y向和Z向上进行调节，以满足间隙断差的要求。需要注意的是，在调节的范围之内，加油口门焊合件不应于其他任何零件（主要是与加油口支架和侧围外板）产生干涉，并且要保留一定的安全距离。
3.铰链臂卷耳与轴的配合
设计上二者之间配合间隙为0，即二者完全紧密配合。这样能够保证加油口门的位置不会收到二者配合间隙的影响，此外二者如果采用间隙配合的话，加油口门就会便可绕轴自由转动，在白车身过涂装车间时，加油口门容易前后开合，与后侧门干涉，刮伤加油口门漆膜;加油口关上后与B柱碰，B柱处漆膜被碰伤。
由于加油口门的翻边较低，因此加油口门加强板焊接边的宽度通常比较窄。因此在设计时要考虑到焊接边的宽度和角度，保证焊接边的宽度和焊接角度能够实现焊接，否则会出现无法焊接的结构，一般来说，加强板与加油口门的焊点至少需要三点。
（四）布置锁芯安装孔
确定锁芯安装孔的位置要考虑到三个因素：
（1）打开加油口门时锁芯不能在运动过程中干涉到其他零件;
（2）在注油时，在加油口门完全打开的情况之下，锁芯不能与油枪干涉，且要保证一定距离，不能影响到注油操作;
（3）锁芯安装孔的位置要利于锁扣的布置。
三、影响加油口门设计的其它因素
（一）冲压工艺
由于加油口门通常是一个箱式结构，其四面翻边的拔模角度比较小，因此翻边不易设计的太高，否则冲压时在拐角位置处容易产生叠料的现象。
（二）感知质量问题
由于加油口门与侧围外板、前后侧门有间隙断差的配合，加油口门的设计应该与前门、后侧门、侧围外板的设计同步进行，保证设计是合理的，各零件能相互配合。如果加油口门设计滞后，则会给加油口门的设计加上过多的约束条件，最终无法得到的设计反复。
为了实现加油口门的可调，其安装孔设计为长孔。因此一般螺母的垫片无法将整个长孔遮住，因此设计上应采用的大垫片的螺母来，将整个长孔遮住，消除感知质量问题的隐患。
（三）加油口门的刚度
由于加油口门在使用过程容易变形，具因此需要对加油口门及其铰链的刚度进行CAE分析，已确定它具有一定的刚度，在一定外力的作用下加油口门及其铰链的变形在可以接受的范围内。
四、全文总结
本文阐述了附着式加油口门的设计思路以及经验值，同时也列举了一些重要的注意事项，可作为新车型加油口门开发的参考，使得设计开发减少难度，少走弯路。
关键词：加油口门;结构设计;低成本
一、加油口门的概述
加油口为一个封闭零件，加油时开启，关闭时保持外观的整体感。商用微车的加油口门一般位于B柱下端，前后都是运动件，打开前门和后门，加油口门高于侧围外板，称为附着式加油口门;而乘用车的加油口一般位于后侧围外板上，周围都是固定件，称为陷入式加油口门。
加油口门焊合件通常由加油口门外板、加油口门铰链臂、加油口门铰链销、加油口门加强板组成，加油口门外板和加强板通过侧壁上连接，连接方式有两种：点焊或者包边。
二、加油口门的设计思路
加油口门的设计过程主要包括如下几个
步骤：
（1）确定加油口门的DTC间隙。
（2）确定加油口门的铰链中心线。
（3）确定加油口門的开度及限位。
（4）设计加油口门的铰链。
（5）布置锁芯安装孔的位置。
具体见下文所述：
（一）确定加油口门的DTC间隙
加油口门是车身零件的重要组成部分，它的主要功能之一就是与侧围配合形成完整的外观。加油口门与前门和后侧门等运动件有间隙断差的配合，与侧围外板也有运动间隙的配合，而它本身也是运动件，同时还是外观件。因此，对外观性来说，加油口门的DTC间隙越小越好;对运动件来说，这个间隙越大越好。考虑制造误差，附着式加油口门的DTC间隙一般要求5mm;而陷入式加油口门，此间隙一般≤3.0mm。
（二）确定加油口门的铰链中心线及铰链轴
加油口门铰链位置的确定是加油口门设计的第一步，也是最重要的一部。而它有主要分为两个步骤：
（1）根据经验初步确定加油口门铰链位置，即铰链中心线。
（2）加油口门的运动分析，并进行铰链轴线的优化。
这两个步骤不是一个单向通道，而是一个可以反复的过程。因为初步确定的铰链轴需要通过运动校核来确定其正确性，若初选位置不能满足要求，则可以继续优化，然后再次运动分析。如此反复便可得到符合要求的铰链位置。具体步骤如下。
1.初步确定加油口门铰链位置
加油口门铰链位置由三个要素组成：
（1）铰链轴的倾斜方式以及倾角：根据倾角的不同，铰链轴的分为三种形式：内倾式，中立式和外倾式。加油口门上的某个旋转点，分别向3种形式的铰链轴心作垂直线，旋转点到垂直点的距离便是该旋转点的旋转半径：R1、R2和R3。从图上的几何关系可知，旋转点到外倾轴的旋转半径R3最小，因此加油口门绕外倾轴旋转时，与其内侧的侧围外板的干涉可能性最小。为了防止与周围零件运动干涉，并为了加油口门更容易自动弹出，加油口门铰链通常采用外倾式的铰链轴，一般来说，选取倾角的角度3°～10°，根据加油口门的倾斜方式来选取铰链中心线的倾斜方式。
（2）铰链轴的Y向位置。加油口门上的某个旋转点绕旋转中心旋转时，其运动轨迹。当旋转中心线距离加油口门越近（Y正向）时，其运动轨迹离侧围外板的距离越大。因此在确定旋转轴位置时，轴的Y向坐标越大越好（在加油口门的范围之内越靠近加油口门越好）。综合考虑铰链轴的大小、铰链臂的厚度、运动间隙等因素，Y向位置可在距离加油口门外板（造型输入）5mm～10mm之间取值。
（3）铰链轴的X向位置。加油口门上的某个旋转点绕旋转中心旋转时，其运动轨迹。当旋转中心距离加油口门边界越大（沿X正向变化）时，其运动轨迹与侧围外板的距离越大，但是与后侧门距离越小。因此在确定旋转轴X向位置时，轴的X向坐标的取值要综合考虑加油口门运动轨迹对侧围外板和后侧门的影响，然后才能确定。一般来说，X向位置在距离加油口门近端5%到15%之间取值。
通过上述上个要素的确定，我们就能初步选出一个铰链轴的位置。另外，铰链轴的直径一般可设计为4mm，铰链轴的长度需根据铰链臂来确定，原则上铰链轴越长越好。
2.加油口门的运动校核
在初步确定好铰链的位置后，需进行运动分析，具体分析步骤如下：
（1）调整加油口门到安装的极限位置。由于加油口门与周围零件存在间隙段差的配合，它的安装位置在X向和Z向上是可调的。因此在运动分析时要将此因素考虑在内。通常在车内方向（–Y方向，靠近侧围外板的方向）调整时，加油口门与侧围外板的距离会减小。所以运动分析时要将加油口门调至最靠近侧围外板位置，让其处于极限位置。
（2）调整加油口门铰链轴到最恶劣位置。根据经验值，铰链轴位置的公差带取为1.0mm*1.0mm（X向*Y向）。公差带的四个角部是运动分析的最恶劣位置。在极限情况下，加油口门与其他零件的运动间隙能够满足要求的话（大于1.0mm），该加油口门才算满足运动分析的要求。
（3）建立运动模型并输出运动间隙数据。通过前两个步骤，加油口门运动分析的条件已经完全建立。此时，只需将模型导入UG软件的运动分析模块，建立机构的固定副（侧围外板、加油口门铰链臂、前门和后侧门），以及机构的运动副（加油口门）;然后设置运动过程需计算的间隙（加油口门与侧围外板、前门、中门）;最后，根据驱动设定加油口门旋转的步长，则可以实现运动分析，而且UG软件能够记录下来运动过程中加油口门与各部件的间隙的最小值，并导出文本文件。
通过分析导出的数据我们便可以知道加油口门的运动间隙是否能够满足要求。若不满足，需要从新调整轴的位置，然后再进行分析。如此反复，直到求出最佳的转轴的位置为止。 （三）确定加油口门的开度及限位
加油口门的开度，根据需要可设计为80°～100°。低成本的附着式加油口门的限位主要通过加油口门翻边或者加焊一小块零件來实现，当加油口门打开到设计最大开度时，凸起的特征与铰链臂接触，从而实现限位。限位凸点的高度不能太低，不然在制造方面较难控制。而采用弹簧限位的加油口门的成本则相对来说比较高。这种限位方式被大多数汽车采用，弹簧弹力有两种作用力方向，即关闭状态下的关紧力和打开过程中的弹开力。
（四）设计加油口门的铰链臂及加强板
加油口门铰链臂的设计通常要考虑以下几个因素：
1.加油口门的可安装性
铰链的安装方向有两种，X方向以及Y方向，Y方向安装容易操作，X方向安装则需要专门的工具。对于附着式加油口门，可采用X向、Y向的安装方式，不过，Y向安装要考虑其安装性，安装孔位置不要过于靠里面（–Y向），否则安装工具受周边零件的影响无法摆正，不方便打螺栓。
2.加油口门的可调整性
加油口门与侧围外板、前后侧门有间隙断差的配合，因此加油口门的位置应该是可以调整的。加油口门的调整主要通过加油口门铰链臂上的安装孔的设计来实现。加油口门采用M5/M6的螺杆进行安装。加油口门铰链臂上的安装孔设计成9mm*7mm（Y向*Z向），因此加油口门可以在Y向和Z向上进行调节，以满足间隙断差的要求。需要注意的是，在调节的范围之内，加油口门焊合件不应于其他任何零件（主要是与加油口支架和侧围外板）产生干涉，并且要保留一定的安全距离。
3.铰链臂卷耳与轴的配合
设计上二者之间配合间隙为0，即二者完全紧密配合。这样能够保证加油口门的位置不会收到二者配合间隙的影响，此外二者如果采用间隙配合的话，加油口门就会便可绕轴自由转动，在白车身过涂装车间时，加油口门容易前后开合，与后侧门干涉，刮伤加油口门漆膜;加油口关上后与B柱碰，B柱处漆膜被碰伤。
由于加油口门的翻边较低，因此加油口门加强板焊接边的宽度通常比较窄。因此在设计时要考虑到焊接边的宽度和角度，保证焊接边的宽度和焊接角度能够实现焊接，否则会出现无法焊接的结构，一般来说，加强板与加油口门的焊点至少需要三点。
（四）布置锁芯安装孔
确定锁芯安装孔的位置要考虑到三个因素：
（1）打开加油口门时锁芯不能在运动过程中干涉到其他零件;
（2）在注油时，在加油口门完全打开的情况之下，锁芯不能与油枪干涉，且要保证一定距离，不能影响到注油操作;
（3）锁芯安装孔的位置要利于锁扣的布置。
三、影响加油口门设计的其它因素
（一）冲压工艺
由于加油口门通常是一个箱式结构，其四面翻边的拔模角度比较小，因此翻边不易设计的太高，否则冲压时在拐角位置处容易产生叠料的现象。
（二）感知质量问题
由于加油口门与侧围外板、前后侧门有间隙断差的配合，加油口门的设计应该与前门、后侧门、侧围外板的设计同步进行，保证设计是合理的，各零件能相互配合。如果加油口门设计滞后，则会给加油口门的设计加上过多的约束条件，最终无法得到的设计反复。
为了实现加油口门的可调，其安装孔设计为长孔。因此一般螺母的垫片无法将整个长孔遮住，因此设计上应采用的大垫片的螺母来，将整个长孔遮住，消除感知质量问题的隐患。
（三）加油口门的刚度
由于加油口门在使用过程容易变形，具因此需要对加油口门及其铰链的刚度进行CAE分析，已确定它具有一定的刚度，在一定外力的作用下加油口门及其铰链的变形在可以接受的范围内。
四、全文总结
本文阐述了附着式加油口门的设计思路以及经验值，同时也列举了一些重要的注意事项，可作为新车型加油口门开发的参考，使得设计开发减少难度，少走弯路。