轎車側門漏液孔尺寸最優設計方法

胡 宏，馬保林，柴堅堅，周 偉

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009）

轎車側門漏液孔尺寸最優設計方法

胡 宏，馬保林，柴堅堅，周 偉

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009）

根據流體力學中相關理論公式提出了轎車側門瀝液時間的計算方法，并利用可視化程序設計語言VB開發了轎車側門漏液孔尺寸計算程序，通過該程序可以在設計階段計算出該車型的最優漏液孔尺寸，即滿足涂裝車間瀝液時間要求的最小漏液孔尺寸，避免出現前期漏液孔尺寸較大后期又由于NVH性能要求改小造成的模/檢具費用浪費。通過理論計算與試驗結果對比，該計算方法具有較好的精度，能較好的指導工程設計。

漏液孔；VB；最優設計

0 前言

目前關于轎車側門漏液孔尺寸的設計沒有相關文獻或論文可參考，各主機廠在開發新車型時主要根據Benchmark車型來決定漏液孔尺寸的大小，雖然車門尺寸相當，但是內外板間Y向的距離及內板上揚聲器安裝孔、門護板安裝孔、門框條安裝孔、緩沖塊安裝孔及其他孔的數量、高度、大小均不同，且各主機廠涂裝車間的生產節拍不同，所以無法在設計階段判斷參考Bench?mark車型漏液孔尺寸能否滿足涂裝車間瀝液時間要求。

經過調查，目前自主品牌的側門漏液孔尺寸相對合資品牌大40%以上，尺寸大的漏液孔會引起整車氣密性差，對NVH性能提升不利。例如奇瑞某款轎車不實施任何改進方案的整車漏氣量超過1.27×104L/min，其中四門鉸鏈及限位器處漏氣量為3.65×103L/min、四門周邊漏氣量為2.07× 103L/min、轉向護套處漏氣量為765 L/min、后背門漏液孔處漏氣量為48 L/min、側門漏液孔處漏氣量為736 L/min等，通過將最嚴重的9個點改進后整車漏氣量降為9.06×103L/min?？梢钥闯?，雖然側門漏液孔處的漏氣量不算太大，但整車的NVH若要上一個臺階，各個環節都必須要達到最優的設計。

1 薄壁孔口自由出流流速計算公式

按結構形式分為圖1所示三種，轎車側門內板上的護板安裝孔、門框條安裝孔、緩沖塊安裝孔、漏液孔等均屬于圖1中所示的薄壁孔口。

圖1 孔口分類示意圖

如圖2所示，容器中液體從四面八方流向孔口，由于質點慣性，當繞過孔口邊緣時，流線不能成直角突然的改變方向，而只能以曲線繼續彎曲且向中心收縮，到達某一距離（大約d/2處），斷面C-C收縮達到最小。

圖2 薄壁孔口自由出流示意圖

以o-o為基準線，列A-A與C-C兩斷面的伯努利方程，可得流速與流量計算公式：令ε=AC/A（ε為收縮系數；A為孔口面積）

其中φ為流速系數，一般φ=0.97～0.98；

ε=0.62～0.64；

其中 μ為流量系數，一般μ=0.6～0.62。

2 轎車側門瀝液時間理論計算

涂裝車間前處理-電泳工藝過程示意圖如圖3所示。

可以看出，電泳前處理各道工序間都有一平臺用于瀝液，如果瀝液不干凈，就會將上一槽液中的液體帶入下一槽液中，引起槽液工藝參數不合格及前處理效果變差，從而影響涂層的附著力。

工序間的瀝液時間應達到不僅沒有水流，而且幾乎要無滴水程度，一般為30 s左右，最長不超過1 min，如果超過1 min還瀝不干凈，則應從產品設計上開工藝孔解決。

在設計階段產品數據凍結后，門內板上的門護板安裝孔、揚聲器安裝孔、緩沖塊安裝孔等位置及尺寸都已確定，門內外板空腔內的最大容液量如圖4所示。

該液體體積可在CATIA中作出。

2.1 計算思路一

①已知每個孔中心離初始液面的距離，根據式（1）中流速計算公式可求得每個孔的初始流速，按液面下降5 mm計算得到另一流速，用這兩者平均值作為液面下降5 mm的平均流速；

②用與初始液面相切的XY平面沿-Z平移5 mm，用此平面切割實體，測量上面部分液體體積，計算漏完此液體體積需要的時間t1；

③重復步驟1與2，計算剩下的t2、t3、t4……，最后累積即得總的瀝液時間。

下面以某款車型的前門為例，該前門容液量及各孔的位置如圖5所示，計算如下（流速計算未考慮φ，流量計算考慮μ）。

圖3 前處理-工藝過程示意圖

圖4 內外板空腔容液量示意圖

①孔1與孔2為門護板安裝孔，孔心與初始液面距離相同，為36.8 mm，單個孔面積為49 mm2，初始速度v護板安裝孔（12）1=(2gh)1/2=(2*9.8*36.8/1000)1/2= 0.85 m/s，液面下降5 mm后速度v護板安裝孔（12）2= (2gh)1/2=(2*9.8*31.8/1000)1/2=0.79 m/s，兩者平均速度為0.82 m/s。

②孔3為門框條安裝孔，孔心與初始液面距離為50.8 mm，單個孔面積為19.635 mm2，初始速度v門框條安裝孔（3）1=(2 gh)1/2=(2×9.8×50.8/1000)1/2= 1 m/s，液面下降5 mm后速度v門框條安裝孔（3）2=(2 gh)1/2= (2×9.8×45.8/1000)1/2=0.95 m/s，兩者平均速度為0.975 m/s。

③孔4、5、6、7、8、9為門框條安裝孔，孔心與初始液面距離相同為85 mm，單個孔面積為19.635 mm2，初始速度v門框條安裝孔（456789）1=(2 gh)1/2= (2*9.8*85/1000)1/2=1.29 m/s，液面下降5 mm后速度v門框條安裝孔（456789）2=(2 gh)1/2=(2×9.8×80/1000)1/2= 1.25 m/s，兩者平均速度為1.27 m/s。

圖5 某款車型前門液體實體模型示意圖

圖6 安裝孔等效面積計算示意圖

④孔10為門框條安裝孔，孔心與初始液面距離為56.2 mm，單個孔面積為19.635 mm2，初始速度v門框條安裝孔（10）1=(2gh)1/2=(2×9.8×56.2/1000)1/2= 1.05m/s，液面下降5 mm后速度v門框條安裝孔（10）2= (2gh)1/2=(2×9.8×51.2/1000)1/2=1 m/s，兩者平均速度為1.025 m/s。

⑤孔11為緩沖塊安裝孔，孔心與初始液面距離為69.6 mm，單個孔面積為44.18 mm2，初始速度v緩沖塊安裝孔（11）1=(2gh)1/2=(2×9.8×69.6/1000)1/2= 1.17m/s，液面下降5 mm后速度v緩沖塊安裝孔（11）2= (2gh)1/2=(2×9.8×64.6/1000)1/2=1.13 m/s，兩者平均速度為1.15 m/s。

⑥漏液孔孔心與初始液面距離為128 mm，單個漏液孔面積為180 mm2，初始速度v漏液孔1= (2gh)1/2=(2×9.8×128/1000)1/2=1.58 m/s，液面下降5 mm后速度v漏液孔2=(2gh)1/2=(2×9.8×123/1000)1/2= 1.55 m/s，兩者平均速度為1.565 m/s。

用與液面相切的XY平面沿-Z方向偏移5mm，用此平面切割圖5所示液體實體模型，保留上部，測得液體體積為493 006.2 mm3，則流完此部分液體需要的時間t1為（μ取0.6）：

t1=493 006.2/(1000μ×(0.82×49×2+0.975× 19.635×1+1.27×19.635×6+1.025×19.635×1+ 1.15×44.18×1+1.565×180×3)=493006.2/ 699093.345=0.705 s

同理可求得t2，t3，t4…，最后累積求得總瀝液時間。

此算法雖然可以在設計階段計算出理論的瀝液時間，但是當某些孔的位置或尺寸改變后需要重新計算，比較繁瑣，也無法得出漏液孔的最優設計尺寸。

2.2 計算思路二

①安裝孔等效面積的計算

假設漏液孔中心至液面的距離為H，某一安裝孔至液面的距離為h，安裝孔面積為a，假設此安裝孔等效到漏液孔處的面積為a'。

液面下降一微小體積Q通過此安裝孔瀝完的時間t1為：

液面下降同一微小體積Q通過漏液孔處等效面積瀝完的時間t2為：

等效條件為t1=t2，即

求得a'=a·(h/H)1/2

從上式可以看出：在液面下降過程中，h和H都是在減小的，等效面積a'也隨之變化。

②各等分液體瀝液時間計算

在初始液面高度下，將各個安裝孔按照上述等效原理分別等效到漏液孔處，漏液孔自身的總面積加上各個等效面積即得總的等效漏液面積。

還以上述車型t1計算為例。

將門護板安裝孔、門框條安裝孔、緩沖塊安裝孔等等效到漏液孔處，總的等效漏液面積為746.602 9 mm2，流速

v漏液孔=（2gH）1/2=（2×9.8×128/1000）1/2= 1.58 m/s(用此作為流完5 mm液面高度的流速是為了方便程序設計)，5 mm液面高度的液體體積為493 006.2mm3，則瀝完此5 mm高度需要的時間t1為：

同理可求得t2，t3，t4…，最后求得總的瀝液時間。兩種算法中t1相差0.705-0.697=0.008 s，誤差很小。

該算法雖然也較復雜，但是可以較方便的在程序里實現，當某一孔位置或面積改變時，程序會自動計算，可方便的得到漏液孔的最優設計尺寸。

3 轎車側門瀝液時間程序設計

通過上述的計算思路二，利用可視化程序設計語言Visual Basic 6.0開發了側門瀝液時間計算程序，該程序的界面如圖7所示。

對于合同風險的預測以及防范來說，必須加強相關人員在這一方面的意識，這是企業提升經濟意識和法律意識的一種綜合體現：①提升項目管理人員的合同管理培訓力度，提高其風險預測能力；②要全面理解FIDIC的合同條件和發包方合同中制定的管理程序等，可以讓項目工作人員明確合同風險預防和防范的意義。

以上述車型前門為例，該車型在設計初期前門漏液孔的尺寸為20×9（mm2），數量3個，漏液孔中心至液面的距離為128 mm；門護板安裝孔的尺寸為7×7（mm2），數量2個，門護板安裝孔中心至液面的距離為36.8 mm；門框條安裝孔的尺寸為?5 mm，數量8個，其中6個安裝孔中心至液面的距離相同為85 mm，一個安裝孔中心至液面的距離為50.8 mm，另一個安裝孔中心至液面的距離為56.2 mm，緩沖塊安裝孔的尺寸為?7.5 mm，數量1個，孔心至液面的距離為69.6 mm；將以上數據及用5 mm間隔平面分割的液體實體體積輸入程序，計算結果如圖8所示。

圖7 程序界面示意圖

圖8 初始漏液孔尺寸計算結果示意圖

從圖8可以看出：當單個漏液孔尺寸20× 9（mm2），漏液孔總面積為540 mm2時，理論瀝液時間19.97 s。

將單個漏液孔尺寸改成15×8（mm2），漏液孔總面積為360 mm2時，計算結果如圖9所示，從圖9可以看出：對應漏液孔總面積為360 mm2時，理論瀝液時間為28.11 s。

生產該車型對應的涂裝車間前處理工序中最短的瀝液時間為20 s，考慮到出槽到平臺有5 s左右，所以瀝液時間控制在25 s是較合理的。利用該算法計算時液體實體體積是最大的情況，實際轎車在出槽時都有一定角度，側門空腔內實際的容液量會比計算的體積少，實際的瀝液時間比計算瀝液時間短。對比上述計算結果可以認為，對應單個漏液孔面積120 mm2，漏液孔總面積360 mm2時，理論瀝液時間與涂裝車間瀝液時間基本相符，可以認為該漏液孔尺寸為最優尺寸。

圖9 漏液孔尺寸更改后計算結果示意圖

4 理論瀝液時間與實際驗證時間對比

表1 理論計算與實際驗證結果

5 結論

從上面的對比可以看出：利用該算法計算結果與實際驗證結果吻合較好，對新車型瀝液時間預估及漏液孔尺寸最優設計具有較強的指導意義。

［1］張紅亞，王造奇.流體力學［M］.合肥：安徽科學技術出版社，2005.

［2］劉鶴年.流體力學［M］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

［3］王錫春.汽車涂裝工藝技術［M］.北京：化學工業出版社，2005.

Optimization Method for Designing Sedan Side Door Leakage Hole Dimensions

HU Hong，MA Bao-lin，CHAI Jian-jian，ZHOU Wei
（Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu241009，China）

This paper proposed a method of how to compute sedan side door leakage time based on the related theory in fluid mechanics，and developed a procedure based on Visual Basic，which can be used to calculate the optimal leakage hole dimensions for any vehicle during the design phase，which means the minimum dimensions of leakage hole can satisfy the leakage time in Paint Shop.Further，this also avoids wasting the die/gauge costs due to the leakage hole dimension’s alter to improve the NVH performance.According to the theoretical calculation and test results comparison，this method has good accuracy and can guide the product design effectively.

leakage hole；VB；optimization design

U463.82

：A

：1009－9492(2014)11－0108－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.029

胡 宏，男，1981年生，安徽績溪人，碩士，工程師。研究領域：車身門蓋設計。

(編輯：王智圣)

2014－07－19