加油口盖系统设计的研究

唐 淳

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

加油口盖系统设计的研究

唐 淳

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文主要针对某一轿车的加油口盖系统进行设计，阐述了如何对加油口盖系统的各组成部分进行结构、布置和安装设计，最后对设计完成后的加油口盖系统进行了行程和力的校核，实车出来后经过试制试验满足目标性能要求。

加油口盖；结构设计；校核

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-34-06

引言

汽车汽油加注口一般有两个盖，分别称为油箱盖和车身加油口盖。前者紧固在油箱加油管颈上，有保证油箱的密封、调节油箱内气压的作用；后者位于车身侧围，是遮挡在汽车油箱加注口上的一个部件，是车身外饰的一个重要的组成部分，不但有配合侧围钣金的装饰作用还有开闭的性能要求，外部形状主要依赖于车身侧围的形状，加油口盖的设计应充分考虑与侧围的间隙面差，与车身颜色的色差等相关因素，达到装配简单和性能要求平衡，既实用又具有自身特色。加油口盖虽小，但它在车身上就相当于人脸上的一个器官，它对整车的外观影响很大。加油口盖的设计与制作的成功与否至关重要，前期设计及后期制作都不可小视。

近年来随着车身设计的发展，汽车外造型结构的不断变化，加油口盖的外观形面日趋复杂，制作难度也越来越高，本文结合目前加油口盖的发展趋势和加油口盖的开发经验，对加油口盖的各种结构进行了汇总分析。针对某一款轿车的加油口盖进行设计，详细叙述了整个设计过程，并提出了设计要点，最终设计出了满足目标性能的加油口盖，为后续车型的设计提供了指导。

1、加油口盖系统的型式介绍

加油口盖的型式多种多样，按照开启方式分为机械式、电子式和手动式；按照主要材料可分为金属加油口盖和塑料加油口盖；按照形状可分为圆形、方形、菱形、椭圆形和其它形状等；按照固定方式分为内藏式和外露式加油口盖。

该车型属于低端乘用车，考虑工作人员加油时的操作方便性，尤其加油人较多时，为了减少等待时间，选择机械式开启方式作为该车型的加油口盖开启方式。

鉴于塑料加油口盖在本公司正在预研阶段，有技术风险，成本又高，与车身色差难于控制，故采用金属加油口盖。

该车型没有对分缝和型面特征的避让，也没有对空间的约束，根据整车造型风格，为该车型选取圆形作为该车型的加油口盖形状，圆形的加油口盖工艺控制起来容易，容差能力强，制造成本低。

该车型属于小型轿车，加油口盖的尺寸不适宜很大，形状为圆形，故选取内藏式加油口盖作为该车型加油口盖的固定形式。

2、加油口盖系统的设计

加油口盖系统由加油口盖本体、加油口盖开启把手、加油口盖拉丝、缓冲块组成，加油口盖系统的设计主要由法规要求、性能、成本和重量目标要求所决定，现根据企业标准、标杆车的测量数据和配置要求输入这些指标，对加油口盖系统进行设计。

1.法规要求（注油管旋盖挂绳）

ECER34要求在加油口盖上增加一个孔，用以固定注油管旋盖。我们通常是在加油口盖内板上开一个Φ6mm的孔来固定。

2.性能目标输入，如表1所示:

表1 加油口盖性能目标表

3.成本和重量目标输入，如表2所示:

表2 成本和重量目标

2.1 加油口盖系统的结构设计

加油口盖系统由加油口盖本体、加油口盖开启把手、加油口盖拉丝、缓冲块组成，现对加油口盖系统的各个组成部分进行结构设计。

2.1.1 加油口盖本体的结构设计

加油口盖本体由加油口盖外板、内板、铰链、安装支架、转轴和弹簧组成。加油口盖本体的结构如图1所示。

1. 加油口盖外板的设计

由于加油口盖外板的型面直接根据造型A面确定，所以加油口盖外板的设计主要指外板和内板连接形式的设计。

外板和内板的连接形式有两种,一种是翻边式结构；另一种是包边式结构, 翻边式结构比包边结构少了一道包边工序，模具成本低，但在在加油口盖与侧围同一间隙下,需要更大的空间以免发生运动干涉，同一车身制造精度，需要更大的间隙要求。包边式结构比翻边式结构增加一道包边工序,增大了模具成本,而且包边工艺外观难于控制,容易起皱，但是包边式加油口盖对空间要求比翻边式低。

基于成本和外观要求，该车型选择了翻边结构。翻边结构的内板和外板的焊接方式有两种，一种是氩弧焊；一种是点焊，如图2所示。氩弧焊的焊接边为5mm；点焊的焊接边为8mm～12mm，非焊点处为3mm。氩弧焊的焊接边较短，对空间要求比点焊低，成本略高，点焊的焊接边较长，对空间要求较高，该车型的分缝为2.5，面差为0，间隙较小，故点焊式的结构难于布置。选择氩弧焊的连接形式作为该车型加油口盖内外板的连接方式。加油口盖外板R角，一周都是等半径的，且保证不出现冲压负角。

为了避免在装调过程中划伤侧围,将外板翻边方向和侧围外板冲压方向成60度夹角。如图3所示。

2. 加油口盖内板的设计

加油口盖内板是加油口盖上面比较重要的件，它连结外板和铰链，具备一定的运动限位作用，同时又对加油口盖的强度起主要作用。为了强度满足要求，通常在内板上做出一些贯穿筋，为了避免加油口盖整体比较重，在设计满足要求的前提下，在内板上相应开出合适的减重孔，既节省了材料，又可以减重。有利于改善加油口盖的下垂和支架强度不足的情况。有的车型将加油口盖内板和铰链做成一个件，可以提高强度，减少焊接工序，提高整体的精度，但是由于此件形状复杂，材料利用率很低，成型困难，单件精度不容易控制，故大多数车型还是分开设计。内板的翻边高度要和外板平齐，或者比外板低1mm。如图4所示。

有的车型将加油口盖内板和铰链做成一个件，可以提高强度，减少焊接工序，提高整体的精度，但是由于此件形状复杂，材料利用率很低，成型困难，单件精度不容易控制，故大多数车型还是分开设计。内板的翻边高度要和外板平齐，或者比外板低1mm。如图5所示。

3. 加油口盖铰链的设计

加油口盖铰链是连接转轴和内外板的桥梁，强度要求较高，故在设计时应增加加强筋的设计，尽量缩短弯臂的长度，保证强度。一般在铰链上设计固定注油管旋盖的孔位，在此处设计悬挂方便，拧动加油口盖时，旋盖挂线不会绕进。如图6所示。

如果布置空间不足，也可将固定注油管旋盖的孔位设计在内板上。铰链和转轴通过卷边连接，卷边不仅要保证旋转轴与内板配合满足加油口盖运动顺畅的要求，而且保证旋转轴不得松动及脱出。卷边和转轴为间隙配合。如图7所示。

4. 加油口盖安装支架的设计

安装支架是连接加油口盖与加油口底座的关键部件。它和内板一起，作为加油口盖的重要的连结部件，对强度，刚度都要求比较可靠。在安装支架上要做出加油口盖开启的限位结构。考虑借用现有车型的部件。其安装面与加油口底座钣金型面配合须相互平行，并且是平面。如图8所示。

5. 加油口盖转轴的设计

旋转轴与内板相配合的卷边距离与加油口盖外板宽度比D/L＝ 1/3 ～1/2为宜，如果小于1/3，容易出现加油口盖晃动，铰链强度不够等现象，导致平度和间隙出现问题；如果大于1/2，会导致支架布置的难度。考虑借用公司现有车型的部件。如图9所示。

6. 加油口盖弹簧的设计

加油口盖弹簧有弹簧式和弹片式。弹簧式结构可靠性最好，质量易于保证，发生故障率很少。其缺点是加油口盖总成制作时工艺较复杂，组装时有一定困难，一旦发生断裂或弹性不足，更换难度较大。弹片式结构安装方便，占用空间小，最大难点是热处理。热处理不当会出现以下问题:硬度过高（超过50HRC）导致制件脆，受一定压力易产生断裂；而硬度偏低（小于40HRC）则会导致弹力不足，且极易变形，反复多次开启使用会出现弹性失效的情况，耐久不好，容易脱落。 综合上述优缺点，从可靠性考虑，选择弹簧式作为该车型的弹簧。如图10所示。

7. 加油口盖本体所用的材料及料厚选择如表3所示。

表3 材料及料厚

目前由于防腐蚀性要求，有些公司加油口盖所用材料也选用镀锌板。

2.1.2 加油口盖开启把手的结构设计

借用现有车型开启把手，以降低成本。如图11所示。

2.1.3 加油口盖拉丝的结构设计

加油口盖拉丝总成包括加油口盖拉丝和执行器。

加油口盖拉丝长度根据走向确定，固定卡扣借用现有车型拉丝固定卡扣。执行器借用现有车型执行器，以降低成本和技术难度。如图12所示。

执行器具体结构如图13所示。

执行器的结构原理:当拉动执行器内部拉丝，拉丝带动锁销向执行器内部运动；松开执行器内部拉丝，执行器内部弹簧推动锁销回位。

执行器的部件构成如表4所示。

表4

2.1.4 加油口盖缓冲块的结构设计

借用现有车型缓冲块，以降低成本。如图14所示。

2.2 加油口盖系统的布置设计

2.2.1 加油口盖本体的布置设计

加油口盖的位置跟油箱的布置的位置有关。

1. 油箱在后底板位置的，加油口盖一般布置在后轮罩的上方；

2. 油箱在前底板位置的，加油口盖一般布置在B柱位置。

该车型油箱在后底板位置，故大概位置布置在后轮罩的上方。设计时尽量选取在车身形面平缓区域，尽量为外凸形面，避免为内凹形面。原因是内凹形面结构不稳定，当制件形面产生回弹之后极易形成光影聚焦区，与整车形面不光顺，影响整车外观品质。如受整车造型所限，加油口盖的布置受整车美学设计的要求，无法选在外凸平缓部位，那就在后期制作时从工艺上进行控制。必须采用拉延工艺，使加油口盖外板在成形过程中得到充分延展以消除其内应力，避免因表面回弹产生外板表面曲率与设计不符而与整车光顺性不匹配。

1.加油口盖的准确位置:由油管的走向，油管的高度，和后门的间隙要求，和轮包的间隙要求来决定。

2.加油口盖铰链的布置:尽量平行于车身外表面，如不满足要求在这个基础上微调。

3.加油口盖大小的确定:在满足加油枪要求的基础上尽可能小，小的盖子造型较好。

4.加油口盖典型断面的设计:借用现有的断面来布置，再根据位置微调。

准确的位置要通过加油口盖处的断面校核确定，校核需要考虑油管的走向，油管的高度，借用件情况等造型约束条件。该车型油管借用，油箱口盖借用，走向和高度确定，故加油口盖的位置随即确定。加油口盖与车身的固定方式及工具空间，需要对固定螺栓的工具进行空间校核；

加油枪的布置校核:加油口盖开启到最大位置时，加油时加油枪进出操作方便性的校核，主要应该满足国内外加油枪尺寸的要求。市场上使用的加油枪主要是24.5和21两种，校核主要指加油管是否加油枪的直径相匹配即加油管第一直线段长度要保证加油枪能插入，使加油阻力比较小。加油管第一直线段与ZX面的角度要求在45°左右，使加油枪能顺利插入。加油口盖布置垂直断面如图15所示:

布置要点:1、间隙满足设计要求:（2.5～3）；

2、内板和油箱盖间隙要求≥7mm；

3、角度要求≥3；

5加油枪包络和周边间隙≥7mm；

加油口盖布置水平断面如图16所示:

布置要点:1、间隙满足设计要求:（2.5～3）；

2、内板和油箱盖间隙要求≥7mm；

3、过关后加油口盖外板和侧围外板间隙要求≥3mm；

4、执行器和钣金干涉量0.5mm；

2.2.2 加油口盖开启把手的布置设计

加油口盖开启把手布置于驾驶员座椅左侧，与地毯的距离需要大于15mm，以满足手的操作空间要求。

2.2.3 加油口盖拉丝的布置设计

拉丝在车身中的布置路径应尽量顺畅。大角度小半径的弯转会造成拉丝管内钢丝因弹性外张，消耗拉丝的部分行程，造成实际装配后行程缩短的现象。因此设计、布置和现场装配中应避免这种大角度小半径的弯转。拉丝的布置遵循可实现的最小路径原则，以降低成本。

执行器的布置应考虑与内板的配合间隙，影响到加油口盖的间隙、面差及晃动与否。如下图17所示位执行器的布置图，其中a为执行器固定端端到钣金固定处的距离 ，b为执行器卡销的最大行程，c为卡销宽度，d为加油口盖内板卡销口卡接点到钣金固定处的距离，考虑距离d要大于距离a,但是又不太大，不然超出距离a+b或接近距离a+b会造成执行器失效，要求卡接距离a+b-d≥3mm。

2.2.4 缓冲块的布置设计

缓冲块布置于加油口盖内板的两侧，既要保证最大距离的缓冲效果，又要保证满足一定的压缩量。压缩量要求为0.5mm。缓冲块的布置如图8所示:

2.3 加油口盖系统的安装设计

2.3.1 加油口盖本体的安装设计

加油口盖通过两个螺栓垫圈组合件（11251-06161）固定在车体上，该螺栓为公司同类轿车加油口盖的固定螺栓型号，有利于现场的供件和人员操作。

2.3.2 加油口盖开启把手的安装设计

加油口盖开启把手借用公司现有车型，故选择和该车型固定相同的螺栓型号（11251-06161）固定于车体上。

2.3.3 加油口盖拉丝的安装设计

拉丝用卡扣固定在侧围钣金上，适用孔径为Φ6.5± 0.2mm，板厚T=1.5mm～2.0mm，与Φ4.8mm拉丝配合使用。固定卡扣数量:4个。

2.3.4 缓冲块的安装设计

缓冲块装配在加油口盖内板上，适用孔径为Φ5.5± 0.2mm，压缩量为0.5mm。

2.4 加油口盖系统的行程和力的校核

设计完成后的加油口盖要进行行程和力的校核，才能证明此加油口盖的设计是否合理。

加油口盖的结构原理图如图19所示:

2.4.1 行程校核

1. 执行器行程＝执行器作用行程＋后空行程

如下图20所示，a为钣金到执行器的距离3.0mm，b为执行器端头最大的伸出量9.8mm，c为端头宽度。该车型执行器行程为12mm±0.5mm，执行器作用行程（下图中b-a）为6.8±1.5mm。

执行器行程12mm±0.5mm=执行器作用行程6.8mm± 1.5mm+执行器后空行程5.2mm

2.把手行程＝把手空行程＋把手作用行程＋后空行程，如图21所示:

加油口加油口盖开启把手最大开启角度为37°，A=22mm±1mm，B=42mm+1mm，C=25mm±1mm，其中A为初始圆柱销中心到拉丝卡接面距离，B为把手开启最大角时圆柱销中心到拉丝卡接面距离，C为自由状态时圆柱销中心到拉丝卡接面距离。

把手行程（B-A）为20mm±1mm，把手作用行程（B-C）为17mm±1.5mm

把手行程20mm±1mm＝把手空行程（3mm）＋把手作用行程17mm±1.5mm＋后空行程（0mm）

3 执行器与把手行程需满足下列关系式

执行器作用行程＜把手作用行程*行程效率＜执行器行程

执行器作用行程=6.8mm±1.5mm

把手作用行程=17mm±1.5mm

行程效率=0.7～0.8

执行器行程=12mm±0.5mm

代入关系式

6.8+1.5=8.3＜(17-1.5)*0.7=10.85＜12±0.5

加油口盖执行器满足设计要求。

2.4.2 把手开启力校核

该车型加油口盖开启力设计目标值为≤23N，加油口盖开启力计算如下:

当把手开启到执行器作用行程即将完成时所需开启力最大，此时把手受力如下图22所示

当把手开启到执行器作用行程即将完成时所需开启力最大，此时把手受力如下图22所示:

由把手受力可得:F1*L1=F2*L2+F3*L3

F2=回位弹簧预拉力+回位弹簧变形拉力k*Δx2=6+ 0.4*10=10N

F3=（执行器弹簧预压力+执行器弹簧变形拉力k*Δx3+执行器摩擦力μ*N）/负载效率=（6+0.4*（6+1.5）+0.7*15）/0.6=32.5N

F1=（F2*L2+F3*L3）/L1=（10*23+32.5*30）/60=20.1N≤23N

加油口盖把手开启力满足设计要求。

3、结论

本文针对某一轿车的加油口盖系统，介绍了从目前现存的加油口盖的型式，叙述了各种的优缺点，并针对这款轿车的市场定位进行结构选型。通过该车型性能、成本、重量目标的输入和法规的要求，对该款轿车的加油口盖进行结构、布置和安装设计。最后对设计完成后的加油口盖系统进行了行程和力的校核。整个过程为轿车加油口盖系统的设计提供了指导。

[1] 臧传福等.加油口盖结构的研究[M]. 汽车制造业,2012.

[2] 孙海涛等.轿车车身加油口盖零件[J].上海汽车,2010.

[3] 万晓敏等.加油口盖的工艺分析及压形翻边模[J].模具技术,2000.

The Researching of fuel door system design

Tang Chun
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

This paper discusses the design of fuel door aim at some car.It recites how to design the structure、layout and installing of fuel door. At last it checks the journey and power of finished fuel door and compares of the initial goal value. It is proved that it is right design.

fuel door; structure design; check

U462.1

A

1671-7988(2015)07-34-06

唐淳，就职于安徽江淮汽车技术中心，车体设计专家，主要从事开闭件的设计和研发工作。