汽车天窗的整体结构设计说明
第1章绪论
1.1 引言
汽车天窗在国外有100多年的历史，已成为汽车文化的一部分。汽车在行驶特别是长途行驶的过程中，人们经常会有疲劳或者困倦的感觉,这实际上是因为大脑缺氧,有时候通过侧窗进行换气，但是侧窗打开之后，吹到入们身上的是漩涡状气流，会觉得风吹的很大,而且噪音、灰很大，同时有时会感觉到风吹的肩膀者畴。通过天窗通风会克服上述缺点。
开车的人都知道，一辆车里挤的人越多，车的空气就越浑浊。如果在车吸烟，车里就更是烟雾缭绕，车里的气味更是难闻。为消除这些让人感觉不舒服的味道，许多人选择购买车用香水，但这只能起到一定的除味效果。当然，打开侧窗也可起到换气的作用，可车辆在运行中打开窗户会产生很大的噪音，而且风直接冲撞到司机降低舒适感，坐在后排座位的人也会被侧窗的风吹得睁不开眼。
汽车在行驶过程中若经常打开窗户，不仅影响车温度，会带进大量灰尘及传入车外噪声，而且由于高速行驶形成的风会直接冲撞到车的乘员，降低乘坐舒适度，因此现代汽车一般都关窗驾驶。对于车身密封性不良的汽车，虽然也能带进部分新鲜空气，但由于不能人为地控制进风，进风量难以符合要求，而且进风部位是随机的，往往带进大量灰尘、烟气（发动机废气），污染车空气。但若车无新鲜空气补充，会使车空气中二氧化碳含量增大、氧气含量下降；车还会因抽烟、人体呼吸、食物及物品等使空气气味不好，影响乘员身体健康；为了防止汽车前窗结霜凝雾，也需要引入新风，需要有通风装置。
另外，通过天窗的玻璃可以自然采光，车室明亮并可以营造浪漫的气氛，并给喜欢高档车的顾客带来了满足感。因此，加装天窗既为汽车改善通风状况的有效方法。
1.2 天窗定义
天窗：是指安装于汽车顶部、主体材料为玻璃的车身部件，并且该部件有一部分能够由电机驱动并通过传动机构将天窗玻璃沿滑槽前后移动、倾斜启闭，且能按要求停留在任意位置。
天窗分为固定式天窗也叫全景式天窗和活动式天窗。活动天窗又分为手动式玻璃天窗及电动式玻璃天窗。
1.3 汽车天窗的发展状况
汽车天窗起源于20世纪初，最早的出行时敞篷式布顶汽车，德国伟巴斯特公司在1932年生产出第一个功豪华汽车和公共汽车使用的折叠式的天窗，第一次将后加装天窗推向舞台。汽车本身的空间相对狭小、密封性较强，随意，车空气容易变得浑浊，尽管汽车本身都配备通风系统，而且需要的时候还可以打开车窗让空气流通。可是，行车时尤其是快速行驶时，开侧窗通风不禁噪音大，而且灰尘多，因此，天窗这个时候就能显示出其右实行了，安装有天窗的汽车在行进过程中开启天窗后，由于气流的流动原理，能过快速有效地使车厢的空气和车外的新鲜空气进行交换，从而使汽车的含氧量大幅度增提高，无论时间是这还是乘客都不容易疲劳。另外，跟打开侧窗相比，开启天窗时，行驶中的造影相对比较小，也增加了行车的舒适性。
中国国生产汽车天窗的厂家少之又少，而对天窗的研发设计对于我国汽车零部件市场的发展有开图和推动作用。据不完全统计，在发达国家汽车天窗的普及率达50%，而在我国普及率仅为1%，差距较大。世界上汽车天窗的著名生产厂家有德国尾巴斯特、德国奔驰、美国的ASC和荷兰皇家汽车天窗公司。
出于成本及消费者习惯的考虑，80％的原装车都没有安装天窗，大多数的消费者都是购买天窗后再加装以满足要求，在美国每年有数万辆的家用轿车进行后安装天窗，在国也有数万辆以上，而中国现有原装天窗的汽车还不带汽车生产总量的1％。现在各个城市的私家车拥有量每年还在快速递增，但带天窗的的轿车却少之又少，这个天窗市场提供了广阔的空间。
天窗发展时至今日，其类型也愈来愈多，按照操作方式一般分为手动旋转式、手动上推式、电子按键式；按照开启状态又分为外掀式和藏式。外掀式的手动天窗多用于经济型轿车，而藏式的电动车窗则多用于商务车、高档车。我设计的汽车天窗是藏式的天窗加上手动的挡光板，结果相对简单低价，而且方便使用，可靠性稳定。
1.4 汽车天窗的作用
(1) 汽车活动天窗是汽车乘坐室与外界的空气直接交换通道，是改善汽车部温度和空气质量的一种方法，而汽车部温度和空气质量对驾乘人员在长时间驾驶车辆过程当中的舒适感以及驾驶安全性有着较大的影响。打开天窗，使车空气循环，使汽车部可以保持新鲜的空气，可以排出烟味、酒味、霉味等，消除暖风空调的不适感，减小驾乘人员因空气混浊所引起的昏睡感，增加汽车乘坐舒适度，减少司机的疲劳感并可以预防交通事故。
(2) 在湿度高的天气和寒冷的季节可以防止玻璃上的湿气。
(3) 闷热的夏天，长时间停车再启动时，打开天窗可尽快排出热空气，降低车温度。
(4) 天窗本身配有的顶盖支架增加了车的安全性，发生交通事故时天窗也可以用作紧急出口。在野外摄影、打猎时天窗起着同样方便的作用。[6]
1.5 Inventor简介
Inventor美国Autodesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件Autodesk; Inventor Professional（AIP），目前已推出最新版本AIP2011。Autodesk Inventor Professional包括Autodesk Inventor;三维设计软件；还加入了用于缆线和束线设计、管道设计及PCB IDF文件输入的专业功能模块，并加入了由业界领先的ANSYS ;技术支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor软件中进行应力分析。在此基础上，集成的数据管理软件; Vault用于安全地管理进展中的设计数据。由于Autodesk Inventor Professional集所有这些产品于一体，因此提供了一个无风险的二维到三维转换路径。现在，您能以自己的进度转换到三维，保护现在的二维图形和知识投资，并且清楚地知道自己在使用目前市场上DWG兼容性最强的平台。
Inventor 软件是一套全面的设计工具，用于创建和验证完整的数字样机；帮助制造商减少物理样机投入，以更快的速度将更多的创新产品推向市场。
Autodesk Inventor 产品系列正在改变传统的 CAD 工作流程：因为简化了复杂三维模型的创建，工程师即可专注于设计的功能实现。通过快速创建数字样机，并利用数字样机来验证设计的功能，工程师即可在投产前更容易发现设计中的错误。Inventor 能够加速概念设计到产品制造的整个流程，并凭借着这一创新方法，连续 7 年销量居同类产品之首。 Inventor Professional 软件支持设计人员在三维设计环境中重复使用其现有的 DWG 资源，体验数字样机带来的便利。Inventor 可以直接读写 DWG 文件，而无需转换文件格式；利用宝贵的DWG资源来创建三维零件模型，这是一种前所未有的体验。Autodesk reg; Inventor Professional 软件中不仅包含丰富的工具，可以轻松完成三维设计，还可以与其他厂商的制造业软件实现良好的数据交互，从而简化客户与其他公司的协作。
Inventor Professional 提供了一套全面、集成的设计工具，可用于创建完整的数字样机，以验证设计的外型、结构和功能。Inventor 创建的模型是一种精确的三维数字样机，支持用户在工作过程中验证设计和工程数据，尽量减少对于物理样机的依赖，这将减少进入制造环节后代价高昂的原型设计变更。
Inventor Professional 软件融合了直观的三维建模环境与功能设计工具。前者用于创建零件和装配模型，后者支持工程师专注于设计中的功能实现，并能创建智能零部件，如钢结构、传动机构、管路、电缆和线束等。
在投产前为了验证设计的结果，往往需要花费高昂代价。而Inventor则具有嵌的、易于使用的运动仿真和应力分析功能，工程师可以在机器投产前，利用这些功能和数字样机来优化、预测机器在未来的实际工作情况。
利用已验证的三维数字样机来生成制造文档，有助于在加工前减少错误和相关的ECO（工程变更单）。Inventor 可快速、精确地从三维模型中生成工程图。Inventor Professional 包含了Mechanical软件，这是工程师从事高效二维机械绘图的最佳选择。
Inventor Professional与Autodesk 数据管理软件的密切集成，有利于高效安全地交流设计数据，便于设计团队与制造团队及早开展协作。各个团队都可以利用免费的Design Review软件（评审、测量、标记和跟踪设计）来管理和跟踪数字样机中的所有零部件，从而更好地重复利用关键的设计数据、管理物料清单（BOM表），加强与其他团队及合作伙伴之间的协作。
Autodesk推出了不同的产品配置，以满足客户具体的功能要求。没有一家公司能够比Autodesk更竭尽全力地帮助设计师们进行创新，并以更低的成本将更好的产品更快地投入市场
Autodesk Inventor 中包含从数字样机中生成工程设计和制造文档的全套工具。这些工具可减少设计错误，缩短设计交付时间。
Inventor 中的自动创建视图功能和绘图工具将工程图的绘制效率提高到了新的水平。
此外，Inventor 还支持所有主流的绘图标准，与三维模型的完全关联（在出现设计变更时，工程图将同步更新），以及 DWG 输出格式，因此是创建和共享 DWG 工程图的理想选择。
与传统的二维制图方法相比，可大幅减少工程图的创建时间。自动制图功能可以帮助用户：
在工程图中创建所需各种视图，包括前视图、侧视图、等轴测视图、局部视图、剖视图和辅助视图等，可以通过选项控制视图中隐藏线的显示方式。
通过从三维模型中检索尺寸，放置到工程图中（包括等轴测视图尺寸），同时在三维模型发生变更时尺寸自动更新。使用一套全面的尺寸、标注和工程图符号，快速灵活地完成工程图的创建。创建位置视图，以说明装配的不同工作状态。支持的工程图
标准有：ANSI、BSI、DIN、ESKD、GB、ISO 和 JIS 等。[12]
1.6 课题研究的目的和意义
作为机械、电子等多种科学发展的重要成果，汽车早已成为人类现代生活中不可缺少的重要做成部分，多年来，汽车生产制造也一直在迅速的发展，当全球围的经济一体化的趋势有加速了这一发展速度，而传统的手工设计和制造方式早已满足不了生产发展的需要，Inventor技术的发展正是应了这种客观实际的要求Inventor技术可以显著的提高汽车产品的设计制造效率，提高设计制造的质量，减少产品修改时间，从而大大速度按了从产品设计、产品试制、试验到产品生产的整个周期。
在我国加入WTO后，国汽车工业面临着很大的冲击，同时也给汽车发展提供了很好的机遇。所以我国今后汽车工业的发展重点将逐步转向主要是独立自主的汽车和汽车零部件随着国汽车厂家越来越看重市场需求，许多中档轿车甚至经济型家用轿车也纷纷将天窗总以为表追设备，在保证安全白的前提下，它成为越来越多车主的能过享受的便利设备。汽车天窗改变了传统的换气形式，风吹进变为空气抽出去。汽车高速行驶时，空气分别从车的四周快速流过，再打开的天窗的外面形成负压区，将车污浊的空气抽出，达到换气的目的。使用天窗除雾更快捷。夏天雨季雨水勤、湿度大、车外温差大。前挡风玻璃容易形成雾气。打开车顶天窗至通风位置，可以轻易消除前挡风玻璃的雾气，保证行车安全。使用天窗换气，既不必担心车外恶劣脏污的环境，也不必担心与雨水吹进车。使用天窗还有节能的功效，在太阳的暴晒下1小时，车的温度就可以轻易的达到70℃。打开天窗。利用负压抽出燥热的空气换气降温，比使用汽车空调降温的速度快2—3倍，还能节省下使用开车空调带来的能源消耗，在节能的同时还做到了减少二氧化碳以及有害气体的排放。
八十年代中后期开始，我国部分大型汽车企业研究中心为提高汽车设计水平，提高生产效率，缩短和西方发达国家的差距，开始从国外引进早期的CAD软件等。该软件的使用是设计人员开始摆脱了沿袭了几十年的图版绘图的习惯，该软件基于LINUX 操作系统，运行速度快，图形处理能力强，但同时因为早期的CAD系统都是建立在大型工作站基础上，因此价格昂贵，数量不多，应用的场合少，而且该软件的使用复杂，对技术人员要求较高，所以不适合大量推广。而就是年代初，随着美国Autodesk公司的AutoCAD软件的引进，由于该软件界面友好，简单易学，功能强大，逐渐成为现今汽车行业设计软件的主流。Inventor软件是美国Autodesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件。它的引进给汽车设计带来了新鲜血液，和现有的大多数三维绘图软件先比Inventor软件功能更加的强大、使用更加的方便。设计者可根据设计构思和设计要求直接进行产品的三维几何造型。及概念设计，并可以对模型进行平移、旋转、
缩放以及从不同的视角观察三维设计效果，这完全可以避免因空间想象错误而造成产品设计错误。
国外的天窗生产已形成一定的规模，而国专门生产天窗的厂家少之又少，据统计，按照每个天窗投资成本3000—5000计算，一年会生产3000—5000万元的市场份额，因此利用Inventor对天窗进行设计对于开拓我国汽车零部件生产市场有着重要意义。在现有的技术基础上，选择有力的运行机制，标准化的汽车零部件，对我国汽车工业发展有着重要的借鉴意义。[12]