宋永林

摘 要：車門鉸鏈軸線是車門設(shè)計(jì)的核心部位，同時(shí)也是檢驗(yàn)車門造型可行性的重要依據(jù)，是整個(gè)車門附件布置的基礎(chǔ)所在。隨著人們生活水平的提升，不論是從汽車產(chǎn)品的性能還是整體品質(zhì)來(lái)講，人們的汽車消費(fèi)需求越來(lái)越多，而作為相對(duì)獨(dú)立的部分，車門的設(shè)計(jì)更是備受關(guān)注。而對(duì)于汽車制造行業(yè)來(lái)講，車門鉸鏈軸線布置是設(shè)計(jì)人員需要考慮的重要因素，本文以此為背景，重點(diǎn)對(duì)車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：車門鉸鏈;軸線;內(nèi)傾角

1 車門鉸鏈軸線設(shè)置關(guān)鍵影響要素

1.1 車門鉸鏈軸線傾角

車門鉸鏈軸線傾角主要分為內(nèi)傾角、外傾角、前傾角和后傾角。內(nèi)傾角和后傾角主要是為車門開啟提供勢(shì)能、為關(guān)閉車門提供自動(dòng)關(guān)閉能量，其中鉸鏈軸線內(nèi)傾角提供的關(guān)門能量最具明顯。

鉸鏈間距指的是車門上下鉸鏈中心平面距離，在汽車空間允許的條件下，間距越大產(chǎn)生的效果越好，因?yàn)殚g距越大，車門鉸鏈在x方向上的受力也會(huì)越小，這樣可以避免車門下沉，提升車門剛度。然而在設(shè)計(jì)過程中，可能會(huì)受到整車外觀設(shè)計(jì)、鈑金成形性等因素的限制，所以鉸鏈間距實(shí)際上無(wú)法達(dá)到最理想的狀態(tài)。

1.2 車門最大開度

所謂車門最大開度實(shí)際上指的是車門能夠打開的最大角度，通常最大開度就是限位器的最大限位角度（一般在65-75°），鉸鏈的最大開度是其具備的限位角度，通常車門最大開度為3°。校核角度是車門運(yùn)動(dòng)校核角度，通常在鉸鏈最大開度基礎(chǔ)上增加2-4°。

1.3 車門提升量

車門開啟的時(shí)候，Z向向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)讓車門產(chǎn)生勢(shì)能，關(guān)閉車門時(shí)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為關(guān)門能量，即為車門提升量，也就是Z向產(chǎn)生的高度差，通常前門提升量在12.7-13.3mm之間，因?yàn)楹箝T重量要大于前門，所以提升量也較大，在20.3-27.94mm之間。

1.4 車門開關(guān)方便性評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.4.1 靜態(tài)關(guān)閉力

所謂靜態(tài)關(guān)閉力指的是車門從半鎖狀態(tài)到全鎖狀態(tài)的過程中，車門外把手拉置需要的操作力，靜態(tài)關(guān)閉力的測(cè)量需要借助維力計(jì)，量程為500N。

1.4.2 瞬時(shí)最小關(guān)閉速度

瞬時(shí)最小關(guān)閉速度指的是車門在關(guān)閉的時(shí)候，能夠讓車門達(dá)到全鎖狀態(tài)的最小關(guān)閉速度。量化評(píng)價(jià)主要是測(cè)量車門在全鎖位置的最小瞬時(shí)速度，當(dāng)然在具體的測(cè)量中，需要使用光學(xué)測(cè)速儀經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，才能獲取最小關(guān)閉速度。

1.4.3 車門開關(guān)方便性的影響因素

車門密封條反彈力、空氣阻力、車門自身重力以及車門鉸鏈限位器也是影響開關(guān)方便性的因素。例如密封條反彈力能夠通過調(diào)整膠條泡管厚度和薄弱點(diǎn)等來(lái)實(shí)現(xiàn)最理想的壓縮負(fù)荷，進(jìn)而給乘客良好的車門開關(guān)體驗(yàn);空氣阻力通過汽車排氣格柵數(shù)量、面積等射擊使其達(dá)到自家裝填;鉸鏈限位器等結(jié)構(gòu)的阻力通常很小，甚至可以忽略不計(jì);車門自身的重力對(duì)車門開關(guān)方便性的影響主要體現(xiàn)在鉸鏈傾角（內(nèi)傾角），而這也是本文研究的重點(diǎn)方向。

2 車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設(shè)計(jì)

2.1 車門鉸鏈原理

車門鉸鏈也叫作合頁(yè)，在車門開啟的時(shí)候，支架和門型連門架開始相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，U型彈簧帶著定位滾輪在扇形定位曲線上滾動(dòng)，由于U型彈簧的存在，在滾動(dòng)的過程中，定位滾輪在凸輪頂點(diǎn)移動(dòng)過程中會(huì)對(duì)車門開啟產(chǎn)生阻力，通過凸輪定點(diǎn)后在彈簧作用力下產(chǎn)生一定的助開力。當(dāng)滾輪移動(dòng)到定位凹槽時(shí)，凹槽會(huì)對(duì)車門產(chǎn)生定位作用，相反，關(guān)門的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的阻力和助閉力。當(dāng)滾輪到達(dá)最大限位卡時(shí)，車門打開到最大位置。

原理如圖1所示：

其中：D為車門重心到鉸鏈軸線的距離;

α為車門的開啟角度;

η為車門關(guān)閉狀態(tài)下車門重心到鉸鏈軸線垂線和y平面的夾角;

G為車門關(guān)閉狀態(tài)下的重心位置;

G'為開啟角度α?xí)r車門重心位置;

G1、G2為車門重力在開啟平面上的分力。

根據(jù)上面的原理圖，車門自關(guān)力、自關(guān)力矩計(jì)算公式如下：

以上為車門自關(guān)力計(jì)算公式。

以上為車門自關(guān)力矩計(jì)算公式。

其中：α為車門的開啟角度;

γ為車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角。

2.2 車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設(shè)計(jì)應(yīng)用

根據(jù)上面提到的車門軸線工作原理以及車門自關(guān)力、自關(guān)力矩計(jì)算公式，以下重點(diǎn)對(duì)車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行分析，對(duì)于車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設(shè)計(jì)應(yīng)用的分析本文借助某大質(zhì)量汽車為例。

2.2.1 車門軸線傾角目標(biāo)設(shè)定

車門軸線傾角設(shè)計(jì)之前，首先針對(duì)市場(chǎng)中已經(jīng)存在的同一層次的汽車車門開關(guān)方便性進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，與此同時(shí)還對(duì)這些車門的鉸鏈軸線傾角做了三坐標(biāo)測(cè)量，通過主觀評(píng)價(jià)結(jié)果和三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果可以看出，所有汽車的車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角對(duì)于車門開關(guān)方便性產(chǎn)生的影響最大，通常內(nèi)傾角大于2.5°的時(shí)候，車門操作更加便捷，如果內(nèi)傾角小于2°，則操作方便性相對(duì)較差，內(nèi)傾角在1°以下的時(shí)候車門操作便捷性最差。根據(jù)開關(guān)方便性主觀評(píng)價(jià)以及最終的坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果，我們將該大質(zhì)量車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角目標(biāo)設(shè)定為3°。

2.2.2 車門自關(guān)力矩計(jì)算

車門自關(guān)力矩計(jì)算過程按照上面的公式進(jìn)行帶入，帶入的時(shí)候按照上面的自關(guān)力計(jì)算公式，分別對(duì)α去不同的數(shù)值，如α等于0、5、10....70，而相應(yīng)的G1水平均為0.0，G2水平均為20.9N，通過將這些數(shù)據(jù)帶入到計(jì)算公式中計(jì)算Mg水平，最終的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著α的增加，在保證車門重力在開啟平面上的分力不變的情況下，車門自關(guān)力矩會(huì)隨著α的增加逐漸減小。具體計(jì)算結(jié)果如表1所示：

2.3 實(shí)物測(cè)量實(shí)驗(yàn)與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

實(shí)際上從上面的車門自關(guān)力計(jì)算結(jié)果可以看出，實(shí)車重力矩測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)之初的計(jì)算結(jié)果基本上相同，之間不會(huì)存在較大的誤差，而通過對(duì)車門重心位置、車門重量等參數(shù)的估算，最終得出該大質(zhì)量汽車的車門開關(guān)方便性主觀評(píng)價(jià)良好，既能夠滿足車輛應(yīng)有的開關(guān)方便性，同時(shí)也能夠達(dá)到最初主觀評(píng)價(jià)效果。

3 結(jié)論

總的來(lái)講，車門作為車輛上的重要運(yùn)動(dòng)件，通過車門鉸鏈連接在整車車身上，鉸鏈的存在對(duì)于車門開關(guān)方便性有重要的作用，而本文也重點(diǎn)對(duì)車門開關(guān)方便性的量化評(píng)價(jià)方法以及影響這種結(jié)果的主要因素進(jìn)行了重點(diǎn)分析，同時(shí)對(duì)車門鉸鏈原理、車門自關(guān)力、車門自關(guān)力矩計(jì)算公式做了簡(jiǎn)單介紹，并借助具體的車門設(shè)計(jì)實(shí)例分析了車門鉸鏈傾角設(shè)計(jì)對(duì)于車門開關(guān)方便性以及主觀體驗(yàn)影響的重要性，通過最終的分析結(jié)果可以看出，汽車車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角對(duì)于車門開關(guān)方便性有決定性的影響，最終得出結(jié)論，如果內(nèi)傾角小于2°，則操作方便性相對(duì)較差，內(nèi)傾角在1°以下的時(shí)候車門操作便捷性最差，車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設(shè)計(jì)角度在2.5°以上的條件下，車門開關(guān)方便性能夠達(dá)到理想的狀態(tài)。

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