某車型門鎖系統(tǒng)布置設(shè)計研究

葛坤等

摘要：本文以某車型為例，對鎖體、外開手柄，內(nèi)開手柄的布置設(shè)計方法進(jìn)行了研究，提出了門鎖系統(tǒng)的布置要點(diǎn)，以及行程匹配設(shè)定要求，并對外開手柄的開啟力進(jìn)行計算，介紹了門鎖系統(tǒng)的的布置設(shè)計方法，對門鎖系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計具有一定意義。

關(guān)鍵詞：門鎖，布置與設(shè)計，開啟力計算

中圖分類號：U463.82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2018）01-0044-06

1前言

門鎖系統(tǒng)是實現(xiàn)車門開啟和鎖止的重要裝置，門鎖系統(tǒng)的布置設(shè)計直接影響車門系統(tǒng)的工作性能。本文以某款輕型卡車的門鎖系統(tǒng)布置設(shè)計匹配為例，論述了門鎖系統(tǒng)在車門上的布置要點(diǎn)，以及行程匹配設(shè)定，內(nèi)外開手柄開啟力校核計算，為門鎖系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

2門鎖系統(tǒng)布置

2.1鎖體與鎖扣布置

鎖體與鎖扣有全鎖緊和半鎖緊兩種位置，一般布置時將全鎖緊位置作為設(shè)計位置，同時應(yīng)將鎖體與鎖扣按固定關(guān)系進(jìn)行布置，保證兩者不會由于布置準(zhǔn)則不同產(chǎn)生錯位，提高效率。

新車型開發(fā)時，為降低開發(fā)周期、成本和風(fēng)險，一般優(yōu)選沿用現(xiàn)有成熟鎖體或者在現(xiàn)有鎖體上微調(diào)。鎖體與鎖扣布置時需注意以下幾點(diǎn)：

2.1.1鎖體與鎖扣位置關(guān)系

鎖體鎖舌內(nèi)表面與鎖扣安裝平面應(yīng)是平行關(guān)系，且鎖舌內(nèi)表面與鎖扣端面距離不小3mm。鎖扣外端平面與鎖體腔體距離應(yīng)保證大于2mm的安全距離。同時考慮到密封條反力作用，鎖扣應(yīng)與鎖舌靠近車門方向的表面接觸，如圖1所示：

2.1.2鎖體與鉸鏈軸線位置關(guān)系

車門關(guān)閉時，為保證鎖體鎖扣嚙合順暢，鎖體與鎖扣嚙合Y向中心線應(yīng)與鉸鏈軸平行。同時鎖扣鎖柱的中心線應(yīng)與鉸鏈軸線垂直。在嚙合瞬間，最理想的狀態(tài)是鎖體的運(yùn)動方向為以鉸鏈軸線為圓心并經(jīng)過嚙合點(diǎn)的圓的切線方向。即要求鎖扣圓柱段中心線與以鉸鏈軸線為圓心、過嚙合點(diǎn)的圓弧的切線為90°如圖2。在實際布置過程中，允許有±2°的誤差。

2.13 X向布置

鎖體應(yīng)距玻璃導(dǎo)軌后端10mm以上，同時考慮門洞密封條壓縮不均（車門密封面形狀不均勻或出現(xiàn)缺口），門鎖與鎖扣嚙合處車門鈑金開口應(yīng)在X向預(yù)留足夠密封面位置，如圖3：

2.1.4 Y向布置

考慮到預(yù)留鎖體連接裝置（拉桿或者拉絲）的空間，鎖體（含閉鎖器）距離后玻璃導(dǎo)軌最小距離8mm，距玻璃表面最小距離10mm，距車門內(nèi)外板最小距離6mm。

2.1.5 Z向布置

鎖體Z向理想位置應(yīng)位于鉸鏈軸線的中心法向平面內(nèi)，與鎖扣的嚙合點(diǎn)和兩鉸鏈構(gòu)成等腰三角形。但受鉸鏈布置、車門重心、造型面等因素影響，鎖體Z向位置很難達(dá)到理想狀態(tài)。因此某車型實際布置時鎖體位置盡量靠近車門腰線，鎖體略高于車門重心，車門系統(tǒng)重心落在上下鉸鏈中心與鎖體和鎖扣嚙合點(diǎn)組成的三角形內(nèi)，如圖4所示：

2.2外開手柄布置

外開手柄開啟形式分為上掀式，外拉式，按鈕開啟式，如下圖5。開啟形式的采用主要取決造型要求，同時考慮無鑰匙進(jìn)入等人性化配置，某車型結(jié)合造型效果及安裝結(jié)構(gòu)后采用外拉式。

2.2.1 X向布置

外開手柄與鎖體X向位置應(yīng)盡量接近，減少拉桿變形，避免由此引起車門開啟力變大，行程損失等問題。同時為保證門外板成型工藝性，外開手柄尾端距車門縫線距離應(yīng)大于45mm，如圖6：

2.2.2 Y向布置

外開手柄底座距離玻璃表面最小距離10mm，若玻璃升降器采用繩輪式，還應(yīng)考慮玻璃升降器在下止點(diǎn)位置時玻璃托架邊緣與底座的距離。某車型考慮玻璃Y向晃動影響，此處距離大于8mm，如圖7：

2.2.3 Z向布置

外開手柄在Z向高度按照表1推薦數(shù)值，考慮到外開手柄在使用過程中對車門有持續(xù)的作用力，在滿足人機(jī)要求的情況下盡可能靠近車門腰線，如圖8所示：

2.2.4外開手柄操作空間設(shè)定

手部操作空間是外開手柄設(shè)計的關(guān)鍵因素，從人體舒適性考慮，應(yīng)滿足圖9和表2要求。

2.3內(nèi)開手柄布置

內(nèi)開手柄通常由造型給出初始位置，校核時要考慮人機(jī)舒適性要求，操作空間如圖10和表3所示。手柄和鎖止鈕不應(yīng)凸出門護(hù)板內(nèi)表面，防止誤操作引起開啟。內(nèi)開手柄連桿安裝孔與鎖體上卡扣安裝孔應(yīng)盡量保持在同一平面上，減少拉桿（或拉絲）走向變形。

2.4鎖體與內(nèi)外開手柄連接方式

鎖體與內(nèi)外開手柄連接方式一般為拉桿或拉索兩種方式。兩種方式的區(qū)別如下：

首先考慮空間布置的難易程度，若鎖體與內(nèi)外開手柄相對位置比較規(guī)整，可優(yōu)先考慮拉桿；其次考慮三者之間的距離，受力兩端距離小于450mm，優(yōu)先考慮拉桿，反之選用拉索；同時評估表4其他因素。某車型門鎖與內(nèi)外開手柄位置較為規(guī)則，且相對距離較短，適合拉桿布置，考慮到成本因素，最終選擇采用拉桿連接，拉桿中間采用卡扣固定，如下圖11：

3門鎖系統(tǒng)行程匹配

行程匹配校核是對整個門鎖系統(tǒng)的功能進(jìn)行理論驗證，可通過CATIA DMU模塊建立鎖系統(tǒng)的運(yùn)動關(guān)系，模擬整個系統(tǒng)運(yùn)動的傳遞。

3.1外開手柄行程匹配

外開手柄行程匹配原則：空行程，解鎖行程，最大行程比例為1：3：4，外開解鎖行程W1=鎖體解鎖行程S1+b，b為保險值，考慮制造及裝配公差一般取2～3mm，確保順利解鎖。且外開手柄最大行程≥鎖體最大行程，如圖12所示。

某車型鎖體解鎖行程S1為8.5mm，鎖體最大行程S2為13mm，外開手柄空行程a為2mm，解鎖行程W1為10.5mm，外開手柄超越行程W2=4mm，則外開手柄最大行程3=W1+W2=14.5mm，空行程，解鎖行程與最大行程比例近似為1：3：4當(dāng)外開手柄達(dá)到最大行程時，轉(zhuǎn)換到鎖體外開搖臂最大行程為14mm，滿足設(shè)計要求。

3.2內(nèi)開手柄行程匹配

內(nèi)開手柄行程匹配原則與外開手柄類似，如圖13，一般內(nèi)開手柄總行程較大，只需保證鎖體解鎖行程<內(nèi)開手柄解鎖行程<鎖體最大行程即可。

某車型鎖體解鎖行程S1為10.1mm，鎖體最大行程22mm。內(nèi)開手柄解鎖行程N(yùn)1設(shè)定為15.8mm，超越行程N(yùn)2設(shè)定為8mm，內(nèi)開手柄最大行程N(yùn)3=N1+N2=23.Smm，大于鎖體的最大行程22mm，滿足設(shè)計要求。

3.3內(nèi)鎖止按鈕行程匹配

內(nèi)鎖止行程匹配原則：內(nèi)鎖止按鈕的工作行程應(yīng)大于鎖體內(nèi)鎖止行程。某車型內(nèi)鎖止按鈕行程為12.4mm，大于鎖體內(nèi)鎖止行程11.2mm，滿足設(shè)計要求。

4內(nèi)外開手柄開啟力校核

內(nèi)外開手柄開啟力大小影響使用舒適性，過大或者過小都影響使用體驗。外開手柄開啟力一般為50-65N，最大不應(yīng)超過80N，內(nèi)開手柄開啟力一般為12—28N，最大不應(yīng)超過35N。

4.1外開手柄開啟力計算

外開手柄力學(xué)傳遞路徑：外開手柄開啟-配重塊旋轉(zhuǎn)-外開搖臂旋轉(zhuǎn)-外開拉桿運(yùn)動-外開搖臂旋轉(zhuǎn)-解鎖擺臂旋轉(zhuǎn)-鎖止機(jī)構(gòu)解鎖。計算時對上述傳遞路徑分解，采用倒推法進(jìn)行分析。

4.1.1鎖止機(jī)構(gòu)計算

以棘輪為研究對象，圖14中F1為車門密封條系統(tǒng)反力，F(xiàn)1=300N；T1為棘輪回位扭簧扭矩，T1=150N·mm；力臂L1=13.5mm，L2=28mm。按照力矩平衡原理，F(xiàn)1L1+T1=F2L2，求得F2=150N。

以棘爪為研究對象，圖15中F3為棘爪所受棘輪的摩擦力，U1為棘輪棘爪間的摩擦力，一般在0.15～0.2之間，此處計算取值0.2；T2為止動爪扭簧扭矩，T2=120N·mm；力臂L3=14mm，LA=11mm，按力矩平衡原理，F(xiàn)3L3+T2=F4LA，F(xiàn)3=F2U1，求得F4=30.1N。

4.1.2解鎖機(jī)構(gòu)計算

以解鎖搖臂為研究對象，圖16中F5為解鎖推力桿受棘爪的推力，與F4為互為作用力與反作用力；F6為外開拉桿對解鎖搖臂的拉力，T3為搖臂回位簧扭矩，T3=150N·mm；力臂L5=18mm，L6=25mm，根據(jù)力學(xué)平衡，F(xiàn)5L5+T3=F6L6，求得F6=27.6N。

以配重塊為研究對象，圖17中F7為外開拉桿作用力，與F6互為作用力與反作用力；F8為外開手柄對配重塊拉力，T4為外開手柄扭簧扭矩，T4=180N·mm；力臂L7=L8=22.3mm，根據(jù)力學(xué)平衡，F(xiàn)7L7+T4=F8L8，求得F8=35.6N。

4.1.3外開手柄開啟力計算

以外開手柄為研究對象，圖18中F9為外開手柄解鎖力，力臂L9=143mm，L10=209mm根據(jù)受力平衡F8L10=F9L9，求得F9=52N。

4.2內(nèi)開手柄開啟力計算

內(nèi)開手柄力傳遞過程與外開手柄類似，采用機(jī)構(gòu)倒推法進(jìn)行計算。

4.2.1內(nèi)開搖臂受力計算

以外開推力桿為研究對象，圖19中N1為推力桿對內(nèi)開搖臂作用力，力臂W1=20mm，根據(jù)力矩平衡，F(xiàn)5L5+T3=N1W1，求得N1=34.6N。

以內(nèi)開搖桿為研究對象，圖20中N2為外開推力桿對內(nèi)開搖桿壓力，N3為拉桿對內(nèi)開搖桿作用力，力臂W2=10.5mm，W3=23.8mm，根據(jù)力矩平衡，N2W2=N3W3，求得N3=15.3N。

4.2.2內(nèi)開手柄開啟力計算

以內(nèi)開手柄為研究對象，圖21中N3為內(nèi)開搖桿通過拉桿對內(nèi)開手柄拉力，N4為外開手柄開啟力，力臂W4=52.8mm，W5=24.2mm，內(nèi)開扭簧力矩T4=273N·mm，根據(jù)力矩平衡，N3W5+T4=N4W4，求得N4=12.2N。

4.3實物驗證

將內(nèi)外開手柄及門鎖系統(tǒng)實物樣件裝配后，經(jīng)過實測，內(nèi)開手柄開啟力為14.6N，外開手柄開啟力為59N，考慮到實際裝配及零部件制造偏差，理論計算值接近實物實測值，誤差不超過10%，滿足設(shè)計要求。

5結(jié)論

本文分別對門鎖鎖體，外開手柄，內(nèi)開手柄的布置要點(diǎn)進(jìn)行討論，結(jié)合某車型實例，對門鎖系統(tǒng)進(jìn)行實際分析，并對行程匹配做了研究，最后對內(nèi)外開手柄開啟力進(jìn)行計算，滿足設(shè)計要求。本文為門鎖系統(tǒng)的開發(fā)提供了思路，具有一定參考意義。