汽車滑移門中鉸鏈設(shè)計(jì)研究

王俊峰 林博 徐曉春

摘 要：滑移門是車門系統(tǒng)的一種重要結(jié)構(gòu)形式，因其具有開啟后占用空間小、乘員進(jìn)出車輛便利性好等特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用在商務(wù)車上。滑移門中鉸鏈作為滑移門系統(tǒng)中的重要零件，它的布置位置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將直接影響滑移門的開閉性能。文章通過(guò)對(duì)滑移門中鉸鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，提出了滑移門中鉸鏈的確定方法，從而便于滑移門中鉸鏈的設(shè)計(jì)開發(fā)。

關(guān)鍵詞：滑移門;中鉸鏈;結(jié)構(gòu)參數(shù);分析

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）10-95-03

Research on the middle hinge design of automobile sliding door

Wang Junfeng， Lin Bo， Xu Xiaochun

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute，?Liaoning Shenyang 110141）

Abstract：?Sliding door is an important structural form of door system， which is widely used in commercial vehicles because of its small space occupied after opening and good convenience for passengers to enter and exit vehicles. The middle hinge as an important part of the sliding door system， the layout and structural design of the middle hinge will directly affect the opening and closing performance of the sliding door. Based on the analysis of the structural parameters of the middle hinge in the sliding door and the summary of practical experience， this paper puts forward the determination method of the middle hinge in the sliding door， so as to facilitate the design and development of the middle hinge in the sliding door.

Keywords： Sliding door;?Middle hinge; Structural parameters;?Analysis

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-95-03

前言

滑移門中鉸鏈作為滑移門系統(tǒng)中的重要零件，它的布置位置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將直接影響滑移門的開閉性能。尤其滑移門中鉸鏈導(dǎo)向滾輪與鉸鏈轉(zhuǎn)軸間的相對(duì)關(guān)系，對(duì)滑移門的開門力、開啟外移量、開啟行程及鉸鏈剛度都有直接影響。本文通過(guò)對(duì)滑移門中鉸鏈導(dǎo)向滾輪與鉸鏈轉(zhuǎn)軸簡(jiǎn)化模型分析，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)滑移門中鉸鏈導(dǎo)向滾輪與鉸鏈轉(zhuǎn)軸確定方法進(jìn)行總結(jié)，便于滑移門中鉸鏈的設(shè)計(jì)開發(fā)。

1?滑移門中鉸鏈轉(zhuǎn)臂形狀確定

滑移門中鉸鏈轉(zhuǎn)臂設(shè)計(jì)需初步確定的參考尺寸如下圖1，可通過(guò)Benchmark的方法采集競(jìng)品零件相關(guān)尺寸信息，將相關(guān)信息反應(yīng)到布置斷面中，并通過(guò)后續(xù)的相關(guān)分析對(duì)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行修正（表1為設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中采集的競(jìng)品零件尺寸信息）。

1.1 保證滑移門平滑開閉分析

1.1.1?力學(xué)模型分析

滑移門開啟力作為用戶使用舒適性的重要指標(biāo)，在滑移門中鉸鏈設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考濾。為便于分析，我們將滑移門中鉸鏈的受力圖簡(jiǎn)化如下圖2。

圖中F為滑移門的總開啟力，f為中鉸鏈的打開力（f為F沿導(dǎo)向滾輪O₁與O₂開啟運(yùn)動(dòng)方向的分力，O為轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸，f₁與f₂為兩個(gè)導(dǎo)向滾輪在導(dǎo)軌中受到的力）。在F一定的條件下，增大f會(huì)提高滑移門開啟的舒適性，因此在滑移門中鉸鏈設(shè)計(jì)時(shí)需將增大f作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行分析。通過(guò)圖2的受力簡(jiǎn)圖分析可得出F與f兩者間存在如下關(guān)系。

根據(jù)（1）式可知，如果要增大中鉸鏈的打開力f，可以通過(guò)調(diào)整下面三個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：①盡量增大角度θ;②盡量減小尺寸B（期望B=0）;③盡量加大尺寸C。但是上面三個(gè)參數(shù)調(diào)整時(shí)，會(huì)對(duì)滑移門開啟過(guò)程中的幾何關(guān)系（如滑移門與相關(guān)零件的間隙等）產(chǎn)生影響，同時(shí)也會(huì)影響滑移門中鉸鏈自身性能。因此、另需對(duì)導(dǎo)向滾輪O₁、O₂與轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸O的幾何關(guān)系分析來(lái)保證滑移門開啟過(guò)程中幾何關(guān)系的成立。

1.1.2 布置差別分析

由于導(dǎo)向滾輪O₁、O₂與轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸O的幾何關(guān)系由圖1中的尺寸A、B、C及角度θ確定，為分析兩導(dǎo)向滾輪與轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸三點(diǎn)布置差別對(duì)其他參數(shù)的影響，下面將兩導(dǎo)向滾輪與轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸三點(diǎn)簡(jiǎn)化為平面三角形，通過(guò)五種模式進(jìn)行布置差異分析。

（1）模式Ⅰ：移動(dòng)點(diǎn)O的影響

下圖3中O' O₁' O₂'為滑移門開啟到導(dǎo)軌平直段時(shí)中鉸鏈的位置示意。結(jié)合圖中尺寸可知，當(dāng)設(shè)計(jì)需要加大滑移門開啟外移量時(shí)，可將點(diǎn)O沿a-方向調(diào)整;當(dāng)設(shè)計(jì)需要加大滑移門開啟行程時(shí)，可將點(diǎn)O沿a+方向調(diào)整;當(dāng)加大偏置尺寸A時(shí)，滑移門外移量及開啟行程都將增大，但這樣會(huì)降低中鉸鏈的剛度，需通過(guò)CAE分析確認(rèn)。

（2）模式Ⅱ：三點(diǎn)布置成直角三角形的影響

結(jié)合圖4中尺寸可以看出，三點(diǎn)布置成直角三角形時(shí)，當(dāng)點(diǎn)O沿豎直方向調(diào)整時(shí)，滑移門開啟的外移量減小，開啟行程將增大;當(dāng)點(diǎn)O沿水平方向調(diào)整時(shí)，滑移門開啟的外移量增大，開啟行程相比豎直方向調(diào)整將變小;當(dāng)點(diǎn)O沿直角邊方向調(diào)整時(shí)，滑移門開啟的外移量增加，開啟行程相比豎直方向調(diào)整不變化。

（3）模式Ⅲ：三點(diǎn)布置成等腰三角形的影響

結(jié)合圖5中尺寸可以看出，三點(diǎn)布置成等腰三角形時(shí)，當(dāng)點(diǎn)O沿豎直方向調(diào)整時(shí)，滑移門開啟的外移量減小，開啟行程將增大;當(dāng)點(diǎn)O沿水平方向調(diào)整時(shí)，滑移門開啟的外移量增大，開啟行程相比豎直方向調(diào)整將變小;當(dāng)點(diǎn)O沿高線方向調(diào)整時(shí)，滑移門開啟的外移量增加，開啟行程相比豎直方向調(diào)整不變化。

（4）模式Ⅳ：三點(diǎn)布置成與模式Ⅱ相反的直角三角形

結(jié)合圖6中尺寸可以看出，點(diǎn)O沿堅(jiān)直、水平及直角邊方向調(diào)整時(shí)，滑移門開啟時(shí)外移量與開啟行程的變化趨勢(shì)與模式Ⅱ相同。但當(dāng)點(diǎn)O沿斜邊方向調(diào)整時(shí)，僅開啟行程增大;當(dāng)點(diǎn)O沿斜邊垂線方向調(diào)整時(shí)，僅開啟外移量增大。

（5）模式Ⅴ：保持滑移門開啟行程一定

結(jié)合圖7及前四個(gè)模式分析可知，為保證行程L不變，則滑移門開啟外移量，當(dāng)開啟行程為L(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)向滾輪的位置。

通過(guò)以上五種布置模式的差別分析，可總結(jié)出：（1）當(dāng)鉸鏈轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸O與導(dǎo)向滾輪O₁、O₂的垂直距離A一定時(shí)，若要加大滑移門的外移量，可相對(duì)于導(dǎo)向滾輪將轉(zhuǎn)軸O移向車內(nèi)方向，但這樣滑移門的開啟行程增加，須增加中導(dǎo)軌長(zhǎng)度。（2）不論三點(diǎn)構(gòu)成的三角形有什么不同，只要移動(dòng)轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸O的方向一致，開啟行程和外移量的變化量也基本一致。

1.2 增加θ的方法分析

在1.1.1節(jié)中我們得出要增大中鉸鏈的打開力f，需盡力增大角度θ。結(jié)合圖1經(jīng)斷面分析可知，通過(guò)以下兩種方法

可實(shí)現(xiàn)增大θ：（1）向車后移動(dòng)滑移門的后分縫;（2）向車前移動(dòng)滑移門開口線。當(dāng)采用后移分縫的方法時(shí)，需注意中導(dǎo)軌后端的限制，其往往會(huì)導(dǎo)致開啟行程變小，所以需要檢查滑移門開口是否可行，同時(shí)還應(yīng)檢查滑移門后端在全開啟時(shí)與尾門間是否有干涉。當(dāng)采用前移開口線的方法時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致后排座椅的乘降性變差，應(yīng)該利用1：1模型來(lái)確認(rèn)乘降性。

1.3 減小B的方法分析

結(jié)合圖1分析，若要減小尺寸B，需將點(diǎn)O移向車外或?qū)₁點(diǎn)移向車內(nèi)。當(dāng)O點(diǎn)移向車外時(shí)，中鉸鏈固定臂前后在設(shè)計(jì)時(shí)可能與滑移門玻璃導(dǎo)軌發(fā)生干涉，為避免干涉需要加寬滑移門，但加寬后會(huì)導(dǎo)致滑移門開啟外移量增加，需確認(rèn)滑移門是否可以加寬。當(dāng)O₁點(diǎn)移向車內(nèi)時(shí)，將導(dǎo)致C柱變寬，影響車內(nèi)空間，應(yīng)在橫向?qū)Ρ日{(diào)查車內(nèi)寬度的基礎(chǔ)上，利用1：1模型檢查確認(rèn)后排座椅的乘降性。

1.4 確定尺寸B及角度θ值

在確定尺寸B及角度θ值時(shí)，主要關(guān)注點(diǎn)是盡量加大式1.1中的打開力f。由于上述參數(shù)間相互影響，所以必須進(jìn)行充分研究。如果力f過(guò)小，可能會(huì)導(dǎo)致滑移門的鎖閉出現(xiàn)問(wèn)題。綜上角度θ最小為θ=30°，應(yīng)結(jié)合1.2節(jié)中的內(nèi)容，盡量加大θ值。結(jié)合1.3節(jié)中的內(nèi)容盡量使B接近B=0。

2?滑移門開啟外移量確定

滑移門開啟外移量是車門開啟過(guò)種中，保證滑移門系統(tǒng)與車身側(cè)圍等零件安全間隙的參數(shù)量?？梢酝ㄟ^(guò)滑移門打開位置的正視圖（下圖8）來(lái)確定中鉸鏈所需要的外移量。中鉸鏈在滑移門側(cè)的固定臂在中鉸鏈設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量使用公司現(xiàn)有車型結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖1，外移量H應(yīng)為H=A+D-E，外移量應(yīng)能保證滑移門開啟后與車身側(cè)圍間隙在10mm以上，同時(shí)滿足1.1節(jié)中的三角形條件。

3?總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)滑移門中鉸鏈導(dǎo)向滾輪與鉸鏈轉(zhuǎn)軸的簡(jiǎn)化三角模型分析，從開啟力與布置差別兩方向著手，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了中鉸鏈各尺寸參數(shù)調(diào)整對(duì)滑移門系統(tǒng)的影響。從而指導(dǎo)中鉸鏈設(shè)計(jì)尺寸的確定，便于滑移門中鉸鏈的設(shè)計(jì)開發(fā)。