合頁式鉸鏈側艙門的精細化研究

遲明君，張吉康

（鄭州宇通客車股份有限公司，河南 鄭州 450000）

?

合頁式鉸鏈側艙門的精細化研究

遲明君，張吉康

（鄭州宇通客車股份有限公司，河南 鄭州 450000）

摘 要：文章的目的在于研究合頁式鉸鏈側艙門門縫的大小與旋轉中心的關系。文章采用圖解法、不等式、控制變量法對艙門縫隨旋轉中心變化的情況進行了研究與分析。得出了旋轉中心距艙門最前端的距離越大，距艙門外表面的距離越小，門縫可以做得越小的結論。

關鍵詞：客車；合頁式鉸鏈；側艙門；精細化研究

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.003

張吉康，助理工程師，就職于鄭州宇通客車股份有限公司。技術研究工程師，武漢科技大學香濤協會永久成員，負責大學生科技創新活動的組織與指導工作。

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-08-03

引言

近年來，隨著國民經濟發展和國家政策的扶持，客車產量穩步增長，客車企業的競爭越來越激烈，市場對客車產品也提出了越來越高的要求。側艙門是客車車身的重要組成部分，其質量好壞直接影響到整車質量[1]。隨著生產水平的發展，整車質量不再僅僅是局限于可靠性、耐久性等范疇，還囊括了精細化要求。客車的側艙門鉸鏈是用來旋吊側艙門的一個車身構件，其具體的結構型式決定著艙門的開啟角度、密封性能及其裝配工藝性，同時也決定著側圍蒙皮下沿（或前沿）與腰梁（立柱）的連接形式，影響著車身的外觀質量[2]。以往的艙門設計過程往往憑借經驗和類比，缺乏科學依據，使產品的結構安全系數往往偏大，所設計的零件過于笨重，造成材料浪費，不利于整車輕量化[1]，也不利于側艙門精細化。因合頁式鉸鏈價格較低，現階段國內客車上使用較多[3]。因此，對合頁式鉸鏈側艙門的精細化研究是很有必要的。

1、合頁式鉸鏈側艙門的精細化

鉸鏈是用來連接兩個固體并允許兩者之間做相對轉動的機械裝置。其中，合頁式鉸鏈由固定頁、旋轉頁和轉軸三部分組成。固定頁通過螺栓或焊接的方式與車身連接，旋轉頁通過螺栓、膠粘或焊接的方式與艙門連接，旋轉頁繞轉軸旋轉即可完成艙門的開閉過程[4]。

對于客車而言，以合頁式鉸鏈為連接方式的側艙門就稱為合頁式鉸鏈側艙門。客車側艙門精細化好壞的重要衡量標準之一是側艙門周圈門縫，而側艙門門縫能達到的最小值與艙門鉸鏈有直接關系。

合頁式鉸鏈規格多種多樣，側艙門的厚度、大小尺寸多種多樣。為研究方便，如圖1所示的艙門為研究模型。

圖1　合頁式鉸鏈側艙門結構示意圖

2、側艙門門縫與旋轉中心的關系

2.1 參數說明

S：側艙門門縫。

L：鉸鏈旋轉中心與鉸鏈端面的距離。

R：鉸鏈旋轉中心與艙門最前端（艙門端面與蒙皮外表面的交點）的距離（忽略圓角）。

H：鉸鏈旋轉中心與艙門安裝面的距離。

h：艙門在鉸鏈安裝處的厚度。

W：鉸鏈旋轉中心與鉸鏈固定頁內表面的距離。

M：艙門最前端的旋轉軌跡與鉸鏈固定頁內表面的最小距離。

N：艙門最前端的旋轉軌跡與鉸鏈固定頁固定端的最小距離。

P：艙門最前端的旋轉軌跡與艙門縫最前沿的距離。

2.2 參數的數學分析

2.2.1 保證M≥Mmin

艙門實際開啟過程中，其最前端的旋轉軌跡有可能與鉸鏈固定頁內表面發生干涉。為了保證艙門可以正常開啟，必須保證M≥Mmin。其中，Mmin是實際工藝水平能保證的最小M值。

保證M≥Mmin的方法有很多，最直觀的方法是增大W尺寸，也可通過減小H、h、D、L等尺寸來保證。

2.2.2 保證N≥Nmin

艙門實際開啟過程中，其最前端的旋轉軌跡與鉸鏈固定頁固定端有可能發生干涉，為了保證艙門可以正常開啟，必須保證N≥Nmin。其中，Nmin是實際工藝水平能保證的最小N值。

實際設計中，可以通過改變鉸鏈固定端折彎方向來增大N值，以保證N≥Nmin。增大W、H、h、D、L等尺寸也可以使得N增大，從而保證N≥Nmin。

2.2.3 保證p≥pmin

在鉸鏈轉軸法平面內建立X—Y直角坐標系，如圖2所示。X軸為蒙皮或艙門外表面，Y軸為鉸鏈固定型材面。設艙門最前端運動軌跡上任意一點為A（X，Y），艙門旋轉中心為B（a，b），艙門最前端點運動軌跡與Y軸最近點為C （p，b），艙門最前端點運動軌跡與X軸交點D（S，0）。由前知p為常數。

圖2　艙門最前端運動軌跡示意圖

結合圖1可得艙門最前端在X—Y坐標系內的軌跡：

圖3　圓的集合示意圖（情形一）

當Y=0時，可知S=X，則（1）式可變形為：

則a與X的圖像可表示為圖4：

圖4　X與a關系曲線

很明顯，S=X與a值成反相關，即當b不變時，a越大，S越小，門縫精細度越好。

圖5　圓的集合示意圖（情形二）

又根據圖解易知：0

故式（3）圖像可表示為圖6：

圖6　X與b的關系曲線

顯然，當a不變時，門縫值S=X與b值正相關，即當a不變時，b越小，S越小，門縫精細化越好。

3、總結

艙門鉸鏈一直是客車車身設計中的一個難點[2]。文章通過對合頁式鉸鏈側艙門運動軌跡與鉸鏈轉軸中心位置、門縫大小等參數的研究與分析，定性地確定了門縫精細度與鉸鏈（艙門）旋轉中心的關系，為側艙門、合頁式鉸鏈的研發設計工作奠定了理論基礎。

合頁式鉸鏈側艙門門縫精細化好壞關鍵在于鉸鏈的轉軸中心位置。轉軸中心距艙門最前端的距離越大，艙門門縫精細化能夠做得越好；轉軸中心距艙門外表面的距離越小，艙門門縫精細化能夠做得越好。

參考文獻

[1] 劉林,徐茂林.客車側艙門結構優化設計[A];中國客車行業發展論壇2010年中國客車學術年會論文集[C];2010年:160—162.

[2] 陳永軍.客車側艙門鉸鏈淺析[J].客車技術與研究,2004(04):25—27.

[3] 趙彥浩.淺析客車常用側倉門鉸鏈的結構與安裝[J].客車技術,2013(05):33—35.

[4] 于敬平,張躍進.艙門鉸鏈結構分析和單軸鉸鏈的應用[J].客車技術與研究,2012(04):44—46.

Refined study of side compartment doors with hinge-type hinge

Chi Mingjun, Zhang Jikang
（Zhengzhou Yutong Bus Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450000）

Abstract:This paper aims to research the relation between refine of side compartment doors and the ceenter of rotation.The relation was researched using Graphic method, control variate method, Inequality in the paper.And the conclusion was concluded, that when the distance between the ceenter of rotation and the forefront of the side compartment door was increased or the distance between the ceenter of rotation and the outer surface of the side compartment door was reduced, the door crack would be reduced.

Keywords:Bus; Hinge-type hinge; Side compartment door; Refined study

基金項目：湖北省大學生創新創業訓練計劃項目，項目編號：201410488042。

作者簡介：遲明君，初級工程師，就職于鄭州宇通客車股份有限公司。高級設計師。

中圖分類號：U463.8

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-08-03