某型汽車車門限位器結構及布置設計

靳龍，曾昊，李玉奇

（廣西科技大學機械工程學院，廣西柳州545006）

某型汽車車門限位器結構及布置設計

靳龍，曾昊，李玉奇

（廣西科技大學機械工程學院，廣西柳州545006）

分析各種因素下車門限位器的布置對其結構和性能的影響，分別對車輛在上、下坡和側坡工況下限位器的受力進行分析，通過CATIA參數化模型方法計算汽車車門開啟力及車門限位器力矩的大小；采用CAD作圖法設計限位器臂的軌跡曲線，對設計得出的限位器位置的力臂進行計算驗證，從而得知車門限位器的結構及布置位置是否滿足實際需求.

限位器；結構設計；受力分析；軌跡曲線

0　引言

汽車車門限位器是車門啟閉系統中的關鍵零件，其設計及布置是否合理直接關系到整車的安全性、車門啟閉的靈活性以及NVH特性等，是控制車門開啟角度并使車門停留在最大開度位置的裝置［1］.主要有盒式限位器、扭桿式限位器和彈簧式限位器3大類，其中，最為常見的是盒式限位器［2］.盒式限位器是一種分體式的限位器，而扭桿式和彈簧式則是和門鉸鏈固定為一體.本文采用CAD作圖法求解盒式限位器臂軌跡曲線并通過計算驗證其結構設計的合理性.

1　車門限位器結構分析

1．1限位器的布置

車門限位器布置時應保證與周邊的零部件存有安全間隙，一般應布置在車門的上鉸鏈與下鉸鏈之間，并且盡量靠近下鉸鏈的位置，但由于車門內其他附件的邊界條件限制使得限位器的布置出現偏上或者偏下的現象［3］.在限位器布置時，應該盡量使限位器的旋轉中心與鉸鏈轉動中心相平行，以免限位器臂與支座發生摩擦而產生異響.限位器的旋轉中心到鉸鏈轉動中心的距離對限位器的結構設計也有很大影響，如果布置空間狹小，將會影響限位器臂的擺動幅度［4］.因此，車門限位器的布置直接影響到限位器的工作性能，需合理設計車門限位器臂的軌跡，使其達到最優性能狀態.

1．2建立限位器的力學模型

車門限位器的功能就是控制車門打開的程度，在車門啟閉過程中，車門鈑金上的限位器盒拉動限位器臂繞限位器旋轉中心轉動，限位器本身在此過程中作為二力桿起到控制車門開度的作用［5］.在車門開啟到一定角度的情況下對車門進行受力分析如圖1示.

圖1　車門受力分析Fig．1 Forceanalysis

由以上分析可得：

其中：F1——限位器產生的力；

L——限位器的力臂；

F2——車門開啟力；

L′——鉸鏈軸心與車門開啟力的力臂；

M阻——車門鉸鏈等各零部件對車門產生的阻力矩；

M重——車門傾斜時其重量引起的力矩.

車門鉸鏈等各零部件對車門產生的阻力相對來說較小，在實際設計過程中可以忽略不計.重力對鉸鏈中心線的力矩大小受到不同路況的影響而不同，可分為平路和斜坡2種情況考慮.就目前我國汽車現狀來看，大多數汽車廠家在計算重力矩時一般對汽車在上下坡和側坡的情況分開考慮［6］，也有一部分廠家在考慮上下坡的基礎上再考慮側坡的復雜情況.現采用CATIA參數化模型方法對某汽車整體繞X軸旋轉5.6°和車輛在10°及12°的上下坡路況時不同車門開啟角度產生的重力矩進行計算，如圖2、圖3所示.

圖2　車門在側坡面上產生的重力矩Fig．2 O n the side slope of torque

圖3　車門在上下坡面上產生的重力矩Fig．3 O n the downhillof torque

1．3限位器力矩計算

根據限位器產生的力以及限位器的力臂可以求得限位器力矩M限：

對限位器本身進行受力分析如圖4所示，可以求出限位器產生的力F1與限位器有效分力F1′之間的關系.

圖中：F1——限位器產生的合力；

F1′——限位器有效分力；

F1″——限位器離心分力；

θ0——限位器初始位置時限位器盒中心和鉸鏈轉動中心連線與限位器旋轉中心和鉸鏈轉動中心連線的夾角；

θ——開門角度與初始角度的和；

圖4　車門限位器受力分析Fig．4 The lim itstressanalysis

2　限位器臂軌跡曲線的設計

限位器臂的設計主要包括限位器臂的軌跡曲線設計以及形狀設計.限位器臂的運動存在于門鈑金內部，而門內有玻璃升降器、玻璃等車門附件，限制了限位器臂的運動空間，如果限位器臂設計不規范有可能和其他車門附件發生干涉而不能正常工作，臂之間的間隙要保證1mm以上的情況下對限位器臂軌跡曲線進行優化使其更加符合實際要求［7］.因此限位器臂的軌跡曲線設計在整個限位器裝置設計中是非常關鍵的一步，限位器臂的軌跡曲線可以通過微積分近似方法、方程式計算求解法、運動模擬法和作圖法等各種方法求得，本文通過CAD作圖法確定限位器臂的軌跡曲線，其步驟如圖5～圖6所示.

圖5　CAD作圖法（步驟1）Fig．5 CAD graphic method（Step 1）

圖6　CAD作圖法（步驟2）Fig．6 CAD graphic method（Step 2）

圖7　CAD作圖法（步驟3）Fig．7 CAD graphic method（Step 3）

3　限位器力臂驗證

圖8　限位器臂對鉸接轉動中心的力臂分析Fig．8 Analyzing thearm of force

在得到優化后的限位器臂軌跡曲線后需對其進行力臂驗證.如圖8所示，已知鉸鏈轉動中心與限位器盒中心之間的距離鉸鏈轉動中心與限位器旋轉中心之間的距離以及限位器初始位置時限位器盒中心與鉸鏈轉動中心的連線和限位器旋轉中心與鉸鏈轉動中心的連線的夾角θ0.通過以下公式即可驗證車門限位器的布置是否合理.

根據余弦定理可得：

根據勾股定理可以求得：

由此可得：

4　結論

通過CATIA參數化模型方法對車門限位器在不同路況下的受力情況進行計算，得到了車門限位器產生的力F1與限位器有效分力F1′之間的關系，采用CAD作圖法設計出限位器臂的軌跡曲線，是限位器裝置設計的關鍵環節；通過對車門限位器的力臂計算，可驗證車門限位器的布置位置是否合理，同時為進一步的運動仿真分析奠定了基礎.

［1］劉遺勛，曹春生.淺談車門限位器的設計［C］//河南省汽車工程學會，第九屆河南省汽車工程技術研討會論文集.許昌：［出版者不詳］，2012．

［2］田永，韋俊．汽車開閉件系統的功能與管理［J］．汽車與配件，2013（10）：48－50．

［3］姜明，朱敬鵬，孫兆有，等．車門限位器布置及運動校核淺談［C］//中國汽車工程學會，中國汽車工程學會年會論文集.北京：［出版者不詳］，2013．

［4］雷學明，班正逸，周利民．車門限位器布置設計［J］．汽車實用技術，2014（1）：29－32．

［5］王峻峰，劉瑩，喬鑫．汽車車門限位器力矩曲線有限元分析［C］//中國汽車工程學會，中國汽車工程學會年會論文集.上海：［出版者不詳］，2014．

［6］袁利東，林賢坤，汪鐵豐．自卸車舉升結構三角臂優化設計［J］．廣西科技大學學報，2014，25（2）：64－67．

［7］丁光學．限位器臂桿結構與側門限位能力的計算應用［J］．科技創新與應用，2016（9）：11－13．

（學科編輯：黎婭）

The structure design and arrangement of door checker

JIN Long，ZENG Hao，LI Yu-qi
（School of Mechanical Engineering,Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545006,China）

This paper makes an analysis of the impact of the arrangement of the door checker position on the structure and performance under the various factors.Stress analysis of the door checker has been done on the condition of the upper,downhill and side slope respectively.By using the CATIA parametric model method,the force of the door opening and the torque of the door checker have been calculated.Trajectory curve of the door limit device is designed with CAD.Then we design computing verification of door checker position of lever and obtain the result that whether the structure design and arrangement of door checker meet the actual needs.

door checker;structure design;stress analysis;trajectory curve

TH122

A

2095-7335（2016）04-0021-04

10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2016.04.004

2016-02-29

2015年度廣西高等教育本科教學改革工程項目(2015JGA265)資助.

靳龍，碩士，副教授，研究方向：機械設計與制造，E-mail:450764882@qq.com.