發動機蓋鉸鏈的設計開發

梁世強

摘要：發動機蓋鉸鏈是連接車身與發動機蓋的關鍵部件，也是發動機蓋的主要受力部件，對發動機蓋起主要支撐作用，并為發動機蓋提供旋轉的軸線。發動機蓋圍繞鉸鏈軸線旋轉實現發動機蓋開啟與關閉功能，其性能和布置直接關系到發動機蓋開關舒適性和財產安全。

關鍵詞：乘用車；發動機蓋鉸鏈；軸線

前言

發動機蓋鉸鏈按結構形式分為合頁式發動機蓋鉸鏈和四連桿式發動機蓋鉸鏈。因合頁式鉸鏈結構簡單，穩定可靠，成本低廉，因此大多經濟型乘用車發動機蓋鉸鏈為合頁式鉸鏈結構，少數中高端車使用四連桿結構。

1. 發動機蓋鉸鏈的設計流程

發動機蓋鉸鏈布置的原則是節約空間，隱蔽性好，一般會將鉸鏈布置在流水槽內。發動機蓋鉸鏈的布置位置需要同時結合發動機蓋開啟角度、發動機蓋人機工程校核及與周邊件之間的安全間隙等方面綜合考慮，從造型效果圖到CAS設計、數據設計，發動機蓋鉸鏈的布置起到至關重要的作用。

1.1.1 鉸鏈位置布置設計

考慮到發動機蓋開啟方便性以及與周邊件的距離，在考慮造型與空間限制后盡量將軸線布置往后靠。兩個發動機蓋鉸鏈軸線保證在同一直線，且左右鉸鏈布置需要對稱。一般要求兩個鉸鏈距離越大越好，作用是增大發動機艙空間。

1.2 鉸鏈軸線設計

（1）鉸鏈軸線布置越靠近發動機蓋外板和發動機蓋上分縫后端越有利，因為鉸鏈軸線越靠后，發動機蓋在打開過程中，發動機蓋與翼子板之間間隙就越大，避免發動機蓋開啟關閉過程中鉸鏈包絡面和發動機蓋本體包絡面與周邊件干涉。但同時需要考慮發動機蓋鉸鏈處鈑金安裝強度、發動機蓋包邊、鈑金電泳性能以及與周邊件間隙。推薦鉸鏈位置斷面如下：

L1≥t1+R+b

20mm≤L2≤40mm

其中：

t1：翼子板厚度

t2：內板厚度

R：鉸鏈軸中心與鉸鏈座頂部距離，推薦≥15mm

b：鉸鏈與翼子板間隙，推薦≥3mm

1）發動機蓋鉸鏈軸線一般與Y軸方向平行，兩鉸鏈軸線的連線需在同一條直線上。

2）發動機蓋過開3°與翼子板、通風蓋板、前風擋玻璃間隙≥5mm

3）發動機蓋外板沿±X、±Y、±Z偏移1.5mm，開啟包絡與翼子板不干涉

4）根據以上條件設定鉸鏈軸線位置，鉸鏈軸線調不出來時，可對分縫進行修改。

1.3 鉸鏈結構設計

鉸鏈底座的設計：

在鉸鏈兩個合頁上，要為緊固螺栓留有足夠接觸品面，安裝螺栓到周邊件R角≥2.5mm。

若發動機蓋鉸鏈布置位于頭部碰撞區域，下底座要具有壓潰特征，若鉸鏈布置時無關乎頭部碰撞，則不用設計壓潰特征，來保證鉸鏈底座的強度。

為增加鉸鏈底座強度，且減輕重量，根據底座具體形狀，需要增加減重孔并增加翻邊結構。底座設計時，安裝面中間需要設計凸臺來保證安裝面的電泳。

鉸鏈上座設計：

為防止鉸鏈在實物狀態下因為裝調或者精度問題導致上下合頁之間產生干涉，合頁式鉸鏈上下座之間運動包絡間隙，要求≥3mm。

為保證強度，加強翻邊和加強筋需要貫穿整個上座，來保證鉸鏈上座能滿足試驗要求。安裝面中間需要設計凸臺來保證安裝面的電泳。

鉸鏈安裝孔孔徑設計應有一定的調節余量，滿足發動機蓋的裝調，目前鉸鏈發動機蓋側及車身側安裝孔均設計為Φ11mm的圓孔，11mm×13mm的腰孔。

1.4 發動機蓋鉸鏈開啟角度設計

為滿足人機工程要求，發動機蓋總成開啟高度需滿足95%男性頭部運動空間和5%女性手部運動空間，即圖示中95%男性靠著前保的頭部運動空間與5%女性不靠前保的手部運動空間組成的設計區域。

為了保證發動機蓋撐桿能夠脫出，鉸鏈開啟角度一般要求為：鉸鏈最大開啟角度≥發動機蓋開啟角度+3°。

1.5 周邊間隙設計

a.發動機蓋總成前端包邊過關5mm無干涉；

b.旋轉包絡與周邊件無干涉；

c.發動機蓋總成過開3°鉸鏈與翼子板間隙≥5mm；

d.發動機蓋總成過開3°本體與周邊件間隙≥8mm；

e.鉸鏈安裝螺栓與發動機蓋外板間隙≥10mm。

1.6校核方法

發動機蓋過關校核方法

a、發動機蓋沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、偏移的發動機蓋數據以鉸鏈軸線向下旋轉，旋轉的角度為發動機蓋前部包邊處偏移5mm對應角度；

c、要求：旋轉的包絡面與周邊件間隙≥0mm。

發動機蓋過開校核方法：

a、發動機蓋沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、過開角度：鉸鏈最大開啟角度+3°；

c、發動機蓋鉸鏈過開包絡面與翼子板間隙≥5mm；

d、發動機蓋本體過開包絡面與周邊件間隙≥8mm。

1.7鉸鏈安裝設計

發動機蓋鉸鏈采用螺栓連接簡單方便、成本低，得到廣泛的應用。鉸鏈上座安裝在發動機蓋上，一般采用2個M8的螺栓固定，安裝點間距一般要求>70mm。

根據不同車型車體邊梁結構以及軸線的布置位置，鉸鏈底座分為在發動機蓋下側或者在翼子板下側。在發動機蓋下側則需要先安裝鉸鏈底座，此時布置設計時就要考慮到安裝上座時安裝工具的空間預留位置。而鉸鏈布置在翼子板下側，則先將鉸鏈與發動機蓋預裝，后安裝于車體邊梁上，此時就要考慮到安裝下座時安裝工具的空間預留位置。

2.設計驗證

在鉸鏈結構設計時需要對其剛度、強度進行對應的CAE分析及試驗驗證以保證零部件結構設計的強度及性能要求。

2.1 CAE分析

模擬強度試驗，CAE計算結果滿足以下強度要求。

2.1.1過開啟載荷

發動機蓋在全開位置，將135N的載荷沿縱向中心線施加于發動機蓋，部件不得出現開裂、 銷松動及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.2扭轉剛度

發動機蓋在全開位置，在其前邊緣兩個方向上輪流施加135N載荷，部件不得出現開裂、銷松動及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.3橫向剛度

發動機蓋在全開位置，在其前邊緣兩個方向上輪流施加橫向載荷135N，部件不得出現開裂、銷松動及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.4靜態承載能力

鉸鏈處于閉合狀態，以5mm/min的速率施加10000N的壓力直至靜止并保持3s以上，試驗后不得出現任何脫開和斷裂等破壞現象。

2.2 試驗驗證

2.2.1強度試驗

實物滿足2.1強度要求。

2.2.2可靠性

經3000次臺架試驗后發動機蓋各項性能應符合下表要求：

備注：循環前需對各項性能進行檢測，記錄各項檢測內容的初始數據（初始數據應滿足設計要求）。

2.2.3高低溫

經-40℃低溫試驗、80℃高溫試驗后扭矩變化量≤初始值30%（試驗前在同一臺架上進行初始值測量并記錄）

2.2.4耐腐蝕性

1）經48h腐蝕試驗后，產品外觀及性能無任何變化；

2）經72h腐蝕試驗后，產品無白銹；

3）經144h腐蝕試驗后，產品無紅銹（鉚接位置除外），發動機蓋不應該出現吱吱聲等刺耳聲音，測試鉸鏈力矩變化量≤30%。（試驗前在同一臺架上進行初始值測量并記錄）

2.2.5鉚接扭矩

發動機蓋鉸鏈總成鉚接后，發動機蓋鉸鏈的扭矩應在0.4Nm～1.5Nm之間。

3. 結論

隨著乘用車的迅猛發展，人們對行車安全及行人保護要求也越來越高，越來越多的高端車型開始使用主動式行人保護鉸鏈來提高碰撞得分。放眼未來，人工智能、輕量化等大量新技術也將應用于發動機蓋鉸鏈的開發過程中，我們應該順應潮流，適應新時代的新要求，不斷增強中國汽車工業的研發實力。

參考文獻：

[1]葛如海，吳淼，陳小東，車彬彬，基于行人保護的發動機罩鉸鏈研究，汽車技術，2008（12）

[2]江淮汽車公司，QIQ5201-發動機艙蓋鉸鏈總成驗收技術要求，2011