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车门限位器设计指南.docx

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车门 限位器 设计 指南
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第 1 页 共 10 页 目录 1 车门 限位 器的 主要 形式 …… …… …… …… …… … ……… …… …… …… …… ……2 1.1 限 位盒 、限 位臂 式 ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……2 1.2 扭 杆式 … …… …… ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……2 1.3 弹 簧式 … …… …… ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……3 2 车门 限位 器的 设计 … ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ………4 2.1 车 门限 位器 的布 置 ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……4 2.2 车 门限 位器 的开 启角 度 … …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……4 2.3 车 门限 位器 的材 料 ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……4 2.3.1 车门 限位 器限 位臂 材料 …… …… …… …… ……… …… …… …… …… …4 2.3.2 车门 限位 器限 位盒 材料 …… …… …… … … ……… …… …… …… …… …4 2.3.3 车门 限位 器安 装支 架的材 料 …… …… …… ……… …… …… …… …… …4 2.3.4 其它 零件 材料 … ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… …4 2.4 车 门限 位器 的表 面处 理 … …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……5 2.5 车 门限 位器 的密 封 ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……5 2.6 车 门限 位器 的操 作力 矩 … …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……5 2.7 车 门限 位器 的曲 线设 计 … …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……5 3 车门 限位 器的 优化 …… ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ………7 3.1 车 门限 位器 曲线 的优 化 … …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……8 3.2 车 门限 位器 限位 臂的 优化 … …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……8 3.3 车 门限 位器 内部 结构 优化 … …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ……8 4 限位 器的 失效 模式 …… ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ………8 5 车门 限位 器的 发展 趋势 ……… …… …… …… …… ……… …… …… …… …… ………9 第 2 页 共 10 页 1 车门限位器的主 要形式 目前市 场上 的车 门限 位器 有以下 几种 : 1.1 限 位盒 、限 位臂 式( 见图 1 、图 2) 图 1 图 2 它的工 作原 理为 : 限 位器 支架通 过一 安装 螺栓 紧固 在车身 上, 限位 盒通 过两 个安装 螺钉 紧固在 车门 上 , 当开 门的 时候 , 限 位盒 便会沿 着限 位臂进 行运 动 。 由于 限位 臂上做 有高 低 不 同的结 构, 弹性 橡胶 块便 会有不 同的 弹性 变形 , 这 样就需 要人 在开 门的 时候 用不同 的力 进行 关门。 在每 一个 限位 的位 置点, 便能 起到 对车 门的 限位作 用。 这种结构 是目 前应用 最广 泛的,它 的具 体 形式 还有 很多种: 有的 限位臂 是冲 压的结构 , 有的限 位盒 内采 用滚 针, 有的限 位盒 内采 用滚 珠, 有的限 位盒 内采 用导 向块 …… 但 是限 位的 原理同 出一 辙。 这种结 构的 优点 是结 构简 单, 成 本低, 占用 空间 小, 免维修 。 缺 点是 对钣 金的 要 求偏高 , 如果铰 链强 度不 够, 车门 下沉, 很可 能产 生异 响, 运行一 段时 间后 ,限 位力 矩降低 很快 。 这种结 构的 车门 限位 器一 般有两 当或 者三 挡, 它的 最大力 矩 在 35Mm 左 右, 长度一 般 在 60mm 左右, 最大 开启 角 度一般 在 70 度 以下, 耐久 试验后 , 扭 矩变 化大概 在 30 %-40 %。 1.2 扭 杆式 (见 图 3 、图 4 ) 它 的工 作原 理是 : 与 铰 链一体 , 通 常安 装在 下铰 链 上, 在 关门 的过 程中, 通过 扭杆变 形, 产生不 同的 力, 来达 到限 位的目 的。 这 种结 构多 用在 欧洲 车市场 , 因为 是爱 德夏 的 专利 , 目 前我 公司 车上 还 未成运 用 。B12 车型正 在考 虑该 结构 。 这 种结 构的 优点 是噪 音低, 寿命 强, 限位 效果 好。 缺 点是 占据 空间 大, 结构复 杂, 维修 成本高 等。 这种结 构的 限位 器一 般有 两挡或 者三 挡, 它的 开门 力矩最 大 为 45Nm ,关门 力矩最 大 50Nm ,最 大开 门角 度在 60 -65 度左 右, 耐久 试验 后,扭 矩变 化大 概 在 15 % 左右。 第 3 页 共 10 页 图 3 图 4 1.3 弹 簧式 弹 簧式 的车 门限 位器 采用与 铰链 一体 式 , 利 用弹 簧和限 位杆 的结 构来 实现 对车门 的限 位 。 见图 5 ,图 6。 图 5 图 6 它的工 作原 理为 : 在车 门开 启的时 候 , 连 接车 门的 部分 跟随车 门旋 转 , 带 动限 位杆 旋转, 限位杆 便会 摩擦 轴承 部分 的外套 , 由 于限 位杆 上有 高低不 等的 结构 , 靠 弹簧 的弹力 便产 生了 不同的 限位 力, 达到 限位 车门的 目的 。 在目前 的市 场上 , 该 结构 应用不 是很 多 , 主要 原因 是它的 很多 缺点 导致 的。 跟上述 两 种 限位器 的结 构对 比, 该结 构占用 空间 在两 者之 间, 但是由 于铰 链的 旋转 中心 轴在限 位部 分为 悬臂 , 限 位器 的限位 扭矩 不能过 大 , 否 则悬臂 的强 度存在 风险 ; 另外这 种结 构在限 位处 有 轴 承, 轴 承的 工作 环境 很恶 劣, 很 容易 受到 损害 , 产 生异响 。 由 于上 述的 诸多 原因, 该结 构 限 位器应 用不 是很 广泛 。目 前我公 司 S12 是采 用的 该 结构限 位器 。 这 种结 构的 限位 器优 点 是限位 挡位 比较 清晰 ,限 位力矩 容易 调整 等。 轴承 弹簧 限位杆 连接车 门 连接车 身 第 4 页 共 10 页 1 车门限位器的设计 由 于 目 前限 位 臂限 位 盒式车 门 限 位器 应 用最 为 广泛, 故 在 本设 计 指南 中 ,只介 绍 限 位 臂限位 盒式 车门 限位 器的 设计。 2.1 车 门限 位器 的布 置 车 门 限 位器 一 般布 置 在车门 上 下 铰链 之 间, 当 然一体 式 的 车门 限 位器 布 置在车 门 下 铰 链上, 也有 的布 置在 下铰 链的下 方。 限位 器布 置的 具体位 置可 以通 过在 开门 的过程 中整 个开 门系统 的受 力分 析获 得, 因 铰链中 心线 通常 有点 偏斜 ( 通常 2 度左 右, 最大 不能 超 过 4 度 ) , 这样造 成限 位器 的在 布置 在不同 的位 置的 时候 , 对 开门系 统贡 献的 力矩 也不 尽相同 , 但 相差 并不是 很大 ,可 以根 据实 际情况 计算 。 另 外 , 车门 限 位器 的 布置还 要 考 虑门 的 空间 , 尽量布 置 在 空间 比 较大 的 地方, 避 免 车 门限位 器在 开门 过程 中与 玻璃导 轨、 玻璃 干涉, 或者 在车门 玻璃 下降 的时 候与 玻璃等 零件 在 某个状 态干 涉或 者空 间太 小。 2.2 车 门限 位器 的开 启角 度 车门限 位器 的最 大开 启角 度一般 在 60 -65 度 之间, 它的开 启角 度与 铰链 的开 启角度 有 很大关 系 。 限 位器为 了实 现其限 位作 用 , 它的 开启 角度要 比铰 链角 度偏 小, 铰链的 开启 角 度 一般 在 70 -75 度, 公差 在 正负 3 度 ; 限 位器的 开启 角度一 般 在 65 正负 3 度 , 考虑公 差的 情 况下 , 限 位器 的开启 角度 比铰链 至少 少 2 度, 这样 才能保 证限 位器 充分 发挥 作用 。 在 设计 中 可以综 合考 虑限 位器 的开 启角度 , 同 时要 考虑 限位 器一挡 开启 时人 上下 车的 方便性 。 一 挡的 开启角 度开 启的 车门 间隙 一般不 小 于 550mm 。 2.3 车 门限 位器 的材 料 2.3.1 车门 限位 器限 位臂 材 料 为 了满 足限 位器 的过 载开门 试验 , 限位 臂的 材料 一般 是 Q235+PA66,Q235 的料厚 一般 为 3mm 。 2.3.2 车门 限位 器限 位盒 材 料 考虑限 位盒 的冲 压要 求, 车 门限位 器限 位盒 的材 料一 般为 DC03, 限位 盒盖 的材 料一般 为 DC01, 料厚 分别 为 2.0mm 和 1.5mm 。 2.3.3 车门 限位 器安 装支 架 的材料 因 车 门 限位 器 支架 是 把限位 器 安 装在 车 身上 的 唯一一 个 零 件, 故 它的 材 料及强 度 要 求 比较高 ,通 常采 用B450NQ ,料厚 通常 为2.0mm 。 2.3.4 其它 零件 材料 弹性橡 胶块 是车 门限 位器 中比较 重要 的零 件, 因工 作环境 比较 恶劣 , 又 要考 虑橡胶 的低 温特性 、弹 性、 耐油 脂性 等,一 般材 料丁 腈橡 胶。 导向块 ,因 导向 块与 限位 臂材料 摩擦 ,故 导向 块的 材料一 般 为 POM 。有 些车 门限位 器 不采用 导向 块的 结构 ,而 采用滚 针的 结构 ,滚 针的 材料一 般采 用 35 钢。 铆钉, 车门 限位 器的 限位 臂与车 门限 位器 安装 支架 用铆钉 铆接 在一 起, 铆钉 的材料 一般 为 45 钢。 限位盒 运动 到限 位器 的最 后开启 角度 后, 通常 有一 个缓冲 块、 一个 限位 用的 钢板和 一个 限位铆 钉, 缓冲 快的 材料 通常采 用丁 腈橡 胶, 限位 钢板的 材料 一般 采 用 DC01, 限位 铆钉 的 材 料通 常 Q235, 也有 的限 位 器没有 这些 零件 。 限 位器 的各 个部 件的 材料并 不是 只有 一种 选择 , 特别是 金属 材料 , 在满 足要 求的情 况下 , 材料和 料厚 都能 选择 其他 的材料 和牌 号。 第 5 页 共 10 页 2.4 车 门限 位器 的表 面处 理 车门限 位器 的工 作环 境比 较恶劣 , 按照 相关 标准 要 求, 车门 限位 器要 能承 受 5% 中性 盐 雾试 验 144 小时 ,这 对限 位器提 出表 面处 理的 要求 。 因 车 门 限位 器 的安 装 支架裸 露 在 外边 , 环境 最 为恶劣 , 通 常镀 锌 黑色 钝 化,以 满 足 相 关标准 要求 。 车门 限位 器限 位盒装 车车 门里 面 , 环 境较 支架比 较好 , 一般 采用 镀锌 彩色钝 化 。 因限位 臂上 经常 包覆 一层 塑料, 工作 环境 相对 来说 处于限 位器 安装 支架 和限 位盒之 间, 但是限 位臂 总用 地方 暴露 出来 , 所 以一 般来 说限 位臂 也要进 行表 面处 理 , 进 行镀 锌彩色 钝 化 。 2.5 车 门限 位器 的密 封 因车门 限位 器限 位盒 内部 涂有很 多润 滑脂 , 以 保 证 限位器 在使 用的 过程 中噪 音低。 故限 位器的 密封 就很 有必 要。 否则经 过一 段时 间使 用, 限位器 限位 盒内 进入 灰尘 , 油 脂的 可搅 拌 性降低 ,限 位器 就会 出现 发涉、 异响 等现 象。 限位 器的寿 命降 低。 限位器 的密 封一 般在 限位 盒与钣 金安 装面 之间 添加 一片带 有单 面胶 的海 绵 , 来 保证车 门 限位器 的密 封, 减少 灰尘 进入限 位盒 ,增 加限 位器 的使用 寿命 。 2.6 车 门限 位器 的操 作力 矩 门 限位 器的 作用 是对 车门的 一些 特定 的位 置进 行限位 , 这样 就要 求车 门限 位器有 一定 的 限位力 矩或 者开 关门 力矩 的要求 。 车门限 位器 的操 作力 矩是 可以计 算出 来的 。 因整 个车 门开启 系统 均 是 相对 铰链 旋转中 心 现进行 旋转 ,故 可以 针对 铰链中 心线 做一 个力 矩平 衡。 车门限位器的操作力 矩计 算过程中要考虑整车 在下 面几个特殊状态下对 车门 限位器限 位力矩 贡献 。 1 ) 整车倾 斜的 时候 ,对 关门 力矩的 要求 。 2 ) 整车上 坡或 者下 坡对 车门 限位器 开关 门力 矩的 要求 3 ) 铰链本 身的 阻力 扭矩 。 4 ) 限位器 安装 支架 与限 位臂 沿铆钉 旋转 的阻 力力 矩。 除此之 外, 车门 铰链 的倾 斜,内 开外 开力 也要 考虑 。 因车门 的操 作力 矩经 过一 段时间 后会 降低 , 故 在设 计的过 程中 , 在 不影 响整 车开关 力的 要求下 ,一 般采 用集 中情 况综合 下最 大的 力矩 。 2.7 车 门限 位器 的曲 线设 计 在 设计 的过 程中 , 车 门限位 器的 很多 零件 均可 以沿用 , 例如 限位器 安装 支架 , 车 门限 位 器限位 盒等 。 限位器 的设 计要 注意 以下 几点: 1 ) 限位臂 旋转 中心 线与 铰链 中心线 平行 。 2 ) 限位器 安装 支架 与铰 链选 装中心 线平 行。 3 ) 限位盒 内滚 针必 须时 刻与 限位臂 曲线 垂直 。 4 ) 限位臂 曲线 所在 平面 必须 与铰链 旋转 中心 线垂 直。 车门限 位器 曲线 的设 计通 常采用 微积 分近 似方 法进 行。设 计方 法按 照如 下步 骤进行 : 1)根 据整 车的 布置 做出 限 位器部 分的 断面 图, 见 图7。 第 6 页 共 10 页 图7 2)假 如车 门限 位器 的开 启 角度为 68 度 。我 们把 车门 开启角 度等 分成17 个 等角 度,每 个角 度为4 度。 见 图8。 图8 3)各 个圆 截得 一段 曲线 。 见图 9 。 第 7 页 共 10 页 图 9 4)把 各段 曲线 连接 起来 便 得到了 限位 器得 曲线 。见 图 10 。 图 10 2 车门限位器的优化 车门限 位器 设计 过程 中, 每一个 阶段 都需 要对 车门 限位器 进行 优化 , 保 证下 一步 的 工 作 能够正 确的 开展 。车 门限 位器的 优化 可以 分为 以下 三种: 第 8 页 共 10 页 3.1 车 门限 位器 曲线 的优 化 车门限 位器 曲线 设计 完成 后, 可 以根 据曲 线对 车门 限位器 曲线 进行 运动 分析 。 如果 出现 车门在 运动 过程 中距 离相 关零件 之间 得间 隙太 小 , 可 以根据 实际 情况 对车 门限 位器曲 线进 行 优化。 在优化 的过 程中 要考 虑一 下几点 : 1 ) 车门限 位器 的任 何部 件与 相关部 件之 间的 距离 最好 保持 10mm 以 上, 最小 不 能少于 5mm。 2 ) 在运动 的过 程中 ,限 位器 曲线与 限位 盒之 间的 间隙 要保 证 1mm 以上 间隙 。 3 ) 可以对 曲线 进行 调整 ,但 是要保 证 1)、 2 )均 能满 足。 车门限位 器曲 线验证 符合 实际要求 后, 可以根 据曲 线进行建 模。 在考虑 关门 的情况下 , 可以把 限位 臂在 一挡 的位 置有个 倾斜 的角 度, 来配 合自动 关门 的趋 势。 3.2 车 门限 位器 限位 臂的 优化 车门限 位器 数模 完成 后, 仍有必 要进 行运 动分 析, 来验证 整个 开门 系统 是否 满足整 车整 车设计 要求 ,当 限位 器限 位臂不 能满 足要 求是 ,对 限位器 本身 进行 优化 。 运动分 析过 程中 要考 虑以 下部分 的内 容。 1 ) 铰链与 车门 限位 器开 关门 角度分 析。 2 ) 车门限 位器 与相 关零 件( 玻璃、 玻璃 导轨 等) 之间 的间隙 分析 。 3 ) 车门限 位器 本身 的间 隙分 析。 限位臂 本身 可以 进行 以下 简单的 调整 ,但 是一 般 要 要求为 : 1 ) 限位器 限位 臂的 宽度 一般 不小 于 10mm 。 2 ) 限位器 限位 臂的 限位 结构 处最厚 部分 一般 在 10mm 左 右。 3 ) 限位器 限位 臂的 限位 结构 处最薄 部分 一般 在 5mm 左 右。 3.3 车 门限 位器 内部 结构 的优化 在车门的 限位 器的限 位力 矩不能满 足要 求是, 可以 对弹性相 交块 进行优 化, 更改橡 胶 的配方 ,或 者直 接更 改限 位块的 硬度 ,来 满足 不同 的限位 力矩 要求 。 在运动分 析过 程中, 如果 限位器本 身干 涉,可 以调 整限位器 的曲 线,也 可以 更改限 位 盒, 在限 位盒 空间或 者强 度允许 的情 况下 , 增 加限 位器限 位盒 的开 口, 但是 一定要 注意 限 位 盒的密 封。 如果限位 器经 过调整 后, 限位盒内 的滚 针与限 位臂 之间的角 度过 小,可 以调 整限位 盒 内支架 的角 度来 满足 限位 臂在限 位盒 内的 运动 的空 间。 4 限位器的失效模式 根据我 公司 这种 车门 限位 器的使 用 , 限 位盒 限位 臂式 车门限 位器 的失 效模 式主 要有以 下 几种, 见 表1。 表 1 第 9 页 共 10 页 项 目 潜 在 失 效模 式 原因分析 临时措施 永久措施 设计注意 1 限位器 异响 导 向 块 与 限 位 臂 接 触 部 位 在 法 线 方 向 不 垂 直。 导 向 块 与 限 位 臂 配 合 处 压紧力 减少 , 增 大 导 向 块 的圆角 半径 。 调 整 限 位 臂 的 曲线 导 向 块 与 限 位 臂 接 触 部 位 在 法 线 方 向 垂直 2 限位器 断裂 、 操作困 难 铰 链 的 中 心 线 与 限 位 臂 转 动 的 中 心 线 不 平 行 调 整 限 位 盒 与 限 位 臂 的 角度; 1 调整限 位盒 与 限位臂 的角 度; 2 调整铰 链与 限 位盒、 限 位臂 的 三者关 系 铰 链 的 中 心 线 与 限 位 臂 转 动 的 中 心 线 平行 3 限位器 支座 变形 限 位 器 支 座 的 强度不 够 更 换 材 料 与 结 构 固 定 方 式 更 换 材 料 与 结 构固定 方式 进行 CAE 分析 4 限 位 器 与 周 边 零 部 件 干 涉 设 计 时 校 核 不 到位 / / 设 计 时 注 意 与 周 边 的 配 合 问 题 , 保 证 各 部 位 的 间 限 至 少 在 5mm 以上 。 5 限 位 器 阻 力 大 4 设计时 阻力 偏 大; 5 耐 久 性 通 不 过, 表面 磨损 严 重; 1 、 减 小 橡 胶 块的弹 性力 ; 2 、 改 进 限 位 臂 表 面 耐 磨 性差; 1 、 减 小 橡 胶 块 的弹性 力; 2 、 改 进 限 位 臂 表面耐 磨性 差; 3 车门限位器的发展趋 势 目前市场 的车 门限位 器主 要还是限 位盒 、限位 臂的 结构,发 展趋 势向更 可靠 、更安 全 来的趋 势发 展。 在欧洲 市场 上扭 杆式 应用 也得到 推广 , 特别是 大众 体系的 产品 , 几乎都 是扭 杆式 。 另 外 在宝马 等豪 华汽 车上 气弹 簧和限 位杆 配合 也有 应用 , 这 种结 构对 噪音 、 可 靠 性、 限位 器寿 命 等都有 很大 的改 观。 第 10 页 共 10 页
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