第八章车门部件结构设计DOC.docx

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第八章车门部件结构设计

§8-1概述

车门是汽车车身的主要部件之一，它不仅为司乘人员上下车提供方便的条件，而且与整车动力性（空气动力性）、舒适性（风流噪声、密封等）和使用性能（开启方便灵活）等有着密切的关系，同时对整车造型起着协调作用，并直接影响车身外形的美观。

一、车门的结构型式——分类

现代汽车的车门结构型式很多，一般可按下述几种方式进行分类：

1．按运动形式，分为：

①旋转式

②平移式——拉门、外摆式车门（外移门）等。

2．按结构，分为：

·无骨架式——车门由内外两部分冲压钣件组焊而成，大部分司机门、

折叠门均采用此结构；

·有骨架式——车门内外蒙皮焊接在骨架上——外摆式乘客门。

3．按门叶的数目，分为：

·单叶式（单扇门）——如司机门、安全门、单叶乘客门等；

·双叶式——乘客门

·四叶式——四叶式折叠门（两叶一组），主要用于城市客车。

各类车型的驾驶员用门，货车及轿车车门多为旋转式，开门方向可以向前（顺开），或往后（逆开）。

顺开门在行车时较为安全。

平移门（外移门）主要用于客车的乘客门。

4．按有无运动轨道，分为：

有轨式、无轨式

二、对车门设计的要求

1．具有必要的开度，并能使车门停在最大开度上，以保证上、下车方

便；

2．安全可靠。

关闭时能锁住，行车或撞车时不会自动打开；

3．开关方便，操纵方便——升降玻璃，锁止等，或在低气压下（≤0.3MPa）

也能开启灵活;

4.具有良好的密封性——涉及密封胶条特性、设计精度、间隙大小、配

合精度等；

5．具有足够的刚度，不易变形下沉，行车时不振响；

6．制造工艺好，易于冲压成形，便于安装附件和维护调整；

7.外形上与整车协调；

8．操纵机构必须易于接近，便于调整保养。

§8-2气动双扇折叠门设计

主要用于中、大型客车的乘客门。

一、特点：

①乘客门由两叶门扇组成，相互用铰链联接；

②由气动门泵驱动，实现关、闭；

③适用于远距离操纵。

——大量中低档客车使用。

优：

·结构简单，制造方便，成本低；

·操纵方便——只需驾驶员控制气源开关；

·开启、关闭可靠；

缺：

·密封性较差——上、下门缝和门轴处密封困难；

·门开启、关闭将占用一定的踏步空间——使踏步台阶削去一块；

·难以与车身外形协调；

·门开启、关闭过程中噪声较大。

由于上述缺点，限制了这种门在中、高档客车上的使用，但因结构简单、成本低、可靠，目前在中、低档大客车——长途、团体、城市客车上得到了广泛采用。

二、车门的自锁与摩擦角

1．导向机构设计

①滑块导向

滑块导向的折叠门简图如图所示，取滑块为分析对象：

折叠门结构简图滑块受力图

驱动作用力：

Q=Q′——驱动力

摩擦力：

F=Q·sinθ=Q′·sinθ

当驱动力Q足够大且保持不变时，F随偏角θ↑而逐渐↑，F→Fmax的偏角θ在力学上称为摩擦角，用φm表示。

只要：

θ≤φm，则无论F怎样大，滑块都保持静止状态→自锁现象。

当θ再增大，滑块将沿导轨运动。

摩擦角φm的大小与滑块及导轨材料和表面状况——粗糙度、温度、湿度等有关。

常用材料的摩擦角见表：

常用材料的摩擦角

材料名称

无润滑剂

有润滑剂

静摩擦系数

摩擦角φm

静摩擦系数f

摩擦角φm

钢—钢

0.15

8°32′

0.1～0.12

5°43′～6°51′

钢—铸铁

0.30

16°42′

钢—青铜

0.15

8°32′

0.1～0.15

5°43′～8°32′

②滚轮导向

将图中的滑块换成滚轮,以滚动代替滑动,可大大减少摩擦阻力。

受力分析如图。

滚轮在驱动力Q作用下临界滚动时:

θ=φm——偏角=摩擦角

θ′sinθ·R=θ′cosθ·δ

联解上两式得：

φm=arctg

式中：

R——滚轮半径；

δ——滚动阻力系数，对钢质导轮和

钢轨：

δ=0.5。

则摩擦角：

φm=arctg

一般，随R↑→φm↓。

见下表：

滚动摩擦角（钢轮——钢轨）

滚轮半径Rmm

4

5

6

8

10

15

20

摩擦角φm

7°08′

5°43′

4°46′

3°35′

2°52′

1°55′

1°26′

折叠门不发生自锁的条件：

（不被卡死）

θ>φm——偏角θ>摩擦角φm

可见，只要所选的偏角符合上述条件，即可保证折叠门不发生自锁。

因此，θ角的选定是折叠门设计的关键问题之一。

折叠门的死域S：

S的最小值Smin与摩擦角φm的关系为：

Smin=2Lsinφm

式中：

L——折叠门单扇宽度，mm。

上式表明，当门单扇宽度确定后为克服车门自锁所必须的最小死域Smin由摩擦角φm所决定。

由滑动摩擦角和滚动摩擦角的表中数值比较可知：

一般情况下：

φm滚<φm滑

所以：

①采用滚轮导向是减少车门死域S，提高车门开度的一个有效

措施。

②车门能否自锁仅与偏角θ的大小有关，与驱动力（门泵）Q的

作用位置和方向无关。

可见，在设计折叠门时，设置产生驱动力Q的门泵只须从省力和具体运动结构方面去考虑，而无须考虑车门的自锁。

同时，采用滚轮导向，可以提高车门开度。

三、传动机构设计

折叠门的传动机构设计可以采用作图法和解析法。

作图法——作图工作量较大，误差较大。

原因：

运动过程中，机构的受力情况不断变化，影响机构受力情况的参数很多。

此外，存在不可避免的作图误差。

解析法——可对整个运动循环的一系列位置进行分析，使设计者了解传动机构各参数变化时对传动机构受力情况的影响，为改进设计提供依据。

缺点：

计算工作量大，必须借助计算机完成。

1．计算模型建立

①基本假设：

a）车门及各受力杆件均为刚性体；

b）忽略各传动副的内摩擦；

c）不考虑制造和安装误差。

②建立数学模型：

图中：

1-主门板；2-副门板；3-气缸；R—车门关闭度；

A、B—门泵尾部安装尺寸；

x、c—活塞杆端部连接点位置尺寸；

Q—门泵活塞推力；

F—与乘客接触的门板边缘作用力。

根据基本假设，可把折叠门传动机构简化为图示平面运动机构模型来进行研究。

1°建立门泵固定端位置尺寸B的函数关系式：

设：

车门全开情况下，φ=φ0≥φmS=S1

而：

B2=X·cosφ+C·sinφ

B1=[S2-（A+X·sinφ-C·cosφ）2]1/2

则：

B=X·cosφ0+C·sinφ0+[S12-（A+X·sinφ0-C·cosφ0）2]1/2

···①

若令：

φ=90°，即可求得关闭时的B值，此时S=S2。

B90°=C+

2°建立门泵长度的函数关系式：

将①式展开得：

S21=A2+B2+C2（sin2φ+cos2φ）+X2（sin2φ+cos2φ）

+2X（Asinφ-Bcosφ）-2C（Acosφ+Bsinφ）

由三角函数基本关系知：

sin2φ+cos2φ=1

∴S1=[A2+B2+C2+X2+2X（Asinφ-Bcosφ）-2C（Acosφ+Bsinφ）]

……②

3°建立力的函数关系式：

由受力图，对0点取矩：

T·sin2φ·L=Q·cos（180°-θ0-θ1）·X+Q·sin（180°-θ0-θ1）·C·····③

展开得：

2TLsinφcosφ=-Q（cosθ0cosθ1-sinθ0sinθ1）·X

+Q（sinθ0cosθ1+cosθ0cosθ1）·C

······③′

根据力的平衡可得：

T′sinφ=F+N·f，T′cosφ=N……④

∵cosθ0=

，sinθ0=

由余弦定理得：

而T=T′

将上面关系式代入③、③′式，整理后可得：

……⑤

当车门全部关闭时，设S=S2，由图根据几何原理可得：

∵cosα=

，sinα=

∴P·L=Q·cosα·C+Qsinα·X

=Q·

·C+Q·

·X

而：

S2=

……⑥

当车门全部关闭时，车门的锁止力P为：

P=Q·

=

……⑦

2．求解方法

①约束条件

1°行程门泵一旦选定，门泵尾部到活塞杆端部的长度S的最大值

Smax，最小值Smin即定。

为保证最大开度，应使S1>Smin；

考虑一定余量，取：

S1=Smin+5mm；

为保证车门能完全闭合，应使S2

考虑一定余量，取：

S2=Smax-5mm；

为充分利用门泵行程，取约束条件：

Smax-15mm

2°乘客门的开启条件

由式④知，tgφ=

，即tgφ0>f0

因此，车门处于最大开度情况下不能自锁。

根据要求，车门在气压0.3MPa的情况下，应能启闭灵活。

由于结构和制造精度等方面的原因，考虑到一定的余量。

取：

F≥2N来控制。

3°乘客门安全条件的限制

按有关标准，在正常的气压条件（0.6MPa）下，开启或关闭车门的力达135～155N时，乘客门应回复到初始位置。

国际公共汽车研究委员会指出，把一个直径为100mm外裹编织物的圆柱体挤压在关闭的门扇页之间，用少于180N的力能取出它。

为此，规定：

在：

sinφ=（1-

）时，车门边缘的推力F应小于155N。

另外，在危险情况下，应保证乘客或救援人员在车内和车外能强行打开车门。

因此，门泵压力在0.6MPa时，求得的车门锁止力：

P<300N。

②程序编制

按以上所建数学模型，编制计算程序。

③数据输入

1°输入车门开度角φ0——φ0的值根据车门的结构而定。

一般：

φ0>φm——自锁角

2°输入φm=arcsin（1-

）——确定在正常气压0.6MPa关闭时，车门边缘的作用力；

3°输入门泵推力Q1（气压0.3MPa）、Q2（气压0.6Mpa），以及门泵最小长度Smin和最大长度Smax；

因为门泵一旦选定，在气压一定的情况下推力Q一定，Smin、Smax一定。

4°输入折叠门单扇宽度L和门上门泵安装点距门的距离C。

L、C值可根据需要确定。

5°为选择满足约束条件的X值和A值，将X、A作为循环变量输入。

设：

循环变量X的初值为X1，终值为X2，增量ΔX；

循环变量A的初值为A1，终值为A2，增量ΔA。

四、车门关闭速度分析

对②式求导，可得车门运动速度方程，即车门速度随开度角φ的变化关系。

该部分的内容由大家自学推导。

最后可得：

当φ大于某值时，恒有：

cosφ

+arctg

）

即在φ大于某值时，恒有：

可见，当φ大于某值时，关门速度随着φ角的增大而↓，满足国际公共汽车研究委员会提出的“关门速度要适中，在最后的1/3段要逐渐减速”的要求。