车门铰链做为链接车身与车身重要零件,它的主要作用是:保证和保持车门相对与车身的位置,保证和便于车门的开合。铰链除满足必要的功能性作用外,还要考虑人机工程,造型分缝,车门下垂等问题。
1车门铰链一般设计开发流程(见图1)
2铰链的基本介绍
2.1车门铰链形式
铰链有明铰链与暗铰链之分,暗铰链比较常用,且有内开式与外开式两种运动形式。根据铰链结构形式,铰链可分为冲压式、焊接式,固定式,整体式,可拆卸式等。
2.2车门铰链固定形式
门铰链一般采用三种连接方式:a.与车身与侧围采用螺栓连接方式;b.与车门采用焊接,与侧围采用螺栓连接方式;c.与车门,侧围采用焊接连接方式;
2.3铰链轴线参数
A.车身内,外倾角:铰链轴线在x=o平面上投影与Z轴之间的夹角,建议内倾角不超过2度;-般没有外倾角。b.车门前,后倾角:铰链轴线在Y=O平面上投影与Z轴之间的夹角,建议前,后倾角不超过2度;c.门铰链最大开度角:车门铰链所能开启最大角度值,如带限位器铰链,最大角度值制造误差为±3度;d.车门最大开度值:车门所能打开角度值,一般是指限位器最大开启角度值,开启角度值制造误差为±3度;e.上下门铰链中心的距离:上下门铰链中心距离一般与车门自重,分缝线的曲率及固定立柱的外形等有关。
2.4门铰链的运动干涉检查
铰链必须保证车门从闭合到铰链最大开启角度+3度过程中不与车身上任何部位发生干涉;在运动中,车身与车门最小间隙:设计门缝间隙4mm时,最小间隙为1.8—2.5mm,最小间隙一般出现在车门开启(3度一8度)及车门外板最大凸弧面处。
前门开启角度一般不小于60度,极限的超程角度为64±3度;后门开启角度一般不小于66度,极限超程角度为70±3度:
车门打开过程中,不能和铰链本体及铰链本体固定螺栓干涉,推荐最小间隙3-5mm。
2.5门铰链轴线优化
在正向设计车门过程中,根据外造型和车门分缝线。铰链位置的确定步骤如下:
第一步:选定铰链的结构形式与安装方式;
第二步:初步指定铰链的倾角,然后把上下铰链安装在适当位置上,同时检查铰链车门旋转到最大开度加超程角过程中,保证车门与车身不干涉,车门外板与铰链本体不干涉;铰链验证时,要考虑生产中可能的误码差,一般铰链轴线的验证时按(X:±2mm:Y:±1mm)进行;如图2所示。
3铰链布置研究
3.1确定铰链结构形式
根据前期输入车门的尺寸、重量初步确定铰链的结构形式,确认能否沿用现有产品。
3.2铰链间距的设定(HINGESPREAD)
如果空间允许,铰链间距设置得越大越好。越大,铰链“X向”受力越小,同时,也可以有效地防止门下垂。可实际设计中,由于受到各种条件的制约,比如车身外部造型、A柱B柱的形状等,常导致铰链间距无法设置得足够大:但经验表明,无论如何,“铰链间距HS(hingespread)”与“铰链锁柱间距DL(doorlength)”的比值不应小于1/3:示例见图3。
3.3确认门铰链的最大开启角度(MAXOPENINGANGLE)
铰链最大开启角度是由门的开度决定的:门的开度设定一般由总布置工程师来完成,在造型设计时初步的可行性分析时考虑上下车的空间是否足够、仪表板的进出的可行性、以及相应A、B柱结构的可行性时,即确定了门车的开启角度。目前统计各车型门开度统计表见图4。
根据总布置要求的门开度,确认铰链要求达到的最大开度。通常情况下我们选取铰链的最大开启角度要比门的开度大8度,即:MAXOPENINGANGLE≥DOOROPENINGANGLE+8
并且在门闭合的时候,铰链的不能自身干涉,通常情况下铰链也要有3度以上的夹角。
3.4铰链与周边的布置关系
主要看门在开关的过程中铰链与门、门与翼子板、门与侧围之间的关系是否满足要求,同时还要考虑密封条安装的可行性及密封条的性能能否保证。铰链在安装时,安装工具是否可以正常操作。从而初步布置出图5所示的断面。
如果以上没有问题,我们就初步确认这个铰链,如果不合适必须进行新开发,但是此阶段要确认新铰链的初步的断面分析,直到合适为止。
以上是对铰链初步布置进行的分析,以上初步确定后,即可确定铰链是否可以沿用已有的铰链,如果已有的铰链各条件均满足要求,则可以采用已有的铰链。这时只要进行CAE分及试验验证即可。如果,已有的铰链无法满足要求,则要进行以下的工作。
4铰链结构设计
4.1确定铰链的详细内部结构
确定铰链共有几部分组成,各部分材料、料厚、结构形式、尺寸。此处要求铰链的结构要做成带参数的铰链。
4.2完成铰链各部分的数模
4.3铰链校核
a.确定铰链的材料与料厚:一般情况下冲压式铰链的料厚为:5.Omm。材料为:SPHC,对于门较大很重的门材料用:SAPH340。国内因为生产制造的原因不推荐使用SAPH400及更高硬度材料目前,世界铰链的材料趋势是:SAPH440。b.角度,尺寸:c.CAE分析强度与耐久性,门下垂分析等;d.与供应商共同确定,结构设计的工艺可行性;e.在铰链页板上,是否为紧固螺栓留有足够接触平面,及螺栓装配后残余力矩;f.门全开后,门与铰链的间隙是否足够;g,确定铰链安装时的门状态及安装工具是否可以正常操作。
4.4完成详细的铰链图纸与技术要求
5车门铰链设计总结与注意事项:
铰链轴线的设定:虽然原理和程序非常简单,就是不断地试,但真正设定一个合理的轴线是一件非常枯燥烦琐的事,既要照顾到门与A、B柱的间隙,还要照顾到门与铰链的间隙:而且没有捷径可寻。在设计过程中,尽量请教一些有经验的老工程师。铰链的校核:校核的内容要方方面面的考虑,要进行旋转干涉校核,安装可行性校核、冲压可行性校核,还要进行相关部件的结构可行性校核,比如铰链这样设计,铰链加强板、铰链安装板能否有空间?A、B柱的形状是否可行?这些都需要和相关工程师进行深入探讨。铰链的设计是后续结构设计的基础,因此必须小心谨慎、通盘考虑;一旦发现铰链的设计有误,往往意味着车门所有的结构设计等于白做。