某型汽车车门限位器结构及布置设计

靳龙，曾昊，李玉奇

（广西科技大学机械工程学院，广西柳州545006）

某型汽车车门限位器结构及布置设计

靳龙，曾昊，李玉奇

（广西科技大学机械工程学院，广西柳州545006）

分析各种因素下车门限位器的布置对其结构和性能的影响，分别对车辆在上、下坡和侧坡工况下限位器的受力进行分析，通过CATIA参数化模型方法计算汽车车门开启力及车门限位器力矩的大小；采用CAD作图法设计限位器臂的轨迹曲线，对设计得出的限位器位置的力臂进行计算验证，从而得知车门限位器的结构及布置位置是否满足实际需求.

限位器；结构设计；受力分析；轨迹曲线

0　引言

汽车车门限位器是车门启闭系统中的关键零件，其设计及布置是否合理直接关系到整车的安全性、车门启闭的灵活性以及NVH特性等，是控制车门开启角度并使车门停留在最大开度位置的装置［1］.主要有盒式限位器、扭杆式限位器和弹簧式限位器3大类，其中，最为常见的是盒式限位器［2］.盒式限位器是一种分体式的限位器，而扭杆式和弹簧式则是和门铰链固定为一体.本文采用CAD作图法求解盒式限位器臂轨迹曲线并通过计算验证其结构设计的合理性.

1　车门限位器结构分析

1．1限位器的布置

车门限位器布置时应保证与周边的零部件存有安全间隙，一般应布置在车门的上铰链与下铰链之间，并且尽量靠近下铰链的位置，但由于车门内其他附件的边界条件限制使得限位器的布置出现偏上或者偏下的现象［3］.在限位器布置时，应该尽量使限位器的旋转中心与铰链转动中心相平行，以免限位器臂与支座发生摩擦而产生异响.限位器的旋转中心到铰链转动中心的距离对限位器的结构设计也有很大影响，如果布置空间狭小，将会影响限位器臂的摆动幅度［4］.因此，车门限位器的布置直接影响到限位器的工作性能，需合理设计车门限位器臂的轨迹，使其达到最优性能状态.

1．2建立限位器的力学模型

车门限位器的功能就是控制车门打开的程度，在车门启闭过程中，车门钣金上的限位器盒拉动限位器臂绕限位器旋转中心转动，限位器本身在此过程中作为二力杆起到控制车门开度的作用［5］.在车门开启到一定角度的情况下对车门进行受力分析如图1示.

图1　车门受力分析Fig．1 Forceanalysis

由以上分析可得：

其中：F1——限位器产生的力；

L——限位器的力臂；

F2——车门开启力；

L′——铰链轴心与车门开启力的力臂；

M阻——车门铰链等各零部件对车门产生的阻力矩；

M重——车门倾斜时其重量引起的力矩.

车门铰链等各零部件对车门产生的阻力相对来说较小，在实际设计过程中可以忽略不计.重力对铰链中心线的力矩大小受到不同路况的影响而不同，可分为平路和斜坡2种情况考虑.就目前我国汽车现状来看，大多数汽车厂家在计算重力矩时一般对汽车在上下坡和侧坡的情况分开考虑［6］，也有一部分厂家在考虑上下坡的基础上再考虑侧坡的复杂情况.现采用CATIA参数化模型方法对某汽车整体绕X轴旋转5.6°和车辆在10°及12°的上下坡路况时不同车门开启角度产生的重力矩进行计算，如图2、图3所示.

图2　车门在侧坡面上产生的重力矩Fig．2 O n the side slope of torque

图3　车门在上下坡面上产生的重力矩Fig．3 O n the downhillof torque

1．3限位器力矩计算

根据限位器产生的力以及限位器的力臂可以求得限位器力矩M限：

对限位器本身进行受力分析如图4所示，可以求出限位器产生的力F1与限位器有效分力F1′之间的关系.

图中：F1——限位器产生的合力；

F1′——限位器有效分力；

F1″——限位器离心分力；

θ0——限位器初始位置时限位器盒中心和铰链转动中心连线与限位器旋转中心和铰链转动中心连线的夹角；

θ——开门角度与初始角度的和；

图4　车门限位器受力分析Fig．4 The lim itstressanalysis

2　限位器臂轨迹曲线的设计

限位器臂的设计主要包括限位器臂的轨迹曲线设计以及形状设计.限位器臂的运动存在于门钣金内部，而门内有玻璃升降器、玻璃等车门附件，限制了限位器臂的运动空间，如果限位器臂设计不规范有可能和其他车门附件发生干涉而不能正常工作，臂之间的间隙要保证1mm以上的情况下对限位器臂轨迹曲线进行优化使其更加符合实际要求［7］.因此限位器臂的轨迹曲线设计在整个限位器装置设计中是非常关键的一步，限位器臂的轨迹曲线可以通过微积分近似方法、方程式计算求解法、运动模拟法和作图法等各种方法求得，本文通过CAD作图法确定限位器臂的轨迹曲线，其步骤如图5～图6所示.

图5　CAD作图法（步骤1）Fig．5 CAD graphic method（Step 1）

图6　CAD作图法（步骤2）Fig．6 CAD graphic method（Step 2）

图7　CAD作图法（步骤3）Fig．7 CAD graphic method（Step 3）

3　限位器力臂验证

图8　限位器臂对铰接转动中心的力臂分析Fig．8 Analyzing thearm of force

在得到优化后的限位器臂轨迹曲线后需对其进行力臂验证.如图8所示，已知铰链转动中心与限位器盒中心之间的距离铰链转动中心与限位器旋转中心之间的距离以及限位器初始位置时限位器盒中心与铰链转动中心的连线和限位器旋转中心与铰链转动中心的连线的夹角θ0.通过以下公式即可验证车门限位器的布置是否合理.

根据余弦定理可得：

根据勾股定理可以求得：

由此可得：

4　结论

通过CATIA参数化模型方法对车门限位器在不同路况下的受力情况进行计算，得到了车门限位器产生的力F1与限位器有效分力F1′之间的关系，采用CAD作图法设计出限位器臂的轨迹曲线，是限位器装置设计的关键环节；通过对车门限位器的力臂计算，可验证车门限位器的布置位置是否合理，同时为进一步的运动仿真分析奠定了基础.

［1］刘遗勋，曹春生.浅谈车门限位器的设计［C］//河南省汽车工程学会，第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集.许昌：［出版者不详］，2012．

［2］田永，韦俊．汽车开闭件系统的功能与管理［J］．汽车与配件，2013（10）：48－50．

［3］姜明，朱敬鹏，孙兆有，等．车门限位器布置及运动校核浅谈［C］//中国汽车工程学会，中国汽车工程学会年会论文集.北京：［出版者不详］，2013．

［4］雷学明，班正逸，周利民．车门限位器布置设计［J］．汽车实用技术，2014（1）：29－32．

［5］王峻峰，刘莹，乔鑫．汽车车门限位器力矩曲线有限元分析［C］//中国汽车工程学会，中国汽车工程学会年会论文集.上海：［出版者不详］，2014．

［6］袁利东，林贤坤，汪铁丰．自卸车举升结构三角臂优化设计［J］．广西科技大学学报，2014，25（2）：64－67．

［7］丁光学．限位器臂杆结构与侧门限位能力的计算应用［J］．科技创新与应用，2016（9）：11－13．

（学科编辑：黎娅）

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年度广西高等教育本科教学改革工程项目(2015JGA265)资助.

靳龙，硕士，副教授，研究方向：机械设计与制造，E-mail:450764882@qq.com.