第八章车门部件结构设计

1、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：a）水平旋转式一常见的司机门、折叠门、内摆门等； 旋转式1 b）垂直旋转式一近年轿车上出现的向上前方旋转的车门c）翼开式一近年轿车上出现的一种向上旋转开启的车门 平移式一一拉门、外摆式车门（外移门）等。2. 按结构，分为：

2、无骨架式一一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；有骨架式一一车门内外蒙皮焊接在骨架上一一外摆式乘客门。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;'旋转式 平移式旋转式双叶式一一乘客门 折叠式一旋转折叠（两叶一组）平移式一双叶外移门（一前一后）叶式一一四叶式折叠门（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

3、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，操纵方便一一升降玻璃，锁止等，或在低气压下（彡0. 3mpa） 也能开启灵活；4. 具有良好的密封性一一涉及密封胶条特性、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，行车吋不振响；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： 乘客门由两叶门扇组成，相互用铰链联接； 由气动门泵驱动，实现关、闭；

4、 适用于远距离操纵。一一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：密封性较差一一上、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 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：滑块受力图折叠门结构简图驱动作用力: 摩擦力：q二 q'驱动力f=q sin

5、0= q' sin 0的偏角当驱动力q足够大且保持不变时，f随偏角e t而逐渐t , f->fm 0在力学上称为摩擦角，用i表示。只要：0则无论f怎样大，滑块都保持静止状态一自锁现象。当e再增大，滑块将沿导轨运动。摩擦角i的大小与滑块及导轨材料和表面状况一一粗糙度、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静摩擦系数f摩擦角巾，钢一钢0. 158o 32'0. 1 0. 125° 43'6° 51'钢一铸铁0. 3016° 42r钢一青铜0. 158° 32&#

6、39;0. 1-0. 155° 43'8° 32' 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作用下临界滚动吋：一一偏角=摩擦角0 sin 9 r= 9 cos 9*6联解上两式得：m=arctgr式中：r滚轮半径；s一一滚动阻力系数，对钢质导轮和钢轨：s=0. 5。则摩擦角：4)m=arc tgr一般，随r t 巾。见下表：滚动摩擦角（钢轮一一钢轨）滚轮半径r mm4568101520摩擦角7° 08z5o 43'4° 46'3o 35'2° 52z

7、lo 55'1° 26'折叠门不发生自锁的条件：（不被卡死）0 >4)偏角0摩擦角4）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 0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与摩擦角的关系为：smin2lsin 4 m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 由摩擦角吣所决定。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：小，滚小m滑所以：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。车门能否自锁仅与偏角e的大小有关，与驱动力（门泉）

8、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。解析法一一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 基本假设：a）车门及各受力杆件均为刚性体；b）忽

9、略各传动副的内摩擦；c）不考虑制造和安装误差。 建立数学模型：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 行研宄。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一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。建立门泵固定端位置尺寸b的函数关系式:车门全开情况下，s=sib2=x cos 巾 +c sin 巾bi=s2- (a+x sin 巾-c cos 巾)212则：b=x *cos 小o+c *sin 4)o+si2- (a+x *sin 巾0-c *cos 巾 o)21 2(!)若令：4)=90&

10、#176; ,即可求得关闭时的b值，此时s=s2obgo0 =c+ a+2°建立门泵长度的函数关系式：将式展开得：s2fa2+b2+c2 （sin24>+cos2（b ） +x2 （sin2+cos2巾） +2x （asin（1）-bcos（1） 2c （acos 巾+bsin 巾）由三角函数基本关系知：sirf +cosl（b=ls】=a2+b2+c2+x2+2x （asin4）-bcos4） -2c （acos 巾+bsin 巾）3°建立力的函数关系式：由受力图，对0点取矩：t sin2(t).l=q .cos(180o -90-9 丨)-x+q sin(180&

11、#176; -0o-0 丨)*c 展开得：2tlsin(1)cos 4>=-q (cos 0 ocos 0 isin 0 osin 9 i) x+ q (sin 9 ocos 0 i+cos 0 ocos 0 i) c根据力的平衡可得：tf sin(l)=f+n f, cos 0(f '=vx2+c2t cos4)=n sin 9 o-xvx2+c2由余弦定理得:cos 3,x2+c2+52-(a2+b2)2sa/x2+c2v452(x2 +c2)-(x2+c2+52-a2-b2)2sa/x2+c2而 t=t将上面关系式代入、'式，整理后可得：w-/)q7x2+c2-(x

12、2+c2+s2-a2-b2)/2-s2lsm(/>当车门全部关闭时，设s=s2，由图根据儿何原理可得: p l=q cos cib-csin ci =s2c+qsina *x=qa+x"7b-c而：s2=v(?4+x)2+(fi-c,)2当车门全部关闭时，车门的锁止力pa:p=q c*(a+x) + a>(s - c)lvs2=q(ca +训lj(a+x)2 + (b-c)22. 求解方法约束条件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s,>smin；考虑一定余量，取：si=smin+5m

13、m;为保证车门能完全闭合，应使s2<smax；考虑一定余量，取：s2=sinax-5mm；为充分利用门泵行程，取约束条件：smax-15mm<s2<smax-5mni2°乘客门的开启条件由式知，ip tg*（）>£（）n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彡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 135155n时，乘客门应回复到初始位置。国际公共汽车研究委员会指

14、出，把一个直径为wonrni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:sin4>= （1-苎）时，车门边缘的推力f应小于155n。l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吋，求得的车门锁止力：p<300no 程序编制按以上所建数学模型，编制计算程序。 数据输入1°输入车门开度角4）。一一吣的值根据车门的结构而定。一般：巾。巾m自锁角2°输入4>m=arcsin （1-巧）确定在正常气压0. 6mpa关闭吋，车门l边缘的作用力;3°输入门栗推力qi （气压0. 3mpa）、q2 （气压0. 6mpa），以及门栗最小 长度smin和最大长度smax;因为门泉一旦选定，在气压一定的情况下推力q 定，smin、sn 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