胡建鋒

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

目前，小團(tuán)體中短途旅行、城郊短途客運(yùn)等市場(chǎng)越來越火爆。針對(duì)市場(chǎng)需求，結(jié)合我司現(xiàn)產(chǎn)品現(xiàn)狀，選定某款輕型客車進(jìn)行乘客門的自動(dòng)化改制。該種外擺式乘客門具有門敞開度大、密封性能好、開關(guān)簡(jiǎn)便、剛度性能高等優(yōu)點(diǎn)。

1 電動(dòng)外擺門約束

電動(dòng)外擺門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束條件有：（1）不允許外擺門自行開啟。（2）在開閉過程中遇到障礙物時(shí)，外擺門應(yīng)能停止關(guān)閉或自動(dòng)開啟。防夾力不大于250N。（3）在車內(nèi)或車外能手動(dòng)操縱緊急開啟裝置。（4）車輛停在20%的上、下坡上，外擺門應(yīng)能正常打開。（5）最小限度的保持車身造型。

2 電動(dòng)外擺門設(shè)計(jì)布置方法

電動(dòng)外擺門系統(tǒng)主要由外擺門本體、擺臂及門泵總成、下平衡桿總成、車身總成組成。設(shè)計(jì)為四連桿機(jī)構(gòu)，車門本體為一桿，擺臂為一桿，下平衡桿為一桿，車身為一桿，四桿之間的連接均采用鉸接連接。如此，確定了車門運(yùn)動(dòng)軌跡的唯一性。

2.1 外擺門設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

理論設(shè)計(jì)中，需確定的外擺門的設(shè)計(jì)參數(shù)如圖1所示。

外擺門門框?qū)挾扔绍嚿砜偛贾么_認(rèn)后輸入，即外擺門本體寬度L與兩倍的外擺門與門框間隙之和（2S＋L）。根據(jù)我司的工藝制造精度水平和與密封條廠家確認(rèn)外擺門密封結(jié)構(gòu)形式，確定外擺門與門框間隙S以及外擺門寬度L。外擺門本體一般采用鋁合金材質(zhì)，在保證門本體剛度及強(qiáng)度的前提下，門本體厚度T要求30mm-40mm。擺臂與外擺門鉸接點(diǎn)A到車門內(nèi)壁距離 e由門上支架的寬度決定，一般在20mm-30mm之間。門泵旋轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)到乘客門一級(jí)踏步側(cè)壁（即電動(dòng)門泵安裝面）距離a是由門泵自身尺寸決定的，可根據(jù)選定的電動(dòng)門泵進(jìn)行實(shí)測(cè)。打開的外擺門停在側(cè)圍外側(cè)，為防止打開的外擺門與車身側(cè)圍外側(cè)干涉，外擺門內(nèi)壁距離側(cè)圍外側(cè)距離C，要求在80mm-120mm之間。C值取小時(shí)，外擺門開度會(huì)稍微增大。外擺門打開時(shí)，左端可留在門框內(nèi)少許，外擺門左端邊緣距離踏步側(cè)壁距離D可根據(jù)門泵安裝尺寸a確定。D值取小值（可直到0）時(shí)，通道尺寸增大；D值取大值時(shí)，對(duì)車門運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)有利。對(duì)于D值，可先確定一個(gè)值，然后進(jìn)行外擺門的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1 外擺門設(shè)計(jì)參數(shù)

門系統(tǒng)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，就是在上述參數(shù)已經(jīng)確定的情況下，將四連桿機(jī)構(gòu)的4個(gè)鉸接點(diǎn)確定下來，即擺臂與門鉸接點(diǎn)A，電動(dòng)門泵旋轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)，下平衡桿與車門鉸接點(diǎn)D點(diǎn)，下平衡桿與車身鉸接點(diǎn)E點(diǎn)。設(shè)計(jì)的外擺門運(yùn)動(dòng)軌跡狀態(tài)，必須要達(dá)到既定的設(shè)計(jì)要求。在尋找鉸接點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程中，會(huì)進(jìn)行外擺門的運(yùn)動(dòng)校核，根據(jù)外擺門運(yùn)動(dòng)過程的姿態(tài)及軌跡，會(huì)反過來修改已設(shè)定的S、L、T、e、C、D這些基本參數(shù)，使得外擺門的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和軌跡符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 外擺門運(yùn)動(dòng)鉸接點(diǎn)位置的確定

2.2.1 門泵旋轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)及擺臂與外擺門鉸接點(diǎn)A的確定

e值設(shè)定為25mm，A點(diǎn)取在外擺門本體中分面上，如此在草圖上確定了A的平面位置。A點(diǎn)在門中分面上，可保證車門前后側(cè)在運(yùn)動(dòng)時(shí)受力均勻，且不使擺臂承受附加力矩。之后采用作圖法來求取O點(diǎn)（圖2所示）。

首先，做出車門開啟后A點(diǎn)的位置A’，連接AA’，作出其垂直平分線m，與距踏步距離為a的直線n相交，則交點(diǎn)即為O點(diǎn)。因?yàn)镺點(diǎn)是電動(dòng)門泵旋轉(zhuǎn)中心，故必須以此點(diǎn)來檢驗(yàn)電動(dòng)門泵是否安裝的下。為此，在圖中畫出門泵的橫截面，檢查與周邊件的間距是否滿足設(shè)計(jì)要求。其外邊緣與車門內(nèi)壁間距f必須能滿足結(jié)構(gòu)的要求（即外擺門密封條放置空間及與門泵的間隙，車門密封結(jié)構(gòu)已確定，間隙要求5mm），則O點(diǎn)即定下來，否則需重新確定。

2.2.2 下平衡桿與外擺門鉸接點(diǎn)D及與車身鉸接點(diǎn)E的確定

由于擺臂與外擺門鉸接點(diǎn) A一般在車門中心偏前的位置，為保證外擺門在運(yùn)動(dòng)過程中平順、穩(wěn)定，應(yīng)盡可能的加大A點(diǎn)和D點(diǎn)的間距，所以，平衡桿與外擺門門鉸接點(diǎn)D，應(yīng)盡可能的布置在車門的左前端，并且越靠前越好，一般設(shè)計(jì)中直接將D點(diǎn)設(shè)置在車門最左端。距離車門內(nèi)壁距離也為e。這樣，D點(diǎn)就確定了。依然采用作圖法求出 E點(diǎn)（圖 3所示）。

圖2 O及A點(diǎn)確定示意圖

首先，做出車門開啟后D的位置D’，連接DD’，作出其垂直平分線K，那么E點(diǎn)肯定在直線K上。此外擺門的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為平行四邊形結(jié)構(gòu)，故過D點(diǎn)作直線平行于直線OA，該直線與直線K的交點(diǎn)即為E點(diǎn)。

圖3 D及E點(diǎn)確定示意圖

3 電動(dòng)外擺門作動(dòng)理論計(jì)算

電動(dòng)外擺門作動(dòng)一個(gè)循環(huán)包括關(guān)閉作動(dòng)過程和開啟作動(dòng)過程。

3.1 外擺門平擺作動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理計(jì)算

擺臂與電動(dòng)門泵螺紋-螺柱配合，螺紋配合面角度40°。外擺門本體總質(zhì)量M1為30.6kg，擺臂總成質(zhì)量M2為6.2kg，上升過程擺臂內(nèi)的加壓彈簧壓縮量L為0.0075m，加壓彈簧彈性系數(shù)k=20000N/m。擺臂及門本體受力分析如圖5所示。

圖5 擺臂及門本體受力分析

圖6 電動(dòng)門泵受力分析

式中N為擺臂及門本體重量；N1、N2是N的分力；F動(dòng)為動(dòng)摩擦力；u為動(dòng)摩擦系數(shù)，取1.4。圖中f為擺臂及門本體所受靜摩擦力。因 N1＜F動(dòng)，可知擺臂與電動(dòng)門泵之間的摩擦是靜摩擦，故電動(dòng)門泵和擺臂相對(duì)靜止。電動(dòng)門泵受力分析如圖6所示。

因擺臂與電動(dòng)門泵相對(duì)靜止，故擺臂施加給電動(dòng)門泵的靜摩擦力 f力值與 N1相等，方向相反。電動(dòng)門泵輸出扭矩3N.m-4N.m。

式中為f1靜摩擦力分力；H1為靜摩擦力力矩；R為電動(dòng)門泵螺柱半徑，值為 0.0135m。因靜摩擦力力矩小于電動(dòng)門泵輸出的扭矩，故可實(shí)現(xiàn)擺臂及門本體跟隨電動(dòng)門泵一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)平擺 。

3.2 外擺門抬升作動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理計(jì)算

外擺門本體總質(zhì)量 M1為 30.6kg，擺臂總成質(zhì)量 M2為6.2kg，上升過程擺臂內(nèi)的加壓彈簧壓縮量L為0.025m，加壓彈簧彈性系數(shù) k=20000N/m，電動(dòng)門泵自身輸出舉升力 T在800N-1000N。此外擺門所需舉升力：

式中g(shù)為重力加速度，取9.8N/kg。

實(shí)際所需舉升力在電動(dòng)門泵自身輸出舉升力范圍內(nèi)，故可實(shí)現(xiàn)外擺門抬升作動(dòng)。

3.3 外擺門20%上坡（坡度11.3°）駐坡作動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理計(jì)算

當(dāng)車輛停在20%上坡上時(shí)，外擺門能正常打開并保持開啟狀態(tài)。外擺門本體總質(zhì)量M1為30.6kg，擺臂總成質(zhì)量M2為6.2kg，上升過程擺臂內(nèi)的加壓彈簧壓縮量L為0.0075m，加壓彈簧彈性系數(shù) k=20000N/m。擺臂及門本體受力分析如圖7所示。

圖7 擺臂及門本體20%坡度受力分析

式中N為擺臂及門本體重量；N1、N2是N的分力；F動(dòng)為動(dòng)摩擦力；u為動(dòng)摩擦系數(shù)，取1.4。圖中f為擺臂及門本體所受靜摩擦力。

因N1＜F動(dòng)，可知擺臂與電動(dòng)門泵之間的摩擦是靜摩擦，故電動(dòng)外擺門可實(shí)現(xiàn)在20%的上坡坡度上電動(dòng)門泵和擺臂相對(duì)靜止。電動(dòng)門泵受力分析如圖8所示。

圖8 電動(dòng)門泵體20%坡度受力分析

因擺臂與電動(dòng)門泵相對(duì)靜止，故擺臂施加給電動(dòng)門泵的靜摩擦力 f力值與 N1相等，方向相反。電動(dòng)門泵輸出扭矩3N.m-4N.m。

式中f1為靜摩擦力分力；H1為靜摩擦力力矩；R為電動(dòng)門泵螺柱半徑，值為0.0135m。

因靜摩擦力力矩小于電動(dòng)門泵輸出的扭矩，故電動(dòng)外擺門可實(shí)現(xiàn)在20%的上坡坡度上擺臂及門本體跟隨電動(dòng)門泵一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)平擺作動(dòng)。

4 電動(dòng)外擺門防夾力設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)上當(dāng)電動(dòng)門在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，防夾力相對(duì)轉(zhuǎn)軸力臂最小，此時(shí)所需防夾力最大。外擺門關(guān)閉狀態(tài)時(shí)擺臂及門本體受力分析如圖9所示。

圖9 關(guān)閉狀態(tài)擺臂及門本體受力分析

根據(jù)力平衡，可知：

其中，f為電動(dòng)門泵與擺臂間的動(dòng)摩擦力；N為擺臂及門本體重量；F為防夾力；u為動(dòng)摩擦系數(shù)，取1.4。由（14）算式計(jì)算出防夾力為41N，設(shè)計(jì)要求防夾力≤100N。故滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

外擺式門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文詳細(xì)闡述了該種車門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，有利于同行業(yè)人參考借鑒。