張光宇，于洪亮，閆博，李沖天

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一種軍用卡車(chē)頂窗蓋鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

張光宇，于洪亮，閆博，李沖天

（陜西重型汽車(chē)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

軍用頂窗蓋是汽車(chē)的重要組成部分，它不僅為駕駛室通風(fēng)和士兵觀察地形提供方便，更是逃生的重要通道。其鎖緊機(jī)構(gòu)的操縱便利性、可靠性顯得尤為重要。文章涉及一種汽車(chē)頂窗蓋的鎖緊機(jī)構(gòu)。該鎖緊機(jī)構(gòu)利用滾輪結(jié)構(gòu)減小鎖柱與簧片之間的摩擦力，同時(shí)使用彈簧結(jié)構(gòu)對(duì)縱向壓緊力進(jìn)行補(bǔ)償，使用起來(lái)更加省力并能夠快速的鎖緊和打開(kāi)頂窗。

頂窗蓋；鎖緊裝置；彈簧；滾輪

前言

民用卡車(chē)天窗普遍啟動(dòng)方式為用起翹機(jī)構(gòu)或氣撐桿，使天窗后部起翹，前部開(kāi)啟，打開(kāi)角度較小。其基本功能為去除駕駛室內(nèi)污濁空氣，使駕駛室內(nèi)陽(yáng)關(guān)充足，并且保證駕駛員的頭腦清醒提高行車(chē)安全系數(shù)。軍用卡車(chē)天窗在兼顧民車(chē)天窗功能外，還必須具有逃生功能，以及為士兵觀察地形提供窗口。其鎖緊機(jī)構(gòu)操作便利性、可靠性顯得尤為重要。故設(shè)計(jì)該鎖緊機(jī)構(gòu)。

1 鎖緊機(jī)構(gòu)形式

1.1 鎖緊機(jī)構(gòu)工作內(nèi)容

根據(jù)頂窗蓋靈活開(kāi)啟關(guān)閉的要求，以及駕駛室內(nèi)空間相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體包括：

1）鎖緊機(jī)構(gòu)零部件剛強(qiáng)度滿(mǎn)足各種工況的使用要求。

2）鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)置限位裝置，處于開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，保持機(jī)構(gòu)限位可靠性。

3）鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行省力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且保持結(jié)構(gòu)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

4）鎖緊機(jī)構(gòu)手柄需考慮人機(jī)交互性，且必須保證乘員頭部空間。

1.2 鎖緊機(jī)構(gòu)工作原理

如圖1所示，彈簧片通過(guò)六角沉頭螺栓固定在固定支架上，組成鎖緊機(jī)構(gòu)的限位部分，黃銅滾輪通過(guò)六角頭螺栓與手柄連接，擋塊和彈簧通過(guò)鎖緊螺栓與手柄連接，組成鎖緊機(jī)構(gòu)的手柄操作部分。擋塊與鎖緊螺栓為固定連接，保證手柄可以進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。鎖緊機(jī)構(gòu)的限位部分與頂蓋圈梁固定連接，鎖緊機(jī)構(gòu)的手柄總成與天窗蓋固定連接。在使用時(shí)將天窗蓋關(guān)閉，然后操作鎖緊機(jī)構(gòu)的手柄，將天窗蓋鎖緊。

圖1 鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 鎖緊機(jī)構(gòu)總成及零部件

圖2 鎖緊機(jī)構(gòu)拆解示意圖

1六角沉頭螺栓 2 固定支架 3 簧片 4 六角頭螺栓 5墊片6 黃銅滾輪 7 擋塊 8手柄 9彈簧 10墊片11鎖緊螺栓

2 鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)操縱裝置的原則可知，操作裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)使操作者安全、準(zhǔn)確、迅速、舒適、方便的操作，不產(chǎn)生早期疲勞。

2.1 鎖止手柄設(shè)計(jì)

圖3 手柄示意圖

如圖3所示，參考汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)，根據(jù)人手尺寸，設(shè)計(jì)出鎖柄直線長(zhǎng)度為90毫米，隔套高度為18毫米，鎖柄至頂窗蓋內(nèi)襯最小距離為22.2毫米，依據(jù)頂窗蓋部位空間設(shè)計(jì)出如圖形狀。通過(guò)三維數(shù)模裝配后分析，手柄位置最低點(diǎn)位于頂蓋窗塑料把手最低點(diǎn)之上，手柄運(yùn)動(dòng)校核后與除限位器外其它邊界不發(fā)生干涉現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)際裝車(chē)驗(yàn)證，手指位置距頂蓋內(nèi)襯空間余量5毫米，手指處無(wú)干涉情況。扳動(dòng)手柄時(shí)，鎖柄直線段有余量10毫米，滿(mǎn)足使用。且手柄位置高于頂窗蓋把手的最低位置，不傷害乘員頭部空間。

2.2 省力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

普遍鎖緊機(jī)構(gòu)限位執(zhí)行器與限位器是采用滑動(dòng)摩擦的連接形式，如圖4所示該機(jī)構(gòu)選用滾輪設(shè)計(jì)，將滑動(dòng)摩擦化為滾動(dòng)摩擦，大大降低摩擦產(chǎn)生的影響。滾輪材料選用黃銅材質(zhì)，具有耐磨可靠的力學(xué)性能，確保長(zhǎng)時(shí)間使用鎖緊機(jī)構(gòu)后，限位執(zhí)行器仍可以正常使用。該結(jié)構(gòu)限位器選擇彈簧片結(jié)構(gòu)，可以補(bǔ)償螺旋彈簧產(chǎn)生的軸向壓力，同時(shí)具有限位快速、可靠的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)裝車(chē)驗(yàn)證，該鎖緊機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足正常使用要求。

圖4 限位器與限位執(zhí)行器示意圖

2.3 補(bǔ)償力設(shè)計(jì)

該補(bǔ)償力機(jī)構(gòu)由鎖桿、墊片及螺旋彈簧組成，起到了降低零部件誤差以及裝配誤差產(chǎn)生的影響。其核心部件為螺旋彈簧，需具有承受手柄自重以及壓緊手柄的功能。結(jié)合手柄重量0.5Kg和車(chē)輛各種工況，初步設(shè)計(jì)彈簧預(yù)緊力為三倍手柄自重15N。初始條件最小工作載荷為20N。

初始條件最小工作載荷P1為20N；最大工作載荷P2為80N；工作行程h為5毫米；彈簧外徑D2為16毫米；彈簧類(lèi)型為Ⅱ類(lèi),疲勞次數(shù)為103—106次；端部結(jié)構(gòu)為端部并緊磨平，支撐圈為1圈；彈簧材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼絲C級(jí)。

彈簧材料直徑d及彈簧中徑D與有關(guān)參數(shù)

根據(jù)初始條件查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：

經(jīng)校核彈簧變形量、彈簧特性、共振驗(yàn)算、疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算及穩(wěn)定性驗(yàn)算，以上出初算數(shù)據(jù)滿(mǎn)足要求。通過(guò)裝車(chē)驗(yàn)證，彈簧補(bǔ)償力滿(mǎn)足正常操作使用。圖5為彈簧工作圖。

3 結(jié)論

該鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊促，安全可靠，并且能夠直接提升人機(jī)系統(tǒng)的工作效率。其遵循汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)中耐用性高、外觀美觀、運(yùn)轉(zhuǎn)速度快以及人體各項(xiàng)機(jī)能習(xí)慣等要求。使該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)達(dá)到高度的宜人化。并且本機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)實(shí)際裝車(chē)驗(yàn)證，可靠性、操作穩(wěn)定性符合使用要求。

[1] Q/SQ 101044.20-2018駕駛室設(shè)計(jì)規(guī)范:第20部分:天窗系統(tǒng).

[2] 2004成大先等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第一版,北京化工出版社.

[3] 2010.8任金東.汽車(chē)人機(jī)工程學(xué).第一版,北京大學(xué)出版社.

The design for Locking Mechanism of Military Truck Top Cover

Zhang Guangyu, Yu Hongliang, Yan Bo, Li Chongtian

( Shaanxi Heavy Duty Automobile co. LTD, Shaanxi Xi'an 710200 )

Military top window cover is an important part of the car, it is not only for the ventilation of the cab and soldiers to observe the terrain to provide convenience, but also an important escape passage. The convenience and reliability of its locking mechanism are particularly important. This paper relates to a locking mechanism for the top window Cover of a car. The locking mechanism uses the roller structure to reduce the friction between the locking column and the spring structure to compensate the longitudinal compression force, which is more labor-saving and can quickly lock and open the roof window.

Top Cover; Locking Mechanism; Spring; Roller

U462

A

1671-7988(2019)08-189-03

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1671-7988(2019)08-189-03

張光宇（1982-），男，工程師，就職于陜西重型汽車(chē)有限責(zé)任公司，從事車(chē)身設(shè)計(jì)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.058