李濤 李燕龍 楊飄 饒?zhí)煊? 李桂青

摘要：本文以實(shí)際車型開發(fā)為例，解析了機(jī)罩鎖解鎖過程中解鎖音過大，且存在撞擊鎖扣的復(fù)合聲音。通過理論計(jì)算，分析原因?yàn)闄C(jī)罩鎖的主彈簧的抬升力過大導(dǎo)致。通過改善彈簧參數(shù)初張力，聯(lián)合供應(yīng)商樣件試制，實(shí)車試裝評價(jià)，解決了異響問題，并為后續(xù)車型開發(fā)制定目標(biāo)，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)罩鎖;解鎖音;主彈簧;初張力

中圖分類號：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2019）05-0012-04

李濤

畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海），學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在東風(fēng)技術(shù)中心車身部工作，任開閉件主管工程師，主要研究方向?yàn)殚_閉件設(shè)計(jì)，已發(fā)表《發(fā)動機(jī)罩在正面碰撞中的改善分析》等文章。

1 問題來源

東風(fēng)某車型在試制過程中被VES評價(jià)部門指摘，當(dāng)在機(jī)艙內(nèi)扳動拉索手柄解鎖時(shí)，機(jī)罩鎖位置會發(fā)生很大的“嘭”音，并伴隨撞擊鎖扣等的二次聲音，評價(jià)人員認(rèn)為導(dǎo)致使用者感官上的不愉悅感，對產(chǎn)品產(chǎn)生不好的印象，故將解鎖音問題列為減分項(xiàng)，作為專項(xiàng)問題分析整改。

2 原因解析

2.1 問題識別

2.2.1 問題定性分析

對機(jī)罩鎖實(shí)車裝配位置放置，模擬解鎖狀態(tài)，分析機(jī)罩鎖可能產(chǎn)生聲音的來源，見下圖1：

機(jī)罩鎖主鎖解鎖過程：拉索控制鎖搖臂1旋轉(zhuǎn)，帶動鎖扣板2旋轉(zhuǎn)，當(dāng)鎖扣板2旋出與鎖搖臂1的重疊量時(shí)，鎖扣板2會在主彈簧7力作用下，克服機(jī)罩板件重力，撞擊到本體板6達(dá)到限位位置，這樣主鎖扣3從鎖扣板2中脫出，主鎖解鎖完成。

機(jī)罩鎖二道鎖解鎖過程：主鎖解鎖后，使用者站在機(jī)罩前面，用人手旋轉(zhuǎn)鎖安全鉤4，從副鎖扣5中脫出，這樣機(jī)罩第二道鎖解鎖完成。人手抬起機(jī)罩，用撐桿撐住，即完成機(jī)罩的開啟過程。

通過主觀感受及數(shù)模評價(jià)可知：鎖扣板限位音產(chǎn)生是由于鎖扣板2旋轉(zhuǎn)后撞擊本體板6產(chǎn)生，二次撞擊音主要是副鎖扣5撞擊安全鉤4產(chǎn)生，鎖扣板回位力越大，則聲音越大，而鎖扣板回位力是通過主彈簧轉(zhuǎn)化來的，所以歸根到底是主彈簧7力值大小設(shè)定問題。

2.2.2 問題定量分析

建立簡化力學(xué)模型如下圖2：

主彈簧拉伸力F1，力臂L1

鎖扣板抬升力F0，力臂L0

根據(jù)力矩平衡：F1×L1=F0×L0

由于彈簧屬于拉伸彈簧，根據(jù)彈簧P;計(jì)算公式：F1=Kx+b（其中K是彈簧剛度系數(shù)，x是彈簧伸長量，b是彈簧初張力）

彈簧初張力指適足拉開互相緊貼的彈簧并圈所需的力，初張力在彈簧卷制成形后發(fā)生，彈簧自由狀態(tài)下F1=b

另外，彈簧還有幾種典型狀態(tài)，其中安裝到鎖上后形成初裝力A1，在機(jī)罩關(guān)閉狀態(tài)下為拉伸力A2，彈簧動作過程中可伸長到最大時(shí)最大拉伸力A3，如下圖3：

力值與彈簧線長的函數(shù)關(guān)系如下圖4所示：

根據(jù)圖示測量可知，b=7.59呵（1kgf=9.8N），K=2.72N/mm

當(dāng)鎖扣板完全回位時(shí)，通過測量可知彈簧長度變?yōu)?9.8mm，力臂L1=32.55mm，力臂L0=20mm

則鎖扣板抬升力F0=（Kx+b）xL1/L0=（2.72×（79.8-70）+74）×31.55/20=159N

根據(jù)杠桿原理，計(jì)算出鎖位置重力值，如下圖5所示：

其電總成重力G=mg=149.9N，距離L1=520mm，距離L2=900mm

鎖位置重力

G1=G×L1/L2=149.9×520/900=86.6N

對比可知：鎖扣板回位力

F0=159N>G1=86.6N

由以上計(jì)算可以看出，鎖扣板回位力完全可以克服機(jī)罩重力，保證機(jī)罩彈起，回位時(shí)鎖扣板產(chǎn)生極大的沖擊力，導(dǎo)致金屬音產(chǎn)生。

2.2 競品對標(biāo)

針對機(jī)罩鎖解鎖音大，除了主觀感受外，需考慮如何轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)值，對此我們選取車型進(jìn)行對標(biāo)分析如下，

測量方法：環(huán)境噪音一致（約60分貝）條件下，將分貝測量儀（如下圖6）放置在機(jī)罩與格柵分縫位置，記錄機(jī)罩解鎖聲音[2]。

記錄各車型數(shù)值如下表1：

通過競品分析可知，解鎖音超過100分貝時(shí)，評價(jià)者認(rèn)為解鎖音過大。另外，緩沖塊的位置也起到關(guān)鍵的作用，當(dāng)緩沖塊處于最低及最高狀態(tài)時(shí)，分貝相差可超過14分貝[3]。

3 問題改善及驗(yàn)證

為解決解鎖音大問題，通過如下步驟及解決方案

3.1 主彈簧初張力改善

根據(jù)彈簧計(jì)算公式F1=Kx+b可知，影響彈簧的因素為初張力b和剛度K，所以減少彈簧拉伸力有如下兩個途徑。

1）減小剛度K。由彈簧計(jì)算公式可知，更改剛度k只能通過更換彈簧材料，調(diào)整余量小;如果更改彈簧結(jié)構(gòu)，調(diào)整量大，不可控，不采用。

2）減小初張力。無需更改結(jié)構(gòu)，只需調(diào)整制造彈簧時(shí)線圈張力。

故推薦減小彈簧初張力來改善彈簧力值。

3.2 抬升量與解鎖音平衡

由于機(jī)罩鎖一般作為平臺件來管理，當(dāng)重量相差不大時(shí)，不建議頻繁更改主彈簧參數(shù)，不利于生產(chǎn)管理。篩選出東風(fēng)采用此車型機(jī)罩重力如下表2：

由于人解鎖時(shí)需要保證前部的手伸空間，如下圖7所示，需滿足手伸操作空間min16.5mm要求

由于F37車型鎖扣處重力最大，先以此數(shù)值反推初張力大小，看重力與抬升力平衡時(shí)彈簧初張力大小，即F抬升力=99N=（Kx+b）×L1/L0，推算出b=3.68kgf

供應(yīng)商反饋彈簧制造時(shí)初張力存在10%偏差，所以設(shè)定時(shí)修正b=3.68×1.1=4kgf

由于主彈簧回位時(shí)會先拉伸再回位，所以產(chǎn)生的抬升量多少及聲音大小還需實(shí)際裝車才能評價(jià)得出，分別試制4.0kgf，及4.6kgf的樣件各三個，裝車驗(yàn)證進(jìn)行試裝評價(jià)。其中D27只裝配4.0kgf，F(xiàn)37裝配4.0kgf，及4.6kgf樣件。

3.3 總裝緩沖塊調(diào)整工藝改善

機(jī)罩緩沖塊[4]有兩種作用，一是用來調(diào)整機(jī)罩間隙面差，二是提供一定的反力，在機(jī)罩過關(guān)時(shí)提供緩沖[5]。通過競品測量可知緩沖塊位置對解鎖音有影響，為消除緩沖塊裝配不到位造成的影響，定義如下要求。

緩沖塊增加裝配工藝點(diǎn)（如下圖s），并在總裝在工藝卡中明確，緩沖塊旋轉(zhuǎn)1.5圈，標(biāo)記點(diǎn)對準(zhǔn)緩沖塊缺口，然后在此位置調(diào)整間隙面差。

3.4 試裝評價(jià)

分別對F37及D27機(jī)罩鎖樣件進(jìn)行試裝，測量解鎖音及彈起量，試裝結(jié)果如下表3：

驗(yàn)證可知，采用4.0kgf初張力彈簧，F(xiàn)37及D27解鎖音可滿足要求，D27處于評價(jià)臨界值，可接受。

F37機(jī)罩前端抬升量可滿足16.5mm，前端通道滿足20.5mm。滿足要求故最終確定，以4.0kfg作為最終驗(yàn)證件，改善有效。

3.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

機(jī)罩鎖更改彈簧后進(jìn)行了臺架試驗(yàn)及開閉耐久試驗(yàn)，以驗(yàn)證機(jī)罩鎖性能是否滿足要求，結(jié)果如下：

臺架試驗(yàn)5000次耐久試驗(yàn)滿足要求

整車開閉耐久2000次滿足要求。

4 結(jié)論

本文通過改善發(fā)動機(jī)罩鎖主彈簧初張力，降低鎖扣板回位時(shí)對本體板的沖擊力，從而改善機(jī)罩鎖開啟音，同時(shí)消除了二次撞擊鎖扣的沖擊音。另外，在制造過程中，對機(jī)罩緩沖塊的理論位置進(jìn)行了定義，避免因裝配手法導(dǎo)致的一致性偏差。并且，為實(shí)現(xiàn)機(jī)罩抬升量與解鎖音的平衡，通過制作樣件試裝進(jìn)行實(shí)車評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了鎖彈簧的平臺化應(yīng)用。另外，由于主彈簧樣本容量有限，同一車型初張力與解鎖音的對應(yīng)關(guān)系，沒有深人研究，后續(xù)其他研究者可以探討。本文具有很強(qiáng)的實(shí)用意義，供后續(xù)車型開發(fā)參考。

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