鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈的設(shè)計探析

楊邦安，丁盛，周利民

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈的設(shè)計探析

楊邦安，丁盛，周利民

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

行李箱蓋鉸鏈機構(gòu)是開啟汽車行李箱蓋的關(guān)鍵部件之一，其性能的好壞對汽車操作舒適性至關(guān)重要。文章以行李箱蓋鉸鏈的結(jié)構(gòu)布置及力學分析計算為著手，深入分析了影響行李箱蓋開啟姿態(tài)的因素，為行李箱蓋鉸鏈系統(tǒng)在汽車設(shè)計布置提供理論分析依據(jù)。

鉸鏈；行李箱蓋；受力分析

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-118-03

引言

汽車行李箱蓋鉸鏈機構(gòu)是汽車行李箱蓋能否順利開關(guān)的關(guān)鍵部件，其設(shè)計布置合理直接影響著汽車的安全與舒適性，目前汽車行李箱蓋鉸鏈機構(gòu)組合方式通常有鵝頸式鉸鏈與扭桿組合方式、四連桿鉸鏈與氣彈簧組合方式、鵝頸式鉸鏈與氣彈簧組合方式、鵝頸式鉸鏈與拉簧、氣彈簧組合方式、鵝頸式鉸鏈與拉簧、氣彈簧組合方式等形式。就開啟效果和穩(wěn)定性來說，以上組合方式呈質(zhì)量遞增方向。本文將介紹鵝頸式鉸鏈與拉簧、氣彈簧組合方式（以下簡稱鵝頸氣撐式）的行李箱蓋鉸鏈在汽車行李箱蓋上的相關(guān)布置設(shè)計。

1、鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈工作原理

1.1 氣彈簧的定義

氣彈簧是指由一個密閉缸筒和可以在缸筒內(nèi)滑動的活塞組件及活塞桿組成的以氣體壓強為貯能介質(zhì)的機構(gòu)。

1.2 氣彈簧的結(jié)構(gòu)及工作原理

氣彈簧一般由接頭、活塞桿、導向件、活塞系統(tǒng)、缸筒等組成，如圖1所示。在密閉的活塞筒內(nèi)充入高壓氣體（一般為氮氣），兩邊氣體壓強作用在活塞面，由于兩邊壓強的不同以及有桿腔和無桿腔的截面積差，形成活塞桿的輸出推力。

1.3 工作原理

行李箱蓋處于關(guān)閉狀態(tài)時，拉簧處于最大拉伸狀態(tài)，當行李箱蓋鎖解鎖時，行李箱蓋隨同拉簧和氣彈簧作用的力繞鉸鏈軸逆時針旋轉(zhuǎn)，設(shè)計匹配時，拉簧產(chǎn)生的力矩略小于行李箱蓋的重力矩，需要通過氣彈簧的作用力才能使行李箱蓋開啟，由于氣彈簧的開啟比較平穩(wěn)，使得整個行李箱蓋開啟過程較為平緩。

圖2 鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈結(jié)構(gòu)簡圖

2、鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈的布置

2.1 布置形式

鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈在車身上的布置形式為拉簧布置在遠離駕駛側(cè)，氣彈簧布置在接近駕駛側(cè)。

2.2 布置安裝設(shè)計

鉸鏈系統(tǒng)布置，首先將行李箱蓋兩個鉸鏈布置Y向同軸；然后在考慮其他件的空間要求。一般要求氣彈簧到拉簧距離10mm以上，到其他件8mm以上，拉簧到其他件8mm以上，鉸鏈到其他件距離8mm以上。

2.3 設(shè)計計算

2.3.1 鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈計算原理

行李箱蓋在解鎖后至開啟到最大位置的任意狀態(tài)，受到的力為：

(1)行李箱蓋系統(tǒng)自身質(zhì)量產(chǎn)生的重力G，方向豎直向下，產(chǎn)生的力矩為順時針方向；

(2)拉簧對鉸鏈的拉力F拉，方向沿拉簧的收縮方向，產(chǎn)生的力矩為逆時針方向；

(3)氣彈簧對鉸鏈的拉力F氣，方向沿氣彈簧的收縮方向，產(chǎn)生的力矩為順時針方向；

由于行李箱蓋開啟過程比較平緩，可以視為在各個瞬時狀態(tài)系統(tǒng)力矩平衡，即拉簧產(chǎn)生的力M拉、重力產(chǎn)生的重力矩MG和氣彈簧產(chǎn)生的力矩M氣力矩平衡。

由于拉簧和氣彈簧的力值可以通過不同的加工工藝和結(jié)構(gòu)調(diào)整，在整個系統(tǒng)中屬于匹配設(shè)計工作；設(shè)定行李箱蓋的操作力，通過調(diào)整拉簧的彈性系數(shù)κ和氣彈簧的力值來滿足設(shè)定的行李箱蓋開啟力，最終匹配計算出合適的拉簧的彈性系數(shù)κ和氣彈簧力值。

圖3 鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈力學原理圖

2.3.2 計算模型的建立

以下以某車型布置數(shù)據(jù)為例建立并計算行李箱蓋鉸鏈的力學模型。

2.3.2.1 重力矩部分

行李箱蓋重力力學模型如圖4所示，行李箱由重力產(chǎn)生的重力矩為：

圖4 鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈力學原理圖

MG=G×R×COS（α-β）；

式中α為行李箱蓋開啟角度，β為行李箱蓋關(guān)閉位置與地面線的夾角，R為行李箱蓋重心到鉸鏈軸線的距離，G為行李箱蓋總成重量。

2.3.2.2 拉力矩部分

行李箱蓋拉簧力學模型如圖5所示，行李箱由拉簧產(chǎn)生的拉力矩為：

圖5 鵝頸氣撐式行李箱蓋拉簧力學原理圖

式中α為行李箱蓋開啟角度,k為拉簧的彈性系數(shù)，γ為行李箱蓋關(guān)閉位置與拉簧力臂的夾角， L為鉸鏈軸線到鉸鏈上拉簧安裝點的距離（OB），l為鉸鏈軸線到車身上拉簧安裝點的距離（OC），X為拉簧自由狀態(tài)下長度。

2.3.2.3 氣彈簧力矩部分

行李箱蓋氣彈簧力學模型如圖6所示，行李箱由氣彈簧產(chǎn)生的彈力矩為：

圖6 鵝頸氣撐式行李箱蓋氣彈簧力學原理圖

式中α為行李箱蓋開啟角度,F為氣彈簧作用力，ε為行李箱蓋關(guān)閉位置時氣彈簧安裝兩點與鉸鏈軸線連線的夾角，H為鉸鏈軸線到鉸鏈上氣彈簧安裝點的距離（OE），h為鉸鏈軸線到車身上氣彈簧安裝點的距離（OD）。

2.3.2.4 力矩匹配

為避免行李箱蓋解鎖后，行李箱蓋彈開速度較快，力矩平衡時，將拉簧的作用力矩設(shè)定略小于尾門重力矩，圖7為某車型拉簧力矩與重力矩的作用關(guān)系。

圖7 某車型重力矩與拉簧力矩的關(guān)系

圖8 某車型行李箱蓋關(guān)閉力曲線圖

氣彈簧的作用力是保證行李箱蓋開啟平緩，通過氣彈簧的作用力，使行李箱蓋的重力矩小于拉簧作用力矩與氣彈簧力矩之和，這樣就能保證行李箱蓋的順利開啟。圖8為某車型拉簧力矩、重力矩和氣彈簧力矩之和即行李箱蓋收到的合力矩。

由于氣彈簧作用力大小受溫度影響比較大，在設(shè)計計算時，需要對不同溫度下行李箱蓋的受力進行分析，以保證后續(xù)裝車的開啟效果。圖9為某車型行李箱蓋在不同工況下的受力分析圖。

圖9 某車型行李箱蓋各工況下關(guān)閉力曲線圖

3、實車狀態(tài)

通過實車裝配，行李箱蓋開啟狀態(tài)平緩，關(guān)閉手感舒適。

4、結(jié)束語

本文通過對鵝頸氣撐式行李箱蓋鉸鏈結(jié)構(gòu)進行詳細分析，結(jié)合物理學中的力學平衡原理，并考慮到環(huán)境對氣彈簧固有特性的影響下，對汽車行李箱蓋的鉸鏈、拉簧和氣彈簧的布置及設(shè)計計算過程做了比較詳細的分析和介紹，可為其他車型正向設(shè)計提供參考。

[1] 王家利,樂玉漢,李輝.后背門氣彈簧布置與撐力計算[J],汽車工程師,2010(7).30～32.

[2] QC/T 207.汽車用普通氣彈簧.

[3] JB/T 10418-2004.氣彈簧設(shè)計計算.

[4] 王天利,李明杰,孫曉邦,孟伶俐.車用氣彈簧力學性能仿真研究,農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程[J]，2009(2).3～20.

The design and Research for Trunk lid Hinge

Yang Bangan, Ding Sheng, Zhou Limin
(Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Technology Center, Anhui Hefei 230601 )

Trunk lid Hinge is one of the components to open the trunk lid,its performance is very important to operate the vehicle.This paper based on the structure and principle of the trunk lid hinge as a starting point, in-depth analysis of the factors that affecting the trunk lid opening and closing, provide a theoretical basis for the layout of the trunk lid hinge system.

Hinge; Trunk lid; Force Analysis

U462.1

A

1671-7988(2016)07-118-03

楊邦安，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.037