發(fā)動機蓋鎖彈簧的設(shè)計開發(fā)

陳 堅

發(fā)動機蓋鎖彈簧的設(shè)計開發(fā)

陳 堅

（上海汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

介紹發(fā)動機蓋鎖彈簧的設(shè)計方法，著重介紹如何從客戶的需求轉(zhuǎn)換成發(fā)動機蓋鎖彈簧的設(shè)計參數(shù)，通過理論研究和實車驗證形成一套完整的發(fā)動機蓋鎖彈簧的開發(fā)流程。

發(fā)動機蓋鎖；彈簧

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-25-03

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，小轎車日益走進千家萬戶的家中，客戶對轎車的了解深度越來越深，對車輛的性能、主觀感受的要求也越來越高。同樣各個轎車主機廠從原來完全引進國外車型，到逐步國產(chǎn)化，到發(fā)展自主品牌，自主設(shè)計開發(fā)的轉(zhuǎn)型。這些都要求我們能有效地將客戶的需求轉(zhuǎn)換成零件的性能參數(shù)上。從而能最終滿足客戶的需求。

在日常生活中，許多客戶為了檢查發(fā)動機冷卻液、加注玻璃水都會開啟和關(guān)閉發(fā)動機蓋。因此對其開關(guān)的舒適度就有一定的要求。今天，我在這里主要談與發(fā)動機蓋開關(guān)舒適度密切相關(guān)的發(fā)動機蓋鎖的彈簧的設(shè)計開發(fā)的方法。

1 發(fā)動機蓋鎖的結(jié)構(gòu)介紹和基本定義

首先我們以某個車型的發(fā)動機蓋鎖作為基本原型作為介紹。

如圖1所示，此款發(fā)動機蓋鎖主要包含如下三根彈簧，為了后續(xù)介紹的方便性，我們定義其安裝位置及最大變形位置的參數(shù)：

扭簧：安裝位置處力為Mt1，角度β1，變形位置力為Mt2，角度為β2；

小拉簧：安裝位置為Fs1, 行程Ls1，變形位置力為Fs2，行程為Ls2；

大拉簧：安裝位置為Fb1, 行程Lb1，變形位置力為Fb2，行程為Lb2。

圖1 零件結(jié)構(gòu)示意圖

2 發(fā)動機蓋鎖的設(shè)計過程

1）客戶的調(diào)研和分析

首先從客戶的主觀感受角度考慮，需達到發(fā)動機蓋打開/關(guān)閉輕松方便性。結(jié)合調(diào)研的信息，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標為：

a）發(fā)動機蓋的操作空間滿足人機工程要求。

b）發(fā)動機蓋開啟力適中。

c）發(fā)動機蓋關(guān)閉力適中。

對于發(fā)動機蓋鎖來說，對應的關(guān)鍵性能指標為：

a）發(fā)動機蓋鎖的彈起高度（H彈）。

b）發(fā)動機蓋關(guān)閉的高度（H關(guān)）。

c）發(fā)動機蓋鎖在關(guān)閉條件下的主鎖的解鎖力（F主）。

d）發(fā)動機蓋鎖在主鎖解除后撥動副鎖手柄的力（F副）

此文在此就不詳述各參數(shù)的獲得的方式及數(shù)值。主要討論發(fā)動機蓋鎖如何來滿足上述的要求。

考慮發(fā)動機蓋鎖的通用性及成本，鎖體的基本結(jié)構(gòu)一般不會做過多的變化，主要通過彈簧的調(diào)整來滿足各個項目外界條件的差異性。

2）確定副鎖手柄位置及發(fā)動機蓋鎖的彈起高度（H彈）：

a）如圖2，采用5%女性和95%的男性高度進行確定操作發(fā)動機蓋的操作通道及角度（θ）。

b）根據(jù)通道的寬度（W手）和角度（θ）從而確定發(fā)動機蓋鎖手柄位置及發(fā)動機蓋鎖的彈起高度（H彈）。

即：發(fā)動機蓋鎖需支撐其高度，在此高度下，發(fā)動機蓋不能再向下掉。

通道的寬度由5%女性和95%的男性的人手大小而確定。

圖2 人機工程圖

3）確定發(fā)動機蓋鎖在此彈起高度下，所必須支撐的力值；如圖3。

4）根據(jù)上述的結(jié)果，確定發(fā)動機蓋鎖在一道鎖開啟狀態(tài)下，大彈簧所需力（Fb1）的最小值。如圖4左側(cè)圖：

考慮摩擦力及力矩較小，而且為了求最小值，在工程應用過程中可省略。

圖4 鎖體內(nèi)力矩分布圖

5）確定扭簧的Ft的范圍值

根據(jù)人機工程的要求，確定最舒適的副鎖開啟力（F副）范圍值。如圖4右側(cè)圖。

Mt為在開啟角度β下的扭矩。

6）確定小彈簧的力值

根據(jù)人機工程的要求，確定發(fā)動機蓋鎖在關(guān)閉條件下的主鎖的解鎖力（F主）范圍值。

7）確定發(fā)動機蓋鎖大彈簧所需Fb2的值。

為了避免客戶開啟過程中有“蹦”的異響及保證發(fā)動機蓋在關(guān)閉狀態(tài)下鎖舌和棘爪不分離，需保證在關(guān)閉位置處

M重為在關(guān)閉位置處的重力力矩；

M反為在關(guān)閉位置處緩沖塊和密封條的力矩。

M鎖為在關(guān)閉位置處鎖的力矩。

由此可以確定出Fb2值。

但該值并不能算完全鎖定，它需要同時滿足如下要求：

a）根據(jù)人機工程所確定的發(fā)動機蓋關(guān)閉高度的最小值（H關(guān)），發(fā)動機蓋需保證在此高度下能正常關(guān)閉，因此在關(guān)閉位置(C)：

b）為防止發(fā)動機蓋過關(guān)量大，發(fā)動機蓋撞擊到周邊零件，我們會根據(jù)周邊零件GD&T確定發(fā)動機蓋的OVERSLAM量，而在此位置：

E重是指重力產(chǎn)生的能量；

E反是指密封條及緩沖塊在發(fā)動機蓋關(guān)閉過程中所產(chǎn)生的反作用能量；，可通過緩沖塊及密封條的布置及零件特性確定其密封反力及力與行程曲線。從而獲得了密封條及緩沖塊所產(chǎn)生的能量；

E鎖是指鎖產(chǎn)生的反作用能量，包含主鎖和副鎖所做的功；，大、小彈簧及扭簧的變形能量和鎖舌與棘爪摩擦運動產(chǎn)生的能量之和。

E空是指空氣阻力所產(chǎn)生的反作用能量。，可通過發(fā)動機蓋的面積以及關(guān)閉速度來確定。

根據(jù)上述兩個位置能量公式，即可確定出的范圍值。

若的值不在該范圍內(nèi)，則需調(diào)整緩沖塊和密封條的布置，從而調(diào)整更新發(fā)動機蓋鎖值。使其最終滿足要求。8）彈簧的材料和參數(shù)的選擇：a）彈簧材料的選擇：

鎖體上常用的彈簧材料：一般有三類：不銹鋼、碳素彈簧鋼、琴鋼絲。

I根據(jù)彈簧力選擇：

b）彈簧參數(shù)的選擇

（1）根據(jù)之前的公式計算，可獲得發(fā)動機蓋鎖體上扭簧、小彈簧、大彈簧在開關(guān)閉位置處的力值要求。

（2）根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)及安裝空間可以獲得其變化的行程和外徑大小、圈數(shù)最大要求，在這些要求下，我們可以根據(jù)GB-T1239.6-1992彈簧的計算公式選擇出合理的彈簧。

3 實例分析

如下我們就以某個項目的發(fā)動機蓋系統(tǒng)為例，采用軟件形式進行計算，這也是為了方便個別參數(shù)的微調(diào)，以得到最優(yōu)解（如表1所示）。

表1 發(fā)動機蓋鎖彈簧設(shè)計表

4 結(jié)語

本文主要討論是如何將客戶的需求轉(zhuǎn)換到我們零件的設(shè)計，并根據(jù)我們的專業(yè)知識來優(yōu)化零件設(shè)計，從而達到客戶的滿意度。本文僅介紹了鎖部分的設(shè)計內(nèi)容，而對于客戶的感知需求轉(zhuǎn)換是需要系統(tǒng)性地考慮，而不僅僅局限于一個零件的調(diào)整，這也是自主研發(fā)所需走的一步，形成整體的系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計，為后續(xù)車型開發(fā)設(shè)計提供一定的幫助。

[1] 張英會,萬桂香等.GB-T1239.6-1992圓柱螺旋彈簧設(shè)計計算.機械電子工業(yè)部機械標準化研究所. 1992.

[2] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室《理論力學》（Ⅰ、Ⅱ）．高等教育出版社,2009年第七版.

[3] 馬慧明.空間受限的引信圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計反推算法.山西∶中北大學學報,2012.

Design and development of Sping-bonnet latch

Chen Jian
( SAIC Motor Technical Centre, Shanghai 201804 )

It introduce the method of spring-bonnet latch, it mainly introduce how transfer to spring parameter-bonnet latch from custom requirement, produce a spring-bonnet latch design flow by the theory research and practical application.

bonnet latch; spring

U462.1

A

1671-7988 (2017)16-25-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.010

陳堅，就職于上海汽車集團股份有限公司技術(shù)中心。