某MPV車型加油口蓋防撞鎖鉤設(shè)計(jì)

莫熔蔚 覃松

東風(fēng)柳州汽車有限公司技術(shù)中心 廣西柳州市 545000

1 引言

部分帶滑門的MPV車型由于總布置的需求，加油口蓋被布置在車身左側(cè)圍C、D柱之間。對(duì)于這種車型，為防止車輛加油時(shí)加油槍與開啟的左中滑門互相碰撞，導(dǎo)致油料泄漏事故（如圖1），加油口蓋與左中滑門必須存在互鎖裝置，以實(shí)現(xiàn)加油口蓋與左中滑門不能同時(shí)開啟的邏輯。在此邏輯中，左中滑門開啟時(shí)加油口蓋不能開啟的功能由傳感器及電磁閥實(shí)現(xiàn)，而加油口蓋開啟時(shí)左中滑門不能開啟的功能則由加油口蓋防撞鎖鉤實(shí)現(xiàn)。

本文首先介紹加油口蓋防撞鎖鉤的原理及要求，簡述了加油口蓋防撞鎖鉤的設(shè)計(jì)邏輯，然后分析加油口蓋防撞鎖鉤的使用環(huán)境、使用條件的影響及要求，最后通過設(shè)計(jì)實(shí)例，深入的探討了加油口蓋防撞鎖鉤設(shè)計(jì)、校核及優(yōu)化驗(yàn)證的過程，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。

圖1 加油時(shí)加油槍與開啟的左中滑門互相碰撞

圖2 加油口蓋開啟時(shí)鎖止左中滑門

2 加油口蓋防撞鎖鉤工作原理及使用要求

2.1 加油口蓋防撞鎖鉤工作原理

為避免部分MPV車型在加油時(shí)加油槍與開啟的左中滑門互相碰撞，需在車身左側(cè)圍增加加油口蓋防撞鎖鉤等零件。通過加油口蓋防撞鎖鉤內(nèi)部的推銷、搖臂、鎖舌等部件的聯(lián)動(dòng)，完成加油口蓋與左中滑門的互鎖邏輯，實(shí)現(xiàn)加油口蓋開啟時(shí)加油口蓋防撞鎖鉤鎖止左中滑門（如圖2）、加油口蓋關(guān)閉時(shí)加油口蓋防撞鎖鉤解止左中滑門（如圖3）的功能：

2.2 加油口蓋防撞鎖鉤設(shè)計(jì)要求

根據(jù)加油口蓋防撞鎖鉤的布置環(huán)境、配套車型三包期限、周邊零件的影響等情況，確定加油口蓋防撞鎖鉤包括耐載荷、耐久次數(shù)等設(shè)計(jì)要求，以此作為后續(xù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的輸入依據(jù)。

2.2.1 加油口蓋防撞鎖鉤耐載荷性要求

在加油口蓋防撞鎖鉤鎖止左中滑門的過程中，加油口蓋防撞鎖鉤內(nèi)部的鎖舌、基板等部件需承受左中滑門的沖擊負(fù)載（如圖4）。

考慮到配套MPV的左中滑門的設(shè)計(jì)質(zhì)量為43kg，并且左中滑門在剛剛打開時(shí)即被鎖止，并沒有較大慣性力。因此在設(shè)計(jì)階段，按2G加速度負(fù)載，即843N負(fù)載對(duì)相關(guān)受力件做CAE分析及耐載荷試驗(yàn)要求，要求加油口蓋防撞鎖鉤內(nèi)部的部件在承受843N負(fù)載時(shí)不超過材料的屈服強(qiáng)度、不出現(xiàn)塑性變形。

加油口蓋防撞鎖鉤內(nèi)部的鎖舌、基板的材料暫定為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235。碳素鋼Q235由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，因此用途廣泛。該材料彈性模量（E/Gpa）：200～210、泊松比（ν）：0.25～0.33、抗拉強(qiáng)度（σb/MPa）：375-460、屈服強(qiáng)度235MPa。

加油口蓋防撞鎖鉤受力件的材料性能、載荷條件暫按上述條件作為設(shè)計(jì)輸入。

2.2.2 加油口蓋防撞鎖鉤耐久次數(shù)要求

由于加油口蓋防撞鎖鉤配套的某MPV車型三包期限為五年或者十萬公里，以先到為準(zhǔn)。綜合考慮一般MPV車型的加油頻率以及后續(xù)延長車型三包期限的可能性，而且加油口蓋防撞鎖鉤的互鎖功能僅在乘員誤操作時(shí)起作用，并不是每次開啟加油口蓋時(shí)都會(huì)承受載荷沖擊。因此加油口蓋防撞鎖鉤耐久要求按2000次開閉耐久執(zhí)行，要求在2000次開閉耐久試驗(yàn)后總成功能仍然正常，無明顯變形及異音等異常反饋。

2.2.3 加油口蓋防撞鎖鉤布置要求

由于加油口蓋防撞鎖鉤是完成加油口蓋與左中滑門互鎖邏輯的機(jī)械零件，并且考慮節(jié)省成本，減小布置難度等因素，因此加油口蓋防撞鎖鉤需布置在左中滑門與加油口蓋之間，即車身左C柱下部。而在此處還存在揚(yáng)聲器等零件，為降低對(duì)布置環(huán)境的要求、改善零部件裝配性、便于后續(xù)零部件通用化，綜上考慮，確定加油口蓋防撞鎖鉤的內(nèi)部傳動(dòng)使用拉索式而不是拉桿式。

圖3 加油口蓋關(guān)閉時(shí)解止左中滑門

圖4

3 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

3.1 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)邏輯設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)加油口蓋防撞鎖鉤的互鎖邏輯，在加油口蓋打開、關(guān)閉狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)加油口蓋防撞鎖鉤的鎖舌鎖止、解止兩種位置，設(shè)計(jì)通過拉索、搖臂等部件實(shí)現(xiàn)推銷與鎖舌的互動(dòng)結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目的，設(shè)計(jì)1個(gè)推銷、2個(gè)搖臂、1根拉索、1個(gè)鎖舌，并結(jié)合基板等固定結(jié)構(gòu)及回位簧等部件組成加油口蓋防撞鎖鉤總成。該結(jié)構(gòu)的簡要設(shè)計(jì)圖見圖5：

圖5

3.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部件設(shè)計(jì)

簡要設(shè)計(jì)圖初步確認(rèn)可行，對(duì)加油口蓋防撞鎖鉤主要部件進(jìn)行初版數(shù)模設(shè)計(jì)，并根據(jù)各部件的功能要求選取材料及完善數(shù)模結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

3.3 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)邏輯驗(yàn)證

針對(duì)上述設(shè)計(jì)邏輯及初版數(shù)模，使用三維軟件catia的運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，對(duì)加油口蓋防撞鎖鉤中的10個(gè)相關(guān)零件的初版數(shù)模進(jìn)行運(yùn)動(dòng)副結(jié)合。使用共計(jì)3個(gè)剛性副、5個(gè)旋轉(zhuǎn)副、2個(gè)點(diǎn)曲線副、1個(gè)棱形副（如圖6），并按實(shí)際使用行程添加驅(qū)動(dòng)命令：

圖6

經(jīng)catia運(yùn)動(dòng)仿真模擬，以上邏輯確認(rèn)可行，在設(shè)定的行程內(nèi)，可以分別完整實(shí)現(xiàn)加油口蓋防撞鎖鉤的鎖止?fàn)顟B(tài)（如圖7）、解止?fàn)顟B(tài)（如圖8），無自干涉及其他異常狀態(tài)。

圖7

圖8

3.4 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度驗(yàn)證

根據(jù)初版數(shù)模及材料性能、約束條件、載荷條件等設(shè)計(jì)輸入，針對(duì)加油口蓋防撞鎖鉤內(nèi)的受力件，即鎖舌、基板。使用catia的CAE模塊按照設(shè)定的材料性能、約束條件、載荷條件對(duì)鎖舌、基板進(jìn)行CAE分析，確認(rèn)在選取合適的材料后可以滿足設(shè)定負(fù)載而不超過材料的屈服強(qiáng)度：

由圖9可見，按選定的材料碳素鋼Q235參數(shù)、約束條件、載荷條件，鎖舌受到的最大應(yīng)力值為51.9MPa，低于材料的235MPa的屈服強(qiáng)度，因此滿足使用要求。

由圖10可見，按選定的碳素鋼Q235參數(shù)、約束條件、載荷條件，基板受到的最大應(yīng)力值為205MPa，低于材料的235MPa的屈服強(qiáng)度，因此滿足使用要求。

3.5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)簡圖、運(yùn)動(dòng)仿真分析結(jié)果、受力件CAE分析結(jié)果等驗(yàn)證手段，確認(rèn)該設(shè)計(jì)可行。到此，加油口蓋防撞鎖鉤設(shè)計(jì)完成。

4 結(jié)語

本文根據(jù)實(shí)際車型開發(fā)經(jīng)歷，首先介紹加油口蓋防撞鎖鉤的開發(fā)需求及使用要求，并根據(jù)開發(fā)需求完善加油口蓋防撞鎖鉤的設(shè)計(jì)邏輯，然后分析加油口蓋防撞鎖鉤使用環(huán)境、使用條件的影響及要求，最后完成設(shè)計(jì)驗(yàn)證。本文深入的探討了加油口蓋防撞鎖鉤設(shè)計(jì)、校核及優(yōu)化的過程，

為后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和借鑒作用。