發(fā)動機蓋鉸鏈的設計開發(fā)

梁世強

摘要：發(fā)動機蓋鉸鏈是連接車身與發(fā)動機蓋的關鍵部件，也是發(fā)動機蓋的主要受力部件，對發(fā)動機蓋起主要支撐作用，并為發(fā)動機蓋提供旋轉的軸線。發(fā)動機蓋圍繞鉸鏈軸線旋轉實現(xiàn)發(fā)動機蓋開啟與關閉功能，其性能和布置直接關系到發(fā)動機蓋開關舒適性和財產安全。

關鍵詞：乘用車；發(fā)動機蓋鉸鏈；軸線

前言

發(fā)動機蓋鉸鏈按結構形式分為合頁式發(fā)動機蓋鉸鏈和四連桿式發(fā)動機蓋鉸鏈。因合頁式鉸鏈結構簡單，穩(wěn)定可靠，成本低廉，因此大多經濟型乘用車發(fā)動機蓋鉸鏈為合頁式鉸鏈結構，少數(shù)中高端車使用四連桿結構。

1. 發(fā)動機蓋鉸鏈的設計流程

發(fā)動機蓋鉸鏈布置的原則是節(jié)約空間，隱蔽性好，一般會將鉸鏈布置在流水槽內。發(fā)動機蓋鉸鏈的布置位置需要同時結合發(fā)動機蓋開啟角度、發(fā)動機蓋人機工程校核及與周邊件之間的安全間隙等方面綜合考慮，從造型效果圖到CAS設計、數(shù)據(jù)設計，發(fā)動機蓋鉸鏈的布置起到至關重要的作用。

1.1.1 鉸鏈位置布置設計

考慮到發(fā)動機蓋開啟方便性以及與周邊件的距離，在考慮造型與空間限制后盡量將軸線布置往后靠。兩個發(fā)動機蓋鉸鏈軸線保證在同一直線，且左右鉸鏈布置需要對稱。一般要求兩個鉸鏈距離越大越好，作用是增大發(fā)動機艙空間。

1.2 鉸鏈軸線設計

（1）鉸鏈軸線布置越靠近發(fā)動機蓋外板和發(fā)動機蓋上分縫后端越有利，因為鉸鏈軸線越靠后，發(fā)動機蓋在打開過程中，發(fā)動機蓋與翼子板之間間隙就越大，避免發(fā)動機蓋開啟關閉過程中鉸鏈包絡面和發(fā)動機蓋本體包絡面與周邊件干涉。但同時需要考慮發(fā)動機蓋鉸鏈處鈑金安裝強度、發(fā)動機蓋包邊、鈑金電泳性能以及與周邊件間隙。推薦鉸鏈位置斷面如下：

L1≥t1+R+b

20mm≤L2≤40mm

其中：

t1：翼子板厚度

t2：內板厚度

R：鉸鏈軸中心與鉸鏈座頂部距離，推薦≥15mm

b：鉸鏈與翼子板間隙，推薦≥3mm

1）發(fā)動機蓋鉸鏈軸線一般與Y軸方向平行，兩鉸鏈軸線的連線需在同一條直線上。

2）發(fā)動機蓋過開3°與翼子板、通風蓋板、前風擋玻璃間隙≥5mm

3）發(fā)動機蓋外板沿±X、±Y、±Z偏移1.5mm，開啟包絡與翼子板不干涉

4）根據(jù)以上條件設定鉸鏈軸線位置，鉸鏈軸線調不出來時，可對分縫進行修改。

1.3 鉸鏈結構設計

鉸鏈底座的設計：

在鉸鏈兩個合頁上，要為緊固螺栓留有足夠接觸品面，安裝螺栓到周邊件R角≥2.5mm。

若發(fā)動機蓋鉸鏈布置位于頭部碰撞區(qū)域，下底座要具有壓潰特征，若鉸鏈布置時無關乎頭部碰撞，則不用設計壓潰特征，來保證鉸鏈底座的強度。

為增加鉸鏈底座強度，且減輕重量，根據(jù)底座具體形狀，需要增加減重孔并增加翻邊結構。底座設計時，安裝面中間需要設計凸臺來保證安裝面的電泳。

鉸鏈上座設計：

為防止鉸鏈在實物狀態(tài)下因為裝調或者精度問題導致上下合頁之間產生干涉，合頁式鉸鏈上下座之間運動包絡間隙，要求≥3mm。

為保證強度，加強翻邊和加強筋需要貫穿整個上座，來保證鉸鏈上座能滿足試驗要求。安裝面中間需要設計凸臺來保證安裝面的電泳。

鉸鏈安裝孔孔徑設計應有一定的調節(jié)余量，滿足發(fā)動機蓋的裝調，目前鉸鏈發(fā)動機蓋側及車身側安裝孔均設計為Φ11mm的圓孔，11mm×13mm的腰孔。

1.4 發(fā)動機蓋鉸鏈開啟角度設計

為滿足人機工程要求，發(fā)動機蓋總成開啟高度需滿足95%男性頭部運動空間和5%女性手部運動空間，即圖示中95%男性靠著前保的頭部運動空間與5%女性不靠前保的手部運動空間組成的設計區(qū)域。

為了保證發(fā)動機蓋撐桿能夠脫出，鉸鏈開啟角度一般要求為：鉸鏈最大開啟角度≥發(fā)動機蓋開啟角度+3°。

1.5 周邊間隙設計

a.發(fā)動機蓋總成前端包邊過關5mm無干涉；

b.旋轉包絡與周邊件無干涉；

c.發(fā)動機蓋總成過開3°鉸鏈與翼子板間隙≥5mm；

d.發(fā)動機蓋總成過開3°本體與周邊件間隙≥8mm；

e.鉸鏈安裝螺栓與發(fā)動機蓋外板間隙≥10mm。

1.6校核方法

發(fā)動機蓋過關校核方法

a、發(fā)動機蓋沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、偏移的發(fā)動機蓋數(shù)據(jù)以鉸鏈軸線向下旋轉，旋轉的角度為發(fā)動機蓋前部包邊處偏移5mm對應角度；

c、要求：旋轉的包絡面與周邊件間隙≥0mm。

發(fā)動機蓋過開校核方法：

a、發(fā)動機蓋沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、過開角度：鉸鏈最大開啟角度+3°；

c、發(fā)動機蓋鉸鏈過開包絡面與翼子板間隙≥5mm；

d、發(fā)動機蓋本體過開包絡面與周邊件間隙≥8mm。

1.7鉸鏈安裝設計

發(fā)動機蓋鉸鏈采用螺栓連接簡單方便、成本低，得到廣泛的應用。鉸鏈上座安裝在發(fā)動機蓋上，一般采用2個M8的螺栓固定，安裝點間距一般要求>70mm。

根據(jù)不同車型車體邊梁結構以及軸線的布置位置，鉸鏈底座分為在發(fā)動機蓋下側或者在翼子板下側。在發(fā)動機蓋下側則需要先安裝鉸鏈底座，此時布置設計時就要考慮到安裝上座時安裝工具的空間預留位置。而鉸鏈布置在翼子板下側，則先將鉸鏈與發(fā)動機蓋預裝，后安裝于車體邊梁上，此時就要考慮到安裝下座時安裝工具的空間預留位置。

2.設計驗證

在鉸鏈結構設計時需要對其剛度、強度進行對應的CAE分析及試驗驗證以保證零部件結構設計的強度及性能要求。

2.1 CAE分析

模擬強度試驗，CAE計算結果滿足以下強度要求。

2.1.1過開啟載荷

發(fā)動機蓋在全開位置，將135N的載荷沿縱向中心線施加于發(fā)動機蓋，部件不得出現(xiàn)開裂、 銷松動及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.2扭轉剛度

發(fā)動機蓋在全開位置，在其前邊緣兩個方向上輪流施加135N載荷，部件不得出現(xiàn)開裂、銷松動及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.3橫向剛度

發(fā)動機蓋在全開位置，在其前邊緣兩個方向上輪流施加橫向載荷135N，部件不得出現(xiàn)開裂、銷松動及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.4靜態(tài)承載能力

鉸鏈處于閉合狀態(tài)，以5mm/min的速率施加10000N的壓力直至靜止并保持3s以上，試驗后不得出現(xiàn)任何脫開和斷裂等破壞現(xiàn)象。

2.2 試驗驗證

2.2.1強度試驗

實物滿足2.1強度要求。

2.2.2可靠性

經3000次臺架試驗后發(fā)動機蓋各項性能應符合下表要求：

備注：循環(huán)前需對各項性能進行檢測，記錄各項檢測內容的初始數(shù)據(jù)（初始數(shù)據(jù)應滿足設計要求）。

2.2.3高低溫

經-40℃低溫試驗、80℃高溫試驗后扭矩變化量≤初始值30%（試驗前在同一臺架上進行初始值測量并記錄）

2.2.4耐腐蝕性

1）經48h腐蝕試驗后，產品外觀及性能無任何變化；

2）經72h腐蝕試驗后，產品無白銹；

3）經144h腐蝕試驗后，產品無紅銹（鉚接位置除外），發(fā)動機蓋不應該出現(xiàn)吱吱聲等刺耳聲音，測試鉸鏈力矩變化量≤30%。（試驗前在同一臺架上進行初始值測量并記錄）

2.2.5鉚接扭矩

發(fā)動機蓋鉸鏈總成鉚接后，發(fā)動機蓋鉸鏈的扭矩應在0.4Nm～1.5Nm之間。

3. 結論

隨著乘用車的迅猛發(fā)展，人們對行車安全及行人保護要求也越來越高，越來越多的高端車型開始使用主動式行人保護鉸鏈來提高碰撞得分。放眼未來，人工智能、輕量化等大量新技術也將應用于發(fā)動機蓋鉸鏈的開發(fā)過程中，我們應該順應潮流，適應新時代的新要求，不斷增強中國汽車工業(yè)的研發(fā)實力。

參考文獻：

[1]葛如海，吳淼，陳小東，車彬彬，基于行人保護的發(fā)動機罩鉸鏈研究，汽車技術，2008（12）

[2]江淮汽車公司，QIQ5201-發(fā)動機艙蓋鉸鏈總成驗收技術要求，2011