一種車門鉸鏈的優(yōu)化改進

徐川，魏雪飛

一種車門鉸鏈的優(yōu)化改進

徐川1，魏雪飛2

（1.浙江吉利新能源集團有限公司商用車研究院，浙江 杭州 310000；2.東風(fēng)華神汽車有限公司車身事業(yè)部，湖北 十堰 442000）

為給從事汽車車門開閉件系統(tǒng)設(shè)計的工程師提供鉸鏈的優(yōu)化改進思路和方法參考。文章介紹了車門鉸鏈的基本知識，對車門鉸鏈的主要結(jié)構(gòu)形式，安裝固定形式，鉸鏈的運動設(shè)計參數(shù)規(guī)范和鉸鏈軸的優(yōu)化設(shè)計方法進行了展述。結(jié)合一項因車門鉸鏈引起的駕駛室漏雨問題的典型案例改進過程解析，通過充分的現(xiàn)狀調(diào)查，統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，以及臨時措施制定及驗證和永久措施實施并效果評價，梳理出一種沖壓式鉸鏈的改進方法。

車門鉸鏈；軸線；間隙面差；改進

引言

車門鉸鏈作為連接車門與車身的關(guān)鍵部件，它的重要作用是保證和保持車門與車身的相對位置，保證和便于車門的開啟。鉸鏈處滿足必要的功能性作用外，還要考慮人機工程，造型分縫，車門下垂等問題。我公司開發(fā)的新型駕駛室使用沖壓式車門鉸鏈，在駕駛室裝車過程中出現(xiàn)車門間隙面差不一致而引起車門上沿滲水現(xiàn)象。

針對以上情況，筆者從改進車門鉸鏈入手，消除了車門間隙面差超標的質(zhì)量缺陷，提升了駕駛室總成質(zhì)量。

1 車門鉸鏈的基本介紹

1.1 鉸鏈的結(jié)構(gòu)形式

鉸鏈有明鉸鏈和暗鉸鏈之分，暗鉸鏈比較常用，且有內(nèi)開式和外開式之分。根據(jù)鉸鏈結(jié)構(gòu)形式，鉸鏈分為沖壓式、鑄造式、焊接式、總裝式。具體如下：

表1 常見車門鉸鏈的結(jié)構(gòu)形式[1]

分類形式結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)特點圖 例備注 加工方式?jīng)_壓鉸鏈沖壓鉸鏈具有質(zhì)量小、成本低等特點，但其缺點主要有制造一致性不易保證，承載能力較鑄造鉸鏈弱。 鑄造鉸鏈鑄造鉸鏈可以將結(jié)構(gòu)做得比較復(fù)雜，能夠保證良好的精度和一致性；缺點是質(zhì)量大，成本高。 裝配方式焊接鉸鏈焊接鉸鏈主要使用在歐美車型上，其特點是連接強度可靠。由于其焊接易產(chǎn)生熱變形，現(xiàn)逐步被淘汰。 總裝鉸鏈總裝鉸鏈采用螺栓安裝的方式連接車體和車門。螺栓安裝可以避免因焊接產(chǎn)生的熱變形及應(yīng)力集中，得到廣泛應(yīng)用。

1.2 車門鉸鏈固定形式

車門鉸鏈一般采用三種連接方式：

（1）與車門及車身側(cè)圍采用螺栓連接方式；

（2）與車門采用焊接，與側(cè)圍采用螺栓零件方式；

（3）與車門及車身側(cè)圍采用焊接連接方式[2]。

1.3 鉸鏈軸線參數(shù)

（1）車身內(nèi)、外傾角：鉸鏈軸線在=0平面上投影與軸之間的夾角，建議內(nèi)傾角不超過2°，一般沒有外傾角；

（2）車門前、后傾角：鉸鏈軸線在=0平面上投影與軸之間的夾角，建議前后傾角不超過2°；

（3）車門鉸鏈最大開啟角：車門鉸鏈所能開啟到最大角度值，如帶限位器鉸鏈，最大角度值制造誤差為±3°；

（4）車門最大開啟角：車門所能開啟到最大角度值，一般指限位器開啟角度值，最大角度值制造誤差為±3°；

（5）上下門鉸鏈中心的距離：上下門鉸鏈中心距離一般與車門自重、分縫線的曲率及固定力矩的外形有關(guān)，一般不小于300 mm，推薦330 mm以上[2]。

1.4 鉸鏈運動干涉分析

鉸鏈必須保證車門從閉合到鉸鏈最大開啟角度+3°過程中不與車身上如何部位發(fā)生干涉；在運動中，車身與車門最小間隙：設(shè)計門縫間隙4 mm時，最小間隙為1.8～2.5 mm，最小間隙一般癡線在車門開啟（3°～8°）及8車門外板最大凸弧面處。

對于轎車，前門開啟角度一般不小于60°，極限的超程角度為64±3°，后門開啟角度一般不小于66°，極限的超程角度為70±3°。

車門打開過程中，不能和鉸鏈本體及鉸鏈本體固定螺栓干涉，推薦最小間隙3～5 mm[3]。

表2 車門鉸鏈關(guān)鍵參數(shù)推薦

尺寸代碼推薦值備注 L14±1外觀間隙要求 L2＞1.8車門開閉包絡(luò)線與相關(guān)零件之間的最小間隙 L3＞4.5車門與鉸鏈本體之間的間隙

1.5 門鉸鏈軸線優(yōu)化[4]

在正向設(shè)計車門過程中，根據(jù)外觀造型和車門分縫線。鉸鏈位置的確定步驟如下：

第一步：選定鉸鏈的結(jié)構(gòu)和安裝方式；

第二步：初步選定鉸鏈的傾角，然后把上線鉸鏈安裝在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，同時檢查鉸鏈車門旋轉(zhuǎn)到最大開度加超程角過程中，保證車門與車身不干涉，車門外板與鉸鏈本體不干涉；鉸鏈驗證時，要考慮生產(chǎn)過程中可能得誤差值。一般鉸鏈軸線的驗證按（：±2mm，：±1mm）進行；如圖2所示。

2 車門間隙面差不一致原因分析

2.1 車門與車身實物間隙面差情況

我公司新型中重卡駕駛室在裝車過程中反饋左右車門間隙面差不一致淋雨試驗后車門上沿向內(nèi)滲水（密封不嚴）。具體測量如下：

圖3 車門間隙面差分布區(qū)域

表3 車門間隙面差區(qū)域測量數(shù)值分布

檢查項目判定基準/mm實測值 車門與前支柱處外間隙5.5±13.5A-A斷面 車門與前支柱處內(nèi)間隙15.5±219 車門與前支柱處面差2±1+1.5 車門與側(cè)頂處外間隙7.5±19B-B斷面 車門與側(cè)頂處內(nèi)間隙15.5±219 車門與側(cè)圍外間隙（腰線上）5.5±18C-C斷面 9.5D-D斷面

根據(jù)以上測量數(shù)據(jù)，現(xiàn)車門與車體的情況為：車門前傾，上部外傾，外表面外傾。

2.2 原因分析

通過對車門內(nèi)外間隙面差測量數(shù)據(jù)及實物狀況進行分析，得出導(dǎo)致此問題的原因如下：

（1）車門總成尺寸超差；

（2）白車身車體精度低，鉸鏈安裝點位置精度不夠；

（3）左右側(cè)圍焊接總成夾具精度超差，造成側(cè)圍上線后鉸鏈安裝處孔位超差；

（4）車門鉸鏈精度低，尺寸超差。

3 采取措施

為了驗證以上原因的正確性，對相關(guān)原因涉及的點進行逐一測量分析排除，以找到產(chǎn)生此現(xiàn)象的根本原因，并對其優(yōu)化改進。

3.1 車門焊接總成三坐標檢測

對左、右車門焊接總成進行三坐標檢測，具體情況如下：

以車門鉸鏈安裝孔進行尺寸精度擬合：以圖4圈中孔為基準，擬合偏差0.02。

圖4 車門鉸鏈安裝孔擬合基準圖

測量結(jié)果如圖5，圖6所示。

測量結(jié)果為實物與理論數(shù)據(jù)對比（理論數(shù)據(jù)與預(yù)彎數(shù)據(jù)最大偏差約1.6），就車門與立柱面差而言，左右車門測量結(jié)果均在公差范圍之內(nèi)，車門實物與數(shù)據(jù)一致性較好。

圖5 左車門焊接總成擬合結(jié)果

圖6 右車門焊接總成擬合結(jié)果

3.2 白車身車體三坐標檢測

對關(guān)涉車門鉸鏈安裝的點進行重點檢測，檢測點參見圖7，結(jié)果見表4。

測量結(jié)果均在公差范圍內(nèi)，精度滿足要求。

圖7 側(cè)圍鉸鏈安裝點測量圖

表4 鉸鏈安裝孔測量數(shù)值

序號特征測量值 XYZ 1孔1 166.71 017.8183. 2孔42.9? 941.9? 15.8 3孔? 31.2? 955.557.9 4孔16.81 956.356.2 5孔21.5? 959.5176.0 6孔? 26.5? 955.8178.0 7孔7.1? 967.8375.5 8孔34.7957.5545.6 9孔? 13.5? 957.5547.0 10孔39.5? 956.5667.0

3.3 左右側(cè)圍焊接夾具三坐標檢測

為了找到影響車門間隙面差的原因，特對左右側(cè)圍焊接總成夾具進行了三坐標檢測，具體報告如下：

圖9 右側(cè)圍焊接總成夾具定位銷檢測圖

從檢測報告，可以得出焊接夾具定位銷位置均在設(shè)計制造公差范圍內(nèi)，符合要求。

3.4 對車門鉸鏈進行測量

為了驗證實物與數(shù)據(jù)的一致性，特對該駕駛室車門鉸鏈進行了取樣測量，測量結(jié)果見表5。

從上表可以看出，序號1、2兩個尺寸存在波動，而該尺寸正是影響鉸鏈與車門及車身安裝位置的尺寸，其出現(xiàn)波動，便會造成車門間隙面差造成波動。

表5 鉸鏈取樣測量值統(tǒng)計

序號檢驗項目技術(shù)要求檢測值 1#2#3#4#5# 1翻轉(zhuǎn)孔到底面距離75.5±0.575.2075.4675.2675.4875.44 2翻轉(zhuǎn)孔到底面距離24±0.524.3224.5224.2624.2024.36 3鉸鏈臂孔間距84±0.584.18483.983.983.86 4鉸鏈臂孔間距40±0.540.4840.4640.439.940.4 5鉸鏈臂孔直徑φ11.2+0.1φ11.2φ11.2φ11.2φ11.2φ11.2 6鉸鏈臂孔直徑11.2+0.09*12.2±0.211.2*12.2611.2*12.2611.2*12.2611.2*12.2611.2*12.26 7鉸鏈臂孔直徑φ12+0.22φ11.98φ11.98φ11.98φ11.98φ11.98 8鉸鏈臂孔直徑φ12+0.22φ12.1φ12.1φ12.1φ12.1φ12.1 9鉸鏈座孔間距120±0.5121120.6120.1120.1120.2 10鉸鏈座孔間距48±0.54848.147.9647.9647.94 11鉸鏈座孔直徑φ11+0.09φ10.7φ10.7φ10.7φ10.7φ10.7 12鉸鏈座孔直徑φ11+0.09φ10.9φ10.9φ10.9φ10.9φ10.9 13鉸鏈座孔直徑φ12+0.22φ12φ12φ12φ12φ12 14鉸鏈座孔直徑φ12+0.22φ11.9φ11.9φ11.9φ11.9φ11.9

4 工藝分析及改進方案

針對以上原因分析及措施的實施，我們可以得出沖壓式鉸鏈的缺點為一致性差，為消除因制造原因所帶來的問題，我們可以在設(shè)計初期對此作出規(guī)避。鑒于現(xiàn)白車身零件已設(shè)計制造定型，為了較小范圍內(nèi)改動以實施整體效果。經(jīng)對車門間隙值的測量分析，得出車門間隙值的集中點出現(xiàn)在門上沿區(qū)域面差為+2.5 mm，為此需對下鉸鏈進行調(diào)整。

為了逐步驗證實施，先期進行臨時措施，對下鉸加焊3 mm墊片，經(jīng)小批量驗證，效果明顯，原存在的車門高出得到消除，具體如圖11。

圖11 車門鉸鏈臨時措施方案（加墊片）

根據(jù)此臨時方案的實施，后對車門下鉸鏈進行設(shè)計變更，將其鉸鏈臂角度做出調(diào)整，由86°調(diào)整為90°，使鉸鏈中心孔到底面距離加大，方案如圖12。

圖12 車門鉸鏈設(shè)計變更方案

圖13 改進后的車門間隙測量

經(jīng)過兩輪5輛份零件試裝測量，車門間隙面差均達到設(shè)計要求，原有車門間隙面差超差問題得以解決，測量點見圖13，測量結(jié)果見表。

表6 左車門間隙測量統(tǒng)計

車型測量點位置判定基準/mm實測值/mm T702G-1左115.5±216 左216 左317 左416 左517 左616 T702G-2左115.5±215 左217 左316.5 左417 左516 左617.5 T702G-3左115.5±215.5 左217.5 左317 左415.5 左515.5 左616 T702G-4左115.5±215.5 左216 左317 左416.5 左517 左617 T702G-5左115.5±215 左217 左316 左416 左517 左616

表7 右車門間隙測量統(tǒng)計

車型測量點位置判定基準/mm實測值/mm T702G-1右115.5±216 右216 右317 右416 右517 右617 T702G-2右115.5±215 右217 右316.5 右417 右517 右617.5 T702G-3右115.5±215.5 右217.5 右317 右416 右515.5 右616 T702G-4右115.5±215.5 右216 右317 右416 右517 右617 T702G-5右115.5±215 右217 右317 右416 右517 右616

圖14 T702系列車身車門內(nèi)間隙測量圖

5 結(jié)論

通過對我公司新式駕駛室車門出現(xiàn)間隙面差超差而引起的車門漏雨問題的分析解決，得出了沖壓式鉸鏈的改進方法。這只是其中的涉及車門鉸鏈的一類典型案例。事實上車門鉸鏈的布置及設(shè)計涉及的方面很多，在設(shè)計初期要考慮的地方很多。鉸鏈的設(shè)計是后續(xù)設(shè)計的基礎(chǔ)，因此需要通盤考慮，一旦發(fā)現(xiàn)鉸鏈設(shè)計有誤，往往會導(dǎo)致整個車門開閉系統(tǒng)會出現(xiàn)多種多樣的問題，例如：干涉、間隙面差超差、漏雨、車門下沉、車門關(guān)閉不良等等，因此進一步意味著車門所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計都將重來。

[1] 長城汽車工程研究院.車門鉸鏈設(shè)計規(guī)范[M].保定:長城汽車工程研究院設(shè)計技術(shù)規(guī)范,2006:2-3.

[2] 李華偉.車門鉸鏈布置研究[C]//2008年安徽省科協(xié)年會機械工程分年會論文集. 2008.

[3] 王秋鋒,石永泉,羅康.車門鉸鏈的設(shè)計開發(fā)[C]//第八屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會論文集(下). 2011.

[4] 李輝,禹文濤,張勝俊.基于CATIA的汽車車門鉸鏈設(shè)計[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2013,32(003):5-6.

Optimization and Improvement of Door Hinge

XU Chuan1, WEI Xuefei2

( 1.Zhejiang Geely New Energy Commercial Vehicles Group Co., Ltd., Zhejiang Hangzhou 310000;2.Body Business Department of Dongfeng Huashen Automobile Co., Ltd., Hubei Shiyan 442000 )

In order to be engaged in the automobile door opening and closing parts system design engineer provides the hinge the optimization improvement mentality and the method reference. This paper introduces the basic knowledge of door hinge, and presents the main structure form, fixing form, motion design parameter specification and optimization design method of hinge axle. Based on the analysis of a typical case of rain leakage in cab caused by door hinge, through full investigation of current situation, analysis of statistical data, formulation and verification of temporary measures, implementation and evaluation of permanent measures, an improved method of punching hinge is carded out.

Door hinge; Axis; Clearance & surface difference; Improved

U463.83+4

A

1671-7988(2021)20-52-07

U463.83+4

A

1671-7988(2021)20-52-07

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.020.014

徐川（1987—），男，主任工程師，中級職稱，就職于浙江吉利新能源集團有限公司商用車研究院，研究方向：商用車車身設(shè)計開發(fā)。