車門限位器設計知識

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目 錄1 車門限位器的主要形式 41.1 限位盒、限位臂式 41.2 扭桿式 4 1.3 彈簧式 52 車門限位器的設計 62.1 車門限位器的布置 62.2 車門限位器的開啟角度 62.3 車門限位器的材料 62.3.1 車門限位器限位臂材料 62.3.2 車門限位器限位盒材料 62.3.3 車門限位器安裝支架的材料 62.3.4其它零件材料 62.4 車門限位器的表面處理 72.5 車門限位器的密封 72.6 車門限位器的操作力矩 72.7 車門限位器的曲線設計 73 車門限位器的優(yōu)化 93.1 車門限位器曲線的優(yōu)化 93.2車門限位器限位臂的優(yōu)化 93.3車門限位器內部結構優(yōu)化 94限位器的失效模式 105車門限位器的發(fā)展趨勢 111 車門限位器的主要形式目前市場上的車門限位器有以下幾種：1.1 限位盒、限位臂式（見圖1、圖2） 圖1 圖2它的工作原理為：限位器支架通過一安裝螺栓緊固在車身上，限位盒通過兩個安裝螺釘緊固在車門上，當開門的時候，限位盒便會沿著限位臂進行運動。由于限位臂上做有高低不同的結構，彈性橡膠塊便會有不同的彈性變形，這樣就需要人在開門的時候用不同的力進行關門。在每一個限位的位置點，便能起到對車門的限位作用。這種結構是目前應用最廣泛的，它的具體形式還有很多種：有的限位臂是沖壓的結構，有的限位盒內采用滾針，有的限位盒內采用滾珠，有的限位盒內采用導向塊但是限位的原理同出一轍。這種結構的優(yōu)點是結構簡單，成本低，占用空間小，免維修。缺點是對鈑金的要求偏高，如果鉸鏈強度不夠，車門下沉，很可能產生異響，運行一段時間后，限位力矩降低很快。這種結構的車門限位器一般有兩當或者三擋，它的最大力矩在35Mm左右，長度一般在60mm左右，最大開啟角度一般在70度以下，耐久試驗后，扭矩變化大概在3040。1.2 扭桿式（見圖3、圖4） 它的工作原理是：與鉸鏈一體，通常安裝在下鉸鏈上，在關門的過程中，通過扭桿變形，產生不同的力，來達到限位的目的。這種結構多用在歐洲車市場，因為是愛德夏的專利，目前我公司車上還未成運用。 這種結構的優(yōu)點是噪音低，壽命強，限位效果好。缺點是占據空間大，結構復雜，維修成本高等。這種結構的限位器一般有兩擋或者三擋，它的開門力矩最大為45Nm，關門力矩最大50Nm，最大開門角度在6065度左右，耐久試驗后，扭矩變化大概在15左右。 圖3 圖41.3 彈簧式 彈簧式的車門限位器采用與鉸鏈一體式，利用彈簧和限位桿的結構來實現對車門的限位。見圖5，圖6。連接車身連接車門限位桿彈簧軸承 圖5 圖6它的工作原理為：在車門開啟的時候，連接車門的部分跟隨車門旋轉，帶動限位桿旋轉，限位桿便會摩擦軸承部分的外套，由于限位桿上有高低不等的結構，靠彈簧的彈力便產生了不同的限位力，達到限位車門的目的。在目前的市場上，該結構應用不是很多，主要原因是它的很多缺點導致的。跟上述兩種限位器的結構對比，該結構占用空間在兩者之間，但是由于鉸鏈的旋轉中心軸在限位部分為懸臂，限位器的限位扭矩不能過大，否則懸臂的強度存在風險；另外這種結構在限位處有軸承，軸承的工作環(huán)境很惡劣，很容易受到損害，產生異響。由于上述的諸多原因，該結構限位器應用不是很廣泛。 這種結構的限位器優(yōu)點是限位擋位比較清晰，限位力矩容易調整等。2車門限位器的設計由于目前限位臂限位盒式車門限位器應用最為廣泛，故在本設計指南中，只介紹限位臂限位盒式車門限位器的設計。2.1 車門限位器的布置車門限位器一般布置在車門上下鉸鏈之間，當然一體式的車門限位器布置在車門下鉸鏈上，也有的布置在下鉸鏈的下方。限位器布置的具體位置可以通過在開門的過程中整個開門系統(tǒng)的受力分析獲得，因鉸鏈中心線通常有點偏斜（通常2度左右，最大不能超過4度），這樣造成限位器的在布置在不同的位置的時候，對開門系統(tǒng)貢獻的力矩也不盡相同，但相差并不是很大，可以根據實際情況計算。另外，車門限位器的布置還要考慮門的空間，盡量布置在空間比較大的地方，避免車門限位器在開門過程中與玻璃導軌、玻璃干涉，或者在車門玻璃下降的時候與玻璃等零件在某個狀態(tài)干涉或者空間太小。2.2 車門限位器的開啟角度車門限位器的最大開啟角度一般在6065度之間，它的開啟角度與鉸鏈的開啟角度有很大關系。限位器為了實現其限位作用，它的開啟角度要比鉸鏈角度偏小，鉸鏈的開啟角度一般在7075度，公差在正負3度；限位器的開啟角度一般在65正負3度，考慮公差的情況下，限位器的開啟角度比鉸鏈至少少2度，這樣才能保證限位器充分發(fā)揮作用。在設計中可以綜合考慮限位器的開啟角度，同時要考慮限位器一擋開啟時人上下車的方便性。一擋的開啟角度開啟的車門間隙一般不小于550mm。2.3 車門限位器的材料2.3.1 車門限位器限位臂材料 為了滿足限位器的過載開門試驗，限位臂的材料一般是Q235+PA66,Q235的料厚一般為3mm。2.3.2 車門限位器限位盒材料考慮限位盒的沖壓要求，車門限位器限位盒的材料一般為DC03,限位盒蓋的材料一般為DC01,料厚分別為2.0mm和1.5mm。2.3.3 車門限位器安裝支架的材料因車門限位器支架是把限位器安裝在車身上的唯一一個零件，故它的材料及強度要求比較高，通常采用B450NQ，料厚通常為2.0mm。2.3.4其它零件材料彈性橡膠塊是車門限位器中比較重要的零件，因工作環(huán)境比較惡劣，又要考慮橡膠的低溫特性、彈性、耐油脂性等，一般材料丁腈橡膠。導向塊，因導向塊與限位臂材料摩擦，故導向塊的材料一般為POM。有些車門限位器不采用導向塊的結構，而采用滾針的結構，滾針的材料一般采用35鋼。鉚釘，車門限位器的限位臂與車門限位器安裝支架用鉚釘鉚接在一起，鉚釘的材料一般為45鋼。限位盒運動到限位器的最后開啟角度后，通常有一個緩沖塊、一個限位用的鋼板和一個限位鉚釘，緩沖快的材料通常采用丁腈橡膠，限位鋼板的材料一般采用DC01,限位鉚釘的材料通常Q235,也有的限位器沒有這些零件。 限位器的各個部件的材料并不是只有一種選擇，特別是金屬材料，在滿足要求的情況下，材料和料厚都能選擇其他的材料和牌號。2.4 車門限位器的表面處理車門限位器的工作環(huán)境比較惡劣，按照相關標準要求，車門限位器要能承受5%中性鹽霧試驗144小時，這對限位器提出表面處理的要求。因車門限位器的安裝支架裸露在外邊，環(huán)境最為惡劣，通常鍍鋅黑色鈍化，以滿足相關標準要求。車門限位器限位盒裝車車門里面，環(huán)境較支架比較好，一般采用鍍鋅彩色鈍化。因限位臂上經常包覆一層塑料，工作環(huán)境相對來說處于限位器安裝支架和限位盒之間，但是限位臂總用地方暴露出來，所以一般來說限位臂也要進行表面處理，進行鍍鋅彩色鈍化。2.5 車門限位器的密封因車門限位器限位盒內部涂有很多潤滑脂，以保證限位器在使用的過程中噪音低。故限位器的密封就很有必要。否則經過一段時間使用，限位器限位盒內進入灰塵，油脂的可攪拌性降低，限位器就會出現發(fā)涉、異響等現象。限位器的壽命降低。限位器的密封一般在限位盒與鈑金安裝面之間添加一片帶有單面膠的海綿，來保證車門限位器的密封，減少灰塵進入限位盒，增加限位器的使用壽命。2.6 車門限位器的操作力矩 門限位器的作用是對車門的一些特定的位置進行限位，這樣就要求車門限位器有一定的限位力矩或者開關門力矩的要求。車門限位器的操作力矩是可以計算出來的。因整個車門開啟系統(tǒng)均是相對鉸鏈旋轉中心現進行旋轉，故可以針對鉸鏈中心線做一個力矩平衡。車門限位器的操作力矩計算過程中要考慮整車在下面幾個特殊狀態(tài)下對車門限位器限位力矩貢獻。1） 整車傾斜的時候，對關門力矩的要求。2） 整車上坡或者下坡對車門限位器開關門力矩的要求3） 鉸鏈本身的阻力扭矩。4） 限位器安裝支架與限位臂沿鉚釘旋轉的阻力力矩。除此之外，車門鉸鏈的傾斜，內開外開力也要考慮。因車門的操作力矩經過一段時間后會降低，故在設計的過程中，在不影響整車開關力的要求下，一般采用集中情況綜合下最大的力矩。2.7 車門限位器的曲線設計 在設計的過程中，車門限位器的很多零件均可以沿用，例如限位器安裝支架，車門限位器限位盒等。限位器的設計要注意以下幾點：1） 限位臂旋轉中心線與鉸鏈中心線平行。2） 限位器安裝支架與鉸鏈選裝中心線平行。3） 限位盒內滾針必須時刻與限位臂曲線垂直。4） 限位臂曲線所在平面必須與鉸鏈旋轉中心線垂直。車門限位器曲線的設計通常采用微積分近似方法進行。設計方法按照如下步驟進行：1）根據整車的布置做出限位器部分的斷面圖，見圖7。 圖72）假如車門限位器的開啟角度為68度。我們把車門開啟角度等分成17個等角度，每個角度為4度。見圖8。 圖83）各個圓截得一段曲線。見圖9。 圖94）把各段曲線連接起來便得到了限位器得曲線。見圖10。圖103車門限位器的優(yōu)化車門限位器設計過程中，每一個階段都需要對車門限位器進行優(yōu)化，保證下一步的工作能夠正確的開展。車門限位器的優(yōu)化可以分為以下三種：3.1 車門限位器曲線的優(yōu)化車門限位器曲線設計完成后，可以根據曲線對車門限位器曲線進行運動分析。如果出現車門在運動過程中距離相關零件之間得間隙太小，可以根據實際情況對車門限位器曲線進行優(yōu)化。在優(yōu)化的過程中要考慮一下幾點：1） 車門限位器的任何部件與相關部件之間的距離最好保持10mm以上，最小不能少于5mm。2） 在運動的過程中，限位器曲線與限位盒之間的間隙要保證1mm以上間隙。3） 可以對曲線進行調整，但是要保證1）、2）均能滿足。車門限位器曲線驗證符合實際要求后，可以根據曲線進行建模。在考慮關門的情況下，可以把限位臂在一擋的位置有個傾斜的角度，來配合自動關門的趨勢。3.2車門限位器限位臂的優(yōu)化車門限位器數模完成后，仍有必要進行運動分析，來驗證整個開門系統(tǒng)是否滿足整車整車設計要求，當限位器限位臂不能滿足要求是，對限位器本身進行優(yōu)化。運動分析過程中要考慮以下部分的內容。1） 鉸鏈與車門限位器開關門角度分析。2） 車門限位器與相關零件（玻璃、玻璃導軌等）之間的間隙分析。3） 車門限位器本身的間隙分析。限位臂本身可以進行以下簡單的調整，但是一般要要求為：1） 限位器限位臂的寬度一般不小于10mm。2） 限位器限位臂的限位結構處最厚部分一般在10mm左右。3） 限位器限位臂的限位結構處最薄部分一般在5mm左右。3.3車門限位器內部結構的優(yōu)化在車門的限位器的限位力矩不能滿足要求是，可以對彈性相交塊進行優(yōu)化，更改橡膠的配方，或者直接更改限位塊的硬度，來滿足不同的限位力矩要求。在運動分析過程中，如果限位器本身干涉，可以調整限位器的曲線，也可以更改限位盒，在限位盒空間或者強度允許的情況下，增加限位器限位盒的開口，但是一定要注意限位盒的密封。如果限位器經過調整后，限位盒內的滾針與限位臂之間的角度過小，可以調整限位盒內支架的角度來滿足限位臂在限位盒內的運動的空間。4限位器的失效模式根據我公司這種車門限位器的使用，限位盒限位臂式車門限位器的失效模式主要有以下幾種，見表1。 表1項目潛在失效模式原因分析臨時措施永久措施設計注意1限位器異響導向塊與限位臂接觸部位在法線方向不垂直。導向塊與限位臂配合處壓緊力減少，增大導向塊的圓角半徑。調整限位臂的曲線導向塊與限位臂接觸部位在法線方向垂直2限位器斷裂、操作困難鉸鏈的中心線與限位臂轉動的中心線不平行調整限位盒與限位臂的角度；1調整限位盒與限位臂的角度；2調整鉸鏈與限位盒、限位臂的三者關系鉸鏈的中心線與限位臂轉動的中心線平行3限位器支座變形限位器支座的強度不夠更換材料與結構固定方式更換材料與結構固定方式進行CAE分析4限位器與周邊零部件干涉設計時校核不到位/設計時注意與周邊的配合問題，保證各部位的間限至少在5mm以上。5限位器阻力大4設計時阻力偏大；5耐久性通不過，表面磨損嚴重；1、減小橡膠塊的彈性力；2、改進限位臂表面耐磨性差；1、減小橡膠塊的彈性力；2、改進限位臂表面耐磨性差；5車門限位器的發(fā)展趨勢目前市場的車門限位器主要還是限位盒、限位臂的結構，發(fā)展趨勢向更可靠、更安全來的趨勢發(fā)展。在歐洲市場上扭桿式應用也得到推廣，特別是大眾體系的產品，幾乎都是扭桿式。另外在寶馬等豪華汽車上氣彈簧和限位桿配合也有應用，這種結構對噪音、可靠性、限位器壽命等都有很大的改觀。第 10 頁 共 10 頁