带限位器的复合门铰链性能研究

第３期２００７年客车技术与研究

・设计・计算・研究・

带限位器的复合门铰链性能研究

曾智光，顾力强

（上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２００）

摘要：介绍汽车复合门铰链结构，分析设计限位器开启力时应该考虑的因素；提出复合门铰链的基本要求，研究其所须具备的超承压、寿命、耐腐蚀、耐高低温等各种能力要求；并针对门铰链作为安全件提出所须具备强度要求和滥用刚性要求；最后探讨各种性能的相关试验方法。

关键词：汽车；门铰链；限位器；性能；试验

中图分类号：Ｕ４６３．８３＋４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００６—３３３１（２００７１０３．ｏ００８－０３

Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

Ｐｅｒｆｏ咖柚∞ｏｆ

Ｄ∞ｒ

Ｃ岫ｐｏ唧．ｄ

ＨｉｎｇｅｗｉｔｈＨｏＭＲｅｇｌｌｌａｔｏｒ

（ｓｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈ

Ａｂｓｔ瑚Ｉｄ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅ

ｏｐｅｎ

Ｅｎｇ．，帆ｈａｉ

ｌｌｉｎｇｅ

ａｓ

ｚＥＮＧＺｈｉ—ｇＩｌａｎｇ，ＧＵＬｉｌｉａＩＩｇ

ＪｉａｏｔｏＩｌｇＵｍｖ．，Ｓｈａｆｌｇｈａｉ２００２００，Ｃｈｉｌｌａ）

ｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｄ００ｒｓ，ａ１１ｄａｎａｌｙｚ∞ｉｎｎｕｅｌｌｃｅｆａｃｔｏｒＳｏｆ

ｃｏｒ印ｏｕｎｄ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｆｏｒｃｅｆｏｒｄ００ｒ’ｓｈｏｌｄｒｅｇｕｌａｔｏｒ．Ｉｔａｌｓｏｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄｂａｓｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｄ００ｒｃｏｍｐｏｕｎｄｈｉｎｇｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｕＩｌｃｔｉｏｎｐｅｒｆ６ｍａｎｃｅｏｆｏｖｅｒｌｏａｄｉｎｇ，ｌｉｆｅｔｉｍｅ，ｅｒｏｓｉｏｎ—ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｋｇｈ８Ｌｌｏｗｔ咖ｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃ己ⅣＩｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｔｈｅｍｉｎｉｍｌｆｏｒｃｅｌｙ，ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅ

ｔｅｓｔ

ｍｅｔｈｏｄｓ

ｒｅｑｕｉｒ锄ｅｎｔｓａｆｅｔｙ

ａｂｏｕｔｔｈｅｓｅｒｅｑｕｉｒ锄ｅｎｔｓ．

ａ

ｐａｒｔ，ａｎｄｍｉ商ｍａｌｒｉｇｉｄｉｔｙｎｅｅｄｗｈｅｎｍｉｓｕｓｅｄ．Ｆｉｍｌ—

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｒｎｏｂｉｌｅｆｄｏｏｒｈｉｎｇｅ；ｈｏｌｄｒｅｇｕｌａｔｏｒ｝ｐｅｒｆｏｍｌａｒｌｃｅ；ｆｕｎｃｔｉｏＩｌａｌｔｅｓｔ

国内有关汽车铰链方面的技术资料十分缺乏，

仅有针对汽车门锁和铰链安全的ＧＢ１５０８６—９４标

准。其主要内容是门铰链纵向静负荷≥１１

横向静负荷≥８

９００

１１０Ｎ，

Ｎ。汽车铰链可分为门铰链和

盖铰链，其中门铰链要求较高，因为它是被动安全件

之一，国内外对其都有安全性的强制要求。本文主

要研究汽车铰链的性能要求及针对这些要求提出试

验方法。１

复合铰链的结构

每扇门有两个铰链总成，一个在顶部叫上铰

１一罩壳总成；２一垫片；３一销子；｝下覃１５一上罩；争橡胶弹簧，７一滚针支架｝８一滚针；９一弹簧销；１０－限位臂；１１一支架

国２常见限位器

链，另一个在下端叫下铰链。每个铰链有两个基本的零件，一个与车门连接，另一个与车身连接。一个

圆销固定在一个零件上，通过销孔与另一半相连。当门开启或关闭时，铰链总成以圆销为轴心旋转，这

是最简单的铰链模式。限位器的作用是保持门在某个开启的位置，一般由凸台、滚子、弹簧等组成。带限位功能的铰链叫复合铰链。分别见图１、２、３。

图３复合铰链

２复合铰链的设计要求

２．１

受力分析

开门时手感的轻重、顺畅，是对车门的第一感

图１简单铰链

・８。

觉。最大与最小的操作力所表现的手感是评价车门

万方数据　

客车技术与研究２００７年第３期

・设计・计算・研究・

的重要的标准。因此设计车门时，要考虑以下一些因素：门的总重量和力臂的长度；铰链轴的倾斜；门的操作力／手感；门限位器到铰链的垂直距离；顾客

的要求（斜坡保持功能、回弹影响、超载）；限位器的类型（摩擦或滚动、缓冲元件、弹簧类型）。相关示意

图分别见图４、５、６。

图４车门的重量和质心位置

图５车门开启角度位置

图６限位器和铰链的安装位置

如图７所示，当车辆停泊在斜面上时，门重量在倾斜的坡道上产生分力，根据不同的倾斜方向，该分力对左右两边门的开、关起作用。当绕Ｘ轴的斜面角＝一５．６。时，车门重量在门的不同开启角度时产生的扭矩如图８所示。上面一条曲线表示对于图７所示左门产生的影响，下面一条曲线表示对右门的

影响。

图７车辆停泊在斜面上对车门开关的影响

万　

方数据图８门重量在斜坡时对左右门的影响

图９为车辆在１０。和１２。纵向斜坡上时，车门重量在门的不同开启角度时产生的扭矩。

∞．堕旦曼曼磐垫望

图９车仃在纵向斜坡上产生的扭矩

综合上述，限位器开启力的计算方法如下：

Ｆｌ×Ｌｌ＝Ｆ２×Ｌ２＋Ａ毛＋舰

式中：Ｆ１为门开启力；Ｌ，为铰链轴与Ｆｌ间的力矩；

Ｆ２为限位器的力；Ｌｚ为力矩；舰为门阻力矩；％为

门铰链轴倾斜门重量引起的力矩。受力分析如图

１０所示。

图１０车门铰链受力分析图

在初步根据门的相关参数，对限位器开启力的计算完后，根据以下因素进行优化，从而选定一个和车型相符的优化值。条件一：能满足在斜坡有一个限位能保持住门；条件二：同时要不超过人的手感限制。

尽管复合铰链是小零件，但作为安全件和功能

件，其要求也不低，除了上面所述的开启力外，还要考虑限位的功能，过压或滥用等因素，究竟应达到怎

样的具体性能要求呢？

２．２限位器要求

汽车是在流水线上大批量地生产，因此对于限位器基本要求是：可大批量互换；在复合门铰链中限位器可拆卸，方便装配；转动灵活稳定，无噪声干扰；

在整个使用周期内无需保养。

・９’

第３期２００７年客车技术与研究

汽车需一年四季在各种不同的地方使用，环境的温度变化很大，因此要求其功能温度范围一４０～

８０℃。同时复合铰链在白车身装配时通常就已安装到车身上，在后面的油漆工序中须经１８０～２１０

℃高温烘烤，其应当在２１０℃温度下存放２ｈ而不降低功能。

现代车辆的限位器的定位点数量通常不少于２个。在３０％的斜坡上，门必须能停靠于其中一个定

位点，防止开门时，门在重力的影响下自动关闭；同时为防止车门快速打开时造成对车身的影响，须限定限位器行程不允许超出最后的定位点。

由于会遭到不当使用，应该要对车门进行滥用

试验，验证超承超压能力。限位器安装在门系统上时，在Ｆ一５００Ｎ、杠杆臂＝１ｍ作用下，若单一限位

器通常要求无塑性变形；在铰链组合系统中，在作用

力施加点上最大变形为Ｏ．３

ｍｍ。

在车辆使用过程中，车门会频繁地启闭。因此，寿命是其关键的性能要求之一，通常在５００００～

１００

ｏｏｏ次负荷变化，而对于单一限位器承受最大允

许摩擦力矩变化为２０％，在铰链组合系统中最大为

１０％，并且无干扰噪声。

此外，零件表面的涂层一般是电解镀锌，以盐雾试验进行考核，试验后部件必须无基底金属腐蚀。现在为了保护人和环境，不允许使用含六价镉材料

进行铬酸盐钝化处理。盐雾试验的周期根据产品的涂层确定，一般不少于９６ｈ。２．３门铰链要求

基本性能要求与限位器相似，但作为安全件和载荷件它比限位器有更高的要求。铰链作为安全件，最重要的是强度要求。当每一门铰链系统承受

一定负荷，系统纵向和横向不得有散裂现象。这个负

荷，中自国家标准为纵向１１

１１０

Ｎ，横向８

９００

Ｎ。各

个厂家的要求并不相同，但是必须不低于国家标准。

由于强度要求不同，导致铰链的结构和材料会各不相

同。有的是用板材冲压而成，有的是用型钢制成。

此外，需要验证铰链在Ｚ向刚性，以保证其能

承担门以及额外负担。模拟门受力的条件，在Ｆ＝

５００

Ｎ、杠杆臂一１ｍ作用下，研究在施力点上Ｚ向

允许的变形，包括弹性和塑性变形。并与限位器一起验证承超压能力，安装在门系

统上时，在Ｆ＝５００Ｎ、杠杆臂＝ｌｍ，作用下与原始

状态相比，试验后打开角度所出现的最大偏差，一般

希望不超过３。为宜。

‘

・１０・

万　

方数据・设计・计算・研究・

３试验方法和评价

新产品开发离不开试验的认可，因此，需要建立

试验设备和方案对零部件的这些性能要求进行验证。综上所述，复合门铰链除了作全数尺寸检测外，

还需对其重要性能进行验证，主要包括：强度、寿命、

功能、耐腐蚀性能、耐高低温性能。

３．１强度试验

国内门铰链的静载荷最低要求为１１

１１０

Ｎ，而

一些国际汽车大公司的静载荷最低要求远大于此，如ＶＷ的Ａｕ出和Ｐ处；刚汀的门要求为大于２５

０００

Ｎ；丰田的部分车型的要求甚至高达到３９

ｏｏｏ

Ｎ。由

于评价指标是静载荷，因此，将使用１０ｔ的万能拉

伸试验机作为试验设备。此外，需根据新产品的尺寸结构设计专用工装，模拟门铰链安装在车门上关

闭时的状态：以上、下铰链组合成一个系统。为避免

加速过快而产生的动载荷，试验应以低匀速运行，完

成纵、横向的拉伸，并记录负荷曲线。

试验结束后将零部件从工装上取下检查评价，

上、下铰链允许有变形，但变形不能造成断裂现象。

３．２下沉刚性和过压试验

试验的工装应该要有足够的刚度，以避免由于

受巨大外力作用，工装产生变形，从而影响试验的准确性。同时考虑到工装的质量Ｇ也不能太重，一般应与门相同，考虑将采用方型钢管作为原材料模拟门。钢板作为车身，根据门重量和质心技术要求，将

采用如图１１所示的框架结构。应在１

０００

ｍｍ处

施加少量预紧力，作为测量变形的基准状态。不断

增加力，并用百分比表记下变形量，直到超出额定负

载，此时的变形为弹性变形。在释放负荷后，测量点

的回复状态与基准状态相比，即为塑性变形。３．３寿命试验

采用框架和配重块来模拟门系统中的受力情况，同时保证模拟系统应有较大刚度。用气缸的开

启和闭合推动试验的铰链距离为３００ｍｍ，门框质量３０ｋｇ，其重心离铰链轴５００ｍｍ，铰链轴垂直。

门框要开到足够大，保证门框在末档位置不再晃动，并且不会回弹到前一档位置。每分钟进行４～５

次受力循环，若进行１０万次循环，在１０

０００，

２０ｏｏＯ，３００００，４００００，６００００，７０ｏｏＯ，８０Ｏｏｏ和

９０

０００次受力循环后分别用盐水（５％的ＮａＣｌ溶液）

和灰尘进行喷洒；而其中在第５００００次循环铰链需

清洁保养。

（下转第１６页）

第３期２００７年客车技术与研究

・设计・计算・研究・

发动机支架（也叫机爪垫）的作用一是固定发动机，二是减少发动机的振动传递到车架上。但汽车的不同性能对发动机支架的阻尼和刚性的要求有时是矛盾的。比如，为了改善汽车的驾乘舒适性，更好地隔离发动机的高频噪声，支架的阻尼和刚性以较

液的动态剪切应力太低，还有就是成本较高［６］。汽车有别于其它用品的重要特征就是驱动汽车需要的扭矩是很大的，而扭矩的传递要靠剪切应力，同时减振阻尼器件的阻尼力调节也靠剪切应力。所以，制约电流变液在汽车用器件中应用的主要因素是所允许的最大剪切应力大小。目前大多数电流变液的动

态剪切应力在１５ｋＰａ以下，需要进一步提高。所以，

小为宜，然而，小的阻尼和刚性容易引起发动机在低

转速时受外界影响而产生共振。电流变型发动机支

架［５］可以有效地解决上述矛盾，其原理如图４所

示。电流变型发动机支架是通过改变加在电流变阀

在理论上进一步改善现有电流变液的性能、寻找更好的粒子材料，进一步开展适用于汽车的电流变液器件

的应用研究无疑具有重大的理论和实际意义。参考文献：

［１］魏宸官．电流变技术——机理、材料、工程应用［Ｍ］．北

京；北京理工大学出版社，２０００．

上的电压来改变电流变液体的粘度从而改变阻尼的，通过系统中的自主反馈控制电路，可有效地隔离发动机的振动，能非常有效地减少振动的传递率。

［２］张立军，余卓平．汽车用电流变液器件现状与发展［Ｊ］．

汽车研究与开发，２００１，（６）：２６—２９．

［３］刘小英，黄德修，龚荣洲．电流变阀外置的汽车双筒液

力减振器的理论及试验研究［Ｊ］．机械工程学报，２００４，

（１１）：１２９一１３３．

［４］苏楚奇，刘磊，邓弧东．电流变技术在汽车缓速器上的

应用［Ｊ］．客车技术与研究，２００４，（６）：１８—２０．

图４电流变型发动机支架

［５］黄安贻，孙军，容一鸣，等．电流变技术在汽车工程中的

应用［Ｊ］．武汉汽车工业大学学报，１９９８，（３）：８—１１．

３结束语

尽管利用电流变技术可以开发出满足使用要求

［６］ｗａｌｌｅｄ

ｅｎｃｅ

ＡＫＥｌ，ｓｔａｎｗａｙＲ，ｓｐｒｏｓｔｏｎＪＬＴｈｅｉｎｎｕ－

ｏｆ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｐｕｔ锄ｐｌｉｔｕｄｅ

ｏｆ

ａｎ

ｏｎ

ｔ１１ｅｄ”Ｉａｒｎｊｃ

ｒｅ—

的各种汽车用器件，但是，当前仍未实现商业化。阻

碍电流变液实用进程的最直接原因是目前的电流变（上接第ｌＯ页）３．４功能试验

ｅｉｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａＩｎｕｉｄｉｎｓｑｕｅｅｚｅｆｌｏｗ

口］．ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｌｌａｌｏｆｖｅｈｉｃｌｅＤｅｓｉｇｎ，２００３，３３

ｓｐｏｎｓｅ

（１）：１５３－１７０．

修改稿日期：２∞钟８—１０

３．５耐腐蚀性能

对于镀锌件通常用盐雾试验考核其耐腐蚀性

能。采用盐雾试验箱，按照中性试验标准。由于上、

采用图１１所示的框架结构模拟门结构条件，将其旋转３０％，模拟汽车停泊在斜坡的状态。把门打

开，检查在重力作用下，限位器几个定位中是否至少有一个定位能保证门的开启角度停住。此试验的目的就是检查当车辆停在斜坡上时，门开后不会自动关闭。

涮量点

下铰链外表的镀锌层的要求可能不同，其试验的时间长短也相应不同，具体应根据各厂家的要求。试验后用水将零件清洗干净，检查部件腐蚀情况。通

常要求无基底金属腐蚀。３．６高低温试验

采用高低温试验箱，复合铰链在一４０～８０℃温

度范围内，一般要求１２０ｈ变化试验后，摩擦力矩变化不大于１０％。参考文献：

［１］张洪欣．汽车设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８９．［２］黄天泽，黄金陵．汽车车身结构与设计［Ｍ］．北京；机械

工业出版社，１９９６．

［３］徐关庆，郑允熙．汽车电镀实用技术［Ｍ］．北京：理工大

学出版社，１９９９．

［４］王从曾．材料性能学［Ｍ］．北京：北京工业大学出版社，

图１１功能试验的结构示意图

２００１．

修改稿日期：２∞鲫７—俯

・

１６・

万方数据　

带限位器的复合门铰链性能研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

曾智光， 顾力强， ZENG Zhi-guang， GU Li-qiang上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200200客车技术与研究

BUS TECHNOLOGY AND RESEARCH2007,29(3)

参考文献(4条)

1. 王从曾 材料性能学 2001

2. 徐关庆;郑允熙 汽车电镀实用技术 19993. 黄天泽;黄金陵 汽车车身结构与设计 19964. 张洪欣 汽车设计 1989

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kcjsyyj200703003.aspx

第３期２００７年客车技术与研究

・设计・计算・研究・

带限位器的复合门铰链性能研究

曾智光，顾力强

（上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２００）

摘要：介绍汽车复合门铰链结构，分析设计限位器开启力时应该考虑的因素；提出复合门铰链的基本要求，研究其所须具备的超承压、寿命、耐腐蚀、耐高低温等各种能力要求；并针对门铰链作为安全件提出所须具备强度要求和滥用刚性要求；最后探讨各种性能的相关试验方法。

关键词：汽车；门铰链；限位器；性能；试验

中图分类号：Ｕ４６３．８３＋４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００６—３３３１（２００７１０３．ｏ００８－０３

Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

Ｐｅｒｆｏ咖柚∞ｏｆ

Ｄ∞ｒ

Ｃ岫ｐｏ唧．ｄ

ＨｉｎｇｅｗｉｔｈＨｏＭＲｅｇｌｌｌａｔｏｒ

（ｓｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈ

Ａｂｓｔ瑚Ｉｄ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅ

ｏｐｅｎ

Ｅｎｇ．，帆ｈａｉ

ｌｌｉｎｇｅ

ａｓ

ｚＥＮＧＺｈｉ—ｇＩｌａｎｇ，ＧＵＬｉｌｉａＩＩｇ

ＪｉａｏｔｏＩｌｇＵｍｖ．，Ｓｈａｆｌｇｈａｉ２００２００，Ｃｈｉｌｌａ）

ｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｄ００ｒｓ，ａ１１ｄａｎａｌｙｚ∞ｉｎｎｕｅｌｌｃｅｆａｃｔｏｒＳｏｆ

ｃｏｒ印ｏｕｎｄ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｆｏｒｃｅｆｏｒｄ００ｒ’ｓｈｏｌｄｒｅｇｕｌａｔｏｒ．Ｉｔａｌｓｏｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄｂａｓｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｄ００ｒｃｏｍｐｏｕｎｄｈｉｎｇｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｕＩｌｃｔｉｏｎｐｅｒｆ６ｍａｎｃｅｏｆｏｖｅｒｌｏａｄｉｎｇ，ｌｉｆｅｔｉｍｅ，ｅｒｏｓｉｏｎ—ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｋｇｈ８Ｌｌｏｗｔ咖ｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃ己ⅣＩｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｔｈｅｍｉｎｉｍｌｆｏｒｃｅｌｙ，ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅ

ｔｅｓｔ

ｍｅｔｈｏｄｓ

ｒｅｑｕｉｒ锄ｅｎｔｓａｆｅｔｙ

ａｂｏｕｔｔｈｅｓｅｒｅｑｕｉｒ锄ｅｎｔｓ．

ａ

ｐａｒｔ，ａｎｄｍｉ商ｍａｌｒｉｇｉｄｉｔｙｎｅｅｄｗｈｅｎｍｉｓｕｓｅｄ．Ｆｉｍｌ—

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｒｎｏｂｉｌｅｆｄｏｏｒｈｉｎｇｅ；ｈｏｌｄｒｅｇｕｌａｔｏｒ｝ｐｅｒｆｏｍｌａｒｌｃｅ；ｆｕｎｃｔｉｏＩｌａｌｔｅｓｔ

国内有关汽车铰链方面的技术资料十分缺乏，

仅有针对汽车门锁和铰链安全的ＧＢ１５０８６—９４标

准。其主要内容是门铰链纵向静负荷≥１１

横向静负荷≥８

９００

１１０Ｎ，

Ｎ。汽车铰链可分为门铰链和

盖铰链，其中门铰链要求较高，因为它是被动安全件

之一，国内外对其都有安全性的强制要求。本文主

要研究汽车铰链的性能要求及针对这些要求提出试

验方法。１

复合铰链的结构

每扇门有两个铰链总成，一个在顶部叫上铰

１一罩壳总成；２一垫片；３一销子；｝下覃１５一上罩；争橡胶弹簧，７一滚针支架｝８一滚针；９一弹簧销；１０－限位臂；１１一支架

国２常见限位器

链，另一个在下端叫下铰链。每个铰链有两个基本的零件，一个与车门连接，另一个与车身连接。一个

圆销固定在一个零件上，通过销孔与另一半相连。当门开启或关闭时，铰链总成以圆销为轴心旋转，这

是最简单的铰链模式。限位器的作用是保持门在某个开启的位置，一般由凸台、滚子、弹簧等组成。带限位功能的铰链叫复合铰链。分别见图１、２、３。

图３复合铰链

２复合铰链的设计要求

２．１

受力分析

开门时手感的轻重、顺畅，是对车门的第一感

图１简单铰链

・８。

觉。最大与最小的操作力所表现的手感是评价车门

万方数据　

客车技术与研究２００７年第３期

・设计・计算・研究・

的重要的标准。因此设计车门时，要考虑以下一些因素：门的总重量和力臂的长度；铰链轴的倾斜；门的操作力／手感；门限位器到铰链的垂直距离；顾客

的要求（斜坡保持功能、回弹影响、超载）；限位器的类型（摩擦或滚动、缓冲元件、弹簧类型）。相关示意

图分别见图４、５、６。

图４车门的重量和质心位置

图５车门开启角度位置

图６限位器和铰链的安装位置

如图７所示，当车辆停泊在斜面上时，门重量在倾斜的坡道上产生分力，根据不同的倾斜方向，该分力对左右两边门的开、关起作用。当绕Ｘ轴的斜面角＝一５．６。时，车门重量在门的不同开启角度时产生的扭矩如图８所示。上面一条曲线表示对于图７所示左门产生的影响，下面一条曲线表示对右门的

影响。

图７车辆停泊在斜面上对车门开关的影响

万　

方数据图８门重量在斜坡时对左右门的影响

图９为车辆在１０。和１２。纵向斜坡上时，车门重量在门的不同开启角度时产生的扭矩。

∞．堕旦曼曼磐垫望

图９车仃在纵向斜坡上产生的扭矩

综合上述，限位器开启力的计算方法如下：

Ｆｌ×Ｌｌ＝Ｆ２×Ｌ２＋Ａ毛＋舰

式中：Ｆ１为门开启力；Ｌ，为铰链轴与Ｆｌ间的力矩；

Ｆ２为限位器的力；Ｌｚ为力矩；舰为门阻力矩；％为

门铰链轴倾斜门重量引起的力矩。受力分析如图

１０所示。

图１０车门铰链受力分析图

在初步根据门的相关参数，对限位器开启力的计算完后，根据以下因素进行优化，从而选定一个和车型相符的优化值。条件一：能满足在斜坡有一个限位能保持住门；条件二：同时要不超过人的手感限制。

尽管复合铰链是小零件，但作为安全件和功能

件，其要求也不低，除了上面所述的开启力外，还要考虑限位的功能，过压或滥用等因素，究竟应达到怎

样的具体性能要求呢？

２．２限位器要求

汽车是在流水线上大批量地生产，因此对于限位器基本要求是：可大批量互换；在复合门铰链中限位器可拆卸，方便装配；转动灵活稳定，无噪声干扰；

在整个使用周期内无需保养。

・９’

第３期２００７年客车技术与研究

汽车需一年四季在各种不同的地方使用，环境的温度变化很大，因此要求其功能温度范围一４０～

８０℃。同时复合铰链在白车身装配时通常就已安装到车身上，在后面的油漆工序中须经１８０～２１０

℃高温烘烤，其应当在２１０℃温度下存放２ｈ而不降低功能。

现代车辆的限位器的定位点数量通常不少于２个。在３０％的斜坡上，门必须能停靠于其中一个定

位点，防止开门时，门在重力的影响下自动关闭；同时为防止车门快速打开时造成对车身的影响，须限定限位器行程不允许超出最后的定位点。

由于会遭到不当使用，应该要对车门进行滥用

试验，验证超承超压能力。限位器安装在门系统上时，在Ｆ一５００Ｎ、杠杆臂＝１ｍ作用下，若单一限位

器通常要求无塑性变形；在铰链组合系统中，在作用

力施加点上最大变形为Ｏ．３

ｍｍ。

在车辆使用过程中，车门会频繁地启闭。因此，寿命是其关键的性能要求之一，通常在５００００～

１００

ｏｏｏ次负荷变化，而对于单一限位器承受最大允

许摩擦力矩变化为２０％，在铰链组合系统中最大为

１０％，并且无干扰噪声。

此外，零件表面的涂层一般是电解镀锌，以盐雾试验进行考核，试验后部件必须无基底金属腐蚀。现在为了保护人和环境，不允许使用含六价镉材料

进行铬酸盐钝化处理。盐雾试验的周期根据产品的涂层确定，一般不少于９６ｈ。２．３门铰链要求

基本性能要求与限位器相似，但作为安全件和载荷件它比限位器有更高的要求。铰链作为安全件，最重要的是强度要求。当每一门铰链系统承受

一定负荷，系统纵向和横向不得有散裂现象。这个负

荷，中自国家标准为纵向１１

１１０

Ｎ，横向８

９００

Ｎ。各

个厂家的要求并不相同，但是必须不低于国家标准。

由于强度要求不同，导致铰链的结构和材料会各不相

同。有的是用板材冲压而成，有的是用型钢制成。

此外，需要验证铰链在Ｚ向刚性，以保证其能

承担门以及额外负担。模拟门受力的条件，在Ｆ＝

５００

Ｎ、杠杆臂一１ｍ作用下，研究在施力点上Ｚ向

允许的变形，包括弹性和塑性变形。并与限位器一起验证承超压能力，安装在门系

统上时，在Ｆ＝５００Ｎ、杠杆臂＝ｌｍ，作用下与原始

状态相比，试验后打开角度所出现的最大偏差，一般

希望不超过３。为宜。

‘

・１０・

万　

方数据・设计・计算・研究・

３试验方法和评价

新产品开发离不开试验的认可，因此，需要建立

试验设备和方案对零部件的这些性能要求进行验证。综上所述，复合门铰链除了作全数尺寸检测外，

还需对其重要性能进行验证，主要包括：强度、寿命、

功能、耐腐蚀性能、耐高低温性能。

３．１强度试验

国内门铰链的静载荷最低要求为１１

１１０

Ｎ，而

一些国际汽车大公司的静载荷最低要求远大于此，如ＶＷ的Ａｕ出和Ｐ处；刚汀的门要求为大于２５

０００

Ｎ；丰田的部分车型的要求甚至高达到３９

ｏｏｏ

Ｎ。由

于评价指标是静载荷，因此，将使用１０ｔ的万能拉

伸试验机作为试验设备。此外，需根据新产品的尺寸结构设计专用工装，模拟门铰链安装在车门上关

闭时的状态：以上、下铰链组合成一个系统。为避免

加速过快而产生的动载荷，试验应以低匀速运行，完

成纵、横向的拉伸，并记录负荷曲线。

试验结束后将零部件从工装上取下检查评价，

上、下铰链允许有变形，但变形不能造成断裂现象。

３．２下沉刚性和过压试验

试验的工装应该要有足够的刚度，以避免由于

受巨大外力作用，工装产生变形，从而影响试验的准确性。同时考虑到工装的质量Ｇ也不能太重，一般应与门相同，考虑将采用方型钢管作为原材料模拟门。钢板作为车身，根据门重量和质心技术要求，将

采用如图１１所示的框架结构。应在１

０００

ｍｍ处

施加少量预紧力，作为测量变形的基准状态。不断

增加力，并用百分比表记下变形量，直到超出额定负

载，此时的变形为弹性变形。在释放负荷后，测量点

的回复状态与基准状态相比，即为塑性变形。３．３寿命试验

采用框架和配重块来模拟门系统中的受力情况，同时保证模拟系统应有较大刚度。用气缸的开

启和闭合推动试验的铰链距离为３００ｍｍ，门框质量３０ｋｇ，其重心离铰链轴５００ｍｍ，铰链轴垂直。

门框要开到足够大，保证门框在末档位置不再晃动，并且不会回弹到前一档位置。每分钟进行４～５

次受力循环，若进行１０万次循环，在１０

０００，

２０ｏｏＯ，３００００，４００００，６００００，７０ｏｏＯ，８０Ｏｏｏ和

９０

０００次受力循环后分别用盐水（５％的ＮａＣｌ溶液）

和灰尘进行喷洒；而其中在第５００００次循环铰链需

清洁保养。

（下转第１６页）

第３期２００７年客车技术与研究

・设计・计算・研究・

发动机支架（也叫机爪垫）的作用一是固定发动机，二是减少发动机的振动传递到车架上。但汽车的不同性能对发动机支架的阻尼和刚性的要求有时是矛盾的。比如，为了改善汽车的驾乘舒适性，更好地隔离发动机的高频噪声，支架的阻尼和刚性以较

液的动态剪切应力太低，还有就是成本较高［６］。汽车有别于其它用品的重要特征就是驱动汽车需要的扭矩是很大的，而扭矩的传递要靠剪切应力，同时减振阻尼器件的阻尼力调节也靠剪切应力。所以，制约电流变液在汽车用器件中应用的主要因素是所允许的最大剪切应力大小。目前大多数电流变液的动

态剪切应力在１５ｋＰａ以下，需要进一步提高。所以，

小为宜，然而，小的阻尼和刚性容易引起发动机在低

转速时受外界影响而产生共振。电流变型发动机支

架［５］可以有效地解决上述矛盾，其原理如图４所

示。电流变型发动机支架是通过改变加在电流变阀

在理论上进一步改善现有电流变液的性能、寻找更好的粒子材料，进一步开展适用于汽车的电流变液器件

的应用研究无疑具有重大的理论和实际意义。参考文献：

［１］魏宸官．电流变技术——机理、材料、工程应用［Ｍ］．北

京；北京理工大学出版社，２０００．

上的电压来改变电流变液体的粘度从而改变阻尼的，通过系统中的自主反馈控制电路，可有效地隔离发动机的振动，能非常有效地减少振动的传递率。

［２］张立军，余卓平．汽车用电流变液器件现状与发展［Ｊ］．

汽车研究与开发，２００１，（６）：２６—２９．

［３］刘小英，黄德修，龚荣洲．电流变阀外置的汽车双筒液

力减振器的理论及试验研究［Ｊ］．机械工程学报，２００４，

（１１）：１２９一１３３．

［４］苏楚奇，刘磊，邓弧东．电流变技术在汽车缓速器上的

应用［Ｊ］．客车技术与研究，２００４，（６）：１８—２０．

图４电流变型发动机支架

［５］黄安贻，孙军，容一鸣，等．电流变技术在汽车工程中的

应用［Ｊ］．武汉汽车工业大学学报，１９９８，（３）：８—１１．

３结束语

尽管利用电流变技术可以开发出满足使用要求

［６］ｗａｌｌｅｄ

ｅｎｃｅ

ＡＫＥｌ，ｓｔａｎｗａｙＲ，ｓｐｒｏｓｔｏｎＪＬＴｈｅｉｎｎｕ－

ｏｆ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｐｕｔ锄ｐｌｉｔｕｄｅ

ｏｆ

ａｎ

ｏｎ

ｔ１１ｅｄ”Ｉａｒｎｊｃ

ｒｅ—

的各种汽车用器件，但是，当前仍未实现商业化。阻

碍电流变液实用进程的最直接原因是目前的电流变（上接第ｌＯ页）３．４功能试验

ｅｉｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａＩｎｕｉｄｉｎｓｑｕｅｅｚｅｆｌｏｗ

口］．ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｌｌａｌｏｆｖｅｈｉｃｌｅＤｅｓｉｇｎ，２００３，３３

ｓｐｏｎｓｅ

（１）：１５３－１７０．

修改稿日期：２∞钟８—１０

３．５耐腐蚀性能

对于镀锌件通常用盐雾试验考核其耐腐蚀性

能。采用盐雾试验箱，按照中性试验标准。由于上、

采用图１１所示的框架结构模拟门结构条件，将其旋转３０％，模拟汽车停泊在斜坡的状态。把门打

开，检查在重力作用下，限位器几个定位中是否至少有一个定位能保证门的开启角度停住。此试验的目的就是检查当车辆停在斜坡上时，门开后不会自动关闭。

涮量点

下铰链外表的镀锌层的要求可能不同，其试验的时间长短也相应不同，具体应根据各厂家的要求。试验后用水将零件清洗干净，检查部件腐蚀情况。通

常要求无基底金属腐蚀。３．６高低温试验

采用高低温试验箱，复合铰链在一４０～８０℃温

度范围内，一般要求１２０ｈ变化试验后，摩擦力矩变化不大于１０％。参考文献：

［１］张洪欣．汽车设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８９．［２］黄天泽，黄金陵．汽车车身结构与设计［Ｍ］．北京；机械

工业出版社，１９９６．

［３］徐关庆，郑允熙．汽车电镀实用技术［Ｍ］．北京：理工大

学出版社，１９９９．

［４］王从曾．材料性能学［Ｍ］．北京：北京工业大学出版社，

图１１功能试验的结构示意图

２００１．

修改稿日期：２∞鲫７—俯

・

１６・

万方数据　

带限位器的复合门铰链性能研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

曾智光， 顾力强， ZENG Zhi-guang， GU Li-qiang上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200200客车技术与研究

BUS TECHNOLOGY AND RESEARCH2007,29(3)

参考文献(4条)

1. 王从曾 材料性能学 2001

2. 徐关庆;郑允熙 汽车电镀实用技术 19993. 黄天泽;黄金陵 汽车车身结构与设计 19964. 张洪欣 汽车设计 1989

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kcjsyyj200703003.aspx