平移式侧舱门的设计-客车车身设计成果

平移式侧舱门有手动和气动两种，其中气动结构由于采用气压动力实现舱门的开关，从而不涉及气弹簧的校核与安装，因此我们将重点讨论手动平移舱门的结构型式。二者运动机构的布置方式及尺寸是一样的，仅仅区别于动力型式。

平移式侧舱门的最大优点是其能有效地减少舱门打开时所需的空间，尤其在停车场地狭小时更显得有优势。图5-27是手动平移结构侧舱门的一种型式：气弹簧作用于弯臂上。

下面以图5-27为例讲解侧舱门手动平移机构的设计方法。

1.摆杆的空间布局

平移机构可简化为四连杆结构，如图5-28所示。图中mn是过B点且平行于O₁A的直线。

在门的开启过程中，A点和B点始终分别以O₁点和O₂点为圆心做圆周运动，那么O点就是门体的运动瞬心。V₁和V₂分别是门在打开的起始瞬间其上下边的速度矢量。显而易见，图a的V₁和V₂都指向车外，尤其是上端，速度快而且方向近于水平，使门上部能很快地从易干涉区域移出来，因此图a的布局有利于门打开。而图b则同图a相反，门有打不开的可能。

所以对于摆杆的空间布局，我们的结论是：使平衡杆的上固定点O₂位于mn直线的内侧。

至于图中的O₂点能否位于mn直线上，有两方面问题要注意：

图5-27 手动平移式侧舱门的一般型式

①如果O₁A和O₂B等长，那么在安装时由于误差很可能使O₂点位于mn直线的外侧，所以等长的摆臂对装配精度要求较高，此法不可取。

②如果O₁A和O₂B不等长，那么需重新校核的门开启一个小角度（如1°）时瞬心O点有位置，此时也存在门打不开的可能。

2.摆杆尺寸及安装位置的确定

如图5-29所示，平移机构摆杆参数的确定步骤如下：

1）确定门体的最大举升高度H：为计算方便，假设门在最高位置的姿态与最低位置的姿态是一样的，即可认为门的运动是单纯的平移运动。门在最高点时门体的最下边与腰梁处密封止口下边沿的高低差h₁取50～100mm，这是经验值。

2）确定平衡杆在门体上的固定点B的位置：为了得到最大的举升高度H，应使B点越低越好。但B点的最低位置受到门体骨架与行李舱底面骨架（裙边梁）之间间隙h₂的限制，一般地h₂取50～70mm，这也是经验值。

图5-28 平移机构摆杆的空间布局

O₁—弯臂及转轴的固定点 O₂—平衡杆的上固定点 A—弯臂在门体上的固定点 B—平衡杆在门体上的固定点 O₁A—弯臂，即上摆杆 O₂B—平衡杆，即下摆杆 O—O₁A所在的直线和O₂B所在的直线的交点 mn—过B点且平行于O₁A的直线

3）确定O₂点所在的直线：B点确定后，其在门最高位置时的B′点也就确定了。此时作线段B′B的垂直平分线pq，那么O₂点必在直线pq上，因为B和B′都在以O₂点为圆心的同一个圆上。

4）确定O₁点的位置：此点是平移机构的动力中心，也可认为是整个机构的安装定位中心。若考虑气动和手动采用同一套机构，在图中我们给了一个O₁点的位置允许的区域：边长40mm的正方形。区域中心的位置是这样定位的：Y是O₁点距侧围腰梁内表面的距离，取Y=110mm，Z是O₁点距地板骨架下表面的距离，取Z=90mm。Y及Z值的确定主要考虑到以下几点因素：

①经验值。

②转轴及弯臂的安装和运动空间。

③气弹簧的工作空间。

④当采用气动舱门时，气动机构的安装和工作空间。

⑤若只考虑手动机构，O₁点所在的区域可放大：取Y=（100±30）mm，Z=（80±30）mm，Y和Z的值越小，机构也越轻巧。

5）确定弯臂在门体上的固定点A的位置：确定O₁点后，过O₁点作直线p′q′平行于直线pq（这是因为我们已假定门只是平移运动，所以我们可以先求一个纯平行四边形的平移机构）。量取B点至直线pq的垂直距离S，那么A点就是在门体上的适当位置（如弯臂固定座距门骨架的高度）并且距直线p′q′的距离为S的点。A点确定后，A′点就自然可以确定了。

6）确定O₂′点的位置：O₂′点是直线pq与直线mn的交点。直线mn是过B点与直线O₁A平行的直线，这在O₁点和A点确定后很容易得到。(www.xing528.com)

7）确定O₂点的位置：O₂′点的位置是我们所求的纯平行四边形的平移机构，为了避免由于安装误差而使O₂′点位于直线mn的外侧，在此我们人为地使O₂′点延直线pq向内侧移动30～50mm，从而得到O₂点的位置。这里应注意，不是O₂点离O′₂点越远越好，在图5-28的分析中，O₂点越远，瞬心O点离门体也越近，门在开启的瞬间摆动得也越厉害。显而易见，在安装精度可控的范围内，O₂点离O₂′点越近越好。

可见在图5-27中，要想取消平衡杆固定梁，使平衡杆上固定点O₂在靠近侧立柱处固定，那么转轴中心O₁点就必须向外移靠近车身外侧。

图5-29 平移机构摆杆参数的确定

3.气弹簧及开门力的计算

气弹簧可布置在弯臂上也可布置在平衡杆上，由于力的算法大同小异，考虑到若在平衡杆上安装气弹簧多少会与行李发生碰撞，因此此法用得也不多，以下我们将着重分析气弹簧安装于弯臂上这种型式。

图5-30所示为力的计算模型。

图5-30 侧舱门平移机构力的计算模型

G—门体的重量（N），门体重心取在图5-29中的A点处 F₀—门在最高点时气弹簧施加的力（N），即弹簧的公称力，可由此确定弹簧规格 F—门在最低点时气弹簧施加的力（N），根据气弹簧的力特性曲线，可取F=1.4F₀P—开门所需的最小拉力（N），与A点取在同一水平线 O₁—平移机构的转轴中心，即力矩中心 M—气弹簧固定点 S₀—门最高点时G的力臂（mm） S—门最低点时G的力臂（mm） d₀—F₀的力臂（mm） d—F的力臂（mm） L₀—气弹簧的最大长度（mm），可理解是其自由长度 L—气弹簧在门最低点时的长度（mm） H—P的力臂（mm）

1）F₀的求解：在最高点时，根据力矩平衡有F₀d₀=GS₀，得F₀=GS₀/d₀。为保险起见，取1.2F₀来作为气弹簧力的规格，1.2为保险系数。

实际上，若门在最高点时弹簧是最大长度，那么图5-27中的弯臂上的限位螺栓是可以取消的。

2）P的求解：在开门时，略去平衡杆，略去胶条，根据力矩平衡有PH=Fd+GS，得：

P=（Fd+GS）/H，而根据F=1.4F₀，最终有：P=（1.4dS₀+d₀S）G/（d₀H）。

由F₀和P的表达式可看出，S和S₀变小会使F₀和P都变小，即转轴中心O₁点向车外移会使机构变得轻巧。

对于H，其变大也会使P变小，但太小也意味着A点与B点很近，这样在门开启过程中稳定性会很不好。

P作用于A点的上还是下，在计算时都要将其平移至A点的水平线位置。我们已假定P始终是水平方向的，当P平移至A点时，需同时附加一个力矩，此时若力矩的方向同门瞬时转动的方向一致，就会使P值可相应地变小，否则就需增大。

3）由L₀-L可求气弹簧的行程，但必须留有足够的余量，不小于20mm。

4）对于气弹簧的布置：一般取d₀≥2d，这由调整气弹簧的固定端M点来获得。d越大则开门越费力，反之d越小则开门越省力，但d变小会使门在关闭时没有关紧的感觉。

5）调整d和d₀的数值，使开门力P的大小在147～196N时最为合适。

6）计算举例：某车型平移舱门尺寸如下：2440mm×1280mm（长×宽），S₀=315mm，S=115mm，H=615mm，d=37mm，d₀=74mm

则G=2.44×1.28×12=372（N）

F₀=（38×315）/74=1586（N）

1.2F₀=1900N若采用四根气弹簧，则每根弹簧力可取为480N，

P=（1.4×37×315+74×115）×38/（74×615）≈206（N），有点儿偏大。

若将转轴中心O₁点向外移30mm，即S₀=285，S=85，其他条件不变，则

P=（1.4×37×285+74×85）×38/（74×615）≈172（N），另外，门尺寸最好不要超过2m，这样能使开门力不超过147N。