汽車卡板式門鎖的鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析李俊，張宗華( 廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院 ，廣東廣州 510640)摘要: 汽車門鎖是汽車的一個重要安全部件，通過探討鎖體機(jī)構(gòu)零部件的功能和機(jī)構(gòu)布置，進(jìn)行整體力學(xué)分析，設(shè)計達(dá)到滿足目前各國頒布的汽車門鎖標(biāo)準(zhǔn)要求的鎖體。關(guān)鍵詞: 汽車門鎖; 機(jī)構(gòu)設(shè)計; 受力分析Design and Analysis of Card-board Type Locking Mechanisms of Vehicle Door LatchLI Jun，ZHANG Zonghua( GAC Guangzhou Automotive Engineering Research Institute，Guangzhou Guangdong 510640，China)Abstract: Door latch is an important safety feature in the vehicle Through discussing the function of the parts and layout of locking mechanism of door latch，over all mechanic force were analyzed Latch to meet requirements of the current vehicle door latch criterion issued by various countries are designedKeywords: Door latch; Mechanism design; Force analysis0引言19 世紀(jì) 30 年代，汽車上最早出現(xiàn)了滑動拴式門鎖，目的到鎖扣的推力作用下沿著關(guān)閉曲線旋轉(zhuǎn)，當(dāng)鎖舌旋轉(zhuǎn)到鎖體的半鎖位或全鎖位時，棘爪彈出，與鎖舌的缺口嚙合。撞擊停止 后，鎖扣受汽車的密封反力向外拉動鎖舌，由于棘爪卡住鎖 舌，使鎖舌無法回到初始位置，不能打開車門。當(dāng)拉動車門的 外開或內(nèi)開把手時，通到連動裝置，拉啟棘爪，使棘爪與鎖舌 脫離，受密封力的作用，鎖舌回旋到初始位置。鎖扣從鎖舌中 脫離，車門打開。是防止車門在行駛過程中被隨意打開。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展與規(guī)范，門鎖作為汽車的一個重要安全部件，不僅僅要求能夠滿 足車門在關(guān)閉時防止陌生人隨意進(jìn)出，提供防盜的功能，同時 還要求具備安全可靠性，在汽車行駛或發(fā)生碰撞時車門不能自 動打開，碰撞發(fā)生后能正常開啟。3 鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計門鎖 作 為 安 全 件， 能否滿足國家標(biāo)準(zhǔn) ( GB150861 研究對象與目的隨著汽車設(shè)計的不斷演變和發(fā)展，相繼出現(xiàn)了勾簧式，舌 簧式，齒輪齒條式，凸輪式和卡板式的汽車門鎖。由于勾簧和 舌簧式門鎖不能承受縱向載荷，目前已經(jīng)被淘汰; 齒輪齒條式 和凸輪式門鎖，對車門的配合要求精度較高，主要用于行駛在 較好路況的轎車; 目前最為廣泛使用的是卡板式門鎖，由于嚙 合可靠，強(qiáng)度高，安全可靠，目前適用于各種車輛。文中選取目前較為廣泛使用的卡板式門鎖為研究對象，著 重從機(jī)械鎖體的嚙合機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，提出設(shè)計中的注意 事 項， 并運(yùn)用靜力學(xué)公式建立門鎖受力的數(shù)學(xué)模型，提 出 力 學(xué) 方 程 式，為門鎖的設(shè)計提供參考。2006) 1 安全性能的要求，主要體現(xiàn)在鎖體的關(guān)鍵部件鎖舌和棘爪的配合設(shè)計上，以下將展開對鎖舌和棘爪的設(shè)計探討:( 1) 零件位置設(shè)定: 棘爪一般布置于鎖體的上端，鎖舌則 處于下端 ( 如圖 1 所示) ，目的是防止車輛在行駛過程中，棘 爪彈簧突然發(fā)生斷裂失效，如果棘爪處于鎖體上端，受自身重 力作用，依然朝下與鎖舌正常嚙合。如果棘爪位于鎖體下端， 失去彈簧力支撐的棘爪受到自身重力作用下會產(chǎn)生向下旋轉(zhuǎn)的 趨勢，如果車子振動，可能會發(fā)生鎖舌與棘爪脫開的現(xiàn)象，導(dǎo) 致車門打開，發(fā)生安全事件。( 2) 兩級鎖位的設(shè)定: 兩級鎖位的功能主要通過對鎖舌的 外形設(shè)計來實現(xiàn)。在閉鎖狀態(tài)下，鎖扣分別處于在半鎖位和全 鎖位的位置 時，鎖扣軸心位置之間的長度為兩級鎖位間的 距 離，根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定為 10 14 mm。( 3) 鎖舌和棘爪嚙合角的設(shè)定: 在閉鎖狀態(tài)下，鎖舌和棘 爪處于半鎖位或全鎖位嚙合時，通過棘爪旋轉(zhuǎn)中心到嚙合點的 連線與通過鎖舌旋轉(zhuǎn)中心到嚙合點的連線的夾角稱為鎖舌和棘 爪的嚙合角，一般設(shè)定為 90 ( 圖 1 角度 ) 。2 卡板式門鎖的鎖緊機(jī)構(gòu)工作原理汽車處于車門開啟狀態(tài)，關(guān)閉車門，門鎖將以車門鉸鏈的 軸心為旋轉(zhuǎn)中心，沿著鎖體的關(guān)閉曲線，與鎖扣相撞，鎖舌受收稿日期: 2012 06 26作者簡介: 李俊 ( 1977) ，男，工學(xué)學(xué)士，從事汽車側(cè)門鎖及功 能件產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)工作。E-mail: lijun gaei. cn。閉鎖方向的摩擦力 Fs ，使得門鎖越拉越緊。該偏心量 B 要求小于棘爪和鎖舌配合的設(shè)計公差帶，一 般 取 B = 1. 85 ( 摩 擦 因 數(shù)) 。( 9) 鎖舌和棘爪的重心位置設(shè)定: 為了減少鎖體在高速運(yùn) 動時受自身慣性力的影響，需要將鎖舌和棘爪的重心設(shè)計靠近 于旋轉(zhuǎn)中心。4鎖緊機(jī)構(gòu)的靜態(tài)受力分析當(dāng)建立鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動部件的受力大 小 和 方 向，根 據(jù) 圖 1， 在 靜 止 狀 態(tài) 下， 鎖 體 機(jī) 構(gòu) 受 力如下:Fn :鎖舌在密封力的扭矩作用下 在 嚙合點產(chǎn)生的法向推 力;Fc :Fs :棘爪彈簧力;摩擦力;圖 1 鎖緊機(jī)構(gòu)受力簡圖F: 解鎖力;Fr : 密封力。根據(jù)靜力學(xué)公式，導(dǎo)出力學(xué)方程式2 :( 4) 嚙合尺寸的設(shè)定: 鎖舌和棘爪處于半鎖位或全鎖位嚙合時，棘爪受解鎖力作用脫離鎖舌，期間棘爪與鎖舌的接觸長 度稱為嚙合尺寸，一般設(shè)定為2. 0 mm，目的是保證鎖體有足 夠的強(qiáng)度。M = F C4 cM = F D3 sM = F B2 n( 5)為了減少鎖舌和棘爪在脫離時的滑動摩擦力，降低門M = FA1鎖的解鎖力，鎖舌和棘爪嚙合表面可以進(jìn)行噴涂固體潤滑劑 處理。F = F R / Sn rF = F sn( 6)金屬材料的選擇: 為了增強(qiáng)鎖舌和棘爪的硬度和耐磨 = 0. 2M = M4 + M3 M2 M1 = 0M = Fc C + Fs D Fn B FAF = Fr R( D B) / SA + Fc C / A對于求解安全密封力 Fr ，可以設(shè)定 F 與 Fs 為 0，即 = 0。0 = Fr R( 0 B) / SA + Fc C / A Fr = M4 S / ( RB)根據(jù)上述靜態(tài)力學(xué)的數(shù)學(xué)公式，在進(jìn)行鎖體機(jī)構(gòu)設(shè)計時要 求充分考慮零部件受力點的尺寸布置，滿足達(dá)到設(shè)計輸入的解 鎖力和密封力的要求。性，金屬材料一般選用表面有相當(dāng)高的硬度、具有耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度，同時心部還要求保留良好的韌性，能承受高的沖 擊負(fù)荷的滲碳鋼。棘爪一般只需要進(jìn)行表面硬化處理，鎖舌則需要進(jìn)行整體硬化處理，棘爪的硬度要高于鎖舌的硬度。同時 要求定義 嚙合面輪廓度和精沖件撕裂帶及沖壓塌角的技術(shù) 條件。( 7) 減少嚙合噪音處理: 鎖體在鎖扣的撞擊下關(guān)閉，鎖舌 和棘爪發(fā)生碰撞嚙合時會產(chǎn)生較大尖銳聲。通過對鎖舌和棘爪在工作中的非接觸表面進(jìn)行包塑處理和增加緩沖槽設(shè)計 ( 如圖1 所示) ，可以最大限度減少鎖舌和棘爪在碰撞嚙合時產(chǎn)生的 噪音。5結(jié)束語汽車門鎖作為汽車的一個重要安 全 部 件，具 備 許 多 功 能，( 8)棘爪嚙合面的偏心設(shè)計: 目前一般采用鎖舌嚙合面為平面，棘爪嚙合面為圓弧面，從而實現(xiàn)嚙合線接觸的設(shè)計。理論設(shè)計中我們要求棘爪嚙合圓弧面的圓心與棘爪的旋轉(zhuǎn)中心重 合，但由于門鎖機(jī)構(gòu)復(fù)雜，存在著零件制造和裝配的誤差，無 法確保兩中心位置重合。當(dāng)車輛在行駛過程中，門鎖受密封力 Fr 的作用，將產(chǎn)生影響鎖體安全的摩擦力 Fs ，如 果 該 摩 擦 力 指向棘爪的開啟方向，將潛在導(dǎo)致門鎖異常打開的隱患，造成 安全事件發(fā)生。所以在設(shè)計棘爪的嚙合弧面時應(yīng)考慮將圓弧中 心偏移旋轉(zhuǎn)中心，使棘爪在受車門密封力作用下產(chǎn)生一個指向文中所討論的只是門鎖功能中最基礎(chǔ)也是最重要的一項，其他功能都可在這個平臺上進(jìn)行拓展和延伸。參考文獻(xiàn):【1】 GB15086 2006 汽車門鎖及車門保持件的性能要 求 和 試 驗 辦 法S 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006【2】 李卓球 理論力學(xué)M 武漢: 武漢理工大學(xué)出版社，2001