车门铰链的设计

【摘 要】本文主要以金杯换代车型车门铰链设计为基础，论述了车门铰链的设计流程，以及在车门铰链的设计过程中应注意的问题。

【关键词】车门；铰链

车门铰链的设计是车门设计的一项重要的工作，直接关系到车门能否正常开启？在整车设计中铰链的设计也是相对的复杂，其要充分考虑门框的边界、人机工程、车门下垂的诸多问题。

1 车门铰链的位置布置

1.1 基础定义

（1）车门内、外倾角 铰链轴线在X=0平的面上投影与z轴之间的夹角。建议内或内倾角不超过2°；一般没有外倾角。

（2）车门前、后倾角 铰链轴线在Y=0平面上的投影与z轴之间的夹角。建议前或后倾角不超过1.5°。

（3）门铰链的最大开度角 车门铰链所能开启的最大角度值。

（4）车门最大开度角 车门所能打开的最大角度值。

（5）上下门铰链中心的距离 上下门铰链中心的距离一般与车门的自重、分缝线的曲率及固定立柱的外形等有关，中心距一般不小于350mm。

图1 车门铰链布置

1.2 铰链轴线的设定

铰链轴线的布置是整个开闭件后续结构设计的基础。其具体原则如下：

（1）铰链轴线应定成内倾或后倾，通常以内倾0～2度，后倾0～1.5度，以便有利于在保证铰链间距的条件下，增大轴线的外移程度。同时车门在自身重力的作用下能够自动合上。但在设计设计过程中因各种条件限制，铰链轴线无法保证内倾或后倾，可能与z方向平行。

（2）铰链轴线布置应尽量靠近车门外板和车门前端，因为轴线越靠近车门外板，门完全打开后，前门与翼子板间隙以及前后门间隙就越大，有效避免干涉；轴线越靠近车门前端，门旋转时，其对A、B柱的侵入量越小。

1.3 铰链间距的设定

在结构允许的情况下，车门上下两铰链之间的距离应尽可能大，因为距离越大，铰链X向受力越小，可以有效防止车门下垂。在实际设计过程中由于造型等各种原因限制，使得铰链间距离无法满足要求。但应尽量保证前后门铰链中心距应不小于 1/3 的车门宽度。

1.4 在车门铰链的布置设计中除上述外还应注意以下几个方面

（1）为能获得更好的链接刚度，应在车门本体和门柱上设置必要的加强板或采用增厚的内板焊接，因为车门与铰链和门柱与铰链的连接刚度不足，往往是车门下沉的主要原因。

（2）两铰链的轴线应在同一直线上。并根据不同的车型和汽车不同的用途，具有内、 外倾角和前、后倾角，在布置铰链时尽量加大两铰链的间距，改善铰链受力状况。但在实际设计过程中，车身的侧围表面存在着一定的弧度和倾斜度，当其造型确定后，则对铰链轴线外移程度产生限制，并直接与两铰链的间距相关。因此设计中应处理好车身外形、铰链间距和铰链轴线外移之间的关系。

（3）车门铰链的尺寸越小越好，如车门铰链过大将会造成车门下沉问题，但刻意减小铰链尺寸将会减小车门的最大开启角度。而且铰链的最终尺寸也将会影响A柱的最终尺寸。从而影响车辆在进行碰撞试验时的性能。在确定开启角度时就应考虑铰链大小问题。

2 铰链运动校核及解决办法

铰链校核主要是门在开关的过程中铰链与门、门与翼子板、门与侧围之间的关系是否满足要求，同时还要考虑密封条安装的可行性及密封条的压缩性能能否保证。同时铰链在安装时，通用安装工具是否可以正常操作等问题。

（1）车门铰链轴线位置确定后，必须以轴线为旋转中心，进行车门开启运动校核，检查车门在最大开度位置时，有无与车身其他部位发生干涉。一般车门最大开度角取 65o～70o 范围。设计中确定车门最大开度角应考虑上下车的方便性，上车后的关门方便性，以及避免车门与车身各部分发生干涉等条件。

（2）由于车门开启时，整个车门的质量及其上的作用力都作用在铰链上，应对铰链的受力状况进行分析，从而设计铰链的刚度和强度。

（3）铰链的装配结构设计应保证车门与门框的相对装配位置可以调整。其次为了提高铰链的连接刚性，应使螺钉的连接孔分布面积增大，并且在设计时铰链的装配面要平整。

（4）对于四门汽车，车身中支柱上要安装前门门锁的锁扣和挡块，以及后门的铰链，两者布置位置应不相重合，否则中支柱结构复杂，断面尺寸增大，从而影响车身整体强度。

3 车门铰链强度的CAE分析

（1）使用软件：前处理：HyperMesh v10.0

求解器：NX/NASTRAN 4.0

后处理：HyperView v10.0

（2）模型及边界条件

模型化说明 边界条件

分析工况按照GB 15086进行

纵向载荷：约束其中一侧铰链1-6自由度，另一侧刚性单元约束2-6自由度，并施加x方向11110N的力。

横向载荷：约束其中一侧铰链1-6自由度，另一侧刚性单元约束13456自由度，并施加y方向9000N的力。

评价标准：铰链系统在施加两种工况载荷下不脱开。

注：载荷应在铰链销接合部分的线性中心之间的等距离位置施加，并且以车辆纵、横向方向通过铰链销的中心线。

（3）材料属性

（4）计算结果

Mises应力图

上铰链

下铰链

塑性应变图

（5）分析结果

分析结果前/后门铰链mise应力均未超出材料的抗拉强度，可以满足国标要求。

4 总结

本文主要阐述了车门铰链的设计理念及布置原理和方式，并结合主机厂与各个设计公司合作过程中遇到的问题及解决办法，对车门铰链的布置中所涉及到的初始设计状态、铰链布置距离、铰链轴角度、运动校核等几方面进行了论述。 由于各汽车主机厂及设计公司的设计理念及开发流程不完全一样，本文所阐述的观点仅供参考。

参考文献：

[1] 《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册设计篇.人民交通出版社，2001.

[2]《铰链设计指导书》.IAT设计公司.

[3]《开闭件设计规则》.上海同济同捷科技有限公司.