行李箱扭簧设计计算方法

众泰控股集团有限公司企业标准

Q/CS

发布Q/CS 05.010-2013

行李箱扭簧设计计算方法

2013-02-28实施

2013-02-25发布

Q/CS 05.010-2013

前言

本标准由众泰汽车工程研究院车身部提出。

本标准由众泰汽车工程研究院车身部归口管理。

本标准由众泰汽车工程研究院车身部负责起草。

本标准主要起草人：綦法富。

行李箱扭簧设计计算方法

1 范围

本标准规定了行李箱扭簧的技术要求、试验方法和计算方法。

本标准适用于三厢车鹅颈式（弓形）铰链所配用的行李箱扭簧产品。

2 引用标准

下列文件中对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 230.1-2009金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法

GB/T 1222-2007 弹簧钢

GB/T 1805-2001 弹簧术语

GB/T 18983-2003 油淬火回火弹簧钢丝

Q/ZTB 06.002-2012 乘用车零部件防腐技术要求

Q/ZTB 07.025-2012 禁用和限用物质规范

3术语和定义

3.1 行李箱扭簧

作为平衡铰链的弹性元件之一，占有有效空间小，易于安装，是一种较好的结构型式。其工作原理是通过扭转产生弹性变形输出力矩。

3.2 鹅颈式（弓形）铰链

鹅颈式（弓形）铰链是使用弹性元件，可以在行李箱盖开启或关闭过程中平衡行李箱盖重力矩的铰链结构,因其形状类似于鹅颈而得名。该铰链形式结构简单、制造工艺容易、有足够强度、可靠耐久及成本较低等优点，目前在中低档三厢车型中广泛应用。

3.3 剪切弹性模量（G）

材料的力学性能指标之一，是材料在纯剪切应力状态下，应力低于比例极限时切应力与切应变的比值。它代表着材料抵抗切应变的能力，模量大，则表示材料的刚性强。目前几种常用的扭簧材料剪切弹性模量见表1所示。

表1 扭簧材料的剪切弹性模量

3.4 行李箱盖重力矩

行李箱盖重力臂是随行李箱盖开启角度的变化而变化。行李箱盖在开闭过程中，铰链旋转中心与行李箱盖重心（如图1所示）的距离L 是一个定值。则行李箱在开闭过程任意位置的重力臂为：

cos()G L L θ=-γ

其中θ为行李箱开启角度；γ为行李箱盖重心和铰链旋转中心的连线与XY 平面的夹角。 由此可得行李箱重力矩：

cos()G M mgL θ=-γ

其中m 为行李箱盖质量。

图1 行李箱盖重心位置示意图

3.5 扭簧扭矩

扭簧是淬火弹簧钢丝按一定形状弯曲而成。扭簧的扭矩r M 与扭簧的直径d 、有效长度'L 、扭转角度Ф以及扭簧材料的剪切弹性模量G 有关。

4'M =

32180

T d G L ππ⋅φ

铰链旋转中心

行李箱盖重心

L

γ

4 技术要求

4.1 扭簧表面不允许出现裂纹及易产生疲劳断裂的损伤，两端头不允许有明显的毛刺及马蹄形。

4.2 扭簧材料选用弹簧钢（执行GB/T 1222-2007标准）或油淬火回火弹簧钢丝（执行GB/T 18983-2003标准）。

4.3 扭簧成型后，淬火后硬度为45HRC～55HRC。

4.4 扭簧应按照规定程序批准的图样和相关技术要求制造，并符合本标准的要求。

4.5 扭簧的扭矩特性应在按照规定程序批准的图样中具体显现。

4.6 扭簧经疲劳试验1万次不应发生断裂，疲劳试验后表面不应出现肉眼可见的裂纹，且刚度变化不大于5%。

4.7 扭簧表面处理方式按Q/ZTB 06.002-2012标准执行。

4.8 扭簧需满足Q/ZTB 07.025-2012中的禁限用物质要求。

5 试验方法

5.1 扭簧材料试验

5.1.1 弹簧钢材料按GB/T 1222-2007标准执行。

5.1.2 油淬火回火弹簧钢丝材料按GB/T 18983-2003标准执行。

5.2 材料硬度检测按GB/T 230.1-2009标准执行。

5.3 疲劳试验

5.3.1 试验要求

在常温下模拟实车工作状态往复扭转1万次测试。

5.3.2 试验设备

疲劳试验机或轿车四门两盖试验台。

5.4 盐雾试验

扭簧表面处理层的盐雾试验方法按Q/ZTB 06.002-2012标准执行。

5.5 禁限用物质检测按Q/ZTB 07.025-2012标准执行。

6 计算方法

6.1 模型建立

根据铰链结构及安装示意可知，铰链安装支架为固定件，铰链、联杆及扭簧则是活动件，扭簧通过联杆随铰链作旋转运动（见图2）。对图2进行简化，即可得简单的四连杆机构（见图3），其中AB 为铰链安装支架，AC 为铰链，BD 为扭簧，CD 为联杆。

图2 铰链结构及安装示意图 图3 简化后四连杆结构示意图

6.2 受力分析

当打开行李箱盖锁时，行李箱盖由关闭状态打开，扭簧产生较大的弹性势能被释放出来，克服行李箱盖重力矩，行李箱盖在关闭状态的开启弹力15N 左右（拆下密封条）；当行李箱盖开启至30～100mm 高度时，扭力弹簧扭矩与行李箱盖重力矩平衡，该点为下平衡点；此后，行李箱盖重力矩稍大于扭簧扭矩，用户比较轻地上举行李箱盖；当行李箱盖开启至400～600mm 高度时，扭簧扭矩与行李箱盖重力矩再次平衡，该点为上平衡点；越过上平衡点，扭簧扭矩大于重力矩，行李箱盖会自动弹至最大开启角度。在最大开启角度位置，需保证在开启方向弹力在20N 左右，以免行李箱盖因风力或在斜坡上自动关闭。

当关闭全开状态的行李箱盖时，首先克服在该状态下弹力（约20N ），然后越过上平衡点，借着惯性，可以轻松地把行李箱盖关闭。 6.3 参数求解

行李箱盖在开启和关闭的瞬间所受的弹力分别约15N 和20N ，通过换算即可得各自力矩，该力矩即手部作用力，用B M 表示。

因为左右两根扭簧共同作用完成行李箱盖的开启和关闭，在计算时需考虑两根扭力弹簧产生的扭矩。另外，扭簧在焊装车间装车后，在受力状态下（一般行李箱盖开启约10°左右）随车身经过涂装车间的

联杆

铰链 扭簧

铰链安装支架