第八章车门部件结构设计汇总

第八章 车门部件结构设计
§8-1 概述
车门是汽车车身的主要部件之一，它不仅为司乘人员上下车提供方便的 条件，而且与整车动力性（空气动力性）、舒适性（风流噪声、密封等）和 使用性能（开启方便灵活）等有着密切的关系，同时对整车造型起着协调作 用，并直接影响车身外形的美观。

一、车门的结构型式一一分类
现代汽车的车门结构型式很多，一般可按下述几种方式进行分类：
1按运动形式，分为：
「a ）水平旋转式 一常见的司机门、折叠门、内摆门等;
① 旋转式｛ b ）垂直旋转式 一近年轿车上出现的向上 前方旋转的车门;
I C ）翼开式一近年轿车上出现的一种 向上旋转开启的车门。

② 平移式——拉门、外摆式车门（外移门）等。

2. 按结构，分为：
•无骨架式一一车门由内外两部分冲压钣件组焊而成，大部分司机门、 折叠门均
采用此结构；
•有骨架式一一车门内外蒙皮焊接在骨架上一一外摆式乘客门。

3. 按门叶的数目，分为：
旋转式
-双叶式一一乘客门 折叠式一旋转折叠（两叶一组）
\平移式一双叶外移门（一前一后）
•四叶式一一四叶式折叠门（两叶一组），主要用于城市客车。

各类车型的驾驶员用门，货车及轿车车门多为旋转式，开门方向可以向 前（顺开），或往后（逆开）。

顺开门在行车时较为安全。

平移门(外移门)主要用于客车的乘客门。

4．按有无运动轨道，分为：
-单叶式（单扇门）
如司机门、安全门、单叶乘客门等；平移式
有轨式、无轨式
二、对车门设计的要求1．具有必要的开度，并能使车门停在最大开度上，以保证上、下车方
便；
2．安全可靠。

关闭时能锁住，行车或撞车时不会自动打开；
3. 开关方便，操纵方便——升降玻璃，锁止等，或在低气压下(W 0.3MPa) 也能开
启灵活;
4. 具有良好的密封性——涉及密封胶条特性、设计精度、间隙大小、配合精度等；
5. 具有足够的刚度，不易变形下沉，行车时不振响；
6. 制造工艺好，易于冲压成形，便于安装附件和维护调整；
7. 外形上与整车协调；
8. 操纵机构必须易于接近，便于调整保养。

8-2 气动双扇折叠门设计
主要用于中、大型客车的乘客门。

一、特点：
①乘客门由两叶门扇组成，相互用铰链联接；
②由气动门泵驱动，实现关、闭；
③适用于远距离操纵。

一一大量中低档客车使用。

优：-结构简单，制造方便，成本低；
•操纵方便一一只需驾驶员控制气源开关；
•开启、关闭可靠；
缺：•密封性较差一一上、下门缝和门轴处密封困难；
•门开启、关闭将占用一定的踏步空间一一使踏步台阶削去一块；•难以与车
身外形协调；•门开启、关闭过程中噪声较大。

由于上述缺点，限制了这种门在中、高档客车上的使用，但因结构简单、成本低、可靠，目前在中、低档大客车——长途、团体、城市客车上得到了广泛采用。

二、车门的自锁与摩擦角
1．导向机构设计
①滑块导向滑块导向的折叠门简图如图所示，取滑块为分析对象：
折叠门结构简图滑块受力图
驱动作用力：Q=Q ‘ ——驱动力 摩擦力： F=Q -si n 0 = sin 0
当驱动力Q 足够大且保持不变时，F 随偏角0 f 而逐渐f. F T F max 的偏角 0在力学上称为摩擦角，用© m 表示。

只要：0 < © m ,则无论F 怎样大，滑块都保持静止状态T 自锁现象。

当0再增大，滑块将沿导轨运动。

摩擦角© m 的大小与滑块及导轨材料和表面状况一一粗糙度、 温度、湿度
等有关。

常用材料的摩擦角见表：
常用材料的摩擦角
②滚轮导向
将图中的滑块换成滚轮，以滚动代替滑动, 可大大减少摩擦阻力。

受力分析如图。

滚轮在驱动力Q 作用下临界滚动时：
偏角二摩擦角
式中：R ――滚轮半径；
S ――滚动阻力系数，对钢质导轮和 钢
轨：S =0.5。

则摩擦角：
© m =arc tg —
R
0 = © m
0 sin 0 • R=0 cos 0 • S
联解上两式得：
© m =arctg —
R
—般，随Rfi © m J。

见下表：
滚动摩擦角（钢轮一一钢轨）
折叠门不发生自锁的条件：（不被卡死）
0 > © m ―― 偏角0 >摩擦角© m
可见，只要所选的偏角符合上述条件，即可保证折叠门不发生自锁。

因此，
0角的选定是折叠门设计的关键问题之一。

折叠门的死域S:
S的最小值S min与摩擦角© m的关系为：
S min=2Lsin © m
式中：L ------ 折叠门单扇宽度，mm
上式表明，当门单扇宽度确定后为克服车门自锁所必须的最小死域S min 由摩擦角© m所决定。

由滑动摩擦角和滚动摩擦角的表中数值比较可知：
一般情况下：© m 滚< © m滑
所以：①采用滚轮导向是减少车门死域S,提高车门开度的一个有效措施。

②车门能否自锁仅与偏角0的大小有关，与驱动力（门泵）Q的作用位置
和方向无关。

可见，在设计折叠门时，设置产生驱动力Q的门泵只须从省力和具体运动结构方面去考虑，而无须考虑车门的自锁。

同时，采用滚轮导向，可以提高车门开度。

三、传动机构设计
折叠门的传动机构设计可以采用作图法和解析法。

作图法一一作图工作量较大，误差较大。

原因：运动过程中，机构的受力情况不断变化，影响机构受力情况的参数很多。

此外，存在不可避免的作图误差。

解析法一一可对整个运动循环的一系列位置进行分析，使设计者了解传动机构各参数变化时对传动机构受力情况的影响，为改进设计提供依据。

缺点：计算工作量大，必须借助计算机完成。

1. 计算模型建立
①基本假设：
a）车门及各受力杆件均为刚性体；
b）忽略各传动副的内摩擦；
c）不考虑制造和安装误差。

②建立数学模型：
根据基本假设，可把折叠门传动机构简化为图示平面运动机构模型来进
行研究。

图中：1-主门板；2-副门板;
3-气缸；R—车门关闭度；
A、B—门泵尾部安装尺寸；
x、C—活塞杆端部连接点位
置尺寸；
Q—门泵活塞推力；
F—与乘客接触的门板边缘作
用力。

1 °建立门泵固定端位置尺寸B的函数关系式: 设：车门全开情况下，©二© 0> m S
= S 1 而：E32=X- cos © +C- sin ©
B i=[S2- (A+X・ sin © -
C • cos © ) 2]1/2
则：B=X- cos © 0+ C-sin ©o+[S12- (A+X- sin ©o-C - cos © 0) 2]1/2•…①若令：© =90°,即可求得关闭时的B值，此时S=S2。

B 90° =C+Js孑- (A + X 2
2°建立门泵长度的函数关系式：
将①式展开得：S 21=A 2+E 2+C 2( sin 2© +cos 2 ©)+乂( sin 2 © +cos 2 © )
+2X (As in © -Ecos © ) -2C (Acos © +Es in © )
由三角函数基本关系知：sin 2© +cos 2 ©
=1
0 1) -X+Q-sin (180° - 0 0- 0 i ) -C ③ (cos 0 o cos 0 1-sin 0 o sin 0 i ) • X
(sin 0 0COS 01+COS 0 0COS 01) • C
........... ③'
2sJx 2 +C 2
J4S 2(X 2 +C 2)-(X 2 +C 2 + S 2 - A 2 - B 2)2
1 2
/. S 1 =[A 2+B^+C 2+X^+2X (As in © -Bcos © ) -2C (Acos © +Bsi n © )]
3°建立力的函数关系式：
由受力图，对0点取矩：
T - sin2 © - L=Q- cos (180° - 0 0-
展开得：2TLsin © cos © =-Q
根据力的平衡可得:
T sin © 二F+N ・ f ,
‘ cos © =N
T cos 0 0 ’ ____________
sin 0 0=
x
z
J x 2 +c 2
由余弦定理得：
X 2 +c 2 +S 2 —(A J B 2)
sinS
2SJX2 +C2
将上面关系式代入③、③’式，整理后可得:
/ 2 2 2 2 2 2 2 2
F_Q J X +C -[(X [C +S -A -B )/2 £]您© _ f)
当车门全部关闭时，设S 二S ,由图根据几何原理可得:
S 2
而: S=#(A + X)2 +(B-C)2
当车门全部关闭时，车门的锁止力 P 为:
Q(CA + XB)
L J (A + X)2 +(B-C)2
2. 求解方法
①约束条件
1°行程
门泵一旦选定，门泵尾部到活塞杆端部的长度
S 的最大值
2LS in <t^
A + X cos a = --------
S 2
sin a 八
S 2
二 P - L=Q- cos a
• C+Qsi n a • X =Q
-C+Q-
• X
P =Q • C
・(A+X)+X •(B -C)
L ・S 2
S
max
，最小值S min 即定。

为保证最大开度，应使 S l >Sn in ； 考虑一定余量，取：S i =S min +5mr p 为保证车门能完全闭合，应使 S 2<S max ； 考虑一定余量，取：S 2=S max -5mm 为充分利用门泵行程，取约束条件：
S max-15mm<2<Sn ax-5mm 2°乘客门的开启条件
由式④知，tg （I ）= F + N 十，即tg © o >f o
N 因此，车门处于最大开度情况下不能自锁。

根据要求，车门在气压0.3 MPa 的情况下，应能启闭灵活。

由于结构和 制造精度等方面的原因，考虑到一定的余量。

取：F >2N 来控制。

3°乘客门安全条件的限制
按有关标准，在正常的气压条件（0.6M Pa ）下，开启或关闭车门的力达 135〜
155N 时，乘客门应回复到初始位置。

国际公共汽车研究委员会指出，把一个直径为100mn 外裹编织物的圆柱 体挤压在关闭的门扇页之间，用少于
180N 的力能取出它。

为此，规定：
在：sin © = （1-50）时，车门边缘的推力F 应小于1552 另外，在危险情况下， 车门。

因此，门泵压力在
② 程序编制 按以上所建数学模型， ③ 数据输入
1 °输入车门开度角© 0―― © 0的值根据车门的结构而定。

一般：© 0>© m ——自锁
角 2° 输入 © m =arcsin （1- ^0
应保证乘客或救援人员在车内和车外能强行打开
0.6M Pa 时，求得的车门锁止力：P V300N
编制计算程序。

确定在正常气压0.6MPa 关闭时，车门
11
边缘的作用力;
3°输入门泵推力Q （气压0.3MPa ）、Q 2 （气压0.6Mpa ）,以及门泵最小 长度
Snin 和最大长度S max ；
因为门泵一旦选定，在气压一定的情况下推力 Q —定，S min 、Snax 一定。

4°输入折叠门单扇宽度L 和门上门泵安装点距门的距离 Co L 、C 值可 根据需要确
定。

5°为选择满足约束条件的 设：循环变量X 的初值为 循环变量A 的初值为 四、车门关闭速度分析
对②式求导，可得车门运动速度方程，即车门速度随开度角©的变化关 系。

该部分
的内容由大家自学推导。

最后可得：当©大于某值时，恒有：
即在©大于某值时，恒有:
dV- 0
可见，当©大于某值时，关门速度随着 汽车
研究委员会提出的“关门速度要适中， 要求。

cos
(1)<sin (arc tg X 值和A 值，将X 、A 作为循环变量输入。

X ,终值为％，增量△X ;
A ,终值为A,增量△A 。

©角的增大而J,满足国际公共
在最后的1/3段要逐渐减速”的。