一種內外開啟且滿足密封要求的天窗鎖止機構設計

劉星星，王聰，宋麗峰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

一種內外開啟且滿足密封要求的天窗鎖止機構設計

劉星星，王聰，宋麗峰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

常見的汽車天窗只能從內部開啟，內外均能開啟的門鎖形式又不滿足密封要求。本文所介紹的天窗鎖止機構內外均能開啟且能滿足密封要求，非常適合于需從頂部跳入車內的軍用裝甲車輛。

裝甲車；天窗鎖止；內外開啟；密封

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

部分軍用裝甲車輛在駕駛艙位置沒有進出通道，后艙門進出又極其不便，故設通道從車頂進出，此通道又叫天窗或逃生窗，有偵察、作戰、出入、觀閱等用途。因其設置于車體頂部，又需從外部開啟，故有嚴格的密封要求。現有門鎖結構雖然成熟但密封性差，結構復雜，本文所介紹的天窗鎖止機構用壓縮彈簧將上開啟把手與天窗本體通過錐密封形式密封，結構簡單，又能保證密封。

1、天窗鎖止的結構設計

1.1 天窗鎖止的密封及工作原理

天窗鎖止機構主要由外把手、壓縮彈簧、圓柱銷、內把手、彈簧鋼片等部分組成。天窗本體需要在上下相應位置焊接錐形座和彈簧座（見圖1-1）。

天窗鎖止外把手與內把手通過圓柱銷剛性固定在一起，因為受到壓縮彈簧的作用，外把手始終產生向下的拉力，使得外把手的內錐面與錐形座的外錐面緊緊粘合在一起，從而起到了密封作用。

由于外把手與內把手剛性連接，所以內外把手將會一起轉動，從而實現內外開啟同步。彈簧鋼片呈M形，固定于車身本體上，轉動內（外）把手時，內把手鎖止端從彈簧鋼片最低處開始壓縮彈簧鋼片，最終滑入M形的凹處。（見圖1-2）。

1.2 天窗鎖止的把手行程

由于鎖止端在車體內部，故在車外開啟時需要標示外把手操作行程及鎖止位置。根據彈簧鋼片形狀，天窗鎖止把手行程如圖1-3所示。

2、鎖止力的設計

鎖止力的大小主要決定于兩個因素：1.壓縮彈簧的剛度；2.彈簧鋼片的形變量。

壓縮彈簧剛度過大將造成錐密封面摩擦力大，鎖止沉重；壓縮彈簧剛度過小則造成錐密封不牢靠，鎖止內把手可能由于車輛顛簸跳出彈簧鋼片凹處。

壓縮彈簧剛度確定之后，彈簧鋼片的形變量是主要影響鎖止的因素。形變量過大，鎖止沉重，形變量過小，則無法起到限位鎖止的作用。

2.1 壓縮彈簧設計

根據人機工程學，人操作外把手（未觸到彈簧鋼片）時，操作力需要比較小，取操作力F1為5N，假設彈簧力為T，外把手因彈簧力作用受到錐形座的反作用力N，N在水平方向的分離產生阻止外把手旋轉的摩擦力f（見圖2-1）。動摩擦系數μ=0.123，根據鎖止機構物理空間，預設摩擦力力臂l1=18.176mm，人手操作力臂l2=150mm,錐形座錐度θ=15°，彈簧原始高度H0=35mm，壓縮量h=6mm，彈簧中徑D=25mm,壓縮彈簧選用碳素彈簧鋼絲，預設C=8.333，τρ=785Mpa。

根據力矩原理：

從上式得出彈簧力T為73.7N，對應的彈簧剛度k= 12.28N/mm。

根據彈簧設計公式：

從上述公式最終得出彈簧鋼絲直徑d=3mm，有效圈數n=4.25， 總圈數n1=6.25，兩端磨平。

2.2 彈簧鋼片的形變量設計

當內把手鎖止端接觸彈簧鋼片時，人操作把手的力逐漸增加，根據人機工程學，旋轉把手的最佳操作力F1為30N-50N。以下將對某彈簧鋼片作力學校核。

某彈簧鋼片斷面如圖2-2所示，形變量y從0到3.2線性遞增后減小，直至鎖止端滑入M形凹處鎖止。彈簧鋼片中間螺釘固定，兩端懸空，相當于懸臂梁模型，其中截面寬b=18mm，截面高h=0.5mm，傾角α=15°，彈簧鋼片的彈性模量E=200GPa，鎖止端力臂l3=38mm。

從圖2-3可以看出，人操作力的最大值為34.5N，符合人機工程學。

3、結論

該內外均能開啟天窗鎖止機構符合人機工程學，雨水不會從鎖止處滲漏，密封性好，結構簡單，鎖止牢靠。

[1] 成大先，《機械設計手冊》，化學工業出版社，2004.

[2] 許本安，李秀治《上海交通大學》，2008（6）.

[3] 濮良貴等，《機械設計》 第八版，高等教育.

Design of well sealed sunroof lock which can operated inside & outside

Liu Xingxing, Wang Cong, Song Lifeng
（Shaanxi Automobile Group Automotive Engineering Research Institute, Shaanxi Xi'an 710200）

The common sunroofs are just operated inside.the door locks can operated inside and outside,but they are not well sealed.The design below is well sealed and operated inside and outside,which applys to armored vehicle.

Armored car；Skylights lock；Inside and outside the open；Seal

U463.8

A

1671-7988(2015)03--

劉星星，就職于陜西重型汽車有限公司。