發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

梁世強(qiáng)

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈?zhǔn)沁B接車(chē)身與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的關(guān)鍵部件，也是發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的主要受力部件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋起主要支撐作用，并為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋提供旋轉(zhuǎn)的軸線。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋圍繞鉸鏈軸線旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)啟與關(guān)閉功能，其性能和布置直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)關(guān)舒適性和財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：乘用車(chē)；發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈；軸線

前言

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈按結(jié)構(gòu)形式分為合頁(yè)式發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈和四連桿式發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈。因合頁(yè)式鉸鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，成本低廉，因此大多經(jīng)濟(jì)型乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈為合頁(yè)式鉸鏈結(jié)構(gòu)，少數(shù)中高端車(chē)使用四連桿結(jié)構(gòu)。

1. 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的設(shè)計(jì)流程

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈布置的原則是節(jié)約空間，隱蔽性好，一般會(huì)將鉸鏈布置在流水槽內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的布置位置需要同時(shí)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)啟角度、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋人機(jī)工程校核及與周邊件之間的安全間隙等方面綜合考慮，從造型效果圖到CAS設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的布置起到至關(guān)重要的作用。

1.1.1 鉸鏈位置布置設(shè)計(jì)

考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)啟方便性以及與周邊件的距離，在考慮造型與空間限制后盡量將軸線布置往后靠。兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈軸線保證在同一直線，且左右鉸鏈布置需要對(duì)稱(chēng)。一般要求兩個(gè)鉸鏈距離越大越好，作用是增大發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間。

1.2 鉸鏈軸線設(shè)計(jì)

（1）鉸鏈軸線布置越靠近發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上分縫后端越有利，因?yàn)殂q鏈軸線越靠后，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋在打開(kāi)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與翼子板之間間隙就越大，避免發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)啟關(guān)閉過(guò)程中鉸鏈包絡(luò)面和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋本體包絡(luò)面與周邊件干涉。但同時(shí)需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈處鈑金安裝強(qiáng)度、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋包邊、鈑金電泳性能以及與周邊件間隙。推薦鉸鏈位置斷面如下：

L1≥t1+R+b

20mm≤L2≤40mm

其中：

t1：翼子板厚度

t2：內(nèi)板厚度

R：鉸鏈軸中心與鉸鏈座頂部距離，推薦≥15mm

b：鉸鏈與翼子板間隙，推薦≥3mm

1）發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈軸線一般與Y軸方向平行，兩鉸鏈軸線的連線需在同一條直線上。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)蓋過(guò)開(kāi)3°與翼子板、通風(fēng)蓋板、前風(fēng)擋玻璃間隙≥5mm

3）發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板沿±X、±Y、±Z偏移1.5mm，開(kāi)啟包絡(luò)與翼子板不干涉

4）根據(jù)以上條件設(shè)定鉸鏈軸線位置，鉸鏈軸線調(diào)不出來(lái)時(shí)，可對(duì)分縫進(jìn)行修改。

1.3 鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉸鏈底座的設(shè)計(jì)：

在鉸鏈兩個(gè)合頁(yè)上，要為緊固螺栓留有足夠接觸品面，安裝螺栓到周邊件R角≥2.5mm。

若發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈布置位于頭部碰撞區(qū)域，下底座要具有壓潰特征，若鉸鏈布置時(shí)無(wú)關(guān)乎頭部碰撞，則不用設(shè)計(jì)壓潰特征，來(lái)保證鉸鏈底座的強(qiáng)度。

為增加鉸鏈底座強(qiáng)度，且減輕重量，根據(jù)底座具體形狀，需要增加減重孔并增加翻邊結(jié)構(gòu)。底座設(shè)計(jì)時(shí)，安裝面中間需要設(shè)計(jì)凸臺(tái)來(lái)保證安裝面的電泳。

鉸鏈上座設(shè)計(jì)：

為防止鉸鏈在實(shí)物狀態(tài)下因?yàn)檠b調(diào)或者精度問(wèn)題導(dǎo)致上下合頁(yè)之間產(chǎn)生干涉，合頁(yè)式鉸鏈上下座之間運(yùn)動(dòng)包絡(luò)間隙，要求≥3mm。

為保證強(qiáng)度，加強(qiáng)翻邊和加強(qiáng)筋需要貫穿整個(gè)上座，來(lái)保證鉸鏈上座能滿足試驗(yàn)要求。安裝面中間需要設(shè)計(jì)凸臺(tái)來(lái)保證安裝面的電泳。

鉸鏈安裝孔孔徑設(shè)計(jì)應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)余量，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的裝調(diào)，目前鉸鏈發(fā)動(dòng)機(jī)蓋側(cè)及車(chē)身側(cè)安裝孔均設(shè)計(jì)為Φ11mm的圓孔，11mm×13mm的腰孔。

1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈開(kāi)啟角度設(shè)計(jì)

為滿足人機(jī)工程要求，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋總成開(kāi)啟高度需滿足95%男性頭部運(yùn)動(dòng)空間和5%女性手部運(yùn)動(dòng)空間，即圖示中95%男性靠著前保的頭部運(yùn)動(dòng)空間與5%女性不靠前保的手部運(yùn)動(dòng)空間組成的設(shè)計(jì)區(qū)域。

為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)蓋撐桿能夠脫出，鉸鏈開(kāi)啟角度一般要求為：鉸鏈最大開(kāi)啟角度≥發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開(kāi)啟角度+3°。

1.5 周邊間隙設(shè)計(jì)

a.發(fā)動(dòng)機(jī)蓋總成前端包邊過(guò)關(guān)5mm無(wú)干涉；

b.旋轉(zhuǎn)包絡(luò)與周邊件無(wú)干涉；

c.發(fā)動(dòng)機(jī)蓋總成過(guò)開(kāi)3°鉸鏈與翼子板間隙≥5mm；

d.發(fā)動(dòng)機(jī)蓋總成過(guò)開(kāi)3°本體與周邊件間隙≥8mm；

e.鉸鏈安裝螺栓與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板間隙≥10mm。

1.6校核方法

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋過(guò)關(guān)校核方法

a、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、偏移的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋數(shù)據(jù)以鉸鏈軸線向下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前部包邊處偏移5mm對(duì)應(yīng)角度；

c、要求：旋轉(zhuǎn)的包絡(luò)面與周邊件間隙≥0mm。

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋過(guò)開(kāi)校核方法：

a、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、過(guò)開(kāi)角度：鉸鏈最大開(kāi)啟角度+3°；

c、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈過(guò)開(kāi)包絡(luò)面與翼子板間隙≥5mm；

d、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋本體過(guò)開(kāi)包絡(luò)面與周邊件間隙≥8mm。

1.7鉸鏈安裝設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈采用螺栓連接簡(jiǎn)單方便、成本低，得到廣泛的應(yīng)用。鉸鏈上座安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上，一般采用2個(gè)M8的螺栓固定，安裝點(diǎn)間距一般要求>70mm。

根據(jù)不同車(chē)型車(chē)體邊梁結(jié)構(gòu)以及軸線的布置位置，鉸鏈底座分為在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下側(cè)或者在翼子板下側(cè)。在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下側(cè)則需要先安裝鉸鏈底座，此時(shí)布置設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到安裝上座時(shí)安裝工具的空間預(yù)留位置。而鉸鏈布置在翼子板下側(cè)，則先將鉸鏈與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋預(yù)裝，后安裝于車(chē)體邊梁上，此時(shí)就要考慮到安裝下座時(shí)安裝工具的空間預(yù)留位置。

2.設(shè)計(jì)驗(yàn)證

在鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)其剛度、強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)應(yīng)的CAE分析及試驗(yàn)驗(yàn)證以保證零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度及性能要求。

2.1 CAE分析

模擬強(qiáng)度試驗(yàn)，CAE計(jì)算結(jié)果滿足以下強(qiáng)度要求。

2.1.1過(guò)開(kāi)啟載荷

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋在全開(kāi)位置，將135N的載荷沿縱向中心線施加于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋，部件不得出現(xiàn)開(kāi)裂、 銷(xiāo)松動(dòng)及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.2扭轉(zhuǎn)剛度

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋在全開(kāi)位置，在其前邊緣兩個(gè)方向上輪流施加135N載荷，部件不得出現(xiàn)開(kāi)裂、銷(xiāo)松動(dòng)及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.3橫向剛度

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋在全開(kāi)位置，在其前邊緣兩個(gè)方向上輪流施加橫向載荷135N，部件不得出現(xiàn)開(kāi)裂、銷(xiāo)松動(dòng)及任何引起偏移或故障的永久性變形。

2.1.4靜態(tài)承載能力

鉸鏈處于閉合狀態(tài)，以5mm/min的速率施加10000N的壓力直至靜止并保持3s以上，試驗(yàn)后不得出現(xiàn)任何脫開(kāi)和斷裂等破壞現(xiàn)象。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.2.1強(qiáng)度試驗(yàn)

實(shí)物滿足2.1強(qiáng)度要求。

2.2.2可靠性

經(jīng)3000次臺(tái)架試驗(yàn)后發(fā)動(dòng)機(jī)蓋各項(xiàng)性能應(yīng)符合下表要求：

備注：循環(huán)前需對(duì)各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)，記錄各項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容的初始數(shù)據(jù)（初始數(shù)據(jù)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求）。

2.2.3高低溫

經(jīng)-40℃低溫試驗(yàn)、80℃高溫試驗(yàn)后扭矩變化量≤初始值30%（試驗(yàn)前在同一臺(tái)架上進(jìn)行初始值測(cè)量并記錄）

2.2.4耐腐蝕性

1）經(jīng)48h腐蝕試驗(yàn)后，產(chǎn)品外觀及性能無(wú)任何變化；

2）經(jīng)72h腐蝕試驗(yàn)后，產(chǎn)品無(wú)白銹；

3）經(jīng)144h腐蝕試驗(yàn)后，產(chǎn)品無(wú)紅銹（鉚接位置除外），發(fā)動(dòng)機(jī)蓋不應(yīng)該出現(xiàn)吱吱聲等刺耳聲音，測(cè)試鉸鏈力矩變化量≤30%。（試驗(yàn)前在同一臺(tái)架上進(jìn)行初始值測(cè)量并記錄）

2.2.5鉚接扭矩

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈總成鉚接后，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的扭矩應(yīng)在0.4Nm～1.5Nm之間。

3. 結(jié)論

隨著乘用車(chē)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)行車(chē)安全及行人保護(hù)要求也越來(lái)越高，越來(lái)越多的高端車(chē)型開(kāi)始使用主動(dòng)式行人保護(hù)鉸鏈來(lái)提高碰撞得分。放眼未來(lái)，人工智能、輕量化等大量新技術(shù)也將應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們應(yīng)該順應(yīng)潮流，適應(yīng)新時(shí)代的新要求，不斷增強(qiáng)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的研發(fā)實(shí)力。

參考文獻(xiàn)：

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