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1、汽车卡板式门锁的锁紧机构设计与分析李俊，张宗华( 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 ，广东广州 510640)摘要: 汽车门锁是汽车的一个重要安全部件，通过探讨锁体机构零部件的功能和机构布置，进行整体力学分析，设计达到满足目前各国颁布的汽车门锁标准要求的锁体。关键词: 汽车门锁; 机构设计; 受力分析Design and Analysis of Card-board Type Locking Mechanisms of Vehicle Door LatchLI Jun，ZHANG Zonghua( GAC Guangzhou Automotive Engineering Research
2、 Institute，Guangzhou Guangdong 510640，China)Abstract: Door latch is an important safety feature in the vehicle Through discussing the function of the parts and layout of locking mechanism of door latch，over all mechanic force were analyzed Latch to meet requirements of the current vehicle door latch
3、 criterion issued by various countries are designedKeywords: Door latch; Mechanism design; Force analysis0引言19 世纪 30 年代，汽车上最早出现了滑动拴式门锁，目的到锁扣的推力作用下沿着关闭曲线旋转，当锁舌旋转到锁体的半锁位或全锁位时，棘爪弹出，与锁舌的缺口啮合。撞击停止 后，锁扣受汽车的密封反力向外拉动锁舌，由于棘爪卡住锁 舌，使锁舌无法回到初始位置，不能打开车门。当拉动车门的 外开或内开把手时，通到连动装置，拉启棘爪，使棘爪与锁舌 脱离，受密封力的作用，锁舌回旋到初始位置。锁扣从锁
4、舌中 脱离，车门打开。是防止车门在行驶过程中被随意打开。随着汽车行业的发展与规范，门锁作为汽车的一个重要安全部件，不仅仅要求能够满 足车门在关闭时防止陌生人随意进出，提供防盗的功能，同时 还要求具备安全可靠性，在汽车行驶或发生碰撞时车门不能自 动打开，碰撞发生后能正常开启。3 锁紧机构设计门锁 作 为 安 全 件， 能否满足国家标准 ( GB150861 研究对象与目的随着汽车设计的不断演变和发展，相继出现了勾簧式，舌 簧式，齿轮齿条式，凸轮式和卡板式的汽车门锁。由于勾簧和 舌簧式门锁不能承受纵向载荷，目前已经被淘汰; 齿轮齿条式 和凸轮式门锁，对车门的配合要求精度较高，主要用于行驶在 较好路
5、况的轿车; 目前最为广泛使用的是卡板式门锁，由于啮 合可靠，强度高，安全可靠，目前适用于各种车辆。文中选取目前较为广泛使用的卡板式门锁为研究对象，着 重从机械锁体的啮合机构进行分析，提出设计中的注意 事 项， 并运用静力学公式建立门锁受力的数学模型，提 出 力 学 方 程 式，为门锁的设计提供参考。2006) 1 安全性能的要求，主要体现在锁体的关键部件锁舌和棘爪的配合设计上，以下将展开对锁舌和棘爪的设计探讨:( 1) 零件位置设定: 棘爪一般布置于锁体的上端，锁舌则 处于下端 ( 如图 1 所示) ，目的是防止车辆在行驶过程中，棘 爪弹簧突然发生断裂失效，如果棘爪处于锁体上端，受自身重 力作
6、用，依然朝下与锁舌正常啮合。如果棘爪位于锁体下端， 失去弹簧力支撑的棘爪受到自身重力作用下会产生向下旋转的 趋势，如果车子振动，可能会发生锁舌与棘爪脱开的现象，导 致车门打开，发生安全事件。( 2) 两级锁位的设定: 两级锁位的功能主要通过对锁舌的 外形设计来实现。在闭锁状态下，锁扣分别处于在半锁位和全 锁位的位置 时，锁扣轴心位置之间的长度为两级锁位间的 距 离，根据经验值设定为 10 14 mm。( 3) 锁舌和棘爪啮合角的设定: 在闭锁状态下，锁舌和棘 爪处于半锁位或全锁位啮合时，通过棘爪旋转中心到啮合点的 连线与通过锁舌旋转中心到啮合点的连线的夹角称为锁舌和棘 爪的啮合角，一般设定为
7、90 ( 图 1 角度 ) 。2 卡板式门锁的锁紧机构工作原理汽车处于车门开启状态，关闭车门，门锁将以车门铰链的 轴心为旋转中心，沿着锁体的关闭曲线，与锁扣相撞，锁舌受收稿日期: 2012 06 26作者简介: 李俊 ( 1977) ，男，工学学士，从事汽车侧门锁及功 能件产品设计开发工作。E-mail: lijun gaei. cn。闭锁方向的摩擦力 Fs ，使得门锁越拉越紧。该偏心量 B 要求小于棘爪和锁舌配合的设计公差带，一 般 取 B = 1. 85 ( 摩 擦 因 数) 。( 9) 锁舌和棘爪的重心位置设定: 为了减少锁体在高速运 动时受自身惯性力的影响，需要将锁舌和棘爪的重心设计靠
8、近 于旋转中心。4锁紧机构的静态受力分析当建立锁紧机构的结构设计时应考虑整个机构运动部件的受力大 小 和 方 向，根 据 图 1， 在 静 止 状 态 下， 锁 体 机 构 受 力如下:Fn :锁舌在密封力的扭矩作用下 在 啮合点产生的法向推 力;Fc :Fs :棘爪弹簧力;摩擦力;图 1 锁紧机构受力简图F: 解锁力;Fr : 密封力。根据静力学公式，导出力学方程式2 :( 4) 啮合尺寸的设定: 锁舌和棘爪处于半锁位或全锁位啮合时，棘爪受解锁力作用脱离锁舌，期间棘爪与锁舌的接触长 度称为啮合尺寸，一般设定为2. 0 mm，目的是保证锁体有足 够的强度。M = F C4 cM = F D3
9、sM = F B2 n( 5)为了减少锁舌和棘爪在脱离时的滑动摩擦力，降低门M = FA1锁的解锁力，锁舌和棘爪啮合表面可以进行喷涂固体润滑剂 处理。F = F R / Sn rF = F sn( 6)金属材料的选择: 为了增强锁舌和棘爪的硬度和耐磨 = 0. 2M = M4 + M3 M2 M1 = 0M = Fc C + Fs D Fn B FAF = Fr R( D B) / SA + Fc C / A对于求解安全密封力 Fr ，可以设定 F 与 Fs 为 0，即 = 0。0 = Fr R( 0 B) / SA + Fc C / A Fr = M4 S / ( RB)根据上述静态力学的数
10、学公式，在进行锁体机构设计时要 求充分考虑零部件受力点的尺寸布置，满足达到设计输入的解 锁力和密封力的要求。性，金属材料一般选用表面有相当高的硬度、具有耐磨性和接触疲劳强度，同时心部还要求保留良好的韧性，能承受高的冲 击负荷的渗碳钢。棘爪一般只需要进行表面硬化处理，锁舌则需要进行整体硬化处理，棘爪的硬度要高于锁舌的硬度。同时 要求定义 啮合面轮廓度和精冲件撕裂带及冲压塌角的技术 条件。( 7) 减少啮合噪音处理: 锁体在锁扣的撞击下关闭，锁舌 和棘爪发生碰撞啮合时会产生较大尖锐声。通过对锁舌和棘爪在工作中的非接触表面进行包塑处理和增加缓冲槽设计 ( 如图1 所示) ，可以最大限度减少锁舌和棘爪
11、在碰撞啮合时产生的 噪音。5结束语汽车门锁作为汽车的一个重要安 全 部 件，具 备 许 多 功 能，( 8)棘爪啮合面的偏心设计: 目前一般采用锁舌啮合面为平面，棘爪啮合面为圆弧面，从而实现啮合线接触的设计。理论设计中我们要求棘爪啮合圆弧面的圆心与棘爪的旋转中心重 合，但由于门锁机构复杂，存在着零件制造和装配的误差，无 法确保两中心位置重合。当车辆在行驶过程中，门锁受密封力 Fr 的作用，将产生影响锁体安全的摩擦力 Fs ，如 果 该 摩 擦 力 指向棘爪的开启方向，将潜在导致门锁异常打开的隐患，造成 安全事件发生。所以在设计棘爪的啮合弧面时应考虑将圆弧中 心偏移旋转中心，使棘爪在受车门密封力作用下产生一个指向文中所讨论的只是门锁功能中最基础也是最重要的一项，其他功能都可在这个平台上进行拓展和延伸。参考文献:【1】 GB15086 2006 汽车门锁及车门保持件的性能要 求 和 试 验 办 法S 北京: 中国标准出版社，2006【2】 李卓球 理论力学M 武汉: 武汉理工大学出版社，2001
