汽車門鎖機構(gòu)連接方式設(shè)計研究

李 佳

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

汽車門鎖系統(tǒng)主要包括鎖體、外開手柄、內(nèi)開手柄、內(nèi)提鈕、鎖芯及這些機構(gòu)間的連接部件：拉桿或拉索。拉桿和拉索作為力和行程的傳遞部件，其設(shè)計是汽車門鎖機構(gòu)設(shè)計布置中的重點和難點。本文從理論出發(fā)，結(jié)合設(shè)計實例，闡述汽車門鎖拉桿和拉索的設(shè)計及校核要點。

1 汽車門鎖機構(gòu)連接方式

汽車門鎖是車門系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一，主要作用是使汽車車門完全閉合、安全可靠鎖門，并保證在人員進出時順暢解鎖、打開車門。如圖1所示，一個典型的汽車車門鎖系統(tǒng)包括：鎖體、外開手柄、內(nèi)開手柄、內(nèi)提鈕、鎖芯鑰匙組件，以及連接這些機構(gòu)的拉桿和拉索。

圖1 典型汽車門鎖系統(tǒng)

門鎖拉桿一般材料是冷拉圓鋼，自身具有剛性，可承受拉力和壓力，布置時對空間有一定要求，需連接的部件落差過大會對力和行程的傳遞效率有較大影響。且由于自身剛性，在整車受到碰撞沖擊時，其受到的瞬時外力會直接傳遞到鎖體上，有可能造成誤開。

門鎖拉索一般內(nèi)層為多股捻制鋼絲繩，外層包覆復(fù)合套管，只能承受拉力的作用，由于其自身的柔韌性，更易于布置，且瞬時外力不易傳遞。近年來，還有一種拉索在汽車內(nèi)鎖止機構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用，其具有拉索的柔韌性，同時能承受一定的壓力。但拉索不可承受較大力的特性限制了它的應(yīng)用，如果在外開機構(gòu)中運用它，就要求外開手柄具有更大的回復(fù)力。

拉桿與拉索優(yōu)缺點的對比見表1，在汽車門鎖系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際的設(shè)計輸入要求來進行選用。在易于布置的空間內(nèi)，拉桿較拉索能更有效地傳遞力和行程，例如鎖芯組件與鎖體的連接。而拉索能避免拉桿可能遇到的各種干涉問題，特別在車門這樣緊湊的空間內(nèi)，具有更大的優(yōu)越性。

表1 拉桿和拉索優(yōu)缺點對比

2 汽車門鎖拉桿的設(shè)計

2.1 門鎖拉桿結(jié)構(gòu)

汽車門鎖拉桿作為機構(gòu)間力和行程的傳遞部件，是門鎖系統(tǒng)設(shè)計的一個重點，合理的設(shè)計能獲得較好的力傳遞效率和較高的機構(gòu)可靠性，并提升顧客操作的舒適性。

門鎖拉桿結(jié)構(gòu)簡單，通常是圓鋼冷拉至相應(yīng)線徑后，通過專用的數(shù)控彎管機按設(shè)計形狀彎制成型。其常用的連接端頭如圖2所示。某些特殊的端頭需在拉桿成型后再進行加工，例如端頭帶有調(diào)節(jié)長短的螺紋。

圖2 常見拉桿端頭形狀

2.2 門鎖拉桿受力分析

比較理想的拉桿受力情況如圖3所示。

圖3 理想拉桿受力圖

實際設(shè)計中，受造型影響，手柄與鎖體間力的傳遞方向大部分情況下都會存在夾角α。如圖4所示，以外開手柄與鎖體的連接傳動為例，外開手柄輸出力F外與鎖體外開撥塊運動方向的夾角為α，鎖體所需開啟力為F鎖，則外開手柄的輸出力F外=F鎖/cosα。

角度α越大，外開手柄開門所需的輸出力F外就越大，外開手柄手感越重。同時，隨著α增大，鎖體撥塊的軸向分力F負(fù)也會增大，使得整個運動的順暢性下降，很有可能會出現(xiàn)卡滯，極端條件下拉桿甚至?xí)膿軌K連接卡扣中脫出，從而使得整個門鎖機構(gòu)操作的舒適性降低甚至出現(xiàn)功能失效。因此，為了保證門鎖機構(gòu)功能的可靠，建議要求α≤20°，隨著客戶對開關(guān)門操作舒適性要求的不斷提高，目前很多整車廠都要求 α≤15°[1]。

角度α的校核工作必須在造型階段就開始，特別是后側(cè)門鎖的安裝角度一般都大于前側(cè)門，而為了提高產(chǎn)品的通用化程度，前后門鎖機構(gòu)一般只更改拉桿走向，其它都通用，因此需要特別注意。

圖4 外開手柄與鎖體間力傳遞示例

2.3 門鎖拉桿走向設(shè)計

以某車型前門鎖鎖體上兩運動轉(zhuǎn)臂為例，介紹拉桿走向設(shè)計的一般方法。

如圖5所示，為得到較好的力傳遞效果，一般將兩個轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動至各自行程中點作為拉桿的設(shè)計位置。將兩個轉(zhuǎn)臂的運動面分別向拉桿方向平移h（h根據(jù)連接卡扣尺寸確定），得到平面α和平面β。轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)中心和拉桿安裝孔中心投影至相應(yīng)平面α和β上，連接兩點得到直線O1O2和直線O3O4，在平面α上過O2做直線O1O2的垂線L，在平面β上過O4做直線O3O4的垂線K，在確保與周邊零件的間隙的前提下，調(diào)整直線L和直線K的長度。最后，將直線L、直線K的兩端連線，得到直線M。

圖5 典型轉(zhuǎn)臂間拉桿設(shè)計示例

最后，對直線L、K、M的連接拐點進行倒圓，得到拉桿的中心線后，根據(jù)拉桿直徑用掃略生成實體，就得到圖6所示的拉桿數(shù)模。

圖6 典型轉(zhuǎn)臂件拉桿設(shè)計數(shù)模

2.4 門鎖拉桿校核

走向設(shè)計完成后要進行運動仿真分析和周邊間隙校核，以驗證拉桿的傳遞效率及運動是否順暢。同樣以圖6設(shè)計的拉桿為例，運用UG的motion模塊進行運動仿真分析。

利用UG中的運動仿真分析模塊，由初始位置開始，讓主動臂通過拉桿帶動從動臂運動直至極限位置，然后檢查從動臂是否與設(shè)計的極限位置是否重合。

如圖7，在UG的運動仿真模塊中，新建仿真motion1，設(shè)定三個連桿 Dir、Rod、Fol，然后建立三個連桿的運動副。Dir繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，設(shè)定為主動轉(zhuǎn)臂，給它定義一個適當(dāng)?shù)尿?qū)動角速度；Fol定義為從動轉(zhuǎn)臂，自身繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)；Rod繞兩連桿相應(yīng)孔旋轉(zhuǎn)。最后，定義解算方案，求解，這個簡單的運動機構(gòu)就定義好了。點擊運動播放，機構(gòu)就可以按設(shè)置的約束進行運動了。

在運動仿真中需進行的檢查：（1）檢查各連桿的運動是否順暢。最后，當(dāng)主動轉(zhuǎn)臂運動到設(shè)計最大行程處時，檢查從動轉(zhuǎn)臂是否與設(shè)計的極限位置重合；（2）檢查連桿在整個運動過程中與周邊零件的間隙，一般要求與周邊間隙≥6 mm。

圖7 典型轉(zhuǎn)臂間拉桿校核示例

3 汽車門鎖拉索設(shè)計

3.1 門鎖拉索的結(jié)構(gòu)原理

門鎖拉索用于裝配空間小、轉(zhuǎn)彎多、距離長的部件間的連接，例如尾箱鎖、發(fā)動機罩鎖與車內(nèi)開啟手柄之間的連接，側(cè)門鎖與側(cè)門內(nèi)開手柄間的連接等。門鎖拉索由鋼絲繩、套管、鋼絲繩接頭、套接頭組成，如圖8所示。套接頭安裝在手柄、鎖體上相對固定的位置，鋼絲繩接頭裝配在手柄和鎖體的主動、從動轉(zhuǎn)臂上，通過鋼絲繩在套管內(nèi)做相對運動，實現(xiàn)力和行程的傳遞。

圖8 常見門鎖拉索結(jié)構(gòu)

拉索鋼絲繩一般采用多股捻制普通鋼絲繩，鋼絲繩接頭材料為鋅鋁合金，通過模具壓鑄在鋼絲繩端頭上，其拉脫力應(yīng)該符合QC/T29101-1992的規(guī)定。最常規(guī)的鋼絲繩接頭形式如圖9所示。某些特殊的接頭在壓鑄后還需要再加工。

圖9 常見鋼絲繩接頭形狀

套管對鋼絲繩起到保護和支撐的作用，一般由多層材料組成，如圖10就是一種典型的套管結(jié)構(gòu)。此外，裝配前要在鋼絲繩上需要刷一層潤滑脂，以降低鋼絲繩在套管中運動的摩擦力，保證拉索的性能和壽命。

圖10 套管材料結(jié)構(gòu)圖

3.2 門鎖拉索布置設(shè)計

門鎖拉索是軟質(zhì)零件，不受力傳遞方向的限制，且鋼絲繩的運動是在套管內(nèi)進行，也無需考慮其余周邊零件的間隙，因此，門鎖拉索在布置時主要考慮行程匹配，難度相對較低。

如圖8，鋼絲繩伸出套管的長度為（A+B），（A+B）必須大于鎖體解鎖所需行程。此外，由于拉索套管與鋼絲繩間存在一定間隙，其折彎曲率半徑越小，摩擦阻力就越大，因此布置時應(yīng)該讓拉索的走向盡量平順，其折彎曲率半徑R不能太小，以免影響力的傳遞效率。推薦R＞120 mm。

此外，由于拉索傳遞效率還跟鋼絲繩的性能、潤滑油的質(zhì)量、套管與鋼絲繩接觸面粗糙度等因素有關(guān)，理論計算與實際使用情況往往存在一定差異，通常需要通過實車裝配來最終確定拉索的長度。

4 結(jié)束語

在顧客進出車輛時對汽車門鎖系統(tǒng)會有最直觀的感受，門鎖連接機構(gòu)設(shè)計的好壞，直接影響到門鎖的開啟力，進而影響開關(guān)門的舒適度。本文結(jié)合實際設(shè)計中的案例，闡述了門鎖拉桿和拉索的設(shè)計布置要點，經(jīng)實車試裝驗證，達到了預(yù)期的效果。