机械装备
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2017年5月下
尹培苗，汪建涛，顾 翔
（江西昌河汽车有限责任公司，江西 景德镇 333002）
摘 要：文章主要阐述了汽车侧门（旋转门）在关门过程中，影响车门关门力的主要因素、机理、降低车门关门力的设计要点、制造过程中的影响因素及装配过程中的影响因素，并结合这些设计要点和影响因素，对在汽车设计中如何降低车门关门力提供了一个清晰的思路和参考，最后，给出其重要作用和意义。关键词：关门力；设计；制造；装配中图分类号：U270.38+6 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2017）10-0043-03 车门关门力，即是指在关门过程中为克服阻力所施加的力。车门关门力的大小是评价一个车型性能方面好坏的一个重要指标，同时也反映了一个汽车生产厂设计水平在一个方面的体现，一个车型拥有较好的关门力能够让车的品质提升很高，也从而让客户具有很高的满意度。
1 车门关闭原理
为达到车门关闭，需在车门打开位置给车门施加一个初始的力，在此过程中，车门会将空气扫入车内，所施加的力将克服铰链的转动摩擦力、限位器的摩擦力、密封胶条的反弹力、门锁的啮合力、车门自身重力、车内空气阻力等方面的因素来实现车门的关闭功能。因此，影响车门关门力的因素主要有铰链、限位器、密封间隙、密封胶条（含压缩量）、门锁、车门重力、气压阻等。
2 降低车门关门力的设计要点
2.1 铰链
转动力矩：铰链在车门关闭时需要通过转动来实现，所以铰链影响关门力的其中一个因素是铰链的转动力矩，为减小关门力，铰链转动力矩尽量向小的值去设计，目前铰链的转动力矩设计值一般推荐为0.5～1.5N.m；
轴线布置：为了使车门有自身关闭的趋势，车门两个铰链之间的轴线必须在同一条直线上，且设计时要
有内倾角（a，见图1）和后倾角（b，见图2），一般均在0～3︒，这样才能保证车门的重力能够在关门方向上有分力，从而减小关门力。
——————————————作者简介： 尹培苗（1978-），女，河南南阳人，工程师，研究方向：
车身闭合件。
汪建涛（1989-），男，江西上饶人，助理工程师，研究方向： 车身闭合件。
顾翔（1981-），男，江苏南通人，工程师，研究方向： 车身闭合件。
图1 铰链内倾示意图
图
2 铰链后倾示意图
图3 限位器坡形设计
门的关门力。2.3 密封胶条
密封条对关门力的影响相对较大，主要影响反弹力的因素有胶条的截面形状、胶条的硬度、胶条的压缩载荷及胶条上布置的排气阀。
1）截面形状：截面形状的泡管高度对门的关闭力影响很大，泡管越高，压缩量越大，所需关门力就越大。行业普遍第一道密封条压缩量d1为5mm，第二道密封条压缩量d2为
3mm（见图4），但具体要看断面结构、胶条结构、密封道数和胶条的材料和工艺等，可略做调整。
图4 密封胶条压缩量2.2 限位器
限位器的结构设计在整个关门过程中是有助于关门的，其过档位后弹簧弹力及坡形设计（见图3）在关门时可以减轻
2）胶条的硬度对门的关闭力也有着较大的影响，硬度越大，所需克服胶条的力就越大，关门力也就越大，设计时，推荐胶条硬度为0.6±0.1g/cm 3；
3）胶条压缩载荷对门的关闭力也有着较大的影响，压缩载荷越大，所需克服胶条的力
就越大，关门力也就越
大，设计时，推荐压缩载荷为（3±1）N/100mm；
4）排气阀在门关闭接触时能够将胶条内多余的空气排出，从而能够顺利的实现将胶条压扁，保证关门顺畅。一般排气阀的大小为Φ3mm，间距为100mm 左右，个数由胶条的长度决定。2.4 门锁
门锁设计时需注意以下几点：
1）门锁布置。理论上，门锁布置时锁体应与车门总成质心Z 向高度值一致，与车门铰链组成等腰三角形，但实际情况可做适当调整（见图5）。锁的主销应通过铰链轴线，保证锁体在啮合瞬间与主销切向啮合，锁的主销还应与铰链轴线垂直（受结构限制，门铰链轴线与锁主销轴角度尽量控制在90±5°内），在保证车门锁止安全，提高锁体寿命的同时，以保证关门顺畅、用力最小。
2）单品闭锁力。为了减小关门力，单品门锁的闭锁力在设计时一般为：半锁状态时在2～3N，全锁状态时在4～8N。
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图5 门锁布置图
2.5 车门重力
若抛开铰链的布置，只车门重力本身对于关门力是起阻碍作用的，但若加上铰链的布置倾角，车门重力在倾角上的分力反而是对关门力起正向促进作用的。2.6 气压阻力
为了减小关门力，在车型设计时通常会设计排气阀，排气阀本身的作用就是排掉车内的气体，以提高关门的舒适性。因此车型排气阀面积的大小对减小关门力的大小起着很重要的作用。排气阀越大，从车内排出的气体就越多，车内的气压就越低，关门力就越小。排气阀一般布置在后侧围的两侧，左右对称，也有个别的布置在车的正后端。依据车型种类的不同，排气阀面积的大小也不同（见表1），小的车排气阀相对较小，大的车排气阀相对较大，就一般而言，设计推荐值为20000mm 2以上。
理论间隙小，密封条压缩量就会越大，则反弹力越大，即导
致关门力越大；②铰链的安装面是否符合理论设计要求。若铰链的安装面精度不达标，则上下铰链轴线的同轴度不能满足设计要求，即导致关门力增大；③限位器的安装面是否符合理论设计要求。若限位器的安装面精度不达标，则限位器轴线与上下铰链的轴线不平行，不能满足设计要求，即导致关门力增大；④锁体与锁环的安装面是否符合理论设计要求。若锁体与锁环的安装面不达标，则导致车辆的锁体鱼嘴处与锁环配合情况不是很好。锁环相对于锁体的啮合处不符合理论数据，即不对中，而是偏上或偏下，即导致关门力增大。3.2 附件零件自身精度
附件零件自身精度对于关门力的影响主要体现：①铰链与白车身匹配的安装面是否符合设计精度要求及铰链自身的转轴是否准确；②限位器与白车身匹配的安装面是否符合设计要求及限位器自身的转轴是否准确；③限位器的转臂中心面是否符合理论数据要求，居于限位器中心位置；④锁体与白车身匹配的安装面是否符合设计精度要求；⑤锁环与白车身匹配的安装面是否符合设计精度要求
当出现以上不达标情况时，均可能导致上铰链与下铰链不同轴、铰链轴线与限位器轴线不平行，锁体鱼嘴与锁扣不对中现象，即导致关门力增大的结果。为保证生产出的产品符合设计要求，准确的模具、合适的夹具、精确的检具等制作及检验工具是必不可少的。
4 装配过程影响因素
实际装配过程中的影响因素：①为了弥补白车身精度的缺陷，需要调整装配状态，有时会将车身上或附件上的安装孔设计为长圆孔或增大圆孔直径，带来便利的同时也存在了另一个潜在的风险，即工人安装时不能初始无误的将零件安装到正确的位置上，需要调试，若工人没经验，则安装出来的附件状态就不能满足功能需求；②若操作工人安装铰链时角度不对或安装精度达不到要求，则上下铰链轴线的同轴度不能满足设计要求，即会导致关门力增大；③若操作工人在车身上安装限位器时角度不对或安装精度达不到要求，则限位器的轴线与铰链的轴线不能满足平行的要求，即会导致关门力增大；④标准件安装扭矩是否符合设计要求，若达不到要求，标准件会松动，导致各附件不在正确位置上，出现“别劲”现象，即会导致关门力增加。
从上述内容可以看出，为保证装配出的产品符合设计需求，作业指导书的编制、安装夹具的制作以及经验的累积和传授等也是影响关门力大小的重要因素。
5 举例说明
以某XXX 项目开发出现前门关门力大为例，介绍如何开展降低车门关门力问题的排查并解决此问题的。通过前面所述的影响因素来分析，限位器对关门力是起正向作用的，因此不对其进行重点分析，分析及解决问题的主要方面与过程如下：
5.1 对标基础车型排气阀大小
通过对标，发现该车型较其它同类车型略微偏小，又从实际手工加大开孔（总排气面积是原来排气阀面积的1.5倍和2倍）验证情况来看，效果提升不明显，因此判定排气阀大小因素不是影响关门力大的主要因素。5.2 对标基础车型密封条情况
通过对标分析，发现如下内容：①该车型密封条截面与其它车型差别不大，且截面的更改可能引起漏水问题，因此不作为影响关门力大的主因判断；②该车型密封条排气孔的孔径、数量和布置与其他同类车型相当，因此判定密封条本
条因素不是影响关门力大的主要因素；③该车型密封条的材
表1 市场上部分车型排气阀面积
图6 密封间隙示意图
2.7 密封间隙
密封间隙的设计对关门力的大小也有着比较重要的影响，密封间隙不能太小。为规避漏水的风险，在保证压缩量的情况下，行业普遍第一道（门密封条）密封间隙d1为10～14mm，第二道（门框处胶条）密封间隙d2为12～16mm （见图6）。
设计不合理是影响车门关闭力大小的根源，为保证设计出的产品符合大众需求，正确的结构设计、合理的材料定义、合理的性能目标给定以及公差的合理分配等都是影响关门力大小的非常关键的因素。
3 制造过程影响因素
3.1 白车身精度
白车身精度对于关门
力的影响主要体现在：①密封间隙是否符合理论设计要求的程度上。若白车身精度不合格，实际间隙比理论间隙大，密封条压缩量就会越小，导致有漏水风险；反之，实际间隙比
车型类别排气阀尺寸（mm）
排气阀总面积（mm 2）
位置AAA SUV 72×14520880背部BBB MPV 72×14520880侧部CCC MPV 92×12222448侧部DDD MPV 125×8822000侧部EEE SUV 125×88 92×7535800背部FFF
MPV
230×120
55200
侧部
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料和其它车型相同，硬度相当，但压缩载荷比其它车型较大，因此判定密封条压缩载荷对关门力大有一定的影响。5.3 对标基础车型门门锁、锁环及单品闭锁力
通过对标同类车型的门锁结构形式、锁环及单品闭锁力，发现该车型的门锁和锁环结构与其它车型基本相同，单品半锁时闭合力相比相差不大，单品全锁时闭合力比其它车型都小。因此判定锁结构、锁环结构及单品闭锁力对关门力大的影响不是很大。5.4 密封间隙分析
为检验该车型的密封间隙是否符合设计要求，选择在门框处放置橡皮泥施压的方法对门框处的间隙（第二道密封d2）进行测试，测试过程如下：①在前门框周圈处放置橡皮泥，单侧16处，左右对称，共32处（见图7）；②关门至正常锁止状态；③拿针垂直插入橡皮泥中并做深度标记；④用刻度尺测量高度并记录；⑤统计结果。
5.5 门锁与锁扣装配配合精度检查
通过对20台车的门锁与锁扣配合调查，发现有一部分车的锁环与锁的鱼嘴不对中，且这些车型的关门力均都偏大，因此判定锁与锁环装配不到位对关门力大是有一定影响的。5.6 限位器及铰链装配精度检查
通过对20台车的限位器与铰链的装配情况进行检查，发现限位器安装情况良好，但铰链有部分装配不到位而导致轴线比设计值偏小情况。根据调查，车间工人对人工保证铰链安装正确困难的抱怨，因此判定铰链装配不到位对关门力大有较大影响。
根据上述对问题的调查、对标及分析结果，针对该车型为减小关门力制定整改措施（影响较大且可实施的）如下：①通知工艺提升白车身精度合格率达到90%及以上；②通知工艺对门锁及锁环的装配工人进行安装说明，保证锁环与锁体“鱼嘴”配合到位；③通知工艺制作铰链安装定位工具，保证铰链的安装精度；④若上述实施不到位，则对胶条的压缩载荷进行整改优化。
通过上述措施的实施，该车型的前门关门力大问题得到有效的解决。
6 结束语
通过从设计、制造及装配各方面对降低关门力大的问题的分析，可清楚了解到在设计中的主要因素（结
构、材料、性能目标、公差大小等）、在制造中的主要因素（模具、夹具、检具等）、在装配中的主要因素（作业指导书、安装夹具及经验等）等方面对降低车门关闭力均有较大的影响，因此可促使大家在这方面进行积累和优化，为以后开发新产品时提供经验输入，使设计出来的产品得到用户的喜爱，从而使一个企业的整体设计水平能够得到不断的提升和市场的认可。
参考文献：
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上海交通大学,2000.
（收稿日期：2017-5-16）
图7 门框间隙测量点
根据上述测量结果分析，除去零件本身公差外，发现测量的32处值中，有12个点不符合理论值，白车身合格率约为63%，即白车身合格率不达标。因此判定白车身合格率是影响关门力大的主要因素。
（上接第42页）发展扩大，最终导致线圈匝间及层间绝缘故障面日益严重并扩大，使得发电机中性点零序电压增大并突破了整定限值，从而引发了机组故障跳机。
汽车铰链该故障PT 部分一次线圈存在大面积的变形甚至褶皱现象，而造成线圈变形的原因无外乎以下三点：①温引起的线圈变形；②电动力引起的线圈变形；③制造工艺缺陷。
结合日常运行及故障录波记录分析，该机组从未出现过由于一次设备问题而引起的跳闸事故，因此可排除由于一次设备冲击使互感器线圈变形的可能性。高压线圈内部存在的波浪形突起、变形现象，与线圈在制造过程中的工艺控制质量密切相关。例如：高压线圈的缠绕不够紧密、在绕线过程中已存在变形、或者高压线圈本身匝间绝缘在缠绕时受到某种形式的损伤等等。在长期高电压的作用下，匝间绝缘受损处最终导致匝间短路故障，并在匝间短路处产生异常高温过热，也会迫使线圈发生突起变形，从而容易造成绕组内电场分布不均，加上高温过热的综合作用，使得匝间绝缘持续劣化并最终导致更大面积的、且更为严重的匝间短路故障。
从绝缘材料的碳化程度可以判断，高压线圈内高温情况具有持续的蔓延性。首先出现匝间短路是第二层第11小层至第三层第4小层内的其中一层或多层线圈。由于短路电流的
影响，使该部位的线圈产生持续高温，在较长时间内对层间纸质绝缘进行烘烤并向外蔓延，使得层间绝缘慢慢碳化，塑料薄膜也融化粘合，进一步造成层间线圈短路，更加扩大了高压线圈的短路面积并最终
导致机组故障跳机。
6 结论
根据解体和分析结果，该故障PT 是由一次绕组制造工艺缺陷引发的匝间短路故障，并最终导致PT 本体一次绕组严重烧损。发电机出口处安装的电压互感器单台价值虽然不高，但其发生故障所引起的后果不容忽视，不仅会给电厂带来不必要的经济损失，更会危及大型设备的运行安全，因此有必要加强对该类设备从选型、订货、验收直至投运的全过程管理。参考文献：
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版社,2001．[2]电气装置安装工程.电气设备交接试验标准[S].GB 50150-2006.[3]电力设备预防性试验规程[S].DL/T 596-1996.
（收稿日期：2017-5-9）
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