车门限位器设计知识.doc

目 录
1 车门限位器的主要形式 ………………………………………4
1.1 限位盒、限位臂式 ………………………………………4
1.2 扭杆式 ……………………………………………………4
1.3 弹簧式 ……………………………………………………5
2 车门限位器的设计 ……………………………………………6
2.1 车门限位器的布置 ………………………………………6
2.2 车门限位器的开启角度 …………………………………6
2.3 车门限位器的材料 ……………………………………… 6
2.3.1 车门限位器限位臂材料 ……………………………6
2.3.2 车门限位器限位盒材料 ……………………………6
2.3.3 车门限位器安装支架的材料 ………………………6
2.3.4其它零件材料 ………………………………………6
2.4 车门限位器的表面处理 …………………………………7
2.5 车门限位器的密封 ………………………………………7
2.6 车门限位器的操作力矩 …………………………………7
2.7 车门限位器的曲线设计 …………………………………7
3 车门限位器的优化 ………………………………………………9
3.1 车门限位器曲线的优化 …………………………………9
3.2车门限位器限位臂的优化 …………………………………9
3.3车门限位器内部结构优化 …………………………………9
4限位器的失效模式 ……………………………………………… 10
5车门限位器的发展趋势 …………………………………………11

1 车门限位器的主要形式
目前市场上的车门限位器有以下几种：
1.1 限位盒、限位臂式（见图1、图2）

图1 图2
它的工作原理为：限位器支架通过一安装螺栓紧固在车身上，限位盒通过两个安装螺钉紧固在车门上，当开门的时候，限位盒便会沿着限位臂进行运动。由于限位臂上做有高低不同的结构，弹性橡胶块便会有不同的弹性变形，这样就需要人在开门的时候用不同的力进行关门。在每一个限位的位置点，便能起到对车门的限位作用。
这种结构是目前应用最广泛的，它的具体形式还有很多种：有的限位臂是冲压的结构，有的限位盒内采用滚针，有的限位盒内采用滚珠，有的限位盒内采用导向块……但是限位的原理同出一辙。
这种结构的优点是结构简单，成本低，占用空间小，免维修。缺点是对钣金的要求偏高，如果铰链强度不够，车门下沉，很可能产生异响，运行一段时间后，限位力矩降低很快。
这种结构的车门限位器一般有两当或者三挡，它的最大力矩在35Mm左右，长度一般在60mm左右，最大开启角度一般在70度以下，耐久试验后，扭矩变化大概在30％－40％。
1.2 扭杆式（见图3、图4）
它的工作原理是：与铰链一体，通常安装在下铰链上，在关门的过程中，通过扭杆变形，产生不同的力，来达到限位的目的。
这种结构多用在欧洲车市场，因为是爱德夏的专利，目前我公司车上还未成运用。
这种结构的优点是噪音低，寿命强，限位效果好。缺点是占据空间大，结构复杂，维修成本高等。
这种结构的限位器一般有两挡或者三挡，它的开门力矩最大为45Nm，关门力矩最大50Nm，最大开门角度在60－65度左右，耐久试验后，扭矩变化大概在15％左右。

图3 图4
1.3 弹簧式
弹簧式的车门限位器采用与铰链一体式，利用弹簧和限位杆的结构来实现对车门的限位。见图5，图6。
连接车身
连接车门
限位杆
弹簧
轴承

图5 图6
它的工作原理为：在车门开启的时候，连接车门的部分跟随车门旋转，带动限位杆旋转，限位杆便会摩擦轴承部分的外套，由于限位杆上有高低不等的结构，靠弹簧的弹力便产生了不同的限位力，达到限位车门的目的。
在目前的市场上，该结构应用不是很多，主要原因是它的很多缺点导致的。跟上述两种限位器的结构对比，该结构占用空间在两者之间，但是由于铰链的旋转中心轴在限位部分为悬臂，限位器的限位扭矩不能过大，否则悬臂的强度存在风险；另外这种结构在限位处有轴承，轴承的工作环境很恶劣，很容易受到损害，产生异响。由于上述的诸多原因，该结构限位器应用不是很广泛。
这种结构的限位器优点是限位挡位比较清晰，限位力矩容易调整等。
2车门限位器的设计
由于目前限位臂限位盒式车门限位器应用最为广泛，故在本设计指南中，只介绍限位臂限位盒式车门限位器的设计。
2.1 车门限位器的布置
车门限位器一般布置在车门上下铰链之间，当然一体式的车门限位器布置在车门下铰链上，也有的布置在下铰链的下方。限位器布置的具体位置可以通过在开门的过程中整个开门系统的受力分析获得，因铰链中心线通常有点偏斜（通常2度左右，最大不能超过4度），这样造成限位器的在布置在不同的位置的时候，对开门系统贡献的力矩也不尽相同，但相差并不是很大，可以根据实际情况计算。
另外，车门限位器的布置还要考虑门的空间，尽量布置在空间比较大的地方，避免车门限位器在开门过程中与玻璃导轨、玻璃干涉，或者在车门玻璃下降的时候与玻璃等零件在某个状态干涉或者空间太小。
2.2 车门限位器的开启角度
车门限位器的最大开启角度一般在60－65度之间，它的开启角度与铰链的开启角度有很大关系。限位器为了实现其限位作用，它的开启角度要比铰链角度偏小，铰链的开启角度一般在70－75度，公差在正负3度；限位器的开启角度一般在65正负3度，考虑公差的情况下，限位器的开启角度比铰链至少少2度，这样才能保证限位器充分发挥作用。在设计中可以综合考虑限位器的开启角度，同时要考虑限位器一挡开启时人上下车的方便性。一挡的开启角度开启的车门间隙一般不小于550mm。
2.3 车门限位器的材料
2.3.1 车门限位器限位臂材料
为了满足限位器的过载开门试验，限位臂的材料一般是Q235+PA66,Q235的料厚一般为3mm。
2.3.2 车门限位器限位盒材料
考虑限位盒的冲压要求，车门限位器限位盒的材料一般为DC03,限位盒盖的材料一般为DC01,料厚分别为2.0mm和1.5mm。
2.3.3 车门限位器安装支架的材料
因车门限位器支架是把限位器安装在车身上的唯一一个零件，故它的材料及强度要求比较高，通常采用B450NQ，料厚通常为2.0mm。
2.3.4其它零件材料
弹性橡胶块是车门限位器中比较重要的零件，因工作环境比较恶劣，又要考虑橡胶的低温特性、弹性、耐油脂性等，一般材料丁腈橡胶。
导向块，因导向块与限位臂材料摩擦，故导向块的材料一般为POM。有些车门限位器不采用导向块的结构，而采用滚针的结构，滚针的材料一般采用35钢。
铆钉，车门限位器的限位臂与车门限位器安装支架用铆钉铆接在一起，铆钉的材料一般为45钢。
限位盒运动到限位器的最后开启角度后，通常有一个缓冲块、一个限位用的钢板和一个限位铆钉，缓冲快的材料通常采用丁腈橡胶，限位钢板的材料一般采用DC01,限位铆钉的材料通常Q235,也有的限位器没有这些零件。
限位器的各个部件的材料并不是只有一种选择，特别是金属材料，在满足要求的情况下，材料和料厚都能选择其他的材料和牌号。
2.4 车门限位器的表面处理
车门限位器的工作环境比较恶劣，按照相关标准要求，车门限位器要能承受5%中性盐雾试验144小时，这对限位器提出表面处理的要求。
因车门限位器的安装支架裸露在外边，环境最为恶劣，通常镀锌黑色钝化，以满足相关标准要求。车门限位器限位盒装车车门里面，环境较支架比较好，一般采用镀锌彩色钝化。
因限位臂上经常包覆一层塑料，工作环境相对来说处于限位器安装支架和限位盒之间，但是限位臂总用地方暴露出来，所以一般来说限位臂也要进行表面处理，进行镀锌彩色钝化。
2.5 车门限位器的密封
因车门限位器限位盒内部涂有很多润滑脂，以保证限位器在使用的过程中噪音低。故限位器的密封就很有必要。否则经过一段时间使用，限位器限位盒内进入灰尘油脂的可搅拌性降低，限位器就会出现发涉、异响等现象。限位器的寿命降低。
限位器的密封一般在限位盒与钣金安装面之间添加一片带有单面胶的海绵，来保证车门限位器的密封，减少灰尘进入限位盒，增加限位器的使用寿命。
2.6 车门限位器的操作力矩
门限位器的作用是对车门的一些特定的位置进行限位，这样就要求车门限位器有一定的限位力矩或者开关门力矩的要求。
车门限位器的操作力矩是可以计算出来的。因整个车门开启系统均是相对铰链旋转中心现进行旋转，故可以针对铰链中心线做一个力矩平衡。
车门限位器的操作力矩计算过程中要考虑整车在下面几个特殊状态下对车门限位器限位力矩贡献。
1） 整车倾斜的时候对关门力矩的要求。
2） 整车上坡或者下坡对车门限位器开关门力矩的要求
3） 铰链本身的阻力扭矩。
4） 限位器安装支架与限位臂沿铆钉旋转的阻力力矩。
除此之外，车门铰链的倾斜，内开外开力也要考虑。
因车门的操作力矩经过一段时间后会降低，故在设计的过程中，在不影响整车开关力的要求下，一般采用集中情况综合下最大的力矩。
2.7 车门限位器的曲线设计
在设计的过程中，车门限位器的很多零件均可以沿用，例如限位器安装支架，车门限位器限位盒等。
限位器的设计要注意以下几点：
1） 限位臂旋转中心线与铰链中心线平行。
2） 限位器安装支架与铰链选装中心线平行。
3） 限位盒内滚针必须时刻与限位臂曲线垂直。
4） 限位臂曲线所在平面必须与铰链旋转中心线垂直。
车门限位器曲线的设计通常采用微积分近似方法进行。设计方法按照如下步骤进行：
1）根据整车的布置做出限位器部分的断面图，见图7。

图7
2）假如车门限位器的开启角度为68度。我们把车门开启角度等分成17个等角度，每个角度为4度。见图8。

图8
3）各个圆截得一段曲线。见图9。

图9
4）把各段曲线连接起来便得到了限位器得曲线。见图10。

图10
3车门限位器的优化
车门限位器设计过程中，每一个阶段都需要对车门限位器进行优化，保证下一步的工作能够正确的开展。车门限位器的优化可以分为以下三种：
3.1 车门限位器曲线的优化
车门限位器曲线设计完成后，可以根据曲线对车门限位器曲线进行运动分析。如果出现车门在运动过程中距离相关零件之间得间隙太小，可以根据实际情况对车门限位器曲线进行优化。
在优化的过程中要考虑一下几点：
1） 车门限位器的任何部件与相关部件之间的距离最好保持10mm以上，最小不能少于5mm。
2） 在运动的过程中，限位器曲线与限位盒之间的间隙要保证1mm以上间隙。
3） 可以对曲线进行调整，但是要保证1）、2）均能满足。
车门限位器曲线验证符合实际要求后，可以根据曲线进行建模。在考虑关门的情况下，可以把限位臂在一挡的位置有个倾斜的角度，来配合自动关门的趋势。
3.2车门限位器限位臂的优化
车门限位器数模完成后，仍有必要进行运动分析，来验证整个开门系统是否满足整车整车设计要求，当限位器限位臂不能满足要求是，对限位器本身进行优化。
运动分析过程中要考虑以下部分的内容。
1） 铰链与车门限位器开关门角度分析。
2） 车门限位器与相关零件（玻璃、玻璃导轨等）之间的间隙分析。
3） 车门限位器本身的间隙分析。
限位臂本身可以进行以下简单的调整，但是一般要要求为：
1） 限位器限位臂的宽度一般不小于10mm。
2） 限位器限位臂的限位结构处最厚部分一般在10mm左右。
3） 限位器限位臂的限位结构处最薄部分一般在5mm左右。
3.3车门限位器内部结构的优化
在车门的限位器的限位力矩不能满足要求是，可以对弹性相交块进行优化，更改橡胶的配方，或者直接更改限位块的硬度，来满足不同的限位力矩要求。
在运动分析过程中，如果限位器本身干涉，可以调整限位器的曲线，也可以更改限位盒，在限位盒空间或者强度允许的情况下，增加限位器限位盒的开口，但是一定要注意限位盒的密封。
如果限位器经过调整后，限位盒内的滚针与限位臂之间的角度过小，可以调整限位盒内支架的角度来满足限位臂在限位盒内的运动的空间。
4限位器的失效模式
根据我公司这种车门限位器的使用，限位盒限位臂式车门限位器的失效模式主要有以下几种，见表1。
表1
项目
潜在失效模式
原因分析
临时措施
永久措施
设计注意
1
限位器异响
导向块与限位臂接触部位在法线方向不垂直。
导向块与限位臂配合处压紧力减少，增大导向块的圆角半径。
调整限位臂的曲线
导向块与限位臂接触部位在法线方向垂直
2
限位器断裂、操作困难
铰链的中心线与限位臂转动的中心线不平行
调整限位盒与限位臂的角度；
1调整限位盒与限位臂的角度；
2调整铰链与限位盒、限位臂的三者关系
铰链的中心线与限位臂转动的中心线平行
3
限位器支座变形
限位器支座的强度不够
更换材料与结构固定方式
更换材料与结构固定方式
进行CAE分析
4
限位器与周边零部件干涉
设计时校核不到位
/
/
设计时注意与周边的配合问题，保证各部位的间限至少在5mm以上。
5
限位器阻力大
4设计时阻力偏大；
5耐久性通不过，表面磨损严重；
1、减小橡胶块的弹性力；
2、改进限位臂表面耐磨性差；
1、减小橡胶块的弹性力；
2、改进限位臂表面耐磨性差；

5车门限位器的发展趋势
目前市场的车门限位器主要还是限位盒、限位臂的结构，发展趋势向更可靠、更安全来的趋势发展。
在欧洲市场上扭杆式应用也得到推广，特别是大众体系的产品，几乎都是扭杆式。另外在宝马等豪华汽车上气弹簧和限位杆配合也有应用，这种结构对噪音、可靠性、限位器寿命等都有很大的改观。

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