汽车行李箱盖铰链分析及优化
汽车设计-汽车行李箱铰链技术条件规范模板
汽车设计-汽车行李箱铰链技术条件规范模板汽车行李箱铰链技术条件规范1 范围本规范规定了汽车行李箱铰链的技术要求、试验方法和检验规则等。
本规范适用于汽车行李箱的开闭功能结构的设计。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
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GB 6458 中性盐雾试验3 术语和定义3.1 行李箱铰链一种有平衡行李箱盖重力矩的弹性元件。
3.2 扭簧式铰链可在行李箱盖开度范围内，通过扭力弹簧的作用，开启到任意位置，能保证行李箱盖有足够的开度，并在开启过程中不与车身其他部位干涉，开闭盖轻便灵活，并具有有足够的强度和刚度，运动正确、可靠、耐久。
4 技术要求4.1 保证行李箱盖有足够的开度，并在开启过程中不与车身其他部位干涉，无异响。
4.2开闭时轻便灵活，因此应采用平衡弹簧。
平衡弹簧的特性应使盖在关闭位置时弹簧力能够平衡盖的质量，而在盖开启至最大位置时，弹簧力应略大于平衡盖的质量所需要的力。
4.3 行李箱在关闭状态时，保证行李箱铰链不与箱内物品及车身发生干涉。
4.4 有足够的强度和刚度，以保证运动正确，可靠耐久。
4.5 如果能自己升起，则在自由升起过程中的速度（最大半径点）应不超过0.75m/s，在行程的最后75mm，应不超过0.3m/s4.6 在行李箱盖的全开位置，在最大半径位置，沿切线方向施加15N的关闭力，行李箱盖应保持静止。
5 试验方法与评价标准5.1耐疲劳试验5.1.1试验设备a）实车；b）实车行李箱和相应部件以及开关用的机械传动系统组成的模拟试验装置；c）采用行李箱或与行李箱相当的构件，可模拟实车工作条件的耐久试验机。
5.1.2 台架试验与评价标准在进行1.5×104次行李箱盖的开闭试验后，铰链机构应满足上述技术要求，并且要求铰链在车身与行李箱内板上的安装点无松动、裂纹或破坏现象发生。
某车型行李箱盖锁扣断裂分析及改进
某车型行李箱盖锁扣断裂分析及改进作者：王朝锐李海波黄明新庞胜军来源：《汽车科技》2017年第02期摘要：某车型行李箱盖在使用过程中发生锁扣断裂失效，本文通过进行扫描电镜微观分析断裂样件，确定锁扣失效的模式；然后通过对锁扣力学性能、零件定义、车身制造精度及装配调整等方面展开分析，得出锁扣耐久性能不高和装配调整较差等主要原因；最后通过更换锁扣材料、局部结构优化和提高装配精度；经实车验证有效地解决了锁扣断裂问题。
关键词：行李箱盖；锁扣；断裂；分析；材料；装配精度1.绪论随着中国快速步入汽车社会，汽车已经普遍进入中国家庭。
三厢轿车由于其较大的后备箱储物空间获得广大家庭的青睐，行李箱盖作为车主使用频次较高的部件，要求有较高的可靠性和舒适性，给客户带来良好体验，如果客户在用车过程中，如果存在行李箱锁扣故障造成锁不上或者突然弹开等现象，会引起客户的强烈抱怨，还会影响品牌形象。
某车型在上市后，售后反馈客户在使用一段时间后存在锁扣失效，行驶过程中存在行李箱盖突然弹起的现象，经对故障车辆查看，发现行李箱盖存在断裂失效现象，这引起了客户强烈抱怨，必须快速解决此问题。
2.行李箱盖锁扣断裂失效模式分析为了快速解析锁扣断裂问题，下面结合断裂失效模式，分析锁扣断裂的产生原因。
市场售后部门提供了某车型出现行李箱盖无法关闭的一些数据，我们随机抽取9辆故障车，见图1所示，经初步查看故障车确认是行李箱锁扣已经断裂（图2），锁与锁扣的啮合部位存在磕碰痕（图3）。
为了更好的解析锁扣失效模式，需要对其进行断口分析和扫描电镜微观分析。
2.1锁扣断口分析经过断裂实物断口分析，见图4所示，九件行李箱盖锁扣的断裂形态类似，在锁扣的框形部位两条边处分别发生断裂，对应的断口分别编号为断口A和断口B。
断口A为典型的双向弯曲疲劳断口，裂纹起源于锁扣相对两侧的次表层（据表面约0.2mm），最后断裂区呈线条状并位于断面的中部；断口B表现为拉伸疲劳断口，裂纹呈周向起源，最后断裂區在断口心部并呈圆环状。
汽车行李箱盖铰链机构的分析及优化
汽车行李箱盖铰链机构的分析及优化作者：梁建钊来源：《中国科技博览》2016年第22期[摘 ;要]对汽车存放物品的箱盖电动化进行研究，通过研究分析，对其进一步开发，在开发阶段，由于转变了开启的方式，驱动点与原来的不一致，这样就出现了超过常规的电动开启力，这就需要调整原来的四杆铰链，使得开启力回归到正常水平。
四杆铰链行李箱系统在投入使用之前，需要对其进行仿真分析，这样是为了更好的对行李箱盖的电动化提供合理的依据，通过仿真分析，能够将最小的开启力进行确定，而且通过实验的方式进行比较，进一步确定了仿真这种方式的可行性。
然后优化四杆铰链机构，将电动行李箱盖的开启力降到最低，满足电动行李箱的各种设计指标。
[关键词]行李箱盖; 四杆铰链; 仿真分析; 可行性; 优化设计中图分类号：U463.83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0084-02引言当前阶段，汽车行李箱的设计存在下面的特征，首先其主要的机构是铰链传动机构，在对后备箱开关的过程中，采用的方式为纯手动方式，将行李箱的手动开启处的开启力降到最低是此次设计的主要目标，在打开和关闭后备箱的过程中，其力的来源为行李箱铰链的支撑端，在打开关闭行李箱的过程中，通过这样的方式是十分浪费动力的。
在此次优化行李箱的四杆铰链系统中，主要的目标是对电驱动端力臂的长度进行增加，这样电驱动就降低了对扭矩的需要，但在这个优化的过程中，需要保持原来行李箱的运动轨迹关系。
但是对于此次系统的优化设计，通过过去的设计计算是无法满足要求的，这是由于汽车行李箱系统是一个复杂的机构系统。
为了更好的观察机构的运动状态，以及对机构的受力情况进行分析，需要借助动力学仿真来对机构进行研究。
本文在进行动力学仿真的过程中借助的软件Adams ，在确定仿真是不是正确方面主要通过实验的方式，优化行李箱的铰链机构设计主要以动力学系统模型为依托，使得行李箱电动化能够得以实施。
一、构建Adams 仿真的模型1. Adams 模型首先将计算机的设计软件打开，我们使用的是 CATIA，然后建立装配体模型，如图1 所示，其中，手动开启的施加动力的点在A 处，电动开启的施加力的点在B 。
行李箱铰链机构设计规范
行李箱铰链机构设计规范行李箱铰链机构设计规范1 适用范围本标准规定了行李箱铰链机构的选型、设计方法、性能要求、试验方法以及评价标准。
本标准适用于汽车行李箱的开闭功能结构。
2行李箱铰链机构的分类及选型2.1 行李箱铰链机构的分类行李箱的铰链一般都有平衡行李箱盖重力矩的弹性元件，故可称为平衡铰链。
平衡铰链分为绕固定轴旋转的弓形（勾形）铰链和连杆式铰链两种。
2.1.1 弓形（勾形）铰链对于弓形（勾形）铰链可以通过恰当选择轴线位置及铰链臂的形状，以免盖在开启过程中与车身干涉，并保证一定的开度。
它的缺点是关闭行李箱盖时，弓形部分凸出于行李箱，该处可能碰到物品，甚至将物品破坏，它的优点是制造简单，制造装配误差小。
2.1.2 连杆式铰链对于连杆式（四杆或六杆）铰链机构，在开启盖时，其瞬时旋转中心是不断变化的，可以通过改变机构杆件尺寸来实现所要求的任何轨迹和开度，应用较多。
对于四连杆机构铰链，它具有四个旋转点，合理安排旋转点，可以使行李箱运动优化，设计自由度较大，但是它的缺点是成本高，侧向稳定性小。
2.1.3 弹性元件用于平衡铰链的弹性元件有多种，如气力元件、螺旋式压力弹簧和拉力弹簧、平卷弹簧以及扭杆弹簧等。
气力元件，机构工作可靠、性能柔和。
由于扭杆弹簧占有有效空间小，易于安装和调节平衡力矩，因此也是一种较好的结构型式，普遍用于各种经济型以及中档车上。
2.2行李箱铰链机构的选型下表对常见的各种平衡铰链机构进行了分析对比，为新车型的行李箱铰链机构开发提供选择参照。
表1 常见的各种平衡铰链机构的对比表3 平衡铰链设计3.1扭杆弹簧式平衡铰链设计a) 首先根据车身与盖配合部分的结构尺寸与形状，确定铰链机构的位置，一般希望左右两个铰链的跨距远些，使盖横向稳定。
b) 根据机构和所要求的盖运动轨迹（由关闭状态到最大开度时盖所扫过的轨迹）和最大开度，试定铰链和支杆的尺寸、形状。
图1为采用扭杆弹簧的行李箱平衡铰链示意图。
图1 扭杆弹簧的简单平衡铰链ABCO134561.车身2.行李箱盖3.铰链4.连接杆5.扭杆弹簧6.固定座如图1所示，3-4-5-6组成简单的四连杆机构。
某车型行李箱盖锁扣断裂分析及改进
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轿车行李箱盖外板成型工艺参数优化
轿车行李箱盖外板成型工艺参数优化随着汽车行业的发展，车身外观已经成为了重要的销售因素之一，走向制造精益化，减少不必要的生产成本不仅仅是汽车制造商的一个需求，也是当前的国际经济趋势。
因此，如何在保障产品质量的同时，落实成本节约、提高生产效率和产品质量的可持续发展是汽车制造领域必须面对的挑战之一。
本文就汽车焊接工艺参数的优化展开探讨。
作为一个汽车的主体构成部件之一，轿车行李箱盖在传统的生产过程中，经历了焊接、喷漆等多道工序，而这其中的关键工序之一就是外板成型。
外板成型直接关系消费者对这款车型的审美，同时还要考虑外板成型对车身结构造成的影响，以及轿车行李箱盖对安全性、气动性的要求，因此合理设定焊接工艺参数，提高焊接质量和生产效率就显得非常关键。
那么，如何进行焊接工艺参数的优化呢？下面，笔者以轿车行李箱盖外板成型工艺参数优化为例进行说明。
首先，对于轿车行李箱盖外板成型工艺，生产时人们应该精确在确定表面质量时要满足的标准需求。
表面缺陷会在整个流程中被不断积累，例如，在外板骨架完全组装之前，外板尤其容易被弯曲、拉伸、旋转等操作损坏。
因此，在确定隐蔽表面的质量之后，就可以根据产品的结构特点，选定相应的成型工艺以确保产品的质量要求得到满足。
其次，焊接工艺参数的优化需要从各个方面入手：首先，可以改善和确保初始线缆和瞬态线路的品质，避免发生电脑自检和报错情况；其次，要准确控制过零点，以便确保焊接质量；最后，应当优化WeldCheck8应用软件内部的焊接参数。
第三，控制好排气阀的使用是提高焊接质量和生产效率的关键。
排气阀主要用于控制极性反转模式，保证了弧稳定性与弧电感的平衡。
此外，排气阀还可以协助焊工控制焊接脉冲（Pulse Welding）的速度，确保焊接时的高质量表面加工。
最后，要时刻注意产品结构的改善。
随着汽车工业的不断发展，更轻、更强的材料正在被广泛应用，同时，一些生产方式和模具也在不断升级。
要在不断改进生产工艺和设备的同时，随时优化产品结构，提高产品的安全性、气动性等，确保产品质量的持续稳定提升。
汽车行李箱盖铰链分析及优化
汽车行李箱采用的天盛铰链传动系统是基于纯手动开关后备箱而设计的，其最优化目标是行李箱手动开启处的开启力最小，而电动开启行李箱则是从行李箱铰链的支撑端施力驱动后备箱整体开启和关闭，其在开启过程中是一个相对费力的过程。
因此，在汽车行李箱盖电动化开发过程中，要在不影响原行李箱运动、位置关系的同时，对行李箱系统的四连杆铰链进行优化，以增加电驱动端力臂长度，减小电驱动所需扭矩。
但是汽车行李箱开启机构较复杂，传统的设计计算难以提供准确、全面的数据来支撑系统的优化设计。
通过对机构的动力学仿真，可以更准确地获得机构在任意位置的运动状态和受力情况，对于确定合理的机构设计方案有非常大的意义。
行李箱开启机构是一种多连杆机构，动力学仿真的方法已经在某些连杆机构的动力学特性方面得到了应用；一些研究在仿真的基础上对机构参数进行了优化设计，为汽车尾箱的动力学研究提供了研究基础和经验。
近来动力学仿真的方法开始在汽车的机构设计方面得到应用，研究对象有铰接式自卸汽车在随机路面下的平顺性，电动剪式车门不同开启速度时所需的转矩及功率，轿车车门铰链、车门前侧分缝线、行李箱盖扭杆弹簧的布置等，这些研究证明了采用动力学仿真方法来辅助汽车连杆机构设计的可行性。
因此，本文拟基于Adams对行李箱盖手动开启和电动开启力进行动力学仿真分析，通过实验验证仿真的有效性，并基于动力学系统模型对行李箱的铰链机构进行优化设计，确保行李箱电动化的顺利实现。
1Adams仿真建模1.1Adams模型在计算机辅助三维交互应用软件(CAIA）中建立行李箱系统闭合状态的装配体模型，如图1所示，其中，A处为手动开启施力点，B处为电动开启施力点。
为使铰链的受力状况更逼近真实情况，建模时将铰链负载端物体与驱动端物体都考虑在模型中，模型最终包含13个几何体：行李箱盖、左铰链底座、左铰链拉杆1、左铰链撑杆、左铰链连杆、右铰链底座、右铰链拉杆1、右铰链撑杆、右铰链连杆、拉杆2、曲柄、减速器输出轴以及减速器壳体，如图2所示。
乘用车行李箱盖铰链杆的刚度有限元分析与结构优化
设设g6渊l袁r冤=20-r2臆0
设
墒设设g7渊l袁r冤=20-r3臆0
渊1冤
式中院gi渊l袁r冤为尺寸约束函数袁i=1袁2袁3袁4袁5袁6袁7曰l 为直
2 铰链杆刚度问题分析
为了得到铰链杆竖直刚度设计公式袁 并对铰链杆 进行刚度优化袁笔者先简化铰链杆模型袁并以卡氏第二 定理为基础推导铰链刚度表达式袁 然后通过有限元法 与试验法验证其正确性以及铰链杆是否超出所用材料 的屈服强度遥最后根据约束条件求出最优解袁并用有限 元法验算铰链杆在刚度最优解情况下是否满足要求袁 其流程如图 1 所示遥
专题报导
乘用车行李箱盖铰链杆的刚度有限元分析与结构优化*
□ 朱 鑫1
□ 韩冬桂 1 □ 刘 芳 1 □ 李红军 1 □ 蔡元初 2 1. 武汉纺织大学 机械工程与自动化学院 武汉 430000 2. 湖北航宇精工科技有限公司 湖北襄阳 441000
□ 燕 怒1
摘 要院乘用车行李箱盖铰链杆是保证行李箱盖正常工作的关键部件遥 对行李箱盖铰链杆的刚度进
机械零件的刚度计算公式适用于结构简单的模 型袁而铰链杆的结构较为复杂袁导致求解相对困难遥 借 鉴复杂零件的刚度求解理论和方法是一种比较有效的 途径遥 周志鸿等咱8暂 基于有限元法计算复杂曲柄刚度曰
* 国家自然科学基金资助项目渊编号院51775388冤 收稿日期院圆园员8 年 9 月
王新新等咱9暂 利用有限元法计算复杂电主轴刚度遥 两者 通过试验都验证了有限元法在计算复杂零件刚度上的 准 确 性 袁但 未 能 推 出 刚 度 公 式 遥 李 华 等 咱10暂以卡氏第二定 理为基础对 Z 形悬臂梁建立刚度计算公式袁但为了简 化运算忽略转角处的弯矩袁导致计算精度不高遥在这些 研究基础上袁 笔者基于卡氏第二定理提出铰链杆竖直 刚度设计公式袁 并对铰链杆进行有限元分析和试验验 证遥
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汽车行李箱采用的天盛铰链传动系统是基于纯手动开关后备箱而设计的，其最优化目标是行李箱手动开启处的开启力最小，而电动开启行李箱则是从行李箱铰链的支撑端施力驱动后备箱整体开启和关闭，其在开启过程中是一个相对费力的过程。
因此，在汽车行李箱盖电动化开发过程中，要在不影响原行李箱运动、位置关系的同时，对行李箱系统的四连杆铰链进行优化，以增加电驱动端力臂长度，减小电驱动所需扭矩。
但是汽车行李箱开启机构较复杂，传统的设计计算难以提供准确、全面的数据来支撑系统的优化设计。
通过对机构的动力学仿真，可以更准确地获得机构在任意位置的运动状态和受力情况，对于确定合理的机构设计方案有非常大的意义。
行李箱开启机构是一种多连杆机构，动力学仿真的方法已经在某些连杆机构的动力学特性方面得到了应用；一些研究在仿真的基础上对机构参数进行了优化设计，为汽车尾箱的动力学研究提供了研究基础和经验。
近来动力学仿真的方法开始在汽车的机构设计方面得到应用，研究对象有铰接式自卸汽车在随机路面下的平顺性，电动剪式车门不同开启速度时所需的转矩及功率，轿车车门铰链、车门前侧分缝线、行李箱盖扭杆弹簧的布置等，这些研究证明了采用动力学仿真方法来辅助汽车连杆机构设计的可行性。
因此，本文拟基于Adams对行李箱盖手动开启和电动开启力进行动力学仿真分析，通过实验验证仿真的有效性，并基于动力学系统模型对行李箱的铰链机构进行优化设计，确保行李箱电动化的顺利实现。
1Adams仿真建模
1.1Adams模型
在计算机辅助三维交互应用软件(CAIA）中建立行李箱系统闭合状态的装配体模型，如图1所示，其中，A处为手动开启施力点，B处为电动开启施力点。
为使铰链的受力状况更逼近真实情况，建模时将铰链负载端物体与驱动端物体都考虑在模型中，模型最终包含13个几何体：行李箱盖、左铰链底座、左铰链拉杆1、左铰链撑杆、左铰链连杆、右铰链底座、右铰链拉杆1、右铰链撑杆、右铰链连杆、拉杆2、曲柄、减速器输出轴以及减速器壳体，如图2所示。
底座和减速器壳体都与车身固结在一起，连杆与行李箱盖固结在一起，左铰链本体通过拉杆2、曲柄与减速器输出轴相连。
将原始铰链总成(全关状态）数据导入到装配环境下，固定住两铰链的坐标位置，以它们的位置为参考将模型中所有零件的位置约束住，则装配好的模型就是整车坐标下行李箱系统全关状态下的几何模型。
将装配好的模型导入到机械系统自动动力学分析系统(Adams）中。
1.2边界条件
将左底座与减速器外壳定义为固定件，其余为运动件(剩余11个几何体为运动件）。
左右铰链底座间、输出轴与曲柄间、左右铰链推杆与箱盖间的运动副采用固联副，约束全部自由度。
其他运动副采用旋转副，约束5个方向的自由度，只留有绕轴旋转的自由度。
本模型中共采用了11个旋转副；有相同运动轨迹的件采用固联副约束，由此整个系统的自由度为
11x6-11x5-4x6=-13。
负值表明系统处于过约束状态，要想使系统运动必须解除多余的约束。
因
点一线副只约束一个方向的自由度，所以解决过约束的办法是采用点一线副取代部分旋转副，将重复约束的自由度释放出来。
1.3模型属性
定义各运动副的动摩擦因数为0.1，静摩擦因数为0.3。
利用CATIA的测量功能将该系统各部件的质量、绕x，y，Z轴的主转动惯量、质心点坐标提取出来，如表1所示。
按提取的值，在ADAMS中修改部件的质量属性。
1.4气弹簧力施加
对于安装于原车铰链上的气弹簧，根据气弹簧的实验刚度参数值(见表2），建立弹簧的作用力一长度的Spline曲线，在气弹簧两端的作用点之间建立单分量的力载荷(SFORCE力），通过Spline曲线定义该力的驱动函数，使SFORCE力按照表2的数据变化，从而比较真实的模拟
气弹簧的作用效果。
2仿真及验证
根据手动开启和电动开启两种模式，分别进行仿真分析。
分析模型中A处（见图1）施加力，模拟手动开启行李箱盖的情况；在模型中B处（见图1）施加力，模拟电动开启行李箱盖的情况。
在两个分析中，分别将A处和B处（见图1）的力值作为设计变量，使其从一个较小的初始值，以1N的增量逐渐变大，提取每次分析获得的行李箱盖的开启角度，当开启角度大于、等于100。
时认为行李箱盖是被完全打开，满足设计要求。
经过分析获得的行李箱完全开启时的状态如图3所示。
A处的施加的力等于72N时行李箱盖开启角度一时间曲线如图4所示。
从图4中可以看出：当力矩大于72N时，行李箱盖能够完全开启，当力小于该值时行李箱盖只能部分开启，因此，手动端开启（A处）施力不小于72N。
同样分析计算得到电动端开启（A处）施力不小于630N。
为了对分析结果进行验证，分别在A处和B处使用推拉力计，测量了行李箱盖开启力。
实测A处开启约需68N的力，B处开启力约609N，实测值与仿真结果符合较好。
3机构优化
为进一步分析验证行李箱电动开启的扭矩，明确铰链机构优化设计目标，使用扭力扳手分别测量了减速器输出轴处、拉杆1与底座铰接处（图5中03轴）开启后备箱所需力矩，测量结果为：减速器输出轴处开启扭矩最少需要59N．m，O3轴处开启扭矩最少需要75N．m，如表3
所示。
根据实测结果，在减速器输出轴处以及拉杆1与底座铰接处开启行李箱盖所需力矩都超过设计要求（减速器最大输出扭矩为56N．m），因此，需要在分析的基础上对铰链系统进行优化设计，以降低这两处的开启力矩。
考虑到安装空间和结构布局的限制，优化前后行李箱关闭状态下铰链机构占据的空间不能增加；为不影响行李箱开启关闭状态，优化前后连杆的开启关闭位置不能改变；根据仿真对该机构进行的初步力学分析，通过增加拉杆1的长度，减少撑杆的长度或改变支撑点的位置将降低开启力矩。
根据前述基本要求，以1mm移动量为步长移动01位置减小撑杆长度，同时移动03、04改变支撑点位置确保新四连杆机构运动关系和各杆件长度符合要求。
经过多次移动分析对比，将O1、03、04位置移动到如图5所示虚线位置，驱动力达到最小值。
新位置值移动参数如下：（1）01：原O1孔（黑色）沿x轴负向平移15mm，再沿y轴正向平移7mm。
（2）O3：原O3（黑色）沿x轴负向平移6mm，再沿y轴正向平移7mm。
(3)04：沿原04孔（黑色）沿y轴负向平移11mm。
根据优化后Ol、03、04位置修改铰链系统，然后重新进行分析，从仿真分析结果可以看出：优化后减速器输出轴处开启扭矩最少需28N．m，O3轴处开启扭矩最少需要51N．m。
经过改进
后的开启力矩已经能够满足设计要求，优化前后的开启力矩比较如表3所示。
4结论
本文采用Adams软件分别对行李箱盖手动、电动开启方式进行了动力学分析，并计算出不同开启方式的开启力，经实际测量，分析结果与实测数据比较接近，验证了分析的正确性。
在此基础上，基于动力学系统模型对行李箱的铰链机构进行了优化设计，进一步减小了电动开启力，较好地满足了设计要求。