行李箱扭簧设计计算方法

  6.1 模型建立 根据铰链结构及安装示意可知，铰链安装支架为固定件，铰链、联杆及扭簧则是活动件，扭簧通过

  本标准规定了行李箱扭簧的技术方面的要求、试验方法和计算方式。 本标准适用于三厢车鹅颈式（弓形）铰链所配用的行李箱扭簧产品。

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  4.1 扭簧表面不允许出现裂纹及易产生疲劳断裂的损伤，两端头不允许有明显的毛刺及马蹄形。 4.2 扭簧材料选用弹簧钢（执行GB/T 1222-2007标准）或油淬火 回火弹簧钢丝（执行GB/T 18983-2003 标准）。 4.3 扭簧成型后，淬火后硬度为45HRC～55HRC。 4.4 扭簧应依规定程序批准的图样和有关技术要求制造，并符合本标准的要求。 4.5 扭簧的扭矩特性应在依规定程序批准的图样中具体显现。 4.6 扭簧经疲劳试验1万次不应发生断裂，疲劳试验后表面不应出现肉眼可见的裂纹，且刚度变化不大 于5%。 4.7 扭簧表面解决方法按Q/ZTB 06.002-2012标准执行。 4.8 扭簧需满足Q/ZTB 07.025-2012中的禁限用物质要求。 4.9 扭簧设计时要考虑Y向窜动量，避免因留有过多窜动量而造成扭簧移位后其它部件干涉。设计时可 考虑如下方案避免扭簧Y向移位：图2扭簧圆角根部与铰链安装支座有4.6mm间隙，扭簧可以Y窜动。图3 更改后消除扭簧圆角与铰链安装支座的间隙，通过扭簧圆角与安装支座Y向限位。

  当关闭全开状态的行李箱盖时，首先克服在该状态下弹力（约20N），然后越过上平衡点，借着惯 性，能轻松地把行李箱盖关闭。 6.3 参数求解

  行李箱盖在开启和关闭的瞬间所受的弹力分别约15N和20N，通过换算即可得各自力矩，该力矩即手

  因为左右两根扭簧共同作用完成行李箱盖的开启和关闭，在计算时需考虑两根扭力弹簧产生的扭矩。 另外，扭簧在焊装车间装车后，在受力状态下（一般行李箱盖开启约10°左右）随车身经过涂装车间的 电泳烘烤、中涂烘烤、面漆烘烤等多次高温处理，扭力弹簧发生衰减。根据经验值，扭力弹簧的弹性势 能会损失15%-25%，基本取值20%。

  运用EXCEL的扭力弹簧开发程序对d和β 进行微调（其他参数已确定，可看作定值；d与扭簧成四次方关

  3.1 行李箱扭簧 作为平衡铰链的弹性元件之一，占有有效空间小，易于安装，是一种较好的结构型式。其工作原理

  鹅颈式（弓形）铰链是使用弹性元件，可以在行李箱盖开启或关闭过程中平衡行李箱盖重力矩的铰 链结构,因其形状类似于鹅颈而得名。该铰链形式结构相对比较简单、制造工艺容易、有足够强度、可靠耐久及 成本较低等优点，目前在中低档三厢车型中大范围的应用。 3.3 剪切弹性模量（G）

  扭簧是淬火弹簧钢丝按一定形状弯曲而成。扭簧的扭矩 Mr 与扭簧的直径 d、有效长度 L 、扭转角

  根据以上所提及和求得的参数运用EXCEL的公式和图表建立扭力弹簧开发程序，绘制出行李箱盖重

  联杆随铰链作旋转运动（见图2）。对图2进行简化，即可得简单的四连杆机构（见图3），其中AB为铰 链安装支架，AC为铰链，BD为扭簧，CD为联杆。

  当打开行李箱盖锁时，行李箱盖由关闭状态打开，扭簧产生较大的弹性势能被释放开来，克服行李 箱盖重力矩，行李箱盖在关闭状态的开启弹力15N左右（拆下密封条）；当行李箱盖开启至30～100mm 高度时，扭力弹簧扭矩与行李箱盖重力矩平衡，该点为下平衡点；此后，行李箱盖重力矩稍大于扭簧扭 矩，用户比较轻地上举行李箱盖；当行李箱盖开启至400～600mm高度时，扭簧扭矩与行李箱盖重力矩再 次平衡，该点为上平衡点；越过上平衡点，扭簧扭矩大于重力矩，行李箱盖会自动弹至最大开启角度。 在最大开启角度位置，需保证在开启方向弹力在20N左右，以免行李箱盖因风力或在斜坡上自动关闭。

  图 6 重力矩及扭矩与行李箱盖开启角度关系曲线 因行李箱盖实物质量与设计偏差、扭簧在经焊装至涂装势能衰减不确定性等设计及加工偏差，可以

  行李箱盖重力臂是随行李箱盖开启角度的变化而变化。行李箱盖在开闭过程中，铰链旋转中心与行

  李箱盖重心（如图 1 所示）的距离 L 是一个定值。则行李箱在开闭过程任意位置的重力臂为：

  其中 为行李箱开启角度；γ 为行李箱盖重心和铰链旋转中心的连线与 XY 平面的夹角。

  根据扭簧扭矩及重力矩的定义以及行李箱盖在开闭过程中的受力分析，按照行李箱盖开启以及关闭 瞬间的受力情况可计算求得扭簧的直径d以及扭转角度Ф 。

  对于扭转角度Ф 可拆分为扭力弹簧初始角度α 与扭力弹簧在最大开启时的转角β 的求和（见图4）， 其中扭力弹簧初始角度α 与扭转角度Ф 的关系可根据DMU模型分析来获得（见图5），由此即可求得扭力 弹簧在最大开启时的转角β 。

  材料的力学性能指标之一，是材料在纯剪切应力状态下，应力低于比例极限时切应力与切应变的比 值。它代表着材料抵抗切应变的能力，模量大，则表示材料的刚性强。目前几种常用的扭簧材料剪切弹 性模量见表 1 所示。