1、河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 概述乘客门是客车的重要组成部分，是乘客上下车的通道，对客车的整体造型也起着重要的协调作用。客车外形是影响客车性能的一个重要因素。乘客门是车身外形的一个组成部分，它不仅与客车的动力性、经济性密切相关，而且直接影响客车外形的美观与动感。随着车速的不断提高，客车的空气动力性问题越来越突出。过去我国采用较多的是折叠式车门，由于车门内陷而增加了汽车的空气阻力，产生风流噪声，而且由于车门缝隙大，密封困难，在形式中产生强烈的振动噪声和漏尘，从而严重影响乘坐舒适性。导槽滚轮式乘客门虽然无内陷，但是在车身侧壁有导槽。因此，在国外的许多旅游客车
2、和长途客车上出现了一种使车身表面平整光滑的乘客门，这就是外摆式乘客门。近年来，内摆门和外摆门已经在我国客车生产中得到广泛应用。1.2 乘客门的主要形式客车乘客门的结构形式主要有 3 种：折叠式、外摆式、内摆式。折叠式乘客门打开时呈折叠形式，是各种客车普遍采用的传统形式的乘客门。具有单轴 2 页和双轴 4 页 2 种形式。外摆式乘客门又称外开平移式乘客门。外摆式乘客门在关闭时，其外侧与车身外侧面平齐，密封效果、美观性好，近年来不仅在中、高档城间客车上普遍采用，且在城市客车上也得以推广应用。具有单摆和双摆 2 种形式。内摆式乘客门又称内开回移式乘客门。内摆式乘客门是乘客门中开启后净开度最大的一种，
3、方便乘客上下车，尤其适用于城市客车。也具有单摆和双摆 2 种形式。1.3 外摆乘客门的优缺点本设计的题目是“八米高一级客车外摆乘客门设计”当然设计的重点应该放在外摆式乘客门上。外摆乘客门与折叠式乘客门相比的优点有：1开度大，可以开启到门框宽度，有效利用门框空间，保证乘客上下车方便。2具有良好的密封性，密封结构简单。3开关方便、安全，操纵灵巧。4刚性较好、不易变形下沉，行车时不易产生振动噪声。外形与整车协调，无凹陷，行车时空气阻力小，造型美观。5由于外摆式车门驱动机构和锁止机构复杂,成本高;开启过程中外摆的幅度较大,有可能伤及等车的乘客。河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）2第 2 章
4、外摆门结构设计及运动分析2.1 外摆乘客门构造客车车门的种类很多，大致包括翻转门、折叠门、平移门、内摆门和外摆门，其中折叠门、内摆门和外摆门又各自有单扇和双扇车门的区别。在这些种类中，翻转门主要用作客车的司机门和乘客安全门；单(双)扇折叠门和单(双)扇内摆门在城市客车中应用较为广泛，平移门与双外摆门的应用主要出现在国外的一些城市客车中；城间客车主要应用的是单扇折叠门和单扇外摆门，但在客车技术日新月异人们对城间客车的密封性和外观造型的美观性要求越来越高的今天，由于传统的折叠式车门，车门凹陷于车身，不仅增加行车的空气阻力，影响整车的外形美观，而且由于车门缝隙大，密封困难，在行使中产生强烈的震动噪声
5、和漏尘，从而严重乘坐舒适性。近年，我国厂家已大量使用外摆式乘客门，外摆式乘客门与折叠式乘客门比较，具有以下一些优点：a 开度大，可以开起到门框宽度，有效利用门框空间，保证乘客上下车方便。b 具有良好的密封性，密封机构简单。c 开关方便，安全，操纵灵巧。d 刚性较好，不易变形下沉，行车时不易产生振动噪声。e 外形与整车协调，无凹陷，行车时空气阻力小，造型美观。2.1.1 乘客门门扇由于外摆式乘客门截面形状和车身侧围完全吻合，因此乘客门门扇外形弧度必须与车身相应吻合，它是由门扇骨架、外蒙皮、内蒙皮组成的。门骨架零件一般采用异型方钢和槽型钢截面型材，选材方便制作简单。另外由于门扇周圈需要安装密封胶条
6、，因此，门扇周边骨架零件常采用带有止口的截面型材。门扇用Q235一A钢制造太重，不利于门泵工作，所以，外摆式乘客门门扇常用铝刊材和铝板制作。如图2-1，门扇由铝型材l，2和铝板3，4构成。型材1便于四周安装密封胶条；门扇采用铝板制作，可使门扇重量减轻，但门骨架型材焊接必须采用氩弧焊，而氩弧焊技术在国内不是太成熟，且成本较高，所以在使用上往往受到限制(铝型材构件的焊接方法，是以物理方式清洁焊口表面氧化层；选用含硅47的无镁的铝硅合金焊丝；进行TIG方式焊接，其焊接工艺参数可以是钨极直径165mm、喷嘴直径614m m、焊接电流20200A、氩气流最5141min。它能有效地防止焊接裂纹且焊接成本
7、低；通常为常温施焊，工艺简单易于掌握；焊缝机械性能良好，焊成的器件不变形。)河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）3图 2-1 门扇结构示意图2.1.2 驱动机构按驱动机构的动力分，有电动、液压、气动三种，其中以气动最为普遍，气动日前又分为两种，一种以普通门泵来驱动，另一种以旋转门泵来驱动。旋转门泵应用较多，门泵技术要求必须达到如表 1 的性能。图2-2是气动旋转门泵的结构和原理图，它是利用大导程丝杠4不自锁特性，将丝杠4与驱动气缸活塞杆6直接相连，把活塞直线运动转变为螺母3的旋转运动，从而带动门轴、支臂旋转，使乘客门关闭。当门关闭时，螺母3受阻无法继续旋转，此时丝杠4、螺母3和门轴2受
8、活塞推力作用，克服门轴上方弹簧1的压力而上升，使门上的限位锁块与门框上的限位锁扣相互啮合，形成乘客门锁止功能。门泵气缸活塞的上升速度和车门摆动的旋转速度是利用安装在门泵气缸上的可调螺钉来调节。开门室之前的网纹螺钉，以及关门室之前的网头螺钉用以调节门的速度。目前，国内生产这种门泵的主要有淮安市汽车门泵厂、淮安市海山客车门泵有限公司、江苏金湖汽车配件厂等厂家。由于开始时存在丝杠和螺母制造技术难关，所以生产的门泵存在着诸多质量问题，但经过近几年的技术改造和技术引进，质量大大改善，目前已能供应成熟产品。2.1.3 支撑机构如图2-3（外摆式乘客门机构图）所示，乘客门支撑机构是由转轴6、上支臂7、下支臂
9、5和支撑杆2组成的，门扇通过转轴支撑在上、下支臂上，转轴下端是转轴管通过连接齿套、转杆螺母与门泵上转轴连接，上端由固定于车体上的主轴卜支座8支承。上下支臂当前气压为 0.45MPa工作气压（MPa） 转矩（NM）提升力（N）门轴旋转角度乘客门提升量（mm）乘客门轴弹簧力（N）0.4-0.8 78 2500 130 10-15 600-700河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）4在旋转过程中，由于要让开门框，所以支臂设计成弯形。通过一系列调整紧固螺栓和调节螺杆，我们可以调整门与门框的间隙和面差，确定最佳位置。1、弹簧 2、门轴 3、螺母 4、丝杠 5、气缸 6、活塞 图 2-2 旋转门泵
10、结构和原理图1、门扇 2、支撑杆 3、拉杆 4、门泵 5、下肢臂 6、转轴 7、上肢臂 8、主轴上肢座 9、圆形螺母图 2-3 外摆式乘客门结构图2.1.4 下拉杆下拉杆又称导向杆，他的作用是与支臂一起形成使门扇具有一定运动轨迹的四连杆机构，使门保持平行移动。下拉杆长度町通过左右旋螺纹作相应调整，现代旅游大客车下拉杆一般要装在门扇底部，踏步下面。如图2-3，安装下拉杆时，首先根据与转轴相对位置安装踏步下拉杆支座，然后根据门扇支撑位置确定门扇下拉杆支座，最后将下拉杆河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）5两端连接在踏步及门扇支座上，检查门扇转动是否平顺，可调整下拉杆的长度。2.1.5 锁止
11、机构各种外摆式乘客门都设有一套锁止装置，防止车辆高速行驶时旅客往外推门脱出，造成人员伤害。所以锁止机构设计直接影响客车行驶的安全性，在每扇乘客门的两边各有一机械锁止装置，同时设置了门锁，能从车外用钥匙将车门锁上或打开，以便在停车或压缩空气压力不足的情况下门仍可安全地锁住。它在客车行驶过程中一般不起作用，此时门扇无上升行程，一旦用机械方法将乘客门锁住，就不可再操纵电启动装置，要保证门锁开启自如，不允许有卡死和脱节现象。客车在行驶过程中，乘客门处于上升位置，保证车门与车身紧密贴合及车门锁止，通过旋转门泵将门提升，靠门上的限位锁块I和门框上的限位锁块啮合形成锁止功能。如图2-4。图 2-4 锁止机构
12、2.2 外摆式乘客门运动分析及设计外摆式乘客门是利用四连杆机构原理实现其开闭运动的，门扇相当于四连杆机构中的两杆，支臂则为原动件，下拉杆为从动件，并构成机构的两连杆架。2.2.1 基本参数的确定为了便于分析，将图 2-3 系统的运动简化成图 2-5，在进行运动设计之前，先确定一些基本参数。河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）6图 2-5 机构运动简化图门框的宽度由车身总布置确定。然后，根据密封结构和工艺水平，就可确定车门与门框的间隙s及车门宽度1。车门的厚度t一般为3040mm(根据车型种类具体确定)。弯臂与车门的铰接点A到车内内壁的距离e，一般可在2030mm范围内选取。门泵的活塞杆
13、中心，及立轴的中心0到踏步侧壁(及门泵的安装面)的距离a，是由门泵的结构确定的。淮安厂生产的门泵a为56mm 。启开的车门停在侧围外侧，其内壁离侧围的距离C，可在80-120mm的范围内选取。C取小值时，门的开度会稍微增大。车门一级踏步的右侧装有门泵，其上有立轴。车门左端可留在门框内少许。其离踏步侧壁的距离d，可以根据门泵的安装尺寸a确定。D取小值时(可直至为零)时，通道尺寸可增大；d取大值时，对车门的运动设计有利。2.2.2 车门的运动设计车门的运动设计，也就是在上述参数已经确定的情况下，设计车门的运动系统，已达到既定的要求。当然，有的参数可能在设计中需要回过来进行修改。具体来说，车门的运动
14、设计，就是确定立轴中心点O，主动臂-弯臂与车门的铰接点A、约束杆两端的铰接点D和E的位置。2.2.3 主动臂-弯臂与立轴连接的中心点O和与车门铰接中心点A的确定主动臂是带动车门运动的，它的长短和位置会直接影响车门的运动、开度和位置。在确定O点和A点的位置时，有作图法和计算法两种方法。a 作图法采用作图法确定O点和A的位置时，一般是先确定其中一点，再通过作图法求作另一点。先初定A点，再求作O点作用在车门上的力，都是通过上、下弯臂与车门的铰接点A加到车门上去的。为使为使车门两侧受力均匀，且不使弯臂承受附加力矩，A点应位于车门宽度方向的中心，故初定X=1/2（如图2-6所示） 。河南工业大学应用技术
15、学院本科毕业设计（论文）7图 2-6 车门的运动设计（作图法）求作O点时，先作出车门启开后A点的位置A ，在连接从AA ，并做出其垂直平分线m，交与距踏步的距离为a的直线n于O点，则O点即为所求。因为O点是门泵的转动中心，故必须以此点来检验门泵是否安装的下。为此，在图中画出选定的门泵的横截面外廓，其外端与车门内壁间的距离f（见图2-6）如果能满足结构的要求(例如车门密封结构和间隙等)，则所作出的O点，就町以定下来，否则，就需要重新确定。若因尺寸f不够而重作时，可以减小尺寸x，使A点左移，也可以加大前面已经初定的尺寸d，使A左移。重复上述步骤作图，直到使作出的O点合乎要求为止。不过，减小尺寸墨会
16、使车门受力不均，并增大弯臂长度，开门时所占车外空间也会增大；加大尺寸d，会缩小车门开度。所以，要综合考虑这些因素，合理确定A点的位置。先确定O点，再求作A点，根据选定的门泵的外廓尺寸和转轴中心至安装面的尺寸a，留出必要的尺寸f后（见图2-6） ，就确定了O点。根据O点求作A点时，先作两条距车门内壁为e的直线p和q(见图2-6)，然后，初取xl=0.51，即初定A1点。在以O点为圆心，OA1为半径画弧交直线q于Al。按尺寸xl确定启开的车门的最左端。再将尺寸dl与原定的尺寸d比较，如果他们相等或相近，那么Al点即为所求的A点。如果相差太多，就需重选x2值，再重复上述步骤。如还不行，在选x3值，直
17、到合乎要求为止。这样，就可最终确定A点。b 计算法先由选定的门泵尺寸按上述方法确定O点。设O点至侧围外面的距离为b(如图2-7所示)，所求A点到车门左端的距离为x；过O点作直线ON平行踏步侧壁，作AM和AN分别垂直ON,设垂足分别为M和N(见图2-7)。河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）8图 （2-7） 车门的运动设计（计算法）则在 和 中 OA=OA (AM)2+(OM)2=(AN)2+(ON)2 (1)OAMRtNt,从图中已经确定的参数可看出：AM=l+s-a-x (2)，0M=b-t-e (3)，AN=x-d+a (4)ON=b+c-e (5)，将(2)、(3)、(4)、(5
18、)式代入(1)式中得： (1+s-a-x)2+(b-t-e)2=(x-d+a)2+(b+ce)2整理后解得：x=(1+s-a)2+(b-e-t)22(1+s-d)-(d-a)2+(b+c-e)22(1+s-d)这样，A 点的位置就确定了。2.2.4 约束杆两端铰接中心点 D 和 E 的确定由上述分析计算町知，主动臂一弯臂与车门的铰接点A，一般是在车门的中心偏左。为了使车门在运动中尽可能稳定，约束杆与车门的铰接点D，应尽量布置在车门的左边。这样约束杆与车门的铰接点 D，也就确定了。采用作图法确定约束杆的固定交界点E。连接DD并作其垂直平分线k，那么E点必定位于直线k上。基于外摆门的工作轨迹是平行
19、四边形，故暂且过D点作直线DE平行AO，交直线k于E(如图2-8)。并且很容易证明，四边形OADE是平行四边形。下面分析一下这样作出的E点是否合乎要求。图 2-8 车门的运动设计（作图法）当车门在主动臂OA的驱动下运动时，A点的运动速度VA垂直于AO。因为四边形DEOA是平行四边形，所以D点的运动速度VD必定平行且等于VA。根据理论力学可知，这时车门在作平动，门上任意点的速度大小和方向，在任何时刻都与A点(或D点)的一样。那么车门右端内侧的F点的速度vF也与VA(即VD)相同(参见图2-8)。这样，即使忽略了车门在汽车纵向运动时车门与门框之间间隙S以后速度VF方向的改变，在开门时车门上的F点仍
20、然会碰L门框上的G点，显然车门不能启开，所以上面作出的E点是不合要求的。河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）9在上述条件下，要想使F顺利启开而不被门框上的G点挡住，则F点的速度方向至少要沿直线FG方向。为此过G点作直线GF，F点的速度VF1的方向沿直线FG。过F点作直线FO1与VFl垂直，且与OA的延长线交于O1点，再过O1点作直线OlD，且与直线DD的垂直平分线K相交于E1点(如图2-8)，这样就作出了约束杆的另一个固定铰支点E1。显然直线DEl与直线AO不平行，开门时，A点的速度VA与D点的速度VDI也不再平行。由理论力学知，此时车门不再做平动，而是绕瞬心Ol点作瞬时转动。所以F点
21、的速度VFl方向垂直与O1F且与FG一致。这时车门能顺利启开，只不过会擦过门框上的G点而已。求作铰支点E1时，忽略了在车门完全退出门框之前F点速度方向的变化。而事实上，车门的运动瞬心Ol在运动过程中是时刻变化的，F点的速度方向也是随时变化的。在离开门框之前，F点碰门框的可能性会增大。况且由于工艺方面的原因，车门与门框之问的间隙也可能会小于s，这样车门就更难以开启了。如果开门时F点的速度VF的方向垂直于汽车纵向而指向车外(见图2-9)，那么定能使车门顺利开启。为此，要使D点成为开门时的瞬心只要调整D点的位置和参数e,b的数值，使O、A、D三点共线，那么不管E点位于何处，D点都是车门开始运动时的瞬
22、心。如果E点位于直线DD垂直平分线K与直线OD的交点上，即OEAD四点共线(参见图2-9)，那么车门在启闭过程中任何时刻都作平动，即平行四边形OADE在车门运动过程中始终是平行四边形。如果E点位于直线OAD以内的某处，如图2-9中直线K上的El处，那么车门的运动是绕瞬心的转动，随着车门的开启，瞬心的位置(即直线E1D和直线OA的交点)由D点逐渐远离车门，故车门也近似于平动。图 2-9 车门的运动设计（作图法）按上述设计的外摆式车门运动系统，在台架试验中可以清楚地看出：在车门右端先近似地绕D点转动而迅速退出车外(当然这与铰接点运动副的问隙有关)，然后基本上作平动向右摆开。关门到门框时，门右端则稍
23、稍滞后于左端。河南工业大学应用技术学院本科毕业设计（论文）10第 3 章 外摆式乘客门运动机理3.1 外摆式乘客门的结构外摆式乘客门是一种无轨道的移出式车门，门扇靠回转臂支撑，依靠转轴的转动带动门扇作近似于平行移动的运动，因而也称平移门。图3-1为该类车门的结构简图，它主要由门体1、导向杆2、回转机构3及门锁（未画出）等组成。门体通过两个销轴与回转机构的两转臂连接，两转臂焊接在转轴上，转轴底端装在轴承座的推力轴承内，轴承座固定在地板骨架上，转轴上端靠轴套支架固定于门框上。在门体的下部设置一导向杆，它的一端用球铰与门体相连，另一端用球铰固定在门踏步骨架的下部。导向杆的长度可调节，装配时适当调节其长度，保证开启到位、自如。1.门体；2.导向杆；3.回转机构图 3-1 外摆式乘客门结构简图3.2 门体的运动机理分析在设计时，一般用作图法分析外摆式乘客门的运动轨迹，从而确定四连杆机构及各固定铰和活动铰的位置，并作模型验证其是否与门框等部件发生干涉，然后确定车门与门框的周边间隙。
