用于汽车开闭件的铰链.pdf

一种用于汽车开闭件的铰链，该铰链具有一个可设置在汽车车身上的固定座和一个可与汽车开闭件进行装配的运动座，固定座和运动座上分别铰接两个铰链轴，固定座上的两铰链轴和运动座上两铰链轴各自通过两个连接杆进行连接，从而使固定座、运动座、两个连接杆及四个铰链轴组成的能产生特定运动轨迹的运动机构。

1.  一种用于汽车开闭件的铰链，该铰链包括：
一个可设置在汽车车身上的固定座(1)，一个可安装在汽车开闭件上的运动座(2)，固定座(1)上铰接两根铰链轴轴一(5)和轴二(6)，运动座(2)上铰接两根铰链轴轴三(7)和轴四(8)，其特征在于，此四根铰链轴相互平行，连接杆一(3)连接轴二(6)和轴三(7)，接杆二(4)连接轴一(5)和轴四(8)，轴一(5)和轴二(6)之间的轴距小于轴三(7)和轴四(8)之间的轴距。

2.  按权利要求1的铰链，其特征在于，固定座(1)上的两个铰链轴和运动座(2)上的两个铰链轴之间分别通过连接杆一(3)和连接杆二(4)进行连接，连接杆一(3)可以绕轴二(6)和轴三(7)转动，连接杆二(4)可以绕轴一(5)和轴四(8)转动。

3.  按权利要求1的铰链，其特征在于，铰接在固定座(1)上的两根铰链轴与汽车车身的相对位置不变，铰接在运动座(2)上的两根铰链轴与汽车开闭件的相对位置保持不变，两铰链轴一(5)和轴二(6)构成的平面在开闭件外表面与铰链轴三(7)和轴四(8)构成的平面之间。

4.  按权利要求1的铰链，其特征在于，在铰链开闭过程中，运动座(2)相对固定座(1)能实现同时平动和转动的运动功能，铰链开启角为运动过程中，运动座(2)上两铰链轴运动后所在平面与其运动前所在平面的夹角。

5.  按权利要求1的铰链，其特征在于，铰接在固定座(1)上和运动座(2)上的四根铰链轴两两相互平行，当连接杆一(3)绕轴二(6)旋转或者连杆二(4)绕轴一(5)旋转时，固定在运动座(2)上的任意点E能实现具有六阶曲线的运动轨迹。

6.  按权利要求1的铰链，其特征在于，在轴一(5)和轴二(6)之间的轴距小于轴三(7)和轴四(8)之间的轴距的条件下，当铰链开/闭时，固定在运动座(2)上的点在运动时所产生的轨迹，其曲率中心位置和曲率半径均可以变化，进而可以使开闭件与车身的间隙变化较小。

7.  按权利要求1的铰链，其特征在于，开闭件与车身在铰链开启角的变化值较大的情况下仍保持较小的间隙变化值，根据汽车车身和开闭件之间的布置，在轴一(5)和轴二(6)之间的轴距小于轴三(7)和轴四(8)之间的轴距的条件下，通过设置四根铰链轴之间的轴距尺寸和设定轴线在汽车坐标系中的位置，可以使开闭件相对车身的运动间隙的变化值与铰链开闭角的变化值的比值较小，进而使开闭件与车身在铰链开启角的变化值较大的情况保持较小的间隙变化值。

8.  按权利要求1的铰链，其特征在于，此铰链应用于汽车开闭件，其开闭件包括汽车的车门、引擎盖。

用于汽车开闭件的铰链
技术领域
本实用新型涉及一种用于汽车开闭件的铰链，该铰链能应用于汽车的车门、引擎盖等汽车开闭件上。
背景技术
在现有的应用于汽车开闭件的铰链中，运动座和固定座之间一般通过一根铰链轴来实现运动座的运动。其运动座相对固定座只能实现简单的圆周旋转功能，无法使运动座相对固定座能同时保持转动和平动，从而无法使运动上点的运动轨迹曲率半径和曲率中心位置都保持变化。现有的具有一根铰链轴的汽车开闭件铰链，在开闭件(如车门、引擎盖)和汽车车身上安装布置时，由于铰链、车身结构及开闭件结构的限制，铰链轴线在实际布置过程中，使得铰链轴的轴线在汽车中布置范围的变化值不可能太大，即使一定程度上对铰链轴的轴线位置进行调整，由于运动座上点的运动轨迹为圆周曲线，其轨迹的曲率中心和曲率半径保持不变，从而使开闭件和车身之间的运动间隙的变化值随着铰链开启角较大改变而相应改变较大，进而使开闭件和车身之间的间隙难以有很大的改善，使其达到开闭件与车身之间十分优良的运动间隙要求。图7具体地表明了在开闭件中使用现有的铰链的劣势所在。
在图7中，汽车铰链轴线在实际布置过程中，由于其汽车本身结构的限制，使得铰链轴的轴线在汽车中布置范围不可能变化太大，此铰链15由于只有一根旋转轴，使轨迹16只能为圆弧，为了不使开闭件10和车身上的零件12产生运动干涉，会造成间隙值a1设计的过大，这对汽车的外观质量的十分不利，同时也降低了整车的刚度。由于圆周曲线本身的数学特性，其曲率半径和曲率中心保持不变，即使一定程度上对铰链轴的轴线位置进行调整，仍然难以使开闭件10和车身上的零件12的间隙值a1有好的改善。
另外，安装现有的铰链的开闭件，为了使其运动轨迹与汽车车身的间隙符合外观要求，可能会造成车身和开闭件的结构复杂，以致产生较高的制造成本。图8所示例子具体的表明了在开闭件中使用现有铰链的缺陷所在。
在图8中，开闭件10可以为汽车后背门，由于铰链15的轴线位置空间范围变化较窄，在车身结构允许范围内，即使对轴线空间位置进行调整，都会造成了铰链15的运动轨迹线如18所示。带来的直接不良影响就是：为了保证开闭件10和车身13之间的运动间隙，会使车身13的结构如图8中所示，而车身13的此种结构，会使车身13的S区域工艺制造困难，制造费用大幅提高。
发明内容
本实用新型的任务是：提供一种用于汽车开闭件的铰链，该铰链结构如图1所述，在图1中，该铰链具有4根互相平行的铰链轴，铰链轴轴一5和轴二6铰接于固定座1上，铰链轴轴三7和轴四8铰接于运动座2上，并且存在连接杆一3和连接杆二4，连接杆一3的一端与轴二6连接，另一端与轴三7连接，连接杆二的一端与轴5连接，另一端与轴四8连接。连接杆一可以分别绕轴二和轴三旋转，连接杆二可以分别绕轴一和轴四旋转。从而使固定座、运动座、连接杆一、连接杆二及四根轴构成一个可以开启和闭合的铰链结构(图1)。此铰接在固定座上的铰链轴轴距必须小于铰接在运动座上的铰链轴轴距，即原理图(图4)中b＜d，以保证运动座上的E点能达到具有优良特征的运动轨迹。
铰链的运动原理图(图4)具体描述了运动座上任意点E的轨迹方程：
sinα＝{f[(x-b)sin(α+β)-ycos(α+β)](x²+y²+e²-a²)+ey[(x-b)²+y²+f²-c²]}/{2efsin(α+β)[x(x-b)+y²-byctg(α+β)]}                               (1)
cosα＝{f[(x-b)cos(α+β)+ysin(α+β)](x²+y²+e²-a²)-ex[(x-b)²+y²+f²-c²]}/{2efsin(α+β)[x(x-b)+y²-byctg(α+β)]}                                (2)
sin²α+cos²α＝1                                                  (3)
在上述方程中，分别设定坐标系平面与轴四8、轴一5、轴二6、轴三7的轴线分别交与A、B、C、D点。坐标原点位于B点，X轴通过B和C点，X轴正向为矢量BC方向，A、B、C、D在坐标系平面内构成逆时针四边形，E点为运动座上的点，ADE构成三角形。(x，y)为E点坐标，a、b、c、d、e、f分别为AB、BC、CD、AD、AE、DE的长度，α是AE与虚线k的夹角，β是DE与虚线k间的夹角，虚线k是过E点平行于Y轴的直线。
该实用新型铰链能够使运动座相对于固定座实现同时平动和转动的运动要求，通过设定四根铰链轴之间的轴距关系(其必要条件为铰接在固定座上的铰链轴轴距小于铰接在运动座上的铰链轴轴距)和设定轴线在汽车坐标系中的位置(其必要条件为铰链轴轴一5和轴二6构成的平面在开闭件外表面与铰链轴轴三7和轴四8构成的平面之间)，就能使开闭件相对与汽车车身实现特定要求的运动轨迹，即此轨迹具有在铰链开启角的变化值较大的情况下开闭件与车身仍保持较小的间隙变化值的特征。从而使开闭件和车身之间的静态间隙以及相对运动间隙均满足相当优良的间隙要求(图5)，改善了车身和开闭件之间的间隙，提高了汽车的外观品质和开闭件的使用性能。另外，开闭件优良的运动轨迹能有效地解决因运动间隙所造成的铰链难以或无法布置的问题。使用本实用新型铰链，只需调整此铰链的轴距以及轴线在坐标系中的位置，就可以设计出符合外观间隙要求的开闭件边界运动轨迹，且此轨迹具有在车身长、宽、高中所需要的两方向上的间隙变化值均较小的特征，从而不必靠车身和开闭件复杂的结构设计来保证车身和开闭件之间的外观和使用间隙要求(图6)。在汽车工程实践应用中，可以根据车身和开闭件之间的位置和结构关系来设置轴距和布置轴线的空间位置，以达到上述的应用。
按照该实用新型的铰链，同时还可以用于汽车其他运动件部位上，如座椅上，通过相同的原理可以优化座椅拆卸时相对车身的运动轨迹，以使拆装工艺变得容易操作。
该实用新型铰链适用于任意作用于接触面上的力通过支承面可靠地传到车门或者立柱上。
连接杆一和连接杆二相对于运动座及固定座之间的力学性能优化措施可以使用已经面世的技术---比如增加衬套来降低连接杆相对于铰链轴运动时产生的摩擦力，从而达到降低门开启力以及延长铰链使用寿命的效果。
该实用新型的铰链，固定座、运动座和连接杆可以采用线切割、冲压、锻造或铸造等工艺方式制造，从而是使铰链制造工艺多样化。
附图说明
图1为实用新型铰链的总成示意图，1为固定座，2为运动座，3为连接杆一，4为连接杆二，5和6分别为铰接在固定座上的轴一和轴二。7和8分别为铰接在运动轴上的轴三和轴四。
图2为铰链在闭合状态下的示意图，其数字代号的含义同图1所述。
图3为铰链在开启状态下的示意图，其数字代号的含义同图1所述。
图4为铰链工作原理图，其中固定座上两铰链轴轴距为b，运动座上两铰链轴轴距为d，且b＜d.。设定坐标系平面与轴四、轴一、轴二、轴三的轴线分别交于A、B、C、D点。坐标原点为B点，X轴通过B和C点，X轴正向为矢量BC方向，A、B、C、D在坐标系平面内构成逆时针四边形，△A′D′E′为△ADE运动后位置。(x，y)为运动座上任意点E的坐标，a、b、c、d、e、f分别为AB、BC、CD、AD、AE、DE的长度，α是AE与虚线k的夹角，β是DE与虚线k间的夹角，虚线k是过E点平行于Y轴的直线。
图5为应用实用新型铰链时其优点示例图，9为实用新型铰链，10为闭合状态下的开闭件(如车的侧门)，11为运动状态下的开闭件，12为安装在车身上的零件，13为车身，14为该实例中开闭件上某点的运动轨迹，a2为开闭件和车身上零件之间隙值。
图6为应用实用新型铰链时其优点的另一示例图，9为实用新型铰链，10为闭合状态下的开闭件(如车的后背门)，11为运动状态下的开闭件，13为车身，17该实例中为开闭件上某点的运动轨迹。
图7为应用现有存在铰链时其缺点示例图，15为现有的铰链，10为闭合状态下的开闭件(如车的侧门)，11为运动状态下的开闭件，12为安装在车身上的零件，13为车身，16该实例中为开闭件上某点的运动轨迹。a1为开闭件和车身上零件之间隙值。
图8为应用现有存在铰链时其缺点的另一示例图，15为现有的铰链，10为闭合状态下的开闭件(如车的后背门)，11为运动状态下的开闭件，13为车身，18该实例中为开闭件上某点的运动轨迹。S为车身上某区域。
具体实施方式
铰链结构按照如图1所示，轴一5和轴二6铰接于固定座1上，轴三7和轴四8铰接于运动座2上，并且存在连接杆一3和连接杆二4，连接杆一3的一端与轴二6连接，另一端与轴三7连接，连接杆二的一端与轴5连接，另一端与轴四8连接。连接杆一可以分别绕轴二6和轴三7旋转，连接杆二可以分别绕轴一5和轴四8旋转。在铰链安装的实际工程应用中，其基本条件是：铰接在固定座1上的两铰链轴的轴距必须小于铰接在运动座2上的两铰链轴轴距；铰链布置时，铰链轴轴一5和轴二6构成的平面在开闭件外表面与铰链轴轴三7和轴四8构成的平面之间。
固定座1，运动座2，连接杆一3，连接杆一4都可以采用常见的机械加工方式制造，如线切割和冲压或锻造。固定座1和运动座2上还需具有螺栓安装孔。
铰链轴距尺寸可依据铰链在汽车内的安装情况、开闭件和车身的结构关系以及所要满足的运动轨迹进行设计。实施过程中，铰链的轴距设计时，须使固定座上两铰链轴轴距小于运动座上两铰链轴轴距，即要求b＜d(图4)。铰链轴线位置设计时，须使铰链轴轴一和轴二构成的平面在开闭件外表面与铰链轴轴三和轴四构成的平面之间。在铰链轴距和铰链轴位置按上述两要求设计后，再参照车身和开闭件的具体位置和结构关系、开闭件运动轨迹(此轨迹具有在铰链开启角的变化值较大的情况下开闭件与车身仍保持较小的间隙变化值的特征)要求进行各个轴的轴距和轴线位置设计。
图2为实际应用中使运动座处于闭合状态下的铰链结构图。固定座1与车身固定在一起，运动座2与开闭件固定在一起，连杆一3通过轴二6和轴三7将固定座1与运动座2连接起来，连杆二4通过轴一5和轴四8将固定座1与运动座2连接起来。此时开闭件处于闭合状态。
图3为实际应用中使运动座处于开启状态下的铰链结构图。此时开闭件处于开启状态，铰链开启角为运动座2上两铰链轴运动后所在平面与其运动前所在平面的夹角。在运动过程中，连杆一3绕轴二6旋转，连杆二绕轴一5旋转，使运动座2处于开启状态，运动座2上的点相对固定座1做高阶曲线运动。从而使开闭件边界上的点也沿着高阶曲线轨迹绕着车身打开，此时铰链处于打开状态。图3的运动座2相对图2中运动座2。
图5为实用新型铰链的一种重要的实施案例和优点，在图5中，按上述方法设计和布置的实用新型铰链能使开闭件上的点相对与汽车车身实现运动轨迹14，此轨迹14具有在铰链开启角的变化值较大的情况下，开闭件与车身仍保持较小的间隙变化值的特征，且此轨迹具有在车身长、宽两个方向上的间隙变化值均较小的特征。从而使开闭件和车身之间的静态间隙以及相对运动间隙均满足相当优良的间隙要求(图5)，改善了车身和开闭件之间的间隙，提高了汽车的外观品质和开闭件的使用性能。所以在此铰链布置中，可以改善开闭件和车身的运动间隙和静止状态下的间隙，使得开闭件和车身之间的间隙值a2较小，进而改善汽车的外观品质，同时也提高了整车刚度，达到了增强汽车安全性的效果。
图6为实用新型铰链的另一种重要的实施案例和优点，在图6中，按上述方法设计和布置的实用新型铰链能使开闭件10上的点相对与汽车车身实现运动轨迹17，此轨迹17具有在铰链开启角的变化值较大的情况下开闭件与车身仍保持较小的间隙变化值的特征，且此轨迹具有在车身长、高两方向上的间隙变化值均较小的特征，此时开闭件10和车身13之间的间隙既能保证，同时也改善了车身13的结构，车身1的结构能使零件的制造工艺简单化，成本大幅降低。