CN103863401A - 舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法，所述方法包括以下步骤：确定舱门的铰心（O）及质心；确定舱门的关闭状态位置和最大打开状态位置；选定气弹簧撑杆的举力（F）；确定气弹簧撑杆的最大力臂（R）；确定气弹簧撑杆的最小力臂（r）；以所述铰心为圆心，以最小力臂（r）为半径做第一圆；以所述铰心为圆心，以最大力臂为半径做第二圆；在所述第二圆上选取一点作为所述气弹簧撑杆的上安装点；以所述上安装点为起点做所述第一圆的切线；以及选取所述切线的位于关闭舱门内的一点为所述气弹簧撑杆的下安装点。通过本发明的方法，能够更可靠地确定气弹簧撑杆的安装位置，缩短产品设计周期，并降低产品开发成本。

Description

舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别是涉及舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法。

背景技术

气弹簧撑杆是一根举力（本文用F表示）不变的伸缩杆。气弹簧撑杆具有半自动的特点：将舱门打开时，越过平衡点之后，舱门自动打开至最高点，将舱门关闭时，越过平衡点之后，舱门自动关闭并锁紧。由此，气弹簧撑杆在汽车、飞机、医疗器械、宇航器材、纺织机械等领域都有广泛的应用。例如，在客车的侧舱门上，通常采用气弹簧撑杆。

在进行侧舱门气弹簧支撑安装设计时，如何选择气弹簧支撑（或气弹簧撑杆）的规格（总长度、工作行程、举力）和确定它在舱门上的安装点，是困扰设计者的难点。目前的普遍做法是经验修正法，即根据以往的类似设计，初定气弹簧支撑的规格和确定它在舱门上的安装点。到实际装配时，再根据现场情况进行调整。由于舱门的重量和尺寸千差万别，根据经验设计的气弹簧撑杆的规格和安装点，在设计装配时，通常都需要进行调整，甚至需要对模具进行改动。

总体而言，现有的经验设计法估计的成份很大，不能确保在试制后一次性安装成功。从而，延缓了产品设计周期，并提高了产品开发成本。

发明内容

本发明的目的在于提供舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法，以更可靠地确定气弹簧撑杆的安装位置，缩短产品设计周期，并降低产品开发成本。

为此，本发明提供的舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法包括以下步骤：确定舱门的铰心（O）及质心；确定舱门的关闭状态位置和最大打开状态位置；选定气弹簧撑杆的举力（F）；确定气弹簧撑杆的最大力臂（R）；确定气弹簧撑杆的最小力臂（r）；以所述铰心为圆心，以最小力臂（r）为半径做第一圆；以所述铰心为圆心，以最大力臂为半径做第二圆；在所述第二圆上选取一点作为所述气弹簧撑杆的上安装点；以所述上安装点为起点做所述第一圆的切线；以及选取所述切线的位于关闭舱门内的一点为所述气弹簧撑杆的下安装点。

通过本发明的方法，能够更可靠地确定气弹簧撑杆的安装位置，缩短产品设计周期，并降低产品开发成本。

优选地，将所述气弹簧撑杆的举力（F）设置为大于舱门的重量（G）的值；更优选地，将所述气弹簧撑杆的举力（F）设置为舱门的重量（G）的1.5倍至6倍，再优选地，将所述气弹簧撑杆的举力（F）设置为舱门的重量（G）的3倍。

优选地，在完全打开的舱门的内侧做舱门内轮廓线的等距线，其中所述等距线与所述舱门内轮廓线之间的距离在10毫米至60毫米之间，以所述等距线与所述第二圆的交点为所述上安装点。

优选地，所述等距线与所述舱门内轮廓线之间的距离在20毫米至50毫米之间。

优选地，当使用两根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，以下式确定定气弹簧撑杆的最大力臂R

R=G*L/2F    （式1）

其中，G为舱门的重量，L为舱门质心与舱门铰心之间的距离；F为气弹簧撑杆的举力。

优选地，当使用两根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，以下式确定定气弹簧撑杆的最小力臂r，

r=G*L*cos(α-90°)/2F    （式2）

其中，G为舱门的重量，L为舱门质心与舱门铰链轴之间的距离；α为舱门最大打开角度；F为气弹簧撑杆的举力。

优选地，当舱门最大打开角度α大于等于135度时，以下式确定气弹簧撑杆的最小总长度P，

P=4R+100毫米    （式3）。

优选地，基于所述最小总长度P，选择一个大于等于所述最小总长度的长度，并由此确定所述气弹簧撑杆的下安装点。

附图说明

图1是用于说明根据本发明一实施例的方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

根据本发明一实施例的舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法包括以下步骤：确定舱门的铰心O及质心；确定舱门的关闭状态位置和最大打开状态位置；选定气弹簧撑杆的举力F；确定气弹簧撑杆的最大力臂R；确定气弹簧撑杆的最小力臂r；以所述铰心O为圆心，以最小力臂r为半径做第一圆；以所述铰心O为圆心，以最大力臂R为半径做第二圆；在所述第二圆上选取一点作为所述气弹簧撑杆的上安装点；以所述上安装点为起点做所述第一圆的切线；以及选取所述切线的位于关闭舱门内的一点为所述气弹簧撑杆的下安装点。

通过本发明的方法，能够更可靠地确定气弹簧撑杆的安装位置，缩短产品设计周期，并降低产品开发成本。

需要指出的是，由此确定的上安装点的位置，是在舱门完全打开的状态下上安装点的位置。

舱门的铰心O即舱门打开和关闭时绕着旋转的轴线，但是在图1所示的角度观察时，所述轴线为一个点。舱门的铰心O是根据舱门及门框的设计而预先确定的。

舱门的质心即舱门的重心，这也是在舱门设计好后即确定的参数。对于均质方形门（正方形门或长方形门）来说，质心就是对角线的交点。对于非均质方形门来说，可以将之当作均质门来近似确定重心。对于曲面门，也可以采用现有技术已有的适当方式来确定其重心，例如，在计算机造型时确定将其假定为均质体来确定其重心。

舱门的关闭状态位置是根据舱门和门框的关闭配合情况而确定的。舱门的最大打开状态位置是根据使用需要而确定的。舱门的最大打开状态位置可以用在该状态下舱门相对于竖直向下射线的角度α表示，角度α的单位为度。更确切地，α的含义如下：在舱门最大打开状态下，铰心与质心的连线（或者质心至旋转轴线的垂直线）相对于竖直向下射线的角度。

例如，舱门的最大打开状态位置通常为角度α大于90度，这样才可以完全打开舱门通道；更有利的方式是角度α大于等于120度，或者大于等于135度，或者更大的角度。

气弹簧撑杆的举力F可以根据需要设置。有利的是，以舱门的重量G为基准来设置举力F，即以重量G来表示举力F。例如，气弹簧撑杆的举力F可以设置为等于重量G，小于G，或者大于重量G。有利的是，举力F选取较大的值（例如大约重量G），以减小整个气弹簧撑杆在开门过程中的摆动角度。例如，可以在舱门的重量G的1.5倍至6倍的范围内选取气弹簧撑杆的举力F。本发明的一个实施例中，将所述气弹簧撑杆的举力F设置为等于舱门的重量G的3倍。

气弹簧撑杆在舱门打开和/或关闭的过程中对舱门提供一个沿着打开舱门方向的转矩。该转矩的大小等于举力F及该力F对铰心的力臂两者的乘积。

气弹簧撑杆的最大力臂R是气弹簧撑杆在舱门打开和/或关闭的过程中所需要的最大转矩与举力F的商。气弹簧撑杆的最小力臂r是气弹簧撑杆在舱门打开和/或关闭的过程中所需要的最小转矩与举力F的商。

所述最大转矩或所述最大力臂R，可以根据实际应用情况的需要设置。有利的是，当使用两根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，可以下式确定最大力臂R，

R=G*L/2F    （式1）

其中，G为舱门的重量，L为舱门质心与舱门铰心之间的距离（或者质心与旋转轴线之间的垂直距离）；F为气弹簧撑杆的举力。

可以理解的是，当使用单根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，最大力臂R的计算公式相应调整为：R=G*L/F；当使用n根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，最大力臂R的计算公式相应调整为：R=G*L/nF。

需要指出的是，也可以将最大力臂R选取为较大或较小的值。例如，可以在上述方式确定的力臂值的90%-120%的范围内确定最大力臂。

所述最小转矩或所述最小力臂r，可以根据实际应用情况的需要设置。有利的是，当使用两根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，可以下式确定最小力臂r，

r=G*L*cos(α-90°)/2F    （式2）

其中，G为舱门的重量，L为舱门质心与舱门铰链轴之间的距离；α为舱门最大打开角度；F为气弹簧撑杆的举力。

可以理解的是，当使用单根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，最小力臂r的计算公式相应调整为：r=G*L*cos(α-90°)/F；当使用n根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，最小力臂r的计算公式相应调整为：r=G*L*cos(α-90°)/nF。需要指出的是，也可以将最小力臂r选取为较大或较小的值。例如，可以在上述方式确定的力臂值的100%-120%的范围内确定最小力臂。

有利的是，在完全打开的舱门的内侧做舱门内轮廓线的等距线，其中所述等距线与所述舱门内轮廓线之间的距离在10毫米至60毫米之间，以所述等距线与所述第二圆的交点为所述上安装点。在一个实施例中，所述等距线与所述舱门内轮廓线之间的距离在20毫米至50毫米之间。例如，所述距离可以为20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米或50毫米。需要指出的是，舱门内轮廓线就是从舱门的侧面看得到的这个舱门内侧的投影。

在一个优选实施例中，当舱门最大打开角度α大于等于135度时，以下式确定气弹簧撑杆的最小总长度P，

P=4R+100毫米    （式3）。

当气弹簧撑杆的最小总长度P确定后，基于所述最小总长度P确定气弹簧撑杆的长度，并由此确定所述气弹簧撑杆的下安装点。

下面举例说明采用本发明方法（可以称为“两圆法”）来设计气弹簧安装位置的应用。气弹簧安装示意图及有关参数如图1所示。下面的计算是以舱门为规则、匀质的理想模型（重心=几何中心）为基础进行的。

舱门从关闭状态至打开状态过程中，或反之，始终绕着铰心O做圆周运动。如果舱门要在一定开度后自动打开，气弹簧举力对铰心O的力矩在所述开度之后的打开过程中必须始终大于门重G对铰心O的力矩。需要指出的是，气弹簧举力和门重对铰心O的力矩在门打开过程中不断变化。

下面考察打开或关闭过程中的两个特殊位置。舱门在开门过程中对铰心O的力矩不断变化（小→大→小），有两个特殊值，一个是最大值，位于舱门处于水平位置（α=90°）；一个是固定值，位于舱门处于开尽位置（α=最大值，也就是门的开度）。

根据物理学杠杆平衡原理可知，舱门要在气弹簧的作用下自动打开和开尽以后长时间不掉下来，气弹簧在舱门处于这两个特殊位置时对铰心O的力矩必须大于等于舱门在这两个特殊位置时门重对铰心O的力矩。由此确定气弹簧所需的最大力臂R、最小力臂r，也就是大圆R和小圆r，R和r分别为

最大力臂R=GH/4F

最小力臂r=GH·COS（α-90°）/4F

上式中，G代表门重，单位N；F为气弹簧举力，单位N；H为门高，㎜；α为舱门最大开度，单位为度（角度）；每个门使用2个气弹簧作支撑。

以铰心O为圆心，以最大力臂R、最小力臂r为半径分别作大小两个圆。作小圆的一条切线的延长线交大圆于A点，则A点为气弹簧的上安装点。气弹簧的下安装点B必然在此切线下方的某一点上。AB两点的距离L为气弹簧撑杆的总长度。

有利的是：A点落在舱门内侧并离门面板竖直距离20㎜以上（因为气弹簧的上安装点占一定的空间位置）。若落在门外，从理论上说也是可以的，但实际上将气弹簧的上安装点布置到门外是不好的。

由于满足A点落在舱门内侧的小圆切线有无穷多条，所以气弹簧的安装布置也有多种倾角的安装形式，但它们在力学上是完全等效的。至此，只要再确定气弹簧总长度的计算公式，就可以确定气弹簧的下安装点B了。

根据气弹簧撑杆厂家推荐，气弹簧总长度（最短尺寸）=工作行程（即压缩量）+100（100为气弹簧两端连接接头及工艺必须最短长度，单位㎜）。

当舱门开度α大于等于135°时，行程可以取为最大力臂R的两倍则上式可以写成：气弹簧总长度（最短尺寸）=4R+100。当然，此公式求出的总长度只是气弹簧的最短尺寸，气弹簧的总长度取大于这个最短尺寸的数值也是可以的（只要使气弹簧的下安装点不超出有效安装范围就行）。

综上所述，由于气弹簧的长度和安装倾角有无穷多值，所以它的安装位置不是唯一的（唯一解），而是一个范围（无穷多解）。正因为如此，有时候气弹簧的一个正确安装位置很容易被两三次的试验（安装验证）找到，但那是盲目的，耗时和高成本的。采用本发明的“两圆法”，完全可以用预先设计好安装位置，根据实际安装空间选取一个最好方案，其最大优点是“结果可靠”。

通过两圆法确定气支撑的上下安装位置，不用安装时修正，提高了安装效率。因为气支撑在举升过程中力臂不断处于动态变化过程中，要计算每个位置的力矩情况是很困难的。所以运用两圆法，可以快速方便地锁定气支撑的上下安装点，达到提高安装工效的目的。

“两圆法”的最大优点在于安装的气弹簧撑杆，开门力、关门力、自锁力适中，避免了某一种力不足或过大问题，即避免出现打开门和关闭门时的异常力，比如：关门力极大、开门力极大。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.舱门气弹簧撑杆的安装位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定舱门的铰心（O）及质心；

确定舱门的关闭状态位置和最大打开状态位置；

选定气弹簧撑杆的举力（F）；

确定气弹簧撑杆的最大力臂（R）；

确定气弹簧撑杆的最小力臂（r）；

以所述铰心为圆心，以最小力臂（r）为半径做第一圆；以所述铰心（O）为圆心，以最大力臂（R）为半径做第二圆；

在所述第二圆上选取一点作为所述气弹簧撑杆的上安装点；

以所述上安装点为起点做所述第一圆的切线；以及

选取所述切线的位于关闭舱门内的一点为所述气弹簧撑杆的下安装点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述气弹簧撑杆的举力（F）设置为大于舱门的重量（G）的值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述气弹簧撑杆的举力（F）设置为舱门的重量（G）的1.5倍至6倍。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述气弹簧撑杆的举力（F）设置为舱门的重量（G）的3倍。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在完全打开的舱门的内侧做舱门内轮廓线的等距线，其中所述等距线与所述舱门内轮廓线之间的距离在10毫米至60毫米之间，以所述等距线与所述第二圆的交点为所述上安装点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述等距线与所述舱门内轮廓线之间的距离在20毫米至50毫米之间。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，当使用两根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，以下式确定定气弹簧撑杆的最大力臂R

R=G*L/2F

其中，G为舱门的重量，L为舱门质心与舱门铰心之间的距离；F为气弹簧撑杆的举力。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当使用两根气弹簧撑杆支撑所述舱门时，以下式确定定气弹簧撑杆的最小力臂r：

r=G*L*cos(α-90°)/2F

其中，G为舱门的重量，L为舱门质心与舱门铰心之间的距离；α为舱门最大打开角度；F为气弹簧撑杆的举力。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当舱门最大打开角度(α)大于等于135度时，以下式确定气弹簧撑杆的最小总长度（P），

P=4R+100毫米。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述最小总长度（P）选择一个大于等于所述最小总长度的长度，并由此确定所述气弹簧撑杆的下安装点。

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