一种内外开启且满足密封要求的天窗锁止机构设计

刘星星，王聪，宋丽峰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

一种内外开启且满足密封要求的天窗锁止机构设计

刘星星，王聪，宋丽峰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

常见的汽车天窗只能从内部开启，内外均能开启的门锁形式又不满足密封要求。本文所介绍的天窗锁止机构内外均能开启且能满足密封要求，非常适合于需从顶部跳入车内的军用装甲车辆。

装甲车；天窗锁止；内外开启；密封

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

部分军用装甲车辆在驾驶舱位置没有进出通道，后舱门进出又极其不便，故设通道从车顶进出，此通道又叫天窗或逃生窗，有侦察、作战、出入、观阅等用途。因其设置于车体顶部，又需从外部开启，故有严格的密封要求。现有门锁结构虽然成熟但密封性差，结构复杂，本文所介绍的天窗锁止机构用压缩弹簧将上开启把手与天窗本体通过锥密封形式密封，结构简单，又能保证密封。

1、天窗锁止的结构设计

1.1 天窗锁止的密封及工作原理

天窗锁止机构主要由外把手、压缩弹簧、圆柱销、内把手、弹簧钢片等部分组成。天窗本体需要在上下相应位置焊接锥形座和弹簧座（见图1-1）。

天窗锁止外把手与内把手通过圆柱销刚性固定在一起，因为受到压缩弹簧的作用，外把手始终产生向下的拉力，使得外把手的内锥面与锥形座的外锥面紧紧粘合在一起，从而起到了密封作用。

由于外把手与内把手刚性连接，所以内外把手将会一起转动，从而实现内外开启同步。弹簧钢片呈M形，固定于车身本体上，转动内（外）把手时，内把手锁止端从弹簧钢片最低处开始压缩弹簧钢片，最终滑入M形的凹处。（见图1-2）。

1.2 天窗锁止的把手行程

由于锁止端在车体内部，故在车外开启时需要标示外把手操作行程及锁止位置。根据弹簧钢片形状，天窗锁止把手行程如图1-3所示。

2、锁止力的设计

锁止力的大小主要决定于两个因素：1.压缩弹簧的刚度；2.弹簧钢片的形变量。

压缩弹簧刚度过大将造成锥密封面摩擦力大，锁止沉重；压缩弹簧刚度过小则造成锥密封不牢靠，锁止内把手可能由于车辆颠簸跳出弹簧钢片凹处。

压缩弹簧刚度确定之后，弹簧钢片的形变量是主要影响锁止的因素。形变量过大，锁止沉重，形变量过小，则无法起到限位锁止的作用。

2.1 压缩弹簧设计

根据人机工程学，人操作外把手（未触到弹簧钢片）时，操作力需要比较小，取操作力F1为5N，假设弹簧力为T，外把手因弹簧力作用受到锥形座的反作用力N，N在水平方向的分离产生阻止外把手旋转的摩擦力f（见图2-1）。动摩擦系数μ=0.123，根据锁止机构物理空间，预设摩擦力力臂l1=18.176mm，人手操作力臂l2=150mm,锥形座锥度θ=15°，弹簧原始高度H0=35mm，压缩量h=6mm，弹簧中径D=25mm,压缩弹簧选用碳素弹簧钢丝，预设C=8.333，τρ=785Mpa。

根据力矩原理：

从上式得出弹簧力T为73.7N，对应的弹簧刚度k= 12.28N/mm。

根据弹簧设计公式：

从上述公式最终得出弹簧钢丝直径d=3mm，有效圈数n=4.25， 总圈数n1=6.25，两端磨平。

2.2 弹簧钢片的形变量设计

当内把手锁止端接触弹簧钢片时，人操作把手的力逐渐增加，根据人机工程学，旋转把手的最佳操作力F1为30N-50N。以下将对某弹簧钢片作力学校核。

某弹簧钢片断面如图2-2所示，形变量y从0到3.2线性递增后减小，直至锁止端滑入M形凹处锁止。弹簧钢片中间螺钉固定，两端悬空，相当于悬臂梁模型，其中截面宽b=18mm，截面高h=0.5mm，倾角α=15°，弹簧钢片的弹性模量E=200GPa，锁止端力臂l3=38mm。

从图2-3可以看出，人操作力的最大值为34.5N，符合人机工程学。

3、结论

该内外均能开启天窗锁止机构符合人机工程学，雨水不会从锁止处渗漏，密封性好，结构简单，锁止牢靠。

[1] 成大先，《机械设计手册》，化学工业出版社，2004.

[2] 许本安，李秀治《上海交通大学》，2008（6）.

[3] 濮良贵等，《机械设计》 第八版，高等教育.

Design of well sealed sunroof lock which can operated inside & outside

Liu Xingxing, Wang Cong, Song Lifeng
（Shaanxi Automobile Group Automotive Engineering Research Institute, Shaanxi Xi'an 710200）

The common sunroofs are just operated inside.the door locks can operated inside and outside,but they are not well sealed.The design below is well sealed and operated inside and outside,which applys to armored vehicle.

Armored car；Skylights lock；Inside and outside the open；Seal

U463.8

A

1671-7988(2015)03--

刘星星，就职于陕西重型汽车有限公司。