一种用于客车的滑移斜插式单扇塞拉门机构的制作方法

本发明属于客车零部件领域，具体涉及一种用于客车的滑移斜插式单扇塞拉门机构。

背景技术：

随着人们生活水平的逐步提高，大众群体对产品的品质、功能及安全性方面的表现的期望值也越来越高，高端产品的出现无疑能更好的满足现代人们不断升级的需求，同时也能提升企业自身的竞争力，确立自身在本领域的领导地位。

当前客车行业已有几家零部件企业具有自己的高端塞拉门产品，虽然结构差异明显，但执行的乘客门动作姿态基本都是一样的，即“平动滑移+整体拉回”（此为关门动作顺序，开门动作相反，下同）或者“平动滑移+整体摆动拉回”，市场表现无非是可靠性上有的好有的坏，对实际的乘客来说，感受无差异。

现有技术方案为《一种客车用塞拉门》（专利号cn102661101b）、《塞拉门装置》（专利号cn103415668b）、《一种电动塞拉门及电动塞拉门的应急打开机构》（专利号cn104196391b）、《一种塞拉门螺旋双摇杆复合铰槽型凸轮组合空间机构》（专利号cn102305005b）、《单开塞拉门系统》（专利号cn105525833b）。

典型技术方案如下四种：

技术方案一：实现“平动滑移+整体拉回”的乘客门关门动作姿态。横向平动滑移动作由直线轴承配合直线导轨实现，纵向整体拉回动作由曲柄滑块机构实现，位于横向平动滑移模块的滚动滑轮在抛物线式滑槽中往复运动，抛物线式滑槽负责实时分配横向与纵向动作。气缸或电机驱动横向平动滑移模块的门体动作，当滑轮横向运动受阻时，反作用力推动曲柄滑块动作，直至滑轮横向运动阻力足够小，最终实现“平动滑移+整体拉回”的乘客门动作姿态。

技术方案二：实现“平动滑移+整体拉回”的乘客门关门动作姿态。横向平动滑移动作由直线轴承配合直线导轨实现，纵向整体拉回动作由滚动轴承配合导向平面实现，位于横向平动滑移模块的滚动滑轮在抛物线式滑槽中往复运动，抛物线式滑槽负责实时分配横向与纵向动作。气缸或电机驱动横向平动滑移模块的门体动作，当滑轮横向运动受阻时，反作用力推动纵向滚动轴承动作，直至滑轮横向运动阻力足够小，最终实现“平动滑移+整体拉回”的乘客门动作姿态。

技术方案三：实现“平动滑移+整体拉回”的乘客门关门动作姿态。横向平动滑移动作由直线轴承配合直线导轨实现，纵向整体拉回动作由直线轴承配合直线导轨实现，位于横向平动滑移模块的滚动滑轮在抛物线式滑槽中往复运动，抛物线式滑槽负责实时分配横向与纵向动作。两个气缸或两个电机分别驱动横向平动滑移模块和纵向整体拉回模块，当滑轮在对应方向上受到阻力时，该方向运动受到相应抑制，最终实现“平动滑移+整体拉回”的乘客门动作姿态。

技术方案四：实现“平动滑移+整体摆动拉回”的乘客门关门动作姿态。横向平动滑移动作由直线轴承配合直线导轨实现，纵向整体拉回动作由横向直线轴承配合位于横向平动滑移模块的滚动滑轮通过摆动实现，位于横向平动滑移模块的滚动滑轮在抛物线式滑槽中往复运动，抛物线式滑槽负责实时分配横向与纵向动作。气缸或电机驱动横向平动滑移模块的门体动作，当滑轮横向运动受阻时，反作用力推动横向直线轴承产生旋转运动，体现在门体上为摆动动作，直至滑轮横向运动阻力足够小，最终实现“平动滑移+整体拉回”的乘客门动作姿态。

然而上述中的乘客门关门动作姿态，即“平动滑移+整体拉回”或者“平动滑移+整体摆动拉回”，在乘客门关闭最后阶段，由于是乘客门体以较高的速度被整体拉回，与车身闭合，针对内部空间较小的客车来说，如若车内其余门窗关闭，在乘客门被整体拉回的这个过程中，会迫使车内气压压强瞬时提高，进而引起乘客耳朵不适；相反的，在同样的环境下，乘客门执行开门动作姿态时，在乘客门开启的最初阶段，车内气压压强瞬时降低，同样会引起乘客耳朵不适。

现有技术缺陷还包括：乘客门在关门动作最后阶段，即执行“整体拉回”或“整体摆动拉回”的动作时，乘客门四个边沿的电流防夹策略同时取消，且都在乘客门距离车身尺寸为30mm时必须取消，安全性一般；乘客门机构工作在关门最后阶段及开门最初阶段时，机构内阻力非常大，对承力件强度要求很高，承力件被设计的很强壮，会进一步提升机构总成重量，轻量化效果差；乘客门驱动机构横向、纵向尺寸较大，占用车内风道空间很多，会降低风道截面设计的自由度，且易于周围零部件发生干涉；现有塞拉门机构装配精度要求高，零部件尺寸精度要求高，总成成本高，市场推广难度较大。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，本发明提出了一种全新的机构设计实现创新的乘客门开关门动作姿态，即“平动滑移+斜向插入+拉回锁紧”的动作姿态，解决现有塞拉门系列产品在较小车内空间运用时，于开门起始或关门末端因门体整体动作引起车内气压突变，所导致的乘客耳朵不适问题；同时，相比现有的塞拉门系列产品，全新的滑移斜插式塞拉门机构所执行的创新开关门动作姿态可进一步提升乘客门在关门末端的防夹安全性。

本发明采用的技术方案为：一种用于客车的滑移斜插式单扇塞拉门机构，包括驱动执行机构、定轨迹门轴、乘客门门体和车身侧围，所述的驱动执行机构同时安装在乘客门门体和车身侧围上，驱动执行机构通过定轨迹门轴带动乘客门门体转动；

所述的驱动执行机构包括电机、同步带、滚珠丝杠、丝杠支座组件、机架、支撑臂、前摇臂、后摇臂、滑道滚轮组件和滑槽；

所述的机架上设有电机和滚珠丝杠，所述的电机通过同步带驱动滚珠丝杠转动，在滚珠丝杠上设有丝杠支座组件，所述的丝杠支座组件分别与支撑臂和滑道滚轮组件相连，所述的支撑臂与乘客门门体连接，所述的滑道滚轮组件沿滑槽移动；

所述的定轨迹门轴上连接有门轴下摆臂，所述的门轴下摆臂连接在连杆机构上，所述的连杆机构分别与门轴下摆臂、车身侧围和后摇臂相连；

所述的前摇臂的一端连接在机架上，另一端与车身侧围相连；所述的后摇臂的三个端点分别连接在车身侧围、机架和连杆机构上。

进一步，在机架上设有与丝杠水平的机架直线导轨，所述的丝杠支座组件沿机架直线导轨运动。

进一步，所述的车身侧围上设有三个v形支架，分别为v形支架a、v形支架b和v形支架c，所述的前摇臂、后摇臂和连杆机构分别与上述的三个v形支架连接。

进一步，所述的连杆机构由过渡连杆a、过渡连杆b和过渡连杆c组成，所述的过渡连杆c的一端绕定轨迹门轴做弧形运动，另一端与过渡连杆b的端点a活动连接，所述的过渡连杆b的端点b与v形支架c活动连接，过渡连杆b的端点c与过渡连杆a的一端活动连接，过渡连杆a的另一端与后摇臂的端点b活动连接，所述的后摇臂的端点a与v形支架b活动连接，后摇臂的端点c与机架活动连接。

进一步，所述的过渡连杆b为u型结构，机架和电机位于过渡连杆b的内侧，所述的过渡连杆b的端点a与端点b和端点c不在同一水平面上。

进一步，所述的门轴下摆臂设有多组，依次设置在定轨迹门轴上。

进一步，所述的门轴下摆臂与乘客门门体的连接处采用滚轮或滑块配合。

进一步，所述的电机与滚珠丝杠之间采用齿轮传动。

进一步，所述的电机和滚珠丝杠的驱动结构可替换为气动滑台。本发明产生的有益效果是：

1、通过全新的机构设计实现创新的乘客门开关门动作姿态，即“平动滑移+斜向插入+拉回锁紧”的动作姿态；

2、可将乘客门在关闭最后阶段与开启最初阶段排出或吸入气体的速度降至最低，同时又不降低乘客门开闭速度，彻底改善乘客耳朵不适的问题；

3、可保证乘客门在关闭最后阶段全过程中，乘客门前边沿一直保持电流防夹有效，上下边沿电流防夹距离＜15mm，后边沿电流防夹距离为30mm，关门防夹安全性提升一倍以上；

4、可将滑轮在执行斜向偏转运动的内阻力转换为门角度偏转运动的驱动力，显著降低机构运行内阻力，零部件可小型化设计，轻量化优势明显；

5、零部件小型化设计、集成化设计后，机构总成外扩尺寸进一步减小，提升风道截面设计自由度；

6、由于该发明消除了机构总成过约束问题，加之零件小型化设计，可实现低成本，扩大业务市场，提升该产品的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为驱动执行机构的结构示意图；

图3为驱动执行机构其中的拆分视图；

图4为丝杠支座组件、机架直线导轨和支撑臂连接处的放大示意图；

图5为乘客门门体连接处的侧向剖视图；

图6为连杆机构的连接关系图；

图7为本发明关门阶段乘客门门体的动作轨迹；

图8为乘客门门体的旋转运动的原理简化图；

图9为滑槽的结构示意图；

图10为滑槽限位示意图；

图11为现有的塞拉门压缩空气区域示意图；

图12为本发明中压缩空气区域示意图；

图13为电流防夹示意图一；

图14为电流防夹示意图二；

图15为现有塞拉门的关门姿态。

图中：1-驱动执行机构、1.1-电机、1.2-同步带、1.3滚珠丝杠、1.4-丝杠支座组件、1.5-机架、1.5.1-机架直线导轨、1.6-支撑臂、1.7-前摇臂、1.8-后摇臂、1.9-滑道滚轮组件、1.10-滑槽、1.11-过渡连杆a、1.12-过渡连杆b、1.13-过渡连杆c、2-定轨迹门轴、2.3-门轴下摆臂、3-乘客门门体、4-车身侧围、5.1-v形支架a、5.2-v形支架b、5.3-v形支架c。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明是一种具有全新机构设计的滑移斜插式单扇塞拉门机构，该机构能够实现“平动滑移+斜向插入+拉回锁紧”的动作姿态。

如图1所示，本发明包括驱动执行机构1、定轨迹门轴2、乘客门门体3和车身侧围4，其中驱动执行机构1负责承载乘客门门体3，主导完成乘客门门体3的“平动滑移+斜向插入+拉回锁紧”姿态；定轨迹门轴2负责限制乘客门门体3沿车身x向的旋转自由度，辅助驱动执行机构1完成乘客门动作姿态，在关门状态下负责进一步拉紧乘客门门体3，提升关门预紧力；乘客门门体3负责实现车身门洞的开启、关闭，与车身侧围4配合作用；车身侧围4负责挂载本发明总成，并与本发明配合形成车辆进出口。

如图2所示，本发明中的驱动执行机构1同时安装在乘客门门体3和车身侧围4上，驱动执行机构1通过定轨迹门轴2带动乘客门门体3转动；所述的驱动执行机构1包括电机1.1、同步带1.2、滚珠丝杠1.3、丝杠支座组件1.4、机架1.5、支撑臂1.6、前摇臂1.7、后摇臂1.8、滑道滚轮组件1.9和滑槽1.10；如图3所示，在机架1.5靠近定轨迹门轴2的一侧上设有电机1.1，电机1.1通过同步带1.2驱动设置在机架1.5上的滚珠丝杠1.3旋转。在滚珠丝杠1.3上设有丝杠支座组件1.4，丝杠支座组件1.4在滚珠丝杠1.3上转动时能够完成直线运动，丝杠支座组件1.4通过销孔结构连接支撑臂1.6可驱动其做直线运动，支撑臂1.6固定在乘客门门体3的左侧，进而可驱动乘客门门体3做直线运动。

如图4所示，在平行于滚珠丝杠1.3的机架1.5下方设有机架直线导轨1.5.1。支撑臂1.6在机架直线导轨1.5.1上具备直线运动自由度和旋转运动自由度，支撑臂1.6固定在乘客门门体3的左侧，进而乘客门门体3也具备直线运动自由度和旋转运动自由度。

如图5所示，为了限制乘客门门体3绕机架直线导轨1.5.1的旋转自由度，在乘客门门体3的下部设有弧形的门轴下摆臂2.3，门轴下摆臂2.3连接在定轨迹门轴2上。在门轴下摆臂2.3与乘客门门体3的连接处采用滚轮配合。假设门轴下摆臂2.3被固定，则乘客门门体3的旋转运动自由度被限制，而从图6可看出定轨迹门轴2中的门轴下摆臂2.3通过连杆机构与后摇臂1.8关联，门轴下摆臂2.3与后摇臂1.8在空间位置上是一一对应的，则乘客门门体3的上述自身旋转自由度实际被限制。

如图6所示，门轴下摆臂2.3连接在定轨迹门轴2上，在定轨迹门轴2上设有一套连杆机构，由过渡连杆a1.11、过渡连杆b1.12和过渡连杆c1.13组成。结合图1，在车身侧围4位于机架1.5的上部设有三个v形支架，分别为v形支架a5.1、v形支架b5.2和v形支架c5.3，前摇臂1.7连接在机架1.5左侧和v形支架a5.1上，后摇臂1.8的端点a与v形支架b5.2连接，后摇臂1.8的端点b通过过渡连杆a1.11连接在过渡连杆b1.12的端点c上，后摇臂1.8的端点c连接在机架1.5上；过渡连杆b1.12为u型结构，机架1.5和电机1.1位于过渡连杆b1.12的内侧，所述的过渡连杆b1.12的端点a与端点b和端点c不在同一水平面上。过渡连杆b1.12的端点b连接在v形支架c5.3上，过渡连杆b1.12的端点a连接在过渡连杆c1.13上，且过渡连杆c1.13的另一端以定轨迹门轴2轴心为圆心做弧形运动。

图7为本发明执行关门指令时，乘客门门体3的动作轨迹和姿态。

整个关门过程分三个阶段完成，且以下三个阶段平滑过渡，从视觉上看无可分辨停顿：

第一阶段：乘客门门体3平动滑移，由位置界限a1运动至位置界限a2；

第二阶段：乘客门门体3斜向插入，由位置界限b1运动至位置界限b2；

第三阶段：乘客门门体3拉回锁紧，由位置界限c1运动至位置界限c2。

本发明执行开门指令时，乘客门门体3的动作轨迹和姿态反向完成。

乘客门门体3的旋转运动分量是通过四连杆机构的原理来实现的，将实物进行简化，如图8所示。将滚珠丝杠1.3锁止不旋转，丝杠支座组件1.4的直线运动固定，在前摇臂1.7和后摇臂1.8旋转时，机架1.5连同乘客门门体3一起绕瞬时旋转中心o’做旋转运动，且o’的位置在实时变化。

为了使乘客门门体3实现平动滑移动作姿态，需要借助滑道滚轮组件1.9与滑槽1.10的实时配合来实现。所述的滑道滚轮组件1.9与丝杠支座组件1.4相连，并在滑槽1.10内运动。如图9所示，滑槽1.10中位置p1至位置p2的直线段，滑道滚轮组件1.9在y向上运动被约束，即滑道滚轮组件1.9运动在该位置内时，四连杆机构被锁死，乘客门门体3的旋转运动分量被锁死，则乘客门门体3只具备直线运动分量，表现为乘客门门体3做平动滑移运动。

如图10所示，滑槽1.10中位置p2至位置p3的曲线段是通过乘客门门体3设定轨迹来确定的，当四连杆机构旋转1/2角位移时，滑道滚轮组件1.9中滚轮对应位置p3（v2与h2的交点，v1-v2与v2-v3行程大小相等）。在此曲线段，乘客门门体3在x向行程为h1-h2，在y向行程为v1-v2。

滑道滚轮组件1.9在滑槽1.10中运动，当滑道滚轮组件1.9在x向运行阻力超过临界值f’时，受滚珠丝杠1.3反作用力影响，此阻力转化为四连杆机构中机架1.5的驱动力，带动前摇臂1.7、后摇臂1.8旋转，乘客门门体3发生旋转运动，一旦滑道滚轮组件1.9在x向运行阻力小于临界值f’时，乘客门门体3继续发生x向位移，由此共同完成y向位移分量。至此，实现乘客门门体3的斜向插入动作姿态。

拉回锁紧动作姿态的完成，动作实现原理上完全同斜向插入，但在滑槽1.10的曲线段设定上与斜向插入完全相反。

如图10所示，基于v1-v2与v2-v3行程大小相等的前提，为保证乘客门门体3在拉回过程中，尽量不发生x向位移，就要求实现拉回锁紧动作姿态时，（h2-h3）:（v2-v3）≤1，此值越小越好。而斜向插入动作姿态是为了将乘客门门体3由平移姿态平滑地过渡到倾斜姿态，这就要求（h1-h2）:（v1-v2）≥10，此值越大越好。当（h2-h3）:（v2-v3）≤1时，乘客门门体3实现拉回锁紧动作姿态。

通过对比乘客门在关门瞬间所压缩空气的体积，可评估车内空间气压升高趋势，因乘客门高度尺寸一致，简化对比所压缩的空气的横截面积即可。假设门宽为e，乘客门距离车身侧围4距离为l时记为压缩开始阶段，现有塞拉门关门最后阶段，被压缩的空气的截面积记为m，如图11所示。

受益于本发明的乘客门关门动作姿态，乘客门门体3在拉回锁紧关门阶段，通过作图法可获知压缩气体的体积为0.66m，如图12所示。

综上，本发明可降低关门瞬间带来的车内气压升高，显著降低乘客耳部不适的问题。

受益于本发明的乘客门关门动作姿态，特别是最后拉回锁紧阶段，系统总成的电流防夹距离被显著降低，这在低温等恶劣环境下对安全性的提升有非常大的贡献。

当传感器识别乘客门门体3距离车身侧围4的最大垂直距离=l时，电流防夹取消，而此时，乘客门门体3前边沿已内收接近关闭状态，防夹距离为0mm；乘客门门体3上、下边沿因与车身侧围4有夹角，中后部防夹距离＜l/2，接近于0mm；乘客门门体3的后边沿防夹距离=l，如图13和图14所示。

对比现有塞拉门关门阶段过程，如图15所示，可看出当传感器识别乘客门门体3距离车身侧围4的最大垂直距离=l时，电流防夹取消，而此时，乘客门门体3前、上、下、后边沿的防夹距离都为l。

综上，通过创新的乘客门关门动作姿态，可将乘客门门体3的前、上、下三个边沿的电流防夹有效区显著降低，安全性提升一倍以上。

另外本发明中机架1.5采用铝板折弯工艺加工得到，材料厚度为3mm，相比现有采用4mm的钢板，可减重75%；因驱动执行机构1中无x向与y向运动分量的互斥内阻力，滑道滚轮组件1.9中滚轮的受力最大值≤150n，此滚轮采用工程塑料，相比现有滚珠轴承，可减重80%；因驱动执行机构1中无x向与y向运动分量的互斥内阻力，与滑道滚轮组件1.9中滚轮配合的滑槽1.10所受最大力值≤150n，滑槽1.10采用注塑工艺加工得到，相比现有钢板滑槽结构，在满足强度要求的前提下，可减重50%；前摇臂1.7、后摇臂1.8、过渡连杆a1.11、过渡连杆b1.12、过渡连杆c1.13采用铝质，相比现有铁拉杆，可减重50%。

综上所述，本发明具有的优势在于：

驱动执行机构1中无两个方向运动分量的互斥内阻力，可显著提升内部零部件的寿命，可靠性高；

创新开关轨迹，在关门最后阶段的电流防夹安全性更高，在低温等恶劣环境下此优点更突出；

创新开关轨迹，在关门最后阶段产生的空气压强变化显著降低，压耳等系列耳部不适问题得到改善，乘客舒适性高；

驱动执行机构1中零部件受力得到改善，零部件轻量化程度高，机构总成轻量化优势明显；

由于各个零部件受力得到改善，可以采用成本更加低廉的工程塑料，同时通过减少料厚可以带来更低的成本，成本优势明显。