轿车行李箱盖铰链受力分析及在设计中的应用
行李箱平衡铰链，是指使用弹性元件，可以在行李箱盖开启和关闭时平衡盖重力的铰链结构，因为平衡铰链结构简单、有足够强度和可靠耐久等优点，大部分车型特别是中低档车型，基本上采用这种结构的铰链，其弹性元件采用扭杆。
在行李箱盖使用过程中，一般要求启动开启装置后，能自动弹开一定高度，介在半开（一定的打开角度）状态下要保持静止不动以防落下伤人，同时在最在打开位置时有足够的保持力， 以防风力作用下自行落下关闭。
一、轿车行李箱盖平衡铰链的受力分析 1、铰链情况介绍:
行李箱盖平衡铰链简图如图1所示，图2为左侧铰链的侧视图。
图1 行李箱铰链简图（只装一边扭杆） 图2 左侧铰链的左侧视图
从图2可以看出，扭杆的运动受铰链支架和联杆的约束，只能绕安装口旋转。因此，支架、铰链、联杆、扭杆构成 了四连杆机构，其中铰链支架为固定杆，其它均可以活动。图2只为铰链的侧视图，实际零件并不在一个平面内。但是，把各零件投影到同一个平面内，并不影响受力分析，所以可以把铰链的四连机构看作一个平面四连杆机构来分析。此平面四连杆机构的受力如图3所示：
图3：铰链平面四连杆机构的受力图（数据为设定的）
图3中，AD表示铰链支架，AB为扭杆，BC为联杆，CD为铰链，其长度如图所示，而四连杆的之间角度φ1、φ2、φ3和φ4的初始值（即行李箱盖铰链全关时的角度）也已经在图3中表示。另外，把扭杆的扭矩记为MT，而铰链所受的重力（包含行李箱盖和铰链本身）记为G，但是在分析中，把G换为重力对D点的力矩可能更为方便，因此铰链CD就受到重力矩MG的作用。显然，MT 和MG都为变量，随行李箱铰链的开启角度变化而改变。
2、杆的受力分析：
存在摩擦力作用时，BC杆不能视作为一根二力杆，在行李盖向上运动时，BC杆的受力如图4所示。其中摩擦力作用的效果是一个摩擦力隅。另外，如果把图4中的摩擦力隅MB和MC定义为正负
值，则图4可以用于行李箱盖打开和关闭时的受力。
图4：BC杆受力情况图
由图4可得以下：
F1=F2
MB+MC （1） F3=F4= LBC
因为F1=F2和 F3=F4，下面统一只使用F1和 F3列方程式。 根据图5可得AB杆（扭杆）和CD杆平衡方程：
图5：AB杆和CD杆的受力情况
根据（1）、（2）和（3）并把LAB和LCD值代入，可得：
3、运动分析：
这里的分析，是使用行李箱盖的打开角度?来表示（4）式中的φ3和φ4，从而简化方程并最终找到平衡的条件。
如果以打开角度?为变量，根据机械原理可得：
4、铰链各项作用力分析： (1)扭杆的作用力 扭杆的长度（大于1000MM）远大于其直径（6.5MM），且工作时其折弯较少，可以只考虑扭转作用， 则其扭矩M为：
（9）
式中，d为扭杆的直径，L为扭杆的有效长度（设轿车扭杆长度L=1072MM），G为扭杆材料的剪切弹性模量（
），
为扭杆的变形角，即是转角。
再考虑涂装时对扭杆约有8%的热衰减作用，也就是产生了闭角（行李箱盖全关时扭转角度，我
们设为179度，一般轿车都用这个值）8%的一个提前角度，扭杆的实际转动角度为：
其中133度为初始角度，因此两根扭杆产生的扭矩为：
（2）铰链各连接点的摩擦力隅
铰链设计时，单侧轴销的摩擦力矩系数值范围为2.216-3.284N.M,为简单化取值为2.75N.M,对于两侧铰链合力则应为双倍。
摩擦力是有方向，上述的摩擦力隅是个范围值，可取负数，因此实际的摩擦力隅在-05.50到5.50N.M之间。
而铰链与支架连接的轴销没有加衬套，在电泳前摩擦力几乎可以忽略，则估算电泳后有：
扭杆直接与支架或联杆固定配合，由于配合面经过电泳处理，因此摩擦力隅（两侧）估算取值：
（3）行李箱盖重力矩
行李箱盖质量如下：
表1：行李箱盖实测值 1 2 3 4 5 平均值 质量（Kg） 10.16 10.10 10.14 10.04 10.06 10.10 距销轴距离（MM） 720MM 另外，由于重心肯定在行李箱盖上表面的下方，因此测量重量方法还不能确定重心的Z轴方向位置， 因此只能估算重心与铰链销轴中心线的连线，与轴销所在的XY平面成6度的夹角（如图6所示），计算重力矩的变化。
图6：行李箱盖重心移动示意图
则行李箱盖的重力矩为：
（4）铰链的平衡计算：
把式（4）的右侧记作为Mf，则代入（11）、（12）和（13）式后可变为：
则把式（5）至（10）、（14）和（15）结合起来计算，可以得出表2 所示的计算结果： ? 0° 2° 4° 6° 8° 。。。 52° 56° 58° 。。。 扭矩MT 77.10478 76.08301 75.0652 74.05085 73.03954 51.04201 49.02740 48.01642 重力矩MG' 64.77364 65.2419 65.004 65.85056 65.9957 46.09254 42.046221 40.56113 MT'-MG' 12.33114 10.84111 9.465155 8.200289 7.043836 4.949469 6.565184 7.455290 Mf 5.934881 5.991951 6.043371 6.089862 6.132038 6.567508 6.589716 6.600836 备注 表2 ：轿车铰链平衡计算结果（N．M) 根据上面MT'、MG'—Mf和MG'+M（其实表f2中的MT总是大于MG'，可以省略MG'-Mf）的值，作出曲线图7所显示的结果：
由表2和图7可以看到，行李箱盖大约打开到9.5°至56°的范围内,MT与MG'的差值在±Mf的范围内。由此可见，即可实现行李箱盖半开启时保持静止不动的状态。在上述角度范围外，扭杆的作用扭矩大于车身固定阻力扭矩，可实现行李箱盖开启时自动弹起，而全开时有一定保持力。实测轿车的行李箱盖半开保持静止不动的状态的下限约6°至8°，上限约为45°至48°，与计算的结果有一定差距，但比较接近。
实际上，开启机构启动后，行李箱盖在密封条的较在弹力下和上述的MT与MG'的差值作用下以一定的速度向上运动，过了9.5°以后才减速,因此最终行李箱盖打开的角度可能是的15°,如果是15°,
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