举升门气弹簧布置与支撑力计算
举升门气弹簧布置与支撑力计算

举升门气弹簧布置与支撑力计算

发布时间:2022-08-25 04:51:03 来源:hh在线直播 作者:hh账号登录
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  安装面内部设计适合强度要求的螺母加强板。 开启角度,上安装点确定之后,根据装配和运动关系,做出下示示意图。为了简化计 算,这里所做的示意图忽略气弹簧摆放位置在车身 Y 向的偏离角度。

  在上图中: O 点为举升门铰链中心轴 A 点为气弹簧上安装点(在车身门框上) B 点为门完全关闭时,气弹簧下安装点(在举升门上) B1 点为门完全开启时,气弹簧下安装点(在举升门上) 设气弹簧的有效行程为 x,n 为弹簧两端头结构占用长度之和;则 AB=xn,AB1=1.5xn n 值一般根据气弹簧结构不同,取值范围在 90-120mm,现暂取 100mm。 OA 已知,OA=142mm,OB1=OB=OAAB=142(xn)=242x,α=94° 在△OAB1 中利用余弦定理得出: AB12=OA2OB12-2×OA×OB1×cosα (1.5x100)2=1422(242x)2-2×142×(242x)×cos94° 求解取整:x=320 则 AB=420mm 气弹簧上安装点的位置为 A 点,B 点设在举升门上,距 A 点的长度为 320100=420mm。 当铰链转轴中心、上安装点、下安装点位于一条直线上时,气弹簧的力臂为零,对举 升门转动不做贡献,此位置称作为气弹簧工作死点。实际根据布置的局限,A 点会偏移 OB

  举升门的总质量是多项由金属和非金属材料组成部件的质量之总和。包括举升门钣金 件、后风挡玻璃、后雨刮器系统(包括电机与刮臂)、牌照灯及装饰板、后牌照、门锁, 门内护板等。在得知零件密度的前提下,利用 CATIA 的测量命令可自动计算出质量和质心 坐标。

  通过测算,举升门质量为 30.55kg,质心坐标转换为 XZ 平面坐标点(以举升门铰链中 心轴位原点,如图 1 坐标轴)为(X=197.22,Y=0,Z=-480.21)

  E 点为举升门的质心 状态 1——举升门下平衡点 状态 2——举升门上平衡点 状态 3——举升门处于水平位置(重心 E 与 O 的连线 OE 水平) 状态 4——举升门完全开启 状态 0-1——举升门重力力矩大于气弹簧支撑力力矩,开启时需提供外力才能将门打 开 状态 1-2——举升门重力力矩等于气弹簧支撑力力矩,此时举升门处于平衡区域,无 须提供外力举升门即可处于静止状态。 状态 2-4——举升门重力矩小于气弹簧支撑力力矩,举升门会自行打开,直至达到气 弹簧最大行程处(举升门完全开启),状态 3 时重力力矩最大。 2. 气弹簧所需的最小支撑力 如下图,当举升门完全开启时,根据受力情况,推导气弹簧所需的最小支撑力计算公 式。

  其中: F——气弹簧支撑力 d——气弹簧支撑力力臂 G——举升门的重力 k——举升门的质心到铰链转轴中心的距离 α——举升门开启角度 β——质心与铰链转轴中心的连线 之间的夹角 θ——举升门关闭时,OB 与垂线之间的夹角 并且令∠OAB1=γ 对 O 点取力矩

  当 θα-β=90°时,即 α=90°β-θ 时,力 F 最大,此时举升门处于水平位置。 在△OAB1 中,

  其中:OA =142mm,AB1=580mm,OB1=562mm 则计算得:γ=75.7° 则计算出:Fmax=1130N,使用两支气弹簧,因此,单个气弹簧的最小支撑力为 565N, 即气弹簧的最小支撑力必须大于 565N 才能支撑住举升门。 而且一般气弹簧的最小支撑力比理论计算值要大于 10%—20%,取中间值 15%,则气

  其中: FO 为举升门开启力 LO 为开启力力臂 FPO 为举升门开启时,气弹簧的助力 KO 为举升门重力力臂 对 O 点取力矩

  从上式可以看出,适当增加气弹簧助力 FPO 的力臂 dO(图 4 中 do=0),则可以减小开 -4-

  启力,即可以将 A 点向左侧调整,使 A 点不在 OB 连线上。 当举升门关闭时,受力情况如图 5 所示

  其中: FC 为举升门关闭力 LC 为关闭力力臂 FPC 为气弹簧的支撑力 KC 为举升门重力力臂 对 O 点取力矩

  从上式可以看出,适当减小气弹簧支撑力 FPC,则可以减小关闭力,根据支撑力的推 -5-

  因为 α>90°可以看出只有当(θ-β)越大,支撑力越小,因此适当将气撑杆的下安装 点 B 往右侧移动,可以减小举升门关闭力。

  经过以上的理论分析计算,气弹簧的几何尺寸、最小支撑力等基本参数已经可以 确定。根据这些基本参数可以在气弹簧供应商产品系列中选择与基本参数接近的现成 产品。依据气弹簧的基本参数及所选气弹簧规格形式建立气弹簧 3D 数模,并进行运动 分析,验证举升门开启过程中,气弹簧与周边件有无干涉,气弹簧的球头运动是否自 如,有无干涉卡死的现象,根据运动分析结果,做必要的调整。然后应用 CAE 分析软 件,分析安装点周边强度及刚度是否足够,根据分析结果,进行局部加强。

  [1]. 潘玉华. 汽车车身气弹簧应用设计分析,众 泰控股集团有限公司,2009

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