轎車(chē)車(chē)門(mén)安裝件的力學(xué)性能分析

鄭 海

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年汽車(chē)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

轎車(chē)車(chē)門(mén)安裝件的力學(xué)性能分析

鄭 海

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年汽車(chē)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

國(guó)內(nèi)在轎車(chē)車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)很多問(wèn)題，尤其是車(chē)門(mén)鉸鏈、車(chē)門(mén)安裝點(diǎn)等安裝件的性能，大大影響了車(chē)門(mén)的機(jī)械性能、聲品質(zhì)。分析車(chē)門(mén)安裝件的性能、提高其力學(xué)性能是主機(jī)廠(chǎng)十分關(guān)注的問(wèn)題。本文闡述了車(chē)門(mén)安裝件的結(jié)構(gòu)及其性能要求，然后應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助分析對(duì)車(chē)門(mén)鉸鏈、車(chē)門(mén)安裝點(diǎn)進(jìn)行了力學(xué)分析。本文的研究方法對(duì)于車(chē)門(mén)安裝件的力學(xué)分析有參考作用。

轎車(chē)；車(chē)門(mén)安裝件；車(chē)門(mén)鉸鏈；動(dòng)剛度；性能分析

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-74-03

引言

轎車(chē)車(chē)門(mén)是車(chē)身四門(mén)兩蓋中最重要的部件，對(duì)于乘員的舒適性影響最大。轎車(chē)車(chē)門(mén)應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度、良好的密封性能。足夠的車(chē)門(mén)剛度可以防止車(chē)門(mén)下沉，防止開(kāi)閉困難[1]。

車(chē)門(mén)鉸鏈、車(chē)門(mén)安裝點(diǎn)等安裝件對(duì)于實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)的優(yōu)良性能影響很大，本文主要對(duì)其結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能進(jìn)行分析。

1、轎車(chē)車(chē)門(mén)安裝件結(jié)構(gòu)介紹

轎車(chē)車(chē)門(mén)安裝件一般包括車(chē)門(mén)上下鉸鏈、鉸鏈加強(qiáng)件、車(chē)門(mén)鉸鏈加強(qiáng)板、A柱外板及加強(qiáng)板、車(chē)門(mén)限位器等部件。這些件的強(qiáng)度、剛度以及之間的匹配，對(duì)車(chē)門(mén)的使用性能影響很大。包括車(chē)門(mén)下沉、加強(qiáng)板損壞等。

2、車(chē)門(mén)鉸鏈強(qiáng)度分析

車(chē)門(mén)鉸鏈?zhǔn)擒?chē)門(mén)的重要部件。車(chē)門(mén)關(guān)閉時(shí)承力件為門(mén)鎖和鉸鏈，車(chē)門(mén)打開(kāi)時(shí)載荷完全由鉸鏈承受。鉸鏈之間的中心距影響車(chē)門(mén)的剛度和下沉，故車(chē)門(mén)鉸鏈的軸線(xiàn)及其中心距是重要的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。鉸鏈軸線(xiàn)一般設(shè)計(jì)有內(nèi)傾角和后傾角。內(nèi)傾角一般為0～3°。后傾角一般為0～2°。因?yàn)檐?chē)門(mén)在關(guān)閉過(guò)程中可以依靠車(chē)門(mén)重力提供一定的關(guān)門(mén)力，后傾設(shè)計(jì)主要還考慮到車(chē)門(mén)在打開(kāi)過(guò)程中避讓車(chē)門(mén)附近地面的障礙物[2]。

2.1 車(chē)門(mén)鉸鏈的力學(xué)建模

本次研究的鉸鏈材料為SAPH400熱軋鋼，其屈服強(qiáng)度≥225MPa，拉伸強(qiáng)度≥400MPa，通過(guò)沖壓工藝制成。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車(chē)門(mén)鉸鏈有如下性能要求:1、每個(gè)門(mén)鉸鏈系統(tǒng)應(yīng)能承受11110N的縱向負(fù)荷，不得脫開(kāi)。2、每個(gè)門(mén)鉸鏈系統(tǒng)應(yīng)能承受8890N的橫向負(fù)荷，不得脫開(kāi)[3]。按照標(biāo)準(zhǔn)所定的試驗(yàn)步驟，分為兩個(gè)工況，進(jìn)行有限元分析。

工況一:在鉸鏈與車(chē)身的連接孔處，約束所有方向的自由度；鉸鏈與車(chē)門(mén)連接孔處，約束23456自由度，施加x向11110N的力，作用點(diǎn)位于上下鉸鏈的中心平面上（垂直于z軸）。

工況二:在鉸鏈與車(chē)身的連接孔處，約束所有方向的自由度；鉸鏈與車(chē)門(mén)連接孔處，約束13456自由度，施加-y向8890N的力，作用點(diǎn)位于上下鉸鏈的中心平面上（垂直于z軸），載荷施加如下所示。

2.2 鉸鏈強(qiáng)度與塑性應(yīng)變分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算，其力學(xué)結(jié)果如下圖所示。鉸鏈最大應(yīng)力為281.3MPa。最大塑性應(yīng)變?yōu)?.1%，小于材料SAPH400的斷裂百分比31%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3、車(chē)門(mén)鉸鏈安裝點(diǎn)動(dòng)剛度分析

剛度通常的定義是用所施加的載荷與承受該載荷后產(chǎn)生的變形之間的關(guān)系來(lái)表示剛度。相同載荷下的變形越大，表示該件的剛度越差；同樣，相同載荷下的變形越小，則表示該件的剛度越好[4]。

前門(mén)鉸鏈安裝孔是前門(mén)與車(chē)身連接的重要部位，必須具有足夠的剛度。若剛度不足，易導(dǎo)致局部區(qū)域出現(xiàn)過(guò)大變形，從而影響與之關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)的使用性能[5]。分析以前門(mén)鉸鏈安裝孔為分析對(duì)象，利用有限元法進(jìn)行剛度分析。

3.1 車(chē)門(mén)鉸鏈安裝點(diǎn)力學(xué)等效與建模

截取A柱、門(mén)檻梁、車(chē)門(mén)立柱、前地板、擋風(fēng)玻璃上橫梁等部件，將其CATIA數(shù)模導(dǎo)入Hypermesh軟件，進(jìn)行幾何清理、網(wǎng)格劃分、模型裝配，建立車(chē)門(mén)安裝點(diǎn)的有限元模型。約束這些車(chē)身截面的所有自由度?？紤]三種工況，分別為在前門(mén)鉸鏈安裝點(diǎn)單獨(dú)施加X(jué)向1000N的載荷、Y向1000N的載荷、Z 向1000N的載荷。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到安裝點(diǎn)的剛度值如下表所示。

表1 各工況剛度值

分析結(jié)果表明，安裝點(diǎn)的力學(xué)性能在理論上滿(mǎn)足要求。因?yàn)槭悄M實(shí)際工況，不能完全反映實(shí)際工況，不能確保完全準(zhǔn)確。是否滿(mǎn)足實(shí)際要求還需通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證[6]。

4、結(jié)論

論述了車(chē)門(mén)安裝件的結(jié)構(gòu)及性能要求，車(chē)門(mén)安裝件是車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)中的重要部件，其力學(xué)性能對(duì)于車(chē)門(mén)的使用影響很大。本文使用CAE方法建立了鉸鏈、車(chē)門(mén)安裝件的力學(xué)模型，分別對(duì)其強(qiáng)度、動(dòng)剛度進(jìn)行分析。研究方法希望能對(duì)車(chē)門(mén)安裝件的設(shè)計(jì)有參考作用。

[1] 黃金陵.汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社.2012.

[2] 原井天.汽車(chē)車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)流程及方法[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程, 2013,(3):12-16.

[3] GB 15086-1994,汽車(chē)門(mén)鎖及門(mén)鉸鏈的性能要求和試驗(yàn)方法[S].

[4] 烏春霞. 汽車(chē)車(chē)門(mén)剛度的仿真分析與試驗(yàn)研究[D]．吉林大學(xué)碩士論文，2007.

[5] 何若天.輕型汽車(chē)車(chē)門(mén)鉸鏈結(jié)構(gòu)和維修[J].汽車(chē)技術(shù),1990,(8): 51-54 .

[6] 陳效華,于鵬曉,王良模.汽車(chē)門(mén)鉸鏈動(dòng)靜強(qiáng)度試驗(yàn)系統(tǒng)[J].汽車(chē)工藝與材料,2002,(2):32-33.

Car door mount mechanical properties analysis

Zheng Hai
( Youngman Automotive Institute, Hangzhou Vocational & Technical College, Zhejiang Hangzhou 310018 )

There are many problems in the domestic car door design process, especially the performance of door hinge, door installation point mounting parts, greatly influence the mechanical properties, the sound quality of the door. Performance analysis, door mount to improve its mechanical properties are concern of car company. This paper expounds the requirements of door mount and its performance, and use CAE to analyse the mechanical performance of door hinge, door mounting point. This research method can supply reference for mechanical door mount analysis.

car; car door mount sunroof; door hinge; dynamic stiffness; performance analysis

U463.8

A

1671-7988(2015)07-74-03

鄭海，就職于杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年汽車(chē)學(xué)院，研究方向?yàn)槠?chē)設(shè)計(jì)及CAE分析、制造工藝。