輕卡外后視鏡抖動(dòng)問題的分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化*

葛 坤,劉 洋,孫龍飛,朱 靖

(東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院,湖北武漢 430057)

輕卡外后視鏡抖動(dòng)問題的分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化*

葛 坤,劉 洋,孫龍飛,朱 靖

(東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院,湖北武漢 430057)

分析了車輛外后視鏡抖動(dòng)產(chǎn)生的原因,從后視鏡支座與鏡桿連接結(jié)構(gòu),鏡殼與鏡桿連接方式,折疊機(jī)構(gòu)以及鏡桿尺寸四個(gè)方面對(duì)后視鏡本體的結(jié)構(gòu)剛度提出了優(yōu)化方案和改善措施,優(yōu)化后量產(chǎn)裝車,后視鏡抖動(dòng)問題大大改善,驗(yàn)證了后視鏡優(yōu)化方案的可行性。本文的優(yōu)化方案和設(shè)計(jì)方法可以為其他車輛解決后視鏡抖動(dòng)問題提供參考。

后視鏡;抖動(dòng)分析;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

0 引 言

隨著汽車工業(yè)發(fā)展,行車安全現(xiàn)在越來越受到汽車廠家和消費(fèi)者的重視。汽車外后視鏡是實(shí)時(shí)為駕駛者提供車輛周圍的路況信息從而保障行車安全的關(guān)鍵零件,其品質(zhì)的好壞關(guān)乎駕駛者的行車安全,也直接影響整車質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)。而外后視鏡抖動(dòng)則是在路試評(píng)價(jià)時(shí)最為重要也是最容易出現(xiàn)的問題,導(dǎo)致此問題的因素多種多樣,往往在設(shè)計(jì)階段容易忽略或者考慮不夠周全,因此如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段預(yù)防與改善此問題顯得非常關(guān)鍵。

1 理論原則

就零件本身而言,避免后視鏡抖動(dòng)的根本要素在于提高自身固有頻率以避開整車的共振點(diǎn)。

式中:f為固有頻率;k為零件剛度;m為零件質(zhì)量。

在選取市場(chǎng)暢銷的若干款輕卡車型并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)后得出結(jié)論,為保證在怠速情況下不抖動(dòng),其頻率應(yīng)避開23～29 Hz這一范圍,而行駛過程中路面激勵(lì)一般小于30 Hz,綜合建議后視鏡固有頻率應(yīng)大于30 Hz才能避免抖動(dòng)問題[1-2]。

從公式(1)不難看出,提高頻率的途徑為提升后視鏡整體剛度或者降低零件的質(zhì)量。本文將主要討論如何從結(jié)構(gòu)上改善和優(yōu)化后視鏡的整體剛度。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面分析,影響后視鏡剛度的因素包括:支座與鏡桿的連接結(jié)構(gòu),鏡殼與鏡桿連接方式,后視鏡折疊結(jié)構(gòu)以及鏡桿尺寸[2]。

2.1 支座與鏡桿的連接結(jié)構(gòu)改進(jìn)

對(duì)于輕卡來說,后視鏡鏡桿與支座連接方式一般有兩種:僅通過下支座連接和上下支座同時(shí)連接兩種形式。見圖1。

無論采取哪種形式,對(duì)于支座與鏡桿連接處要求結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,盡可能減少懸臂過長(zhǎng),同時(shí)對(duì)于支桿與鏡桿連接面積應(yīng)當(dāng)盡可能大。否則容易產(chǎn)生連接結(jié)構(gòu)不合理而導(dǎo)致的剛度不足,反映到主觀評(píng)價(jià)上后視鏡底座前后晃動(dòng)間隙偏大[3]。以下為兩款車型分別采取兩種鏡桿與支座連接方式的后視鏡優(yōu)化改進(jìn)案例。

優(yōu)化前:如圖2,鏡桿與底座連接懸臂過長(zhǎng),鏡桿與底座接觸面積過小,連接剛度較差,實(shí)際現(xiàn)象為從鏡桿底部發(fā)生輕微抖動(dòng)傳遞到鏡體上時(shí),導(dǎo)致整個(gè)鏡體出現(xiàn)抖動(dòng)。

優(yōu)化后:如圖3,鏡桿與底座懸臂改短,增大鏡桿與底座的接觸面積,增大連接剛度。此項(xiàng)改進(jìn)消除了從鏡桿底部的產(chǎn)生抖動(dòng),改善效果明顯。

(1)如圖4某款輕卡車型,改進(jìn)下支座與鏡桿的配合面形狀,增大接觸面積。

圖1 僅有下支座連接的后視鏡

圖2 優(yōu)化前的底座和鏡桿

圖3 優(yōu)化后的底座與鏡桿

優(yōu)化前:如圖5所示,轉(zhuǎn)軸1與鏡桿保持塊3的配合形狀為垂直面2,兩者接觸尺寸H1為5 mm,連接剛度較弱,未裝車時(shí)主觀感知為整個(gè)下支座易前后晃動(dòng),且松曠量較大。

圖4 上下支座連接的后視鏡

圖5 優(yōu)化前的下支座剖視圖

優(yōu)化后:如圖6所示,更改鏡桿保持塊的配合面形狀,由垂直面1改為有錐度的斜面1;將轉(zhuǎn)軸也改為梯形面,同時(shí)兩者接觸尺寸H1由5 mm增加到8 mm,這一改進(jìn)不僅能保證鏡桿保持塊與轉(zhuǎn)軸在裝配初期配合緊密,同時(shí)隨著鎖緊螺母的擰緊,會(huì)產(chǎn)生越拉越緊的效果。連接結(jié)構(gòu)的剛度有很大提高。改善后整體靜態(tài)晃動(dòng)位移明顯改善,具體見表1。

圖6 優(yōu)化后的下支座剖視圖

(2)下支座與鏡桿保持塊裝配緊固件改進(jìn),增加連接牢固性。

表1 改進(jìn)前后后視鏡靜態(tài)晃動(dòng)位移值 /mm

優(yōu)化前:如圖7,連接處1采用M6螺栓,螺栓承受力不夠,易出現(xiàn)螺栓松動(dòng)的現(xiàn)象,導(dǎo)致后視鏡整體出現(xiàn)晃動(dòng)。

優(yōu)化后:如圖8,改進(jìn)緊固件,1和2分別采用自鎖墊圈和M8螺母,連接牢固性提高。

圖7 優(yōu)化前的支座安裝方式

圖8 優(yōu)化后的支座安裝方式

(3)如圖9,增大上支座與鏡桿保持塊的接觸面,改善連接穩(wěn)定性。

優(yōu)化前:如圖10所示,上支座與鏡桿保持塊的接觸面L1為13 mm,同時(shí)銷軸尺寸直徑D1由13 mm固定方式8為M6螺栓,上支座偏重,螺栓承受力不足以支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)。容易出現(xiàn)連接松動(dòng)而導(dǎo)致的晃動(dòng)。

優(yōu)化后:如圖11所示,連接接觸面 L1改為17 mm,銷軸尺寸D1改為18 mm,固定方式9改為M8螺栓,此項(xiàng)改進(jìn)增強(qiáng)了上支座連接的穩(wěn)定性。

圖9 上支座改進(jìn)示意圖

(4)改進(jìn)前后靜態(tài)剛性位移對(duì)比

將改進(jìn)前后的后視鏡裝到臺(tái)架上,用30 N的力推后視鏡殼體,測(cè)量后視鏡的整體晃動(dòng)位移[4]有很大改善,如圖12和圖13,在實(shí)車狀態(tài)下經(jīng)過道路驗(yàn)證后視鏡抖動(dòng)現(xiàn)象消除。

2.2 鏡殼與鏡桿連接安裝方式

鏡桿與鏡殼安裝位置一般有兩種:安裝點(diǎn)位于鏡殼中間采用卡箍式(見圖14)和安裝點(diǎn)位于鏡殼下部采用球鉸式(見圖15);球鉸式由于X,Y,Z三個(gè)方向的自由度均未約束,可自由旋轉(zhuǎn)。受到振動(dòng)激勵(lì)時(shí),由于振源是非線形規(guī)律,導(dǎo)致抖動(dòng)方向無法識(shí)別,而且安裝點(diǎn)偏離鏡體重心,容易因偏振產(chǎn)生抖動(dòng)[5]。而卡箍式可約束鏡體的X,Y方向的自由度,Z方向自由度可通過卡箍螺釘進(jìn)行約束,安裝位置接近鏡體重心,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,在輕卡上應(yīng)用較多。建議選取卡箍式同時(shí)將安裝點(diǎn)盡可能布置在鏡片的中心位置。

圖10 優(yōu)化前的上支座剖視圖

圖11 優(yōu)化后的上支座剖視圖

圖12 推力計(jì)對(duì)殼體施加力值

圖13 指針發(fā)生位移對(duì) 應(yīng)刻度值

圖14 卡箍式安裝結(jié)構(gòu)

圖15 球鉸式安裝結(jié)構(gòu)

2.3 后視鏡底座折疊機(jī)構(gòu)

折疊機(jī)構(gòu)工作原理是通過底座上的限位槽與鏡桿旋轉(zhuǎn)部分的凸臺(tái)形成咬合關(guān)系,同時(shí)通過壓縮彈簧的力來控制咬合力的大小。如果限位點(diǎn)過少(2個(gè),如圖16),結(jié)構(gòu)過于單薄,穩(wěn)定性較差,同時(shí)單個(gè)限位點(diǎn)需承受力較大,在行駛過程中外界施加給鏡桿的力傳遞到受力點(diǎn)上時(shí),會(huì)超出受力點(diǎn)極限導(dǎo)致凸臺(tái)在凹槽里來回串動(dòng),從而出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。如果將折疊機(jī)構(gòu)通過合理布置限位點(diǎn)[6](一般為4～6個(gè),如圖17),能將整個(gè)后視鏡的受力分散到底座各個(gè)限位槽上,整個(gè)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性好,同時(shí)加工方便,易于裝配。

圖16 僅有兩處限位點(diǎn)的折疊機(jī)構(gòu)

圖17 擁有多處限位點(diǎn) 的折疊機(jī)構(gòu)

2.4 鏡桿的尺寸

輕卡的外后視鏡鏡桿直徑一般在22～27 mm之間,料厚1～3 mm,鏡桿的尺寸選擇不同,直接影響到后視鏡自身的固有頻率。表2列有5種初始方案,頻率大于30 Hz的有3種方案,在滿足頻率要求的前提下,選擇質(zhì)量最小的,所以選擇方案二。在設(shè)計(jì)階段對(duì)鏡桿直徑料厚做合理選擇,同時(shí)對(duì)固有頻率進(jìn)行CAE分析模擬,能夠得到最優(yōu)的結(jié)果,防范此類問題在量產(chǎn)階段發(fā)生[7-8]。圖18為對(duì)某款輕卡后視鏡頻率進(jìn)行分析時(shí),選取不同的鏡桿尺寸的計(jì)算結(jié)果,通過結(jié)果不難看出,鏡桿尺寸的不同對(duì)后視鏡固有頻率影響很大,在設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注。

圖18 方案二對(duì)應(yīng)的模態(tài)分析云圖

表2 不同的鏡桿尺寸對(duì)應(yīng)頻率結(jié)果表

3 結(jié) 論

輕卡后視鏡抖動(dòng)問題產(chǎn)生往往是發(fā)動(dòng)機(jī)工況、整車共振頻率和后視鏡自身頻率綜合因素的結(jié)果,但是單就后視鏡本身來分析,大多是由于自身剛度不足引起。為預(yù)防此類問題,在后視鏡方案初期時(shí)就應(yīng)考慮各個(gè)連接結(jié)構(gòu)的選擇,對(duì)影響后視鏡自身頻率的幾個(gè)關(guān)鍵要素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)也需要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于后續(xù)制造工藝的影響和產(chǎn)品品質(zhì)一致性管控。從后視鏡支座與鏡桿連接結(jié)構(gòu),鏡殼與鏡桿連接方式,折疊機(jī)構(gòu)以及鏡桿尺寸三個(gè)方面提出了優(yōu)化方案和改善措施,同時(shí)運(yùn)用CAE模擬分析,選取優(yōu)化的最佳方案。優(yōu)化后的后視鏡抖動(dòng)問題大大改善,驗(yàn)證了后視鏡優(yōu)化方案的可行性。優(yōu)化方案和設(shè)計(jì)方法可以為其他車輛解決后視鏡抖動(dòng)問題提供參考。

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Analysis and Structural Improvement of the Vibration Problem of Outside Mirror in Light Truck

GE Kun,LIU Yang,SUN Long-fei,ZHU Jing
(Commercial Product R&D Institute,Dongfeng Automobile Co.,Ltd,Hubei Wuhan 430057,China)

The causes of outside mirror vibration in light truck are analyzed in this paper,and the optimization scheme and improvement measure for the structural stiffness of the outside mirror are also proposed in aspects of the connection structure of the arm and base,connection mode of mirror lens and the arm,the folding mechanism and the arm size.It is found that after the optimization,the vibration problem of outside mirror is improved effectively,thus to verify the feasibility of this optimization scheme for the outside mirror.The optimization scheme and design method in this article can also provide the reference for similar problems in other vehicles.

outside mirror;vibration analysis;structural improvement

U226

A

1007-4414(2015)05-0087-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.029

2015-07-03

葛 坤(1985-),男,湖北十堰人,主要從事車門附件系統(tǒng)相關(guān)零件的開發(fā)及研究工作。