汽車車門鎖扣結構強度試驗研究

秦濤，李斌，蔡元初

(1.湖北文理學院機械工程學院，湖北襄陽 441053;2.湖北航宇精工科技有限公司，湖北襄陽 441002)

0 引言

汽車車門鎖扣總成是一種連接車門與車身并實現(xiàn)汽車車門鎖緊所必備的零部件。在車門正常關閉過程中，通過汽車門鎖的卡板和止動爪的嚙合，與車門鎖扣咬合實現(xiàn)汽車車門的鎖緊[1]。因此，必須要求其具備良好的防盜性能，以保證駕駛員和乘客在行車和泊車過程中的人身安全和財產安全，同時要求車輛在行駛或發(fā)生碰撞時，車門不得自動打開，但碰撞后車門必須可以正常開啟[2]，這對汽車車門鎖扣總成的結構要求至關重要。

鑒于車門鎖扣總成是保證車輛安全性的重要組成部分，它的好壞和尺寸直接影響到消費者的切身利益。鎖扣作為汽車車門鎖緊機構的主要承載結構[3]，對其強度具有較高的要求，換句話說，鎖扣的強度高低直接關系到顧客的生命安全。

目前市面上已存在一些車門鎖扣總成結構[4-5]，為改善之前車門鎖扣產品存在的局部應力集中問題，增大鎖扣折彎圓弧半徑和鎖扣與底板鉚接接觸面積，設計開發(fā)了一種改進的車門鎖扣結構，由于其結構尺寸較小，通過有限元分析容易造成局部應力集中[6]，故在微控電子拉力試驗機上進行強度試驗，驗證該鎖扣結構設計的安全性。

1 車門鎖扣模型

新改進的車門鎖扣結構實體模型圖如圖1所示，由底板和鎖扣組成，其材料參數(shù)如表1所示。

圖1 車門鎖扣結構圖

名稱材料泊松比彈性模量/GPa屈服強度/MPa底板SAPH4400.3216305鎖扣MFT80.286213640

2 工況分析

根據(jù)設計要求，車門鎖扣需要滿足3個方向的強度要求，即在每個方向的極限載荷作用下，鎖扣不發(fā)生斷裂。在實際工作中，底板通過兩圓孔安裝在汽車車門上，因此對底板圓孔添加固定約束；載荷主要作用在鎖扣上，根據(jù)載荷的方向不同作用位置不同，具體的工況設置如圖2所示，分別列出了車門鎖扣系統(tǒng)在3種工況下的載荷和邊界條件，其載荷大小如表2所示。要求在3種極限載荷下可以發(fā)生塑性變形，但是不能斷裂。

圖2 車門鎖扣工況圖

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3 試驗分析

根據(jù)車門鎖扣工況特點及設計要求，加工若干鎖扣實物，分成3組，每組對應一個工況。為了保證試驗的準確性，每個工況做6次試驗，如圖3所示為縱向載荷的6個試驗樣件，其他兩個工況類似。

圖3 縱向試驗工件圖

準備好3個工況的試驗樣件后，在拉伸試驗機上進行拉伸測試。該試驗采用微控電子拉力試驗機進行強度測試，其最大拉力為50 kN，在具體試驗中試驗環(huán)境如表3所示。

表3 拉伸試驗環(huán)境

將底板裝夾在試驗夾具上并安裝到試驗臺上進行試驗，3個工況下的試驗環(huán)境如圖4所示。在試驗過程中，逐步增加載荷大小，在滿足表2載荷要求時，直到鎖扣發(fā)生變形停止加載，若在中間載荷作用下鎖扣發(fā)生斷裂，直接停止加載。

圖4 3個工況下的試驗環(huán)境圖

通過拉伸試驗，得到3個工況下18個樣件在發(fā)生變形時的最大承載力，如表4所示，可知18個樣件均滿足設計要求。為了體現(xiàn)載荷的加載趨勢，以縱向載荷第3個樣件為例(3#)，給出其加載曲線，如圖5所示，其加載的力峰值為15.46 kN，此時車門鎖扣的最大位移為1.75 mm，并沒有發(fā)生斷裂，說明文中新改進的結構合理。

表4 拉伸試驗結果

圖5 3#樣件加載示意圖

4 結論

文中對一種汽車車門鎖扣進行了局部改進優(yōu)化，通過拉伸試驗分析該結構在3個工況下的強度狀況。將每個工況分成6組，在微控電子拉力試驗機上進行拉伸試驗，結果表明文中改進的車門鎖扣滿足強度要求，能夠保證汽車行駛過程中車門的安全性。