潘玉山,沈?yàn)檐?/p>

(1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院靖江教學(xué)點(diǎn),江蘇 靖江 214500;

2.江蘇皓月汽車鎖股份有限公司開發(fā)部,江蘇 靖江 214500)

S08型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖的研究與分析

潘玉山1,沈?yàn)檐?

(1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院靖江教學(xué)點(diǎn),江蘇 靖江 214500;

2.江蘇皓月汽車鎖股份有限公司開發(fā)部,江蘇 靖江 214500)

機(jī)蓋鎖是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的附件,是具有獨(dú)立功能的部件。在設(shè)計(jì)和分析過程中,將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與現(xiàn)代分析工具相結(jié)合,有利于提高設(shè)計(jì)效率,縮短設(shè)計(jì)周期,降低設(shè)計(jì)成本。

機(jī)蓋鎖;設(shè)計(jì);分析

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖屬于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的附件,是具有獨(dú)立功能的部件,主要包括鎖體、內(nèi)開機(jī)構(gòu)和安全鎖三部分。其功能旨在使發(fā)動(dòng)機(jī)蓋安全鎖閉,并保證發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與車身的相對(duì)位置在行車中不得自動(dòng)開啟。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖按其鎖體結(jié)構(gòu)劃分,可分為鉤子鎖、舌簧鎖及卡板鎖三種形式[1]。S08型機(jī)蓋鎖屬于卡板鎖,它主要是依靠輔助掛鉤和卡板雙重鎖止,這樣大大提高了汽車行駛的安全性。為保證機(jī)蓋鎖工作可靠,在設(shè)計(jì)分析過程中我們將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與現(xiàn)代分析工具相結(jié)合,大大地提高了設(shè)計(jì)效率。

1 機(jī)蓋鎖設(shè)計(jì)的基本要求

關(guān)于機(jī)蓋鎖的要求在GB 11568《汽車罩(蓋)鎖系統(tǒng)》有比較詳細(xì)的說明。我們結(jié)合車型特點(diǎn),認(rèn)為S08型機(jī)蓋鎖要滿足以下要求:(1)能可靠地保持鎖緊和打開;(2)必須有二次開啟功能,或在機(jī)蓋鎖上裝有第二個(gè)鎖止裝置;(3)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋從300mm均高自由落下,應(yīng)能鎖止;(4)解鎖時(shí),應(yīng)能上舉在鎖扣上轉(zhuǎn)換質(zhì)量4 kg;(5)耐振性;(6)耐久性;(7)橫向載荷達(dá)到5 kN時(shí),不發(fā)生失效; (8)結(jié)構(gòu)緊湊,并能在汽車機(jī)蓋內(nèi)正確安裝。

2 機(jī)蓋鎖幾個(gè)工作狀態(tài)

S08型機(jī)蓋鎖采用棘輪棘爪機(jī)構(gòu),應(yīng)用棘輪棘爪機(jī)構(gòu)單向傳動(dòng)的特性,實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的停止或制動(dòng)。按機(jī)蓋鎖鎖合和打開順序,機(jī)蓋鎖工作狀態(tài)包括打開狀態(tài)、開始嚙合(鎖緊)狀態(tài)、鎖緊狀態(tài)和開啟狀態(tài),如圖1所示。在圖1(a)中,發(fā)動(dòng)機(jī)蓋從300 mm均高自由落下,在此沖擊力作用下,棘輪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),推開棘爪(圖中未表示),并克服由棘輪復(fù)位彈簧產(chǎn)生阻力矩;在圖1(b)中,棘爪在回位彈簧的作用下,開始推向棘輪齒槽;在圖1(c)中,在棘輪與棘爪兩個(gè)復(fù)位彈簧的作用下,使棘輪和棘爪完全嚙合在一起,力F3′產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩必須使棘爪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì),否則棘爪有可能松脫;在圖1 (d)中,在拉線力F5′作用下,克服力F3′產(chǎn)生力矩、棘爪與棘輪面間的摩擦力(圖中未表示)矩以及棘爪回位彈簧的阻力矩,使棘爪和棘輪松開。

圖1 機(jī)蓋鎖幾個(gè)工作狀態(tài)Fig.1 Severalw o rking cond itions of au tom obile hood lock

3 機(jī)蓋鎖受力分析

鎖合過程,如圖1(a):

機(jī)蓋對(duì)棘輪的沖擊力F:

其中h為機(jī)蓋重心下落高度;L為機(jī)蓋的長(zhǎng)度;W為機(jī)蓋的重量;J為機(jī)蓋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;E為彈性模量。

根據(jù)能量守恒,可以近似認(rèn)為沖擊能量轉(zhuǎn)化為彈簧的勢(shì)能,即有:

其中k1為棘輪復(fù)位彈簧的倔強(qiáng)系數(shù);x為棘輪復(fù)位彈簧壓縮量。

解鎖過程,如圖1(d),有:

對(duì)于棘爪:

對(duì)于棘輪:

其中:f為棘爪與棘輪面間的摩擦力。

以上分析是初步選擇彈簧倔強(qiáng)系數(shù)、長(zhǎng)度、直徑、安裝位置等重要依據(jù)。

4 機(jī)蓋鎖的運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力分析

4.1 機(jī)蓋鎖運(yùn)動(dòng)分析

對(duì)機(jī)蓋鎖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,旨在判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否順暢,是否發(fā)生干涉。分析時(shí)若發(fā)現(xiàn)干涉或間隙過大等問題,可以及時(shí)修改模型,然后在進(jìn)行分析直至滿意為止,達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,降低產(chǎn)品開發(fā)成本的目的[3]。

機(jī)蓋鎖運(yùn)動(dòng)分析我們借助于UG的M o tion模塊,該模塊具有強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)仿真及分析功能,能形象模擬仿真機(jī)蓋鎖工作的全過程。運(yùn)動(dòng)模擬仿真的全過程大致可以分為以下幾個(gè)步驟:創(chuàng)建連桿、建立運(yùn)動(dòng)副、定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)、創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)模擬仿真四個(gè)步驟。最后,用在UG的M o tion模塊中提供的將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真轉(zhuǎn)化為可以播放的M PGE電影文件的功能,生成M PGE電影文件。S08機(jī)蓋鎖運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 機(jī)蓋鎖運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果(兩個(gè)瞬間)Fig.2 M otion analysis resu lts of au tom obile hood lock(tw om om en ts)

4.2 機(jī)蓋鎖應(yīng)力分析

對(duì)機(jī)蓋鎖進(jìn)行應(yīng)力分析,旨在檢查機(jī)蓋鎖在試驗(yàn)載荷的作用下,各零部件材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理等。分析時(shí)若發(fā)現(xiàn)存在應(yīng)力過大、應(yīng)力集中等問題,可以及時(shí)更改材料的型號(hào),材料的規(guī)格,以及提出改善零件性能的熱處理方案等,然后在進(jìn)行分析直至符合要求為止。

機(jī)蓋鎖應(yīng)力分析我們借助于UG中A dvanced Sim u lation模塊的高級(jí)仿真功能,對(duì)機(jī)蓋鎖在試驗(yàn)載荷(5 kN)下,各主要零部件進(jìn)行應(yīng)力分析。高級(jí)仿真分析主要包括選擇解算器、理想化部件幾何體、網(wǎng)格生成、材料與單元屬性定義、邊界條件定義、求解模型、結(jié)果分析等。為了便于對(duì)比分析,我們?cè)O(shè)定棘輪、棘爪和底板不同的厚度(見表1),并交叉組合,從各種組合分析結(jié)果,找出最合理組合形式。

圖3為棘輪和棘爪的板厚分別為4mm和3 mm,應(yīng)力分析結(jié)果。圖3表明,棘輪受5 kN向上的拉力作用時(shí),最大應(yīng)力為741M Pa,發(fā)生區(qū)域在棘輪卡口處。

Tab.1 D ifferen t com pound ing of the ratchet w heel,the palletand the p late表1 棘輪、棘爪和底板不同的厚度組合

圖3 機(jī)蓋鎖應(yīng)力分析結(jié)果之一Fig.3 A stress analysis resu ltof au tom obile hood lock

5 結(jié) 語

通過以上分析,在進(jìn)行機(jī)蓋鎖設(shè)計(jì)時(shí),若能借助于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和UG中M o tion和A dvanced Sim u lation模塊的強(qiáng)大仿真和分析功能,可以大大提高設(shè)計(jì)效率,降低設(shè)計(jì)成本。

[1] 趙 波.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖設(shè)計(jì)[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,22(12):323-326.

[2] 唐遠(yuǎn)志.發(fā)動(dòng)機(jī)罩下落沖擊力與散熱器架受力分析[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2004(6):14-15.

[3] 趙 波.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖虛擬樣機(jī)建立與分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2005(10):19-20.

[4] 胡小康.UG NX 4運(yùn)動(dòng)分析培訓(xùn)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[5] 洪如瑾.UG NX 4高級(jí)仿真培訓(xùn)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

Resea rch and Ana lysis o f S08 Au tom ob ile Hood Lock

PAN Yu-shan1,SHENW ei-jun2
(1.Jing jiang teaching po in t,Jiangsu Jo in tV ocational&Technical Co llege,Jing jiang 214500,China;
2.D evelopm en tD epartm en t,Jiangsu Haoyue A u to L ock Co.,L td.,Jing jiang 214500,China)

A u tom obile hood lock is a car hood attachm en t,an independen t func tional com ponen ts.In the design and analysis p rocess,the trad itional design ideas com b ined w ithm odern analy tical too lsw ill help im p rove the design efficiency,sho rten design cyc les,reduce design costs.

au tom obile hood lock;design;analysis

U 46

A

1671-7880(2010)01-0025-03

2009-12-07

潘玉山(1967— ),男,江蘇高郵人,高級(jí)講師,從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造研究。