鄭 海

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

轎車車門安裝件的力學(xué)性能分析

鄭 海

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

國內(nèi)在轎車車門的設(shè)計過程中出現(xiàn)很多問題，尤其是車門鉸鏈、車門安裝點等安裝件的性能，大大影響了車門的機械性能、聲品質(zhì)。分析車門安裝件的性能、提高其力學(xué)性能是主機廠十分關(guān)注的問題。本文闡述了車門安裝件的結(jié)構(gòu)及其性能要求，然后應(yīng)用計算機輔助分析對車門鉸鏈、車門安裝點進行了力學(xué)分析。本文的研究方法對于車門安裝件的力學(xué)分析有參考作用。

轎車；車門安裝件；車門鉸鏈；動剛度；性能分析

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

引言

轎車車門是車身四門兩蓋中最重要的部件，對于乘員的舒適性影響最大。轎車車門應(yīng)該具有足夠的強度和剛度、良好的密封性能。足夠的車門剛度可以防止車門下沉，防止開閉困難[1]。

車門鉸鏈、車門安裝點等安裝件對于實現(xiàn)車門的優(yōu)良性能影響很大，本文主要對其結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能進行分析。

1、轎車車門安裝件結(jié)構(gòu)介紹

轎車車門安裝件一般包括車門上下鉸鏈、鉸鏈加強件、車門鉸鏈加強板、A柱外板及加強板、車門限位器等部件。這些件的強度、剛度以及之間的匹配，對車門的使用性能影響很大。包括車門下沉、加強板損壞等。

2、車門鉸鏈強度分析

車門鉸鏈是車門的重要部件。車門關(guān)閉時承力件為門鎖和鉸鏈，車門打開時載荷完全由鉸鏈承受。鉸鏈之間的中心距影響車門的剛度和下沉，故車門鉸鏈的軸線及其中心距是重要的設(shè)計硬點。鉸鏈軸線一般設(shè)計有內(nèi)傾角和后傾角。內(nèi)傾角一般為0～3°。后傾角一般為0～2°。因為車門在關(guān)閉過程中可以依靠車門重力提供一定的關(guān)門力，后傾設(shè)計主要還考慮到車門在打開過程中避讓車門附近地面的障礙物[2]。

2.1 車門鉸鏈的力學(xué)建模

本次研究的鉸鏈材料為SAPH400熱軋鋼，其屈服強度≥225MPa，拉伸強度≥400MPa，通過沖壓工藝制成。國家標準對車門鉸鏈有如下性能要求:1、每個門鉸鏈系統(tǒng)應(yīng)能承受11110N的縱向負荷，不得脫開。2、每個門鉸鏈系統(tǒng)應(yīng)能承受8890N的橫向負荷，不得脫開[3]。按照標準所定的試驗步驟，分為兩個工況，進行有限元分析。

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

工況二:在鉸鏈與車身的連接孔處，約束所有方向的自由度；鉸鏈與車門連接孔處，約束13456自由度，施加-y向8890N的力，作用點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 鉸鏈強度與塑性應(yīng)變分析

經(jīng)過計算，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%，滿足設(shè)計要求。

3、車門鉸鏈安裝點動剛度分析

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]。

前門鉸鏈安裝孔是前門與車身連接的重要部位，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]。分析以前門鉸鏈安裝孔為分析對象，利用有限元法進行剛度分析。

3.1 車門鉸鏈安裝點力學(xué)等效與建模

截取A柱、門檻梁、車門立柱、前地板、擋風玻璃上橫梁等部件，將其CATIA數(shù)模導(dǎo)入Hypermesh軟件，進行幾何清理、網(wǎng)格劃分、模型裝配，建立車門安裝點的有限元模型。約束這些車身截面的所有自由度?？紤]三種工況，分別為在前門鉸鏈安裝點單獨施加X向1000N的載荷、Y向1000N的載荷、Z 向1000N的載荷。

3.2 計算結(jié)果分析

經(jīng)過計算，得到安裝點的剛度值如下表所示。

表1 各工況剛度值

分析結(jié)果表明，安裝點的力學(xué)性能在理論上滿足要求。因為是模擬實際工況，不能完全反映實際工況，不能確保完全準確。是否滿足實際要求還需通過進一步的試驗驗證[6]。

4、結(jié)論

論述了車門安裝件的結(jié)構(gòu)及性能要求，車門安裝件是車門結(jié)構(gòu)中的重要部件，其力學(xué)性能對于車門的使用影響很大。本文使用CAE方法建立了鉸鏈、車門安裝件的力學(xué)模型，分別對其強度、動剛度進行分析。研究方法希望能對車門安裝件的設(shè)計有參考作用。

[1] 黃金陵.汽車車身設(shè)計[M]．機械工業(yè)出版社.2012.

[2] 原井天.汽車車門設(shè)計流程及方法[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2013,(3):12-16.

[3] GB 15086-1994,汽車門鎖及門鉸鏈的性能要求和試驗方法[S].

[4] 烏春霞. 汽車車門剛度的仿真分析與試驗研究[D]．吉林大學(xué)碩士論文，2007.

[5] 何若天.輕型汽車車門鉸鏈結(jié)構(gòu)和維修[J].汽車技術(shù),1990,(8): 51-54 .

[6] 陳效華,于鵬曉,王良模.汽車門鉸鏈動靜強度試驗系統(tǒng)[J].汽車工藝與材料,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)院青年汽車學(xué)院，研究方向為汽車設(shè)計及CAE分析、制造工藝。