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        副儀表板杯托固定結(jié)構(gòu)及固定方案研究

        2018-06-12 08:58:16徐雄高威叢藝家湯小生
        時(shí)代汽車(chē) 2018年9期
        關(guān)鍵詞:飲料瓶齒條水杯

        徐雄 高威 叢藝家 湯小生

        吉利汽車(chē)研究院(寧波)有限公司 浙江省寧波市 315336

        1 引言

        近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,中國(guó)逐步進(jìn)入小康社會(huì),人們的生活水平得到顯著提升,同時(shí)也帶來(lái)了生活品質(zhì)的提升,人們的購(gòu)買(mǎi)力越來(lái)越強(qiáng),汽車(chē)正已前所未有的步伐邁進(jìn)普通百姓的家庭。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知,中國(guó)汽車(chē)民用汽車(chē)擁有量已從2007年的4358.36萬(wàn)輛增長(zhǎng)到2016年的18574.51萬(wàn)輛,10年期間民用汽車(chē)擁有量增加率達(dá)到了326%。

        汽車(chē)已經(jīng)成為人們出行的一種重要交通工具,而人們也已經(jīng)對(duì)汽車(chē)使用的舒適性提出了更高的要求。汽車(chē)副儀表板杯托是汽車(chē)內(nèi)飾一個(gè)重要的功能件,用戶(hù)在駕駛車(chē)輛過(guò)程中,需要一個(gè)能夠存放水杯或飲料瓶的地方,市場(chǎng)上大多數(shù)杯托已經(jīng)能夠滿(mǎn)足存放功能,即杯托尺寸滿(mǎn)足常用水杯的尺寸要求,但對(duì)于不同尺寸水杯存放的穩(wěn)定性的研究還在探索和進(jìn)步。目前已有部分汽車(chē)意識(shí)到穩(wěn)定性對(duì)顧客使用舒適性的重要性,并研究各種結(jié)構(gòu)來(lái)提高其穩(wěn)定性,本文旨在解決不同尺寸水杯存放穩(wěn)定性,提出并分析一種有效的解決方案。

        2 杯托定義和分類(lèi)

        2.1 杯托定義

        杯托是用來(lái)滿(mǎn)足存放水杯或飲料瓶等飲品的一種儲(chǔ)物空間結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱(chēng)。

        2.2 杯托分類(lèi)

        (1)按照杯托的存放數(shù)量可以分為單杯托、雙杯托和多杯托。

        (a)單杯托是指只能放置一個(gè)水杯的杯托結(jié)構(gòu),如圖1所示;

        (b)雙杯托是指可以同時(shí)放置兩個(gè)水杯的杯托結(jié)構(gòu),如圖2所示;

        (c)三杯托是指可以同時(shí)放置多于兩個(gè)水杯的杯托結(jié)構(gòu),如圖3所示。

        (2)按照杯托固定水杯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為無(wú)夾持杯托和夾持杯托。

        a)無(wú)夾持杯托是指杯托只有放置水杯的空間結(jié)構(gòu),沒(méi)有夾持固定的結(jié)構(gòu),如圖4所示;

        b)夾持杯托則是杯托側(cè)面設(shè)計(jì)有夾持結(jié)構(gòu)的杯托,如圖5所示。

        圖2 雙杯托示圖

        圖4 無(wú)夾持杯托示圖

        圖5 夾持杯托示圖

        3 杯托結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

        根據(jù)以上分類(lèi),杯托結(jié)構(gòu)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,已經(jīng)能夠滿(mǎn)足人們對(duì)杯托基本功能需求,能夠存放不同尺寸的水杯,杯托的結(jié)構(gòu)也以圓形為主。然而,隨著人們對(duì)車(chē)內(nèi)空間有效運(yùn)用最大化的需求,圓形的夾持杯托已經(jīng)存在對(duì)車(chē)內(nèi)空間的浪費(fèi)。因夾持杯托的夾持結(jié)構(gòu)存在,將杯托中放置小水杯的時(shí),夾持結(jié)構(gòu)將會(huì)收縮而夾緊水杯,夾持結(jié)構(gòu)會(huì)占用為大水杯而預(yù)留的空間,降低空間利用率。

        4 杯托優(yōu)化方案

        為了解決車(chē)內(nèi)空間利用率問(wèn)題,福特汽車(chē)、吉利汽車(chē)等公司已經(jīng)研究并量產(chǎn),運(yùn)用可調(diào)節(jié)非圓型結(jié)構(gòu)杯托,在實(shí)現(xiàn)存放不同尺寸的水杯或飲料瓶的同時(shí),也可以提升了空間利用率,并能滿(mǎn)足非圓型結(jié)構(gòu)的存放和固定,如圖6所示。

        吉利汽車(chē)在研發(fā)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)汽車(chē)在顛簸路面進(jìn)行路面試驗(yàn)過(guò)程中,杯托內(nèi)的水杯會(huì)因車(chē)身左右方向的嚴(yán)重晃動(dòng)而導(dǎo)致傾斜甚至脫出,存在固定穩(wěn)定性不可靠的問(wèn)題。為解決此問(wèn)題,我們對(duì)此杯托結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步分析研究,以達(dá)到顧客對(duì)車(chē)輛杯托結(jié)構(gòu)使用功能的穩(wěn)定性的意愿。

        杯托的固定主要是通過(guò)杯托側(cè)壁和限位擋桿對(duì)水杯進(jìn)行四周夾持固定,但由于杯托中部的限位擋桿在水杯晃動(dòng)過(guò)程中受到撞擊,如杯托擋桿鎖止力不足,將使擋桿解鎖滑動(dòng),最終導(dǎo)致水杯傾斜甚至脫出。

        杯托擋桿固定結(jié)構(gòu)是通過(guò)導(dǎo)軌齒條進(jìn)行嚙合限位,其工作原理是,杯托調(diào)節(jié)擋桿在調(diào)節(jié)時(shí),下壓擋桿,使擋桿上的齒條與導(dǎo)桿上的齒條分離,再根據(jù)水杯或飲料瓶尺寸的大于進(jìn)行左右滑動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)擋桿滑到適當(dāng)?shù)墓潭ㄎ恢脮r(shí),松開(kāi)手指,擋桿與導(dǎo)桿的齒條相互嚙合鎖止,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸的水杯或飲料瓶的夾持固定功能。工作原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

        圖6 非圓型結(jié)構(gòu)杯托示圖

        5 方案分析

        當(dāng)汽車(chē)在顛簸路面上出現(xiàn)左右晃動(dòng)時(shí),杯托擋桿將受到水杯左右方向的撞擊力,設(shè)定撞擊力為Y向作用力Fy,杯托擋桿下壓解鎖力定義為F0,杯托擋杯的鎖止力定義為FL,齒條嚙合面與XY平面夾角為α.

        當(dāng)FL≥F0時(shí),杯托擋桿鎖止,水杯固定不動(dòng),不會(huì)出現(xiàn)傾斜或脫出風(fēng)險(xiǎn).

        當(dāng)FL<F0時(shí),杯托擋桿將解鎖,水杯出現(xiàn)傾斜或脫出風(fēng)險(xiǎn)。

        分解Fy得到垂直于受力面的分力

        Fyw=Fy·sinα

        圖7 杯托擋桿工作原理結(jié)構(gòu)示意圖

        即Fy通過(guò)擋桿傳遞到導(dǎo)軌的作用力為Fyw,如圖8所示。

        圖8 Fyw作用力分解示圖

        根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律可得:導(dǎo)軌對(duì)擋桿的反作用力為

        Fyw’=Fyw

        擋桿的解鎖力

        圖9 Fyw’作用力分解示圖

        則:

        f(α)為一個(gè)周期為π的周期函數(shù),根據(jù)杯托擋桿的工作原因,齒條嚙合面與XY平面夾角為α[0,π/2],且f(α)函數(shù)在[0,π/4]區(qū)間內(nèi)是減函數(shù),在[π/4,π/2]區(qū)間內(nèi)為增函數(shù)。

        當(dāng)α=π/4時(shí),f(α)值最小,

        根據(jù)杯托擋桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),當(dāng)α角度越大,杯托擋桿的V型齒與導(dǎo)軌的導(dǎo)向性能越強(qiáng),當(dāng)α為0時(shí),擋桿與導(dǎo)軌無(wú)導(dǎo)向功能,當(dāng)α為90°時(shí),擋桿與導(dǎo)軌形成垂直嚙合,導(dǎo)向性最好。

        因杯托擋桿將受到水杯左右方向的撞擊力Fy受到水杯自身重量和地面顛簸情況的影響,水杯自身重量越重和地面越顛簸,F(xiàn)y越大,f(α)越小,水杯傾斜或脫出風(fēng)險(xiǎn)越大。在保證鎖止力FL不變的情況下,增加夾角α,能夠提升杯托擋桿的固定可靠性能,降低水杯出現(xiàn)傾斜或脫出風(fēng)險(xiǎn)。

        6 結(jié)論

        通過(guò)優(yōu)化齒條嚙合面與XY平面夾角α的角度,可以提升杯托擋桿鎖止能力,提升杯托擋桿固定水杯的可靠性。根據(jù)擋桿上的齒條與導(dǎo)桿上的齒條結(jié)構(gòu)特點(diǎn),夾角α定義為70°-75°時(shí),即可滿(mǎn)足齒條之間的導(dǎo)向性能,保證杯托擋桿的操作平順性和可靠性,同時(shí)也提升杯托擋桿的固定可靠性。

        7 結(jié)語(yǔ)

        本文提出了一種擋桿式可調(diào)節(jié)杯托固定穩(wěn)定性的解決方案,建立了結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算方法,具有客觀性和直觀性,在解決不同尺寸水杯和飲料瓶固定功能的同時(shí),保證水杯和飲料瓶在顛簸路面等不平整路況下行駛中不會(huì)晃動(dòng)或傾倒,加強(qiáng)了杯托結(jié)構(gòu)使用功能的可靠性和穩(wěn)定性,提高顧客對(duì)儲(chǔ)物功能的滿(mǎn)意度,提升汽車(chē)品質(zhì)。

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