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后背门气弹簧设计探析

作者:真人百家乐  来源:ag8真人  时间:2020-10-14 23:16  点击:

  设 汁研 究 汽 乍 川 披 术 A U T ()MO B I I E A P P L 【 E D T E C HN0 I O GY 20 I 3 q- ~第1 1期 2 O l 3 N 0 .1 l 后背门气弹簧设计探析 周利 民 ,班正逸 ,刘 少峰 ( 安徽江淮汽车股份有限公司,安徽 合肥 230601) 摘 要 :本文首先论述了压缩式气弹簧的结构以及工作原理 。以后背门气弹簧布置为例 ,详细阐 述 了气弹簧 的布置型式;安装点的位置和最大开启角度的确定;有效行程和最小支撑力的计算。 关键词 :气弹簧;布置 ;设计计算 中图分类号 :U463. 834文献标识码 :A文章编号 :1 671 7988(201 3)1 1 70 06 T h e D esign and R esear ch of T ail D oor G as Sp r ing Z hou L imi n, B an Z h engy i, L iu Sh aofeng (A nhui J ianghuai Automobile CO. , LTD, A nhui Hefei 23060 1) A bstr act : T h is pap er f irst discusses the struc ture an d the working princ ip le of gas sprin g.Tak ing the arrangement of tail door gas spring as exam ple and expoun ds th e gas springS ar r angement ty pe in v eh ic le. I t c onf i rm ed the in stallation loc ation an d the m axim al un lock an gle. K ey w or d s: G as Sp rin g ;A rr an gem ent ; D esign an d C alcu lation C L C NO. : U463. 834 D ocument C ode: A A rticle ID : 1671 7988(2013)11 70 06 引言 随着人们对汽车使用性能 以及车身造型流 畅美 观动感的要求 日益提高,现代车身技术也随之迅猛 发展。为此,后背 门、发动机舱盖 的开启机构不仅 要符合车身整体造型的需要 ,同时需兼顾安全 、方 便、使用可靠,气弹簧可以很好地满足这些要求 。 气弹簧具有容易布置 、可靠性高、安装结构简单等 优点,因而广泛运用在汽车、家具、医疗设备等行 业 。本文将介绍压缩式气弹簧 ( 以下简称气弹簧 ) 在汽车后背 门上 的相关布置设计。 1、气弹簧的结构及工作原理 1. 1 气弹簧的定义 气弹簧是指由一个密 闭缸筒和可以在缸简 内滑 作者简介:周利民,就职于安徽江淮汽车股份有限公司。 动 的活塞组件及活塞杆组成的以压缩气体为贮能介 质 的机构。 1. 2 气弹簧的结构 气弹簧一般 由接头 、活塞杆、导 向件、活塞系 统、缸筒等组成 ,如图 1 所示 。气弹簧按照结构形 式可分为不可变阻尼结构和变阻尼结构。前者气弹 簧的活塞上有孔,气体在活塞孔中流通 ,液压油主 要起 阻尼和润滑作用。后者是在气弹簧 的活塞筒上 开一道凸起 的槽 ,活塞上无孔,油液较不可变阻尼 结构少,主要对活塞起润滑作用 。 杆端接头 活塞杆 油 高压气体 活塞系统管端接头 图 1气弹簧组成简图 71 汽车实用技术 2013 年第 11期 1. 3 工作原理 在密 闭的活塞 筒 内充入高压气 体 ( 一般为氮 气 ) ,两边气体压强作用在活塞面,由于两边压强的 不同以及有杆腔和无杆腔的截面积差,形成活塞杆 的输 出推力。在后背 门开启到一定角度后,气弹簧 的输 出力矩大于重力矩 ,可有效将后背 门撑起,以 方便乘客的行李搬运 ,同时保证乘员安全 。 气弹簧的活塞筒中注入了少量的液压油,油液 起润滑和阻尼作用 。气弹簧运行到行程末端 ,通过 阻尼油或气压阻减速,避免车 门冲击造成铰链等部 件承受过载力 。 气弹簧的力学特性 曲线能够较好的反应气弹簧 在伸展和压缩过程中力随行程 的变化, 如 图2 所示, 其中F l 为活塞杆伸展到距离其最大行程 L 时输 出力 值,F2 为活塞杆开始伸展行程 L 时输出力值,F 3 为活塞杆压缩行程 L 时输出力的值 , F4 为活塞杆压 缩距最大行程 L 时输出力的值 (L 的值与行程有关, 当行程小于等于 80mm 时,L=5mm;当行程大于 80mm 时 ,L = I Omm) 。 弹力 压缩 夕 , F 3 /。 一 F 2 伸展 L L L min . ● 行程 图2气弹簧力学特性图 活 塞 杆 运 动 图 3挺举式布置形式简图 ◆ ● 图4挺举式结构气弹簧的运动示意图 翻转式布置指 的是气弹簧 的上 安装点在车 身 上,下安装点在车门上,如图 5 所示,车 门在开启 过程中, 活塞杆 由活塞筒的下方翻至活塞筒的上方, 如图 6 所示。采用此种布置形式,在后背门开启过 程中气弹簧位置会上下颠倒,油液流至活塞筒中间 部位 ,导致运行速度减慢 。在行程末端 ,油液从有 杆腔流至无杆腔 ,气弹簧运行速度会瞬间上升 ,导 致车 门完全开启时有较大的抖动,且影响铰链安装 ⋯ 处的钣金强度。 2、气弹簧的布置 2. 1 气弹簧的布置形式 气弹簧在后背门上的布置形式一般有挺举式和 翻转式两种。 挺举式指气弹簧 的上安装点在车门上 , 下安装点在车身上 ,如图 3 所示;车门在开闭过程 中活塞杆始终在活塞筒的下方,如图 4 所示。此种 布置形式的优点就是在气弹簧运行过程中其油液能 够较好的起到阻尼作用 ,且车门闭合时对铰链 的冲 击力较小。 图5翻转式布置形式简 73 汽车实用技术 2013 年第 11期 图 9气弹簧运动示意图 设 AB=A C=c,在 AA CB 中,由余弦定理可得: = 7 / 一arccos a / 2c (1) 设 BC=a,x 为弹簧有效行程,n 为弹簧两端头 结构占用长度之和 , BD=x+n, 则 CD=2x+n, 在 ABDC 中利用余弦定理得 出: (2x+n) =( +, z) +口 一 2x ax(x+n)xcosf l r21 上式中:D、a 已知,n 值一般根据气弹簧结构 不同取值范围在 90mm~ 120mm 之间。 代入各数据, 求 出一元二次方程的有用根就是我们所求的气弹簧 的有效行程。 由图 7 知,x+n 就是初始状态上安装点至下安 装点的距离。在门框上找到此点位置,即 D 点,并 对型面做适当调整 。 铰链转轴中心、上安装点和下安装点位于一条 直线上 时,气弹簧的力臂为零,对后背门转动不做 贡献。此位置称作气弹簧工作死点。实际操作时,B 点应该修正到 A 、D 连线mm 的位置, 以便 B 点在后背门完全闭合之前成为气弹簧死点位 置,从而提高后背 门闭合的安全性 。 3、气弹簧设计计算 3. 1 用数学模型计算气弹簧的最小支撑力 气弹簧的力学模型图如图 l0 所示, 气弹簧所需 最小伸展力 F 1的确定,可按下式 计算: G lk , 1 = bn 式(3)中,F 1为气弹簧最d,~o o展力,G 为车门重 力, L 为车 门重心到铰链中心的距离 , b 为起弹簧伸 . 展时秆臂的有效力臂, n 为气弹簧数量,通常取 2, k 为安全系数,一般取 1. 1。 图 10气 弹簧的力学模型 图 3。 2 后背门操作力的计算 后背门关闭时,在把手处施加某力,确保车门 打开通过平衡点,此在把手处的操作力为后背 门开 启力;后背门开启时,在把手处施加某力 ,确保车 门关闭通过平衡点,此在把手处的操作力为后背门 关闭力。 图 11后背门受力图 后备门受力如 图 11 所示,图中,F 1 为后背门 开启力,F2 为后背门关 闭力,G 为后背门的重量, L 为把手到铰链轴线的距离,M 为重心到铰链轴线 的距离,R 为下安装点到铰链轴线的距离,为后 背门未过平衡点开启的某一角度,L3 为后备门开启 C O角度时, o 为后背门开启 角度时与气弹簧的夹

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