侧门系统受力分析计算

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,文件未经许可谢绝转载,侧门系统受力分析计算,丁光学,2012-11-20,qq,：,1272806808,有疑问或异议，欢迎来信交流,侧门系统初期设计计算主要内容,侧门系统外,CAS,确定后，最先确定的是上铰链中心、下铰链中心、锁啮合点，这三个点是确定门的位置和最基本的闭合特性，尤其是两个上、下铰链中心点的确定至关重要！,通常情况下对门的闭合性要求都比较严格，这里有法规有求；人机工程要求；机械动力学要求；美观要求、声音品质要求等等。,本文主要是通过合理计算来满足侧门最基本的闭合特性的要求，其中重点涉及人机工程和机械动力学要求。,侧车门在实际使用中，需要满足：,a,、在,X,向,20%,坡上驻车，侧门限位器能在任意档位上保证侧门不会自行关闭；,b,、在,Y,向两侧轮心相对偏离,150mm,侧坡上驻车，侧门限位器能在任意档位上保证侧门不会自行关闭；,c,、在,X,向,20%,坡加在,Y,向两侧轮心相对偏离,150mm,侧坡上驻车，侧门限位器能在任意档位上保证侧门不会自行关闭；,d,、在水平情况下：,侧门从全开启二档（,702,）限位器过档力为,355N,；,侧门从二档一档（,492,）限位器过档力为,305N,；,侧门从一档关闭（,322,）限位器过档力为,255N,；,满足以上各项要求，才基本满足侧门开闭过程的力学要求；本文将介绍几种侧门系统设计过程的力学计算和计算改善，这对闭合件设计部从事侧门系统设计的工程师将有很大帮助。,侧车系统主要机构和关键点的分布,前后门在水平情况下受力分析,侧车系统主要机构和关键点的分布,前后门在水平情况下受力分析,AutoCAD 2D,文件,CATIA,3D,文件,在,X,向,20%,坡上驻车，能在任意档位上保证不会自行关闭；,前后门在,20%,坡度情况下受力分析,在,X,向,20%,坡上驻车，能在任意档位上保证不会自行关闭；,前后门在,20%,坡度情况下受力分析,AutoCAD 2D,文件,CATIA,3D,文件,在,Y,向两侧轮心相对偏离,150mm,侧坡上驻车，能在任意档位上保证不会自行关闭；,前后门在左右轮心高度差,150mm,侧坡情况下受力分析图,在,Y,向两侧轮心相对偏离,150mm,侧坡上驻车，能在任意档位上保证不会自行关闭；,前后门在左右轮心高度差,150mm,侧坡情况下受力分析图,AutoCAD 2D,文件,CATIA,3D,文件,在,X,向,20%,坡加在,Y,向两侧轮心相对偏离,150mm,侧坡上驻车，能在任意档位上保证不会自行关闭；,前后门在左右轮心高度差,150mm,侧坡和,20%,坡混合情况下受力分析图,在,X,向,20%,坡加在,Y,向两侧轮心相对偏离,150mm,侧坡上驻车，能在任意档位上保证不会自行关闭；,前后门在左右轮心高度差,150mm,侧坡和,20%,坡混合情况下受力分析图,AutoCAD 2D,文件,CATIA,3D,文件,第一种计算方式,角度定义：,定义内倾角为正值；外倾角为负值；,定义后倾角为正值；前倾角为负值；,铰链轴后倾角,；铰链轴内倾角,。如右图,CAB=,10.54612525,DAB=2.40563743,EAB=,10.27998149,计算,与,、,之间的关系：,Sin,2,=,（,tg,2,+tg,2,）,/,（,1+tg,2,+ tg,2,）,单元格计算过程：,=DEGREES(ASIN(SQRT(TAN(RADIANS(B30+B31)*TAN(RADIANS(B30+B31)+TAN(RADIANS(B33+B32)*TAN(RADIANS(B33+B32)/(1+TAN(RADIANS(B30+B31)*TAN(RADIANS(B30+B31)+TAN(RADIANS(B33+B32)*TAN(RADIANS(B33+B32),验证后表明计算值与实测值有较小偏差，该公式准确度有疑问！,CAB=10.54612525 ,DAB= =2.40563743 ,EAB= =10.27998149 ,第二种计算方式,角度定义：,定义内倾角为正值；外倾角为负值；,定义后倾角为正值；前倾角为负值；,铰链轴后倾角,；铰链轴内倾角,。如右图,CAB=,10.54612525,DAB=2.40563743,EAB=,10.27998149,计算,与,、,之间的关系：,单元格计算过程：,=DEGREES(ACOS(COS(RADIANS(C1+C2)*COS(RADIANS(C4+C3),验证后表明计算值与实测值无偏差，该公式准确度较高！,con,=,con,*,con,上图的作图方法：,连接上铰链中心（,706.2,，,-866.0,，,381.5,）和下铰链中心：（,582.7,，,-881.8,，,22.0,）构成铰链轴。,过下铰链中心：（,582.7,，,-881.8,，,22.0,）点作,Z,轴。,过前侧门质量中心：（,1227.7,，,-833.3,，,78.0,）作铰链轴法线平面，该平面交铰链轴于质量中心与铰链轴的垂足：（,668.5,，,-870.8,，,271.9,）,以铰链轴法线平面作草图，以质量中心与铰链轴的垂足： （,668.5,，,-870.8,，,271.9,）圆心，作圆,O,，半径是前侧门质量中心： （,1227.7,，,-833.3,，,78.0,）和质量中心与铰链轴的垂足： （,668.5,，,-870.8,，,271.9,）的连线。,作,Z,轴和铰链轴所在平面。该平面交作圆,O,与,A,点。过,A,点做铰链轴垂线，垂足为,H,。过,A,点做,Z,轴法平面，作圆,O,在该法平面的投影椭圆。,围绕铰链轴旋转,AH,，旋转角度,，新交点,B,，连接,OB,，过,B,点作圆切线与过,A,点作圆切线交与,C,，连接,OC,，过,B,点做平行于,Z,轴的直线,BD,交投影椭圆与,E,。连接,EC,。,过,D,作,BC,法面交,BC,与,G,连接,BG,和,GD,。,参数设置和计算：,设,OAH=,，,=19.11176307 ,（即,Z,轴和铰链轴夹角）,设,BOA= ,，门啮合点处，质量中心在,I,点， ,IOA=,3.21873650,实际开启角度,BOI= BOA- IOA= -,3.21873650,。,设,BCE= X,，可以证明： ,BOC= AOC= /2,； ,BDG= BCE= X(,证明略,),设,OA=OB=R=593.00738241mm,。,OF=,Rcon,；,AF=R-,Rcon,；,FJ= BE=,AFsin,=,（,R-,Rcon,）,sin,；,BE=,BCsinX,；,BC=,Rtg,/2,BE=,RsinX,tg,/2 =,（,R-,Rcon,）,sin,sinX,tg,/2 =,（,1-con,）,sin,sinX,tg,/2 =,（,1-(1-,tg,/2 *,tg,/2 )/ (1+,tg,/2 *,tg,/2 ),）,sin,sin,=2,sin,tg,/2 /,（,1+,tg,/2 *,tg,/2,）,结论：,SinX,=,sin,*,sin,第二种计算方式下公式推算,Z,轴与铰链轴夹角,：,开启位置偏离平衡点角度：,门重力分量角度：,X,门重力分量,门重力,平衡点,X,和,、,之间的关系：,SinX,=,sin,*,sin,第二种计算方式下公式推算,第三种计算方式下公式推算,此计算过程比较复杂！需要仔细推敲！但利用,excel,将更简单！,三种计算方式的准确度比较,通过比较可知：,1,、计算方式一：是一个近似值计算公式，它的整体偏差率在,3.5%,左右。不提倡采用该公式。,2,、计算方式二：也是一个近似值计算公式，它的整体偏差率在,0.7%,左右，但是在,X,轴和,Y,轴分别只旋转一次时，其准确值为,100%,。在偏移角度为几度的小偏角时可以近似计算，但大角度偏移角度不提倡采用该公式。,3,、计算方式三：是一准精确计算方式，其精度可以达到,100%,。,4,、通过比较我们在设计阶段为了提高设计精度，建议采用第三种计算方式，以确保设计阶段的计算中是绝对可靠！,第三种计算方式下公式推算,X,轴,Y,轴,起始点,起始点沿,Y,轴旋转,+10,度。,再沿,X,轴旋转,+15,度。,再沿,Y,轴旋转,+20,度。,再沿,X,轴旋转,+15,度。,实际运用,利用计算公式二对,CII,左右前门系统进行受力分析和计算；（由于初步设计阶段还没有准确的数据和质量参照，故采用较为简单的计算方式，到后期的计算采用较精密的计算方式，其他同事在进行同类计算时不妨直接采用精密计算进行尝试！）,确定左前门上、下铰链轴心（本文不再细述确定方式）,确定左后门上、下铰链轴心（本文不再细述确定方式）,确定左前门锁啮合点（本文不再细述确定方式）,确定左后门锁啮合点（本文不再细述确定方式）,确定左前门限位器安装位置（本文不再细述确定方式）,确定左后门限位器安装位置（本文不再细述确定方式）,确定左前门质量中心，在设计初期什么数据都不完全具备的情况下，质量中心自然不能准确确定，,CII,左前门的设计结构和配置参考了索纳塔,8,的前门结构，故前门质量和质量中心也同时参考了索纳塔,8,，但毕竟有差距，所以我们在设置,CII,左前门质量中心时附加一个较大公差带。便于后期精确计算式验证当初设置的准确性。,确定左后门质量中心（同左前门质量中心的确定）。,实际运用,按受力分析内容制作受力模型或视图！（见上页各种状态下受力分析图）,受力分析的目的是计算出侧门在开启过程中，各状态下自闭门力的大小随开启角度的关系。从而进一步计算出各状态下门自闭合力矩的大小随开启角度的关系；,列出水平状态下自闭合力矩的大小随开启角度变化关系的值（曲线）；,列出,20%,驻坡状态下自闭合力矩的大小随开启角度变化关系的值（曲线）；,列出,150mm,侧坡状态下自闭合力矩的大小随开启角度变化关系的值（曲线）；,列出,20%,驻坡和,150mm,侧坡状态下自闭合力矩的大小随开启角度变化关系的值（曲线）；,运用,excel,各函数的计算，分别从上述四种状态下提取在,30,34,、,47,51,、,68,72,三个区间侧门自闭合力矩最大值作为各自最大过档力矩。,采用,excel,对各函数的计算还可以通过调整水平状态下的前后倾角内外倾角的值来调整自闭合力矩的大小。使设计计算更快捷、更精确、更科学！,左右轮心,150mm,高度差下的侧坡情况下受力计算,前门,后门,=DEGREES(ACOS(COS(RADIANS(C1+C2)*COS(RADIANS(C4+C3) (,利用,con,=,con,*,con,公式计算,),=D10*D11,(,利用,SinX,=,sin,*,sin,公式计算,),=C12*C13,(,利用,SinX,*,（,前门总重,）,公式计算,),=-(C14*C15+C17),(,利用,(,前门侧坡自闭力,)*,（,前门总重,）,-(,铰链力矩,),公式计算,),前后门侧坡（,150mm,）受力分析,20%,驻坡情况下受力计算,前门,后门,=DEGREES(ACOS(COS(RADIANS(C1+C2)*COS(RADIANS(C4+C3) (,利用,con,=,con,*,con,公式计算,),=D10*D11,(,利用,SinX,=,sin,*,sin,公式计算,),=C12*C13,(,利用,SinX,*,（,前门总重,）,公式计算,),=-(C14*C15+C17),(,利用,(,前门侧坡自闭力,)*,（,前门总重,）,-(,铰链力矩,),公式计算,),前后门,20,上坡受力分析,左右轮心,150mm,高度差下的侧坡加,20%,驻坡情况下受力计算,前门,后门,=DEGREES(ACOS(COS(RADIANS(C1+C2)*COS(RADIANS(C4+C3) (,利用,con,=,con,*,con,公式计算,),=D10*D11,(,利用,SinX,=,sin,*,sin,公式计算,),=C12*C13,(,利用,SinX,*,（,前门总重,）,公式计算,),=-(C14*C15+C17),(,利用,(,前门侧坡自闭力,)*,（,前门总重,）,-(,铰链力矩,),公式计算,),前后门侧坡（,150mm,）加,20,上坡受力分析,水平情况下受力计算,前门,后门,=DEGREES(ACOS(COS(RADIANS(C1+C2)*COS(RADIANS(C4+C3) (,利用,con,=,con,*,con,公式计算,),=D10*D11,(,利用,SinX,=,sin,*,sin,公式计算,),=C12*C13,(,利用,SinX,*,（,前门总重,）,公式计算,),=-(C14*C15+C17),(,利用,(,前门侧坡自闭力,)*,（,前门总重,）,-(,铰链力矩,),公式计算,),前后门水平状态受力分析,取最“大”值,-30.0344395921692,取最“大”值,-34.7184557239419,前门在各种状态下自闭力随开启角度的关系曲线前门在各种状态下限位器将要克服的力矩随开启角度的关系曲线,取最“大”值,-,32.6037946549947,取最“大”值,-40.9191998315609,后门在各种状态下自闭力随开启角度的关系曲线后门在各种状态下限位器将要克服的力矩随开启角度的关系曲线,开门力和闭门力随开闭角度的变化关系如下图：,角度,关闭过程,一档关闭（,322,）,二档一档（,492,）,全开启二档（,702,）,传动力（,N,）,255,305,355,前门开启全过程过档力均符合预置数据。,前门闭门力随开闭角度的变化关系,符合上表数值,符合上表数值,符合上表数值,符合上表数值,符合上表数值,符合上表数值,开门力和闭门力随开闭角度的变化关系如下图：,角度,关闭过程,一档关闭,30,2,全开启二档,70,2,传动力（,N,）,255,355,后,门开启全过程过档力均符合预置数据。,后闭门力随开闭角度的变化关系,符合上表数值,符合上表数值,在三角形,ABC,中：,AB=77.67355913,；,AC=,89.22300981,；,BC=24.37378962,；,BAC=14.81368649,；,ACB=54.56578878,；,BC*,BC,=AB*AB+AC*AC-2AC*ABCON BAC,余弦定理,AB/SIN ACB=BC/SIN BAC,正弦定理,SIN BAC= BC*SIN ACB/AB,在三角形,BCE,中：,BCE=90-ACB,CE=BC*CON BCE=BC*CON (90-ACB)=19.85925757,CE*AC,的值前侧门自闭力矩,在三角形,ABC1,中：,AB=77.67355913,；,AC1=AC=,89.22300981,； ,BAC1 =,BAC+,=14.81368649+,；,BC1*,BC1,=AB*AB+AC1*AC1-2AC1*ABCON BAC1,余弦定理,BC1*,BC1,=AB*AB+AC*AC-2AC*ABCON,（,14.81368649+,）,AB/SIN AC1B=BC1/SIN BAC1,正弦定理,SIN BAC1= BC1*SIN AC1B/AB,SIN,（,14.81368649+,）,= BC1*SIN AC1B/AB,SIN AC1B =AB * SIN,（,14.81368649+,）,/BC1,在三角形,BC1E1,中：,BC1E1=90-AC1B,C1E1=BC1*CON BC1E1=BC1*CON (90-AC1B),C1E1/ CON (90-AC1B) =BC1,C1E1*AC1,的值前侧门自闭力矩,按上述计算关系列入,EXCEL,进行计算,根据计算获得的闭门力随开闭角度的变化关系设计闭锁器凸台坡度和大小,根据计算获得的闭门力随开闭角度的变化关系设计闭锁器凸台坡度和大小。,本节内容将在,限位器结构设计改进,中详细阐述。,1,2,4,3,H2,H1,H3,H4,H5,侧门开闭过程动画演示,侧门开闭过程动画演示,本节总结,本节关于侧门开闭力的设计计算和计算改进，其目的在于使闭合件部各设计师对侧门开闭力的来源和精确计算提供理论指导和行动指南；,利用,excel,对侧门开闭过程各数据的处理，形成比较直观的受力过程曲线，对分析和处理设计输入参数的修正提供较准确理论依据；,将复杂的工程计算通过,excel,现有的函数计算功能转化为较简单和直观的典型参数变化的函数关系；,容易形成标准化工作平台，形成精确地计算模式；,易操作，且计算精确，值得推广。,计划和软件设计人员合作将该计算过程编程为固定专业计算软件，以便于实际应用。,