轎車車門安裝件的力學性能分析

鄭 海

（杭州職業技術學院青年汽車學院，浙江 杭州 310018）

轎車車門安裝件的力學性能分析

鄭 海

（杭州職業技術學院青年汽車學院，浙江 杭州 310018）

國內在轎車車門的設計過程中出現很多問題，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。分析車門安裝件的性能、提高其力學性能是主機廠十分關注的問題。本文闡述了車門安裝件的結構及其性能要求，然后應用計算機輔助分析對車門鉸鏈、車門安裝點進行了力學分析。本文的研究方法對于車門安裝件的力學分析有參考作用。

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車門的優良性能影響很大，本文主要對其結構及力學性能進行分析。

1、轎車車門安裝件結構介紹

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計硬點。鉸鏈軸線一般設計有內傾角和后傾角。內傾角一般為0～3°。后傾角一般為0～2°。因為車門在關閉過程中可以依靠車門重力提供一定的關門力，后傾設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、每個門鉸鏈系統應能承受11110N的縱向負荷，不得脫開。2、每個門鉸鏈系統應能承受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 鉸鏈強度與塑性應變分析

經過計算，其力學結果如下圖所示。鉸鏈最大應力為281.3MPa。最大塑性應變為6.1%，小于材料SAPH400的斷裂百分比31%，滿足設計要求。

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生的變形之間的關系來表示剛度。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，易導致局部區域出現過大變形，從而影響與之關聯的結構的使用性能[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數模導入Hypermesh軟件，進行幾何清理、網格劃分、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 計算結果分析

經過計算，得到安裝點的剛度值如下表所示。

表1 各工況剛度值

分析結果表明，安裝點的力學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、結論

論述了車門安裝件的結構及性能要求，車門安裝件是車門結構中的重要部件，其力學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計有參考作用。

[1] 黃金陵.汽車車身設計[M]．機械工業出版社.2012.

[2] 原井天.汽車車門設計流程及方法[J].農業裝備與車輛工程, 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]．吉林大學碩士論文，2007.

[5] 何若天.輕型汽車車門鉸鏈結構和維修[J].汽車技術,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[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，就職于杭州職業技術學院青年汽車學院，研究方向為汽車設計及CAE分析、制造工藝。