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1、侧门系统受力分析计算,丁光学2012-11-20qq：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
2、、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
3、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,
4、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=2.4056
5、3743 EAB=10.27998149 计算与、之间的关系：,Sin2=（tg2+tg2）/ （1+tg2+ tg2）,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！,第二种计算方式,角度定义：
6、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.
7、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
8、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；B
9、E= BCsinX ；BC=Rtg /2BE= 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,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
10、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。,
11、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
12、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
13、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3034、4751、6872三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,20%驻坡情况下受力计算,左右轮心150mm高度差下的侧坡加20%驻坡情况下受力计算,水平情况下受力计算,取最“大”值-30.034439592
14、1692,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：,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：,后门
15、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
16、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： B
17、C1E1=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。,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。,
