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行李箱蓋扭力彈簧的設計和相關分析

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行李箱蓋扭力彈簧的設計和相關分析

發布日期:2019-07-05 作者: 點擊:

      通過對某一上市車型行李箱蓋系統受力分析,并利用數學模型及理論力學模型建立了行李箱蓋開啟和關閉過程中力矩平衡關系,結合CATIA軟件的DMU模型求出扭力彈簧性能參數。另外,通過EXCEL文件中強大的數據處理及公式編輯功能,實現了行李箱蓋重力矩及扭力彈簧扭矩計算,獲得行李箱蓋開啟角度與重力矩及扭矩曲線,指導了該車型的試制和生産,以此獲得行李箱蓋系統較佳的開閉性能。


關鍵詞:扭力彈簧;扭矩;重力矩;DMU模型

      行李箱蓋平衡鉸鍊,是指使用彈性元件,可以在行李箱蓋開啟或關閉過程中平衡行李箱蓋重力矩的鉸鍊結構[1]。目前,國内外使用較多的彈性元件是扭力彈簧,它是通過扭轉産生彈性變形輸出力矩。 因為平衡鉸鍊結構簡單、制造工藝容易、有足夠強度、可靠耐久及成本較低等優點,國内越來越多的車型,特别是中低檔車型采用該結構的鉸鍊。

      在行李箱蓋使用過程中,啟動開啟裝置後,能自動彈起一定高度,方便用戶繼續擡舉,同時在最大打開位置時有足夠的保持力,以免在風力作用下或斜坡上自行落下關閉導緻傷人事故。本文以某一上市車型(下文簡稱車型A)為例,通過數學及力學理論,并結合DMU模型分析及EXCEL開發程序獲得扭力彈簧的設計參數,減少行李箱平衡鉸鍊開發周期,優化行李箱蓋開閉性能。


1、行李箱蓋系統受力分析

      用戶在開關行李箱蓋時,為了平衡行李箱蓋,手部感受的力(手部作用力)是用來克服行李箱蓋系統的重力矩和扭力彈簧的扭矩等。

1.1 行李箱蓋重力矩

      行李箱蓋重力臂是随着行李箱蓋開啟角度的而變化的。行李箱蓋在開閉過程中,鉸鍊軸心線與行李箱蓋重心(如圖1所示)的距離L是一個定值。則行李箱在開閉過程任意位置的重力臂為:


行李箱蓋扭力彈簧的設計和相關分析


(1)其中,LG為重力臂;L值為398.9mm;θ為行李箱開啟角度,其中最大開啟角度為95°;-21.16°為車型A行李箱蓋重心和鉸鍊旋轉中心的連線與XY平面的夾角;

由此可以得出行李箱蓋重力矩為:

(2)其中MG為重力矩;m為行李箱蓋質量(車型A為12.2kg)。

        根據公式(2)可以計算出行李箱蓋任意開啟角度時對應的重力矩,表1為行李箱蓋開啟間隔5°的重力矩。

1.2 扭力彈簧扭矩

        扭力彈簧是淬火彈簧鋼絲按一定形狀彎曲而成。扭力彈簧的扭矩與扭力彈簧的直徑d、扭力彈簧的有效長度L’及扭力彈簧的扭轉角度Ф[3]有關。

(3)其中,MT為單根扭力彈簧的扭矩。G為扭力彈簧材料的剪切彈性模量(車型A的扭力彈簧選材為65Mn,其剪切彈性模量值為78000MPa);L’為扭力彈簧有效長度(車型A扭力彈簧有效長度為1059mm)。

2、扭力彈簧結構簡化

        從圖2可以看出,鉸鍊安裝支架為固定件,鉸鍊、聯杆及扭力彈簧為活動件,扭力彈簧通過聯杆随鉸鍊作旋轉運動。把各個零部件投影到XZ平面,圖2所示結構可以簡化成圖3所示的四連杆結構,其中AB為鉸鍊安裝支架,AC為鉸鍊,BD為扭力彈簧,CD為聯杆。


本文網址:http://www.eivja.com.cn/news/483.html

關鍵詞:扭力彈簧設計

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