侧门系统受力分析计算课件

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受力分析计算丁光学1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（70±2°）限位器过档力为35±5N；侧门从二档→一档（49±2°）限位器过档力为30±5N；侧门从一档→关闭（32±2°）限位器过档力为25±5N；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2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3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AutoCAD2D文件CATIA3D文件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Au4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5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AutoCAD2D文件CATIA3D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6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7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AutoCAD2D文件CATIA3D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8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，9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AutoCAD2D文件CATIA3D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，10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α；铰链轴内倾角β。如右图∠CAB=γ=10.54612525°∠DAB=β=2.40563743°∠EAB=α=10.27998149°计算γ与α、β之间的关系：Sin2γ=（tg2α+tg2β）/（1+tg2α+tg2β）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=γ=10.54612525°∠DAB=β=2.40563743°∠EAB=α=10.27998149°第一种计算方式角度定义：Sin2γ=（tg2α+tg2β）/11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α；铰链轴内倾角β。如右图∠CAB=γ=10.54612525°∠DAB=β=2.40563743°∠EAB=α=10.27998149°计算γ与α、β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！conγ=conα*conβ第二种计算方式角度定义：单元格计算过程：conγ=conα*12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φ，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=γ，γ=19.11176307°（即Z轴和铰链轴夹角）设∠BOA=φ，门啮合点处，质量中心在I点，∠IOA=3.21873650°实际开启角度∠BOI=∠BOA-∠IOA=φ-3.21873650°。设∠BCE=X，可以证明：∠BOC=∠AOC=φ/2；∠BDG=∠BCE=X(证明略)设OA=OB=R=593.00738241mm。OF=Rconφ；AF=R-Rconφ；FJ=BE=AFsinγ=（R-Rconφ）sinγ；BE=BCsinX；BC=Rtgφ/2BE=RsinXtgφ/2=（R-Rconφ）sinγ→sinXtgφ/2=（1-conφ）sinγ→sinXtgφ/2=（1-(1-tgφ/2*tgφ/2)/(1+tgφ/2*tgφ/2)）sinα→sinβ=2sinαtgφ/2/（1+tgφ/2*tgφ/2）结论：SinX=sinγ*sinφ第二种计算方式下公式推算上图的作图方法：参数设置和计算：第二种计算方式下公式推算13Z轴与铰链轴夹角：γ开启位置偏离平衡点角度：φ门重力分量角度：X门重力分量门重力平衡点X和γ、φ之间的关系：SinX=sinγ*sinφ第二种计算方式下公式推算Z轴与铰链轴夹角：γ开启位置偏离平衡点角度：φ门重力分量角度14侧门系统受力分析计算ppt课件15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！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16三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！三种计算方式的准确度比较通过比较可知：17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。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+1018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）。实际运用利用计算公式二对CII左右前门系统进行受力分析和计算19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！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20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conγ=conα*conβ公式计算)=D10*D11(利用SinX=sinγ*sinφ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）受力分析左右轮心150mm高度差下的侧坡情况下受力计算前门后门=DE2120%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conγ=conα*conβ公式计算)=D10*D11(利用SinX=sinγ*sinφ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20%驻坡情况下受力计算前门后门=DEGREES(ACOS(22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conγ=conα*conβ公式计算)=D10*D11(利用SinX=sinγ*sinφ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％上坡受力分析左右轮心150mm高度差下的侧坡加20%驻坡情况下受力计算前23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conγ=conα*conβ公式计算)=D10*D11(利用SinX=sinγ*sinφ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水平情况下受力计算前门后门=DEGREES(ACOS((CO24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-30.0344395921692取最“大”值-25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取最“大”值-32.6037946549947取最“大”值-26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（32±2°）二档→一档（49±2°）全开启→二档（70±2°）传动力（N）25±530±535±5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27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）25±535±5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开门力和闭门力随开闭角度的变化关28侧门系统受力分析计算ppt课件29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-∠ACBCE=BC*CON∠BCE=BC*CON(90-∠ACB)=19.85925757CE*AC的值≥前侧门自闭力矩在三角形ABC中：30在三角形ABC1中：AB=77.67355913；AC1=AC=89.22300981；∠BAC1=∠BAC+φ=14.81368649+φ；BC1*BC1=AB*AB+AC1*AC1-2AC1*ABCON∠BAC1余弦定理BC1*BC1=AB*AB+AC*AC-2AC*ABCON（14.81368649+φ）AB/SIN∠AC1B=BC1/SIN∠BAC1