凤神蓝鸟车门二次下挠变形分析

凤神蓝鸟车门二次下挠变形分析

随着汽车工业的快速发展，汽车逐渐进入人们的生活。然而轿车的生产相对商用车而言在我国时间还很短，与商用车相比，乘用车的零部件结构复杂精度高，加工工艺要不断提高。生产中的工艺问题的解决方法文献鲜有介绍，还需积累和不断总结。车门摩擦干涉问题是一个有代表性的疑难技术问题。车门是车身上少数可以活动的部件，也是消费者使用频率、关注度最高的部件。它的装配质量直接影响消费者的使用和视觉效果。风神蓝鸟EQ7200-I轿车投产初期曾出现的三大整车质量问题之一就是车门开闭时涩阻问题或称摩擦干涉问题。主要表现车门开闭手感重，严重时要用很大的力才能将车门关上或拉开。这个问题严重影响“蓝鸟”作为中高档轿车的形象，消费者对此多次投诉。因此本文进行了车门受力分析，从理论上找出了问题所在，采取了解决措施。车门开闭摩擦干涉问题主要有2个方面的原因，包括车门下沉和车门限位拉杆偏斜，下面分别详细讨论。1焊装车间的下挠变形车门下沉情况见图1，以前侧门为例，车门力学模型可简化成一个悬臂梁（图2）。由于车门安装、门与门框间隙的调整是在焊装车间进行的，调整好后扭紧车门铰链螺钉，这时车门仅是钢板的重量；但到总装车间后，继续装配车门玻璃、内饰等零部件，因此又增加了约150N重量，使车门产生了新的下挠变形。这样使原本调整好的车门间隙发生变化，车门间隙包括车门下边间隙和车门侧边间隙2种情况，从现场情况看，多数情况是车门下边间隙变小，所以增加了车门下边密封圈与门框的摩擦力。2车辆沉降损失分析2.1提升前车辆的抗疲劳2.1.1新轴端摩擦力分析如图2a所示，当车门旋转时，车门铰链套下接触端面将产生摩擦力。摩擦力对其轴线之距即为摩擦力矩M1，逆时针方向，与开门力矩方向相反，其大小可如下求出。从套端接触面上取出微环面积设ds上的压强为p，则正压力为摩擦力摩擦力矩故总摩擦力矩考虑新轴端摩擦力最大，p=常数，则代入式（1）得式中：W1———车门重量，N;R———车门铰链套外径，mm;r———车门铰链套内径，mm。2.1.2门铰链轴颈角度的计算从现场统计情况来看，多数情况是车门下边间隙变小，导致车门下边密封圈与门框的摩擦力增加，而车门右侧上方摩擦相对较轻，所以此处仅对车门下边密封圈与门框的摩擦力引起的摩擦力矩作分析，而忽略车门右侧上方摩擦力矩。考虑到实际情况，车门上、下铰链距离与车门重力作用线到铰链回转轴线的距离近似相等，为便于分析将2个距离均取为a（图2b）。由图2b可知门铰链轴颈摩擦力矩，逆时针方向，与开门力矩方向相反。因为对下铰链几何中心取矩也就是式中：Rx1———铰链颈水平总反力，N;ρ———摩圆半径，ρ=fr,mm;a———车门上下铰链距,mm。由式（2）、（4）得增重前拉（关）门力矩式（5）是车门钢板重量引起的摩擦力矩，由铰链端和铰链轴颈摩擦力矩共同组成。2.2文明三型，下框下框新增重力产生的拉（关）门力矩，在俯视上为逆时针方向，与开门力矩方向相反。新增力引起车门下挠变形如图3a所示，力学模型见图3b。因轿车车门钢板厚度仅为0.8mm，材料08Al，虽然车门为双层钢板结构，但刚度并不大，受到新增重力后仍会发生下挠变形，故简化为悬臂梁。仅考虑新增重力时，门上所受的力为2种：新增力W2和三角形（近似）分布的下门框反力。下面分析三角形分布的下门框反力。假设在三角形分布的下门框反力作用下，门向上挠变形fq,设在集中力W2作用下悬臂梁端点下绕度fw，车门在新增力W2和三角形分布反力共同作用下应处于平衡状态。可知其变形协调条件为在集中力W2作用下悬臂梁端点下挠度仅在三角形分布力作用下悬臂梁截面x处弯矩式中：W2———新增力，N;fw———W2作用下悬臂梁端点下挠度，mm;fq———三角形分布的下门框反力作用下，门向上挠变形，mm;q0———梁端点载荷系数，N/mm;2a———梁长度，mm;由材料力学可知，弯曲变形挠曲线的微分方程为将式（8）代入式（9）得悬臂梁固定端转角等于0，故得边界条件将边界条件代入式（10），得在悬臂梁固定端挠度等于0，故得边界条件将边界条件代入式（11），得于是得到梁的转角方程及上挠曲线方程x=2a时，y=fq，得将式（7）、（12）代入由变形协调条件（6），得车门悬伸端单位长度载荷系数因三角形反力引起的车门摩擦阻力矩：式中:f2———下门框摩擦系数；W2———新增力，N。2.3新增重力引起的拉关门稳定性总力矩应等于门铰链套端摩擦力矩，门铰链轴颈摩擦力矩分析，新增重力产生的拉（关）门力矩之和，在俯视图上为逆时针方向，与开门力矩方向相反。由式（2）、（4）、（13）可得总摩擦力矩计算公式：3增上拉格朗日乘子法已知：R=8mm,r=5mm,W1=200N,W2=150N,f1=0.1,f2=0.2,a=280mm。代入式（2）、（4）、（14）得出力矩值如表1所示。表1为各力矩占总力矩的百分比，可知新增重力产生的摩擦力矩约为车门总摩擦力矩的94.6%。所以控制好二次下挠实际意义很大，是解决车门开闭时摩擦干涉问题关键所在。分析可知，总摩擦力矩较大原因有2点：车门下侧摩擦是车门橡胶密封与门框的摩擦，因此摩擦因数较大；另外新增重力与门铰链距离较大，也造成总摩擦力矩较大。4限制位杆偏转侧门限位拉杆出现干涉现象，发生率70%。具体表现：开启车门时非常费力，有时甚至拉不开门或拉开的门角度很小，同时刮伤拉杆上方漆面并伴有异响。经分析主要原因：限位拉杆支座与侧围焊接位置偏移，引起拉杆与阻尼孔干涉（图4）。限位拉杆偏斜会引起车门开启力增大。但在开门初始侧门限位拉杆偏斜对车门压力由零逐渐增大，而对开门角度较大时才有明显作用。5平衡重实际意义1）新增重量产生的摩擦力约为车门总摩擦力矩的94.6%。所以控制好二次下挠