两厢车背门气弹簧布置.doc

两厢车背门气弹簧布置背门受力分析1.气弹簧一般工作原理气弹簧不受外力时，自然伸长为最小行程（指压缩行程）处，即最大伸长处；活塞两边气压相等，由于受力面积不同，产生压力差提供气弹簧的支撑力；气弹簧运动中瞬时提供的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和摩擦力。外力压缩气弹簧，由于撑杆在气室内体积增大，压缩气体的有效容积变小，气室气压变大，压力差产生的支撑力变大；摩擦力变化：气室压力越大，摩擦力越大，撑杆运动越快，摩擦力越大，离自然伸长处越远，摩擦力越大；气温影响气弹簧支撑力：气温越低，气室压力越低，气弹簧提供的支撑力越小。2.背门XZ平面静止状态分析2.1气弹簧XZ平面安装尺寸分析模型简化：边OA、AB在同一方向，两边相加等于OB；下图中：O背门铰链中心轴；A气弹簧门框安装点；B门关闭时，气弹簧门上安装点；C门完全开启时，气弹簧门上安装点；从上述推导过程中可以看出：当=0时，式即l22=l12，此时门无法打开。当l1，l2一定时，要满足开启的角度（0180）越大，r值就应该越小；要满足=90（BF两厢），假设l1=1.5l2（一般是1.5倍左右，Fiat1.44，307-1.68，C4-1.43），r=1.44 l2当r=1.44l2时，方能使满足90开启要求。按照此公式计算r值，与实际安装尺寸的误差：Fiat为7.7%，307为3.6%，C4为4.0%。2.2背门XZ平面工况要求下图中：W门的重力；E门的重心，设OE长度=k；状态1背门下平衡点；状态2背门上平衡点；状态3背门处于水平位置（重心E与O的连线OE水平）；状态4背门完全开启；状态0-1背门重力力矩大于气弹簧支撑力力矩，开启时需提供外力才能将门打开。状态1-2背门重力力矩等于气弹簧支撑力力矩，此时背门处于平衡区域，无须提供外力背门即可处于静止状态。状态2-4背门重力力矩小于气弹簧支撑力力矩，背门会自行打开，直至达到气弹簧最小行程处（背门完全开启），状态3时重力力矩最大。2.3气弹簧XZ平面支撑力分析2.3.1气弹簧的最大支撑力下图中：F气弹簧支撑力；d气弹簧支撑力力臂，即O到AC的距离；W门的重力；E门的重心，设OE长度=k；门关闭时，OB与垂线之间的夹角；OC与OE之间的夹角；OAC在OAC中，对O点取力矩当+-=90，即=90+-时，力F最大，此时背门处于水平位置（重心E与O的连线OE水平）。由此可见，气弹簧的支撑力必须大于F方能支撑住门，使门向上打开不致于引起下坠。一般气弹簧的最大支撑力比理论计算值F要大10-20%以上。2.3.2背门的平衡条件状态开启角能否平衡摩擦力Ff总支撑力力矩MF与重力力矩MW比较类型/大小方向000101否动态/FfABMFMW1=1能静态/Fs0ABMF=MW1b12能静态/0FsBAMF=MW2=2能静态/FsBAMF=MW242MW4=max注：上表各状态均为无外力时分析，Fs为最大静摩擦力，状态2时背门开启的角度为2：当背门开启角2时，背门会自行开启，直至达到气弹簧最小行程处（状态4，背门完全开启）； 当背门开启角=2时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩MF等于重力的力矩MW，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小为最大静摩擦力，方向同总支撑力方向相反；当背门开启角2b时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩MF等于重力的力矩MW，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小由最大静摩擦力0（2 b），方向同总支撑力方向相反。状态b时背门开启的角度为b：当背门开启角=b时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩MF等于重力的力矩MW，总支撑力完全由压力差产生的支撑力提供，无摩擦力。状态1时背门开启的角度为1：当背门开启角1b时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩MF等于重力的力矩MW，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小由0最大静摩擦力（b1），方向同总支撑力方向。当背门开启角=1时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩MF等于重力的力矩MW，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小为最大静摩擦力，方向同总支撑力方向；当背门开启角1时，背门会自行关闭，直至达到气弹簧最大行程处（状态0，背门完全关闭）；2.3.3气温对气弹簧支撑力的影响查尔斯定律：Pi / Ti = Pf / TfT为开尔文温度，20C=293K，-40C=233K，80C=353K；根据公式计算：在其他条件相同的情况下，-40C时气弹簧的支撑力是20C时的79.5%，80C气弹簧的支撑力是20C时的1.2倍。2.3.4背门开启力和关闭力的分析上图中，Fo ，Fc分别为开启力和关闭力。背门开启：Wko - FoL Fpodo=0ko=ksin；do= l2sin；背门关闭：Wkc + FcLc Fpcdc=0kc=kcos(+-90)；dc=(r- l2)sin；Lc=Lcos(+-90)；背门的重力对开启力和关闭力的大小影响最大，背门越轻开启和关闭越方便；一般情况下，背门在50磅（22.68千克）以上时，开启力和关闭力在12-15磅（约合53.33-66.67N）左右，15-18磅（约合66.67-80N）也可接受，超过18磅的话对操作的人就有点困难了。3.气弹簧空间布置几何关系