侧门系统受力分析计算PPT课件.ppt

文件未经许可谢绝转载侧门系统受力分析计算丁光学2012-11-20：1272806808有疑问或异议，欢迎来信交流1 1文件未经许可谢绝转载侧门系统初期设计计算主要内容•侧门系统外侧门系统外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！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工程和机械动力学要求•侧车门在实际使用中，需要满足：侧车门在实际使用中，需要满足： a、在、在X向向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；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、在Y向两侧轮心相对偏离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；侧门不会自行关闭； c、在、在X向向20%坡加在坡加在Y向两侧轮心相对偏离向两侧轮心相对偏离150mm侧坡上驻车，侧门限位器能在侧坡上驻车，侧门限位器能在任意档位上保证侧门不会自行关闭；任意档位上保证侧门不会自行关闭； d、在水平情况下：、在水平情况下： 侧门从全开启侧门从全开启→二档（二档（70±2°）限位器过档力为）限位器过档力为35±5N；； 侧门从二档侧门从二档→一档（一档（49±2°）限位器过档力为）限位器过档力为30±5N；； 侧门从一档侧门从一档→关闭（关闭（32±2°）限位器过档力为）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。

将有很大帮助2 2文件未经许可谢绝转载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 3文件未经许可谢绝转载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AutoCAD 2D 文件CATIA 3D文件4 4文件未经许可谢绝转载在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5 5文件未经许可谢绝转载在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6 6文件未经许可谢绝转载在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7 7文件未经许可谢绝转载在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AutoCAD 2D 文件CATIA 3D文件8 8文件未经许可谢绝转载在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9 9文件未经许可谢绝转载在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1010文件未经许可谢绝转载第一种计算方式1.1.角度定义：角度定义：2.2.定义内倾角为正值；外倾角为负值；定义内倾角为正值；外倾角为负值；3.3.定义后倾角为正值；前倾角为负值；定义后倾角为正值；前倾角为负值；4.4.铰链轴后倾角铰链轴后倾角αα；铰链轴内倾角；铰链轴内倾角ββ。

如右图如右图5.5.∠∠CAB=γ=CAB=γ=10.5461252510.54612525 ° °6.6.∠DAB=β=2.40563743 ° ∠DAB=β=2.40563743 ° 7.7.∠EAB=α=∠EAB=α=10.2799814910.27998149 ° °8.8.计算计算γγ与与αα、、ββ之间的关系：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 °1111文件未经许可谢绝转载第二种计算方式1.1.角度定义：角度定义：2.2.定义内倾角为正值；外倾角为负值；定义内倾角为正值；外倾角为负值；3.3.定义后倾角为正值；前倾角为负值；定义后倾角为正值；前倾角为负值；4.4.铰链轴后倾角铰链轴后倾角αα；铰链轴内倾角；铰链轴内倾角ββ。

如右图如右图5.5.∠∠CAB=γ=CAB=γ=10.5461252510.54612525 ° °6.6.∠DAB=β=2.40563743 ° ∠DAB=β=2.40563743 ° 7.7.∠EAB=α=∠EAB=α=10.2799814910.27998149 ° °8.8.计算计算γγ与与αα、、ββ之间的关系：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*conβ1212文件未经许可谢绝转载1.上图的作图方法：上图的作图方法：2.连接上铰链中心（连接上铰链中心（ 706.2，，-866.0，，381.5 ）和下铰链中心：（）和下铰链中心：（ 582.7，，-881.8，，22.0 ）构成铰链轴构成铰链轴3.过下铰链中心：（过下铰链中心：（ 582.7，，-881.8，，22.0 ）点作）点作Z轴4.过前侧门质量中心：（过前侧门质量中心：（ 1227.7，，-833.3，，78.0）作铰链轴法线平面，该）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平面交铰链轴于质量中心与铰链轴的垂足：（垂足：（ 668.5，，-870.8，，271.9 ））5.以铰链轴法线平面作草图，以质量中以铰链轴法线平面作草图，以质量中心与铰链轴的垂足：心与铰链轴的垂足： （（ 668.5，，-870.8，，271.9 ）圆心，作圆）圆心，作圆O，半径是前侧，半径是前侧门质量中心：门质量中心： （（ 1227.7，，-833.3，，78.0）和质量中心与铰链轴的垂足：）和质量中心与铰链轴的垂足： （（ 668.5，，-870.8，，271.9 ）的连线。

的连线6.作作Z轴和铰链轴所在平面该平面交作轴和铰链轴所在平面该平面交作圆圆O与与A点过A点做铰链轴垂线，垂点做铰链轴垂线，垂足为足为H过A点做点做Z轴法平面，作圆轴法平面，作圆O在在该法平面的投影椭圆该法平面的投影椭圆7.围绕铰链轴旋转围绕铰链轴旋转AH，旋转角度，旋转角度φ，新，新交点交点B，连接，连接OB，过，过B点作圆切线与点作圆切线与过过A点作圆切线交与点作圆切线交与C，连接，连接OC，过，过B点做平行于点做平行于Z轴的直线轴的直线BD交投影椭圆交投影椭圆与与E连接EC8.过过D作作BC法面交法面交BC与与G,连接连接BG和和GD1.参数设置和计算：参数设置和计算：2.设设∠ ∠OAH= γγ ，， γγ =19.11176307 ° （即（即Z轴和铰链轴夹角）轴和铰链轴夹角）3.设设∠ ∠BOA= φ ，门啮合点处，质量中心，门啮合点处，质量中心在在I点，点， ∠ ∠IOA= 3.21873650°实际开启实际开启角度角度∠ ∠BOI= ∠ ∠BOA- ∠ ∠IOA= φ- 3.21873650°4.设设∠ ∠BCE= X，可以证明：，可以证明： ∠ ∠BOC= ∠ ∠AOC= φ/2；； ∠ ∠BDG= ∠ ∠BCE= X(证证明略明略)5.设设OA=OB=R=593.00738241mm。

6.OF=Rconφ；；AF=R-Rconφ；；FJ= BE=AFsinγγ=（（R-Rconφ））sinγγ；；BE= BCsinX ；；BC=Rtg φ/27.BE= RsinX tg φ/2 =（（R-Rconφ））sinγγ8.→ sinX tg φ/2 =（（1-conφ））sinγγ9.→ sinX tg φ/2 =（（1-(1- tg φ/2 * tg φ/2 )/ (1+ tg φ/2 * tg φ/2 ) ））sinα10.→ sinβ =2 sinα tg φ/2 / （（1+ tg φ/2 * tg φ/2 ））11.结论：结论：SinX= sinγγ* sinφ第二种计算方式下公式推算1313文件未经许可谢绝转载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：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1414文件未经许可谢绝转载1515文件未经许可谢绝转载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！但利此计算过程比较复杂！需要仔细推敲！但利用用excel将更简单！将更简单！1616文件未经许可谢绝转载三种计算方式的准确度比较通过比较可知：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、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。

不提倡采左右不提倡采用该公式用该公式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、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，但是在左右，但是在X轴和轴和Y轴分别只旋转一次时，其准确值为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、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、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！设计阶段的计算中是绝对可靠！1717文件未经许可谢绝转载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1818文件未经许可谢绝转载实际运用•利用计算公式二对利用计算公式二对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！）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，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左前门的设计结构和配置参考了索纳塔8的前的前门结构，故前门质量和质量中心也同时参考了索纳塔门结构，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，，但毕竟有差距，所以我们在设置所以我们在设置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）确定左后门质量中心（同左前门质量中心的确定）1919文件未经许可谢绝转载实际运用•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）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；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）；•列出列出20%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）；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）；•列出列出150mm150mm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）；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）；•列出列出20%20%驻坡和驻坡和150mm150mm侧坡状态下自闭合力矩的大小随开启角度变化关系的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）；值（曲线）；•运用运用excelexcel各函数的计算，分别从上述四种状态下提取在各函数的计算，分别从上述四种状态下提取在30°~34°30°~34°、、47°~51°47°~51°、、68°~72°68°~72°三个区间侧门自闭合力矩最大值作为各自最大过档三个区间侧门自闭合力矩最大值作为各自最大过档力矩。

力矩•采用采用excelexcel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！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！2020文件未经许可谢绝转载左右轮心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2121文件未经许可谢绝转载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20％上坡受力分析2222文件未经许可谢绝转载左右轮心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2323文件未经许可谢绝转载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2424文件未经许可谢绝转载取最“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2525文件未经许可谢绝转载取最“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2626文件未经许可谢绝转载 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2727文件未经许可谢绝转载 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2828文件未经许可谢绝转载2929文件未经许可谢绝转载•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3030文件未经许可谢绝转载•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 正弦定理 SIN ∠BAC1= BC1*SIN ∠AC1B/AB SIN （14.81368649+φ）= BC1*SIN ∠AC1B/AB SIN ∠AC1B =AB * SIN（14.81368649+φ） /BC1•在三角形BC1E1中： ∠BC1E1=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3131文件未经许可谢绝转载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θ1θ2θ4θ3H2H1H3H4H53232文件未经许可谢绝转载侧门开闭过程动画演示3333文件未经许可谢绝转载侧门开闭过程动画演示3434文件未经许可谢绝转载本节总结•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3535文件未经许可谢绝转载部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！。