车门铰链设计研究论文

摘要：通过计算机辅助分析与计算，建立车门有限元计算模型，全面分析车门在各种可能工况下的应力、变形和模态特性等各项性能，以确定车门结构设计的合理性、可靠性是否满足各项技术性能要求。为车门结构设计与优化提供思路与依据。 关键词：车门；结构；性能 1 概论 车门是车身结构的重要组成部件，其性能直接影响着车身结构性能的好坏。微型客车属于M1 类车，在我国拥有广泛的市场，本文以某七人座微型客车为例，以国标对M1 类车试验标准为依据，对其前车门进行全面的结构性能分析，为结构设计优化提供依据。整车主要参数为，整车满载质量1 450 kg ，整车长度3 680 mm。 1. 1 前车门结构特点 车门作为一个综合的转动部件，和车厢一起构成乘员的周围空间范围，应具有足够大的强度、刚度和良好的振动特性，以满足车门闭合时耐冲击性及与侧碰时的耐撞性等各项性能的要求。 前车门以绕安装于车门前侧的铰链为旋转轴来实现开启和关闭。承担载荷的部件有外门板、内门板、上加强板、下加强板、门锁加强板、铰链加强板和铰链，由薄板冲压成型并通过焊接连成一个整体的受力结构。 1. 2 前车门的有限元模型 前车门的所有薄板冲压成型件均采用四节点四边形和三节点三角形壳单元，铰链采用八节点六面体和六节点锲形体单元，共有壳单元数8 823 个，体单元数80 个，总节点数9 989 个;图1a～c 为各零件的有限元模型。1. 3 前车门分析工况确定 根据前车门的结构特点和技术要求，依据国家有关强制性技术标准，参考FMVSS 标准和Edward[5 ] 研究成果，确定前车门的分析工况，见表1 。其中车门下沉分析中考虑其自重状态和车门把手加载状态两种工况，加载力以国标规定乘员体重为标准，即认为整个人体重量施加于把手上，以此种方式加载，分析结果较保守。车门扭转刚度与静压强度的分析中加载力的确定均以国标规定M1 类车车门刚度与强度试验时加载力为依据进行计算。工况的确定具有一定的合理性与可行性。 2 车门结构性能分析 2. 1 模态分析 自由模态分析结果见图2a～c。前车门的第一阶固有频率为28. 936 Hz ，参考有关的分析结果，本车门的第一阶频率属于正常的范围。前车门模态特征与车身模态特征的比较见表2。从表中数据比较看出，因前车门与整车身相比质量较小，固有频率值相对较高，而整车的固有频率值相对较低且较为密集，还呈现多阶复杂模态。车门的第一阶频率为28. 936 Hz 的弯曲振型介于整车的第6 阶27. 757 Hz 和第7 阶31. 184 Hz 的两阶弯扭振型之间;从振型图上看，车身前部表现出扭转振动，车门表现为一阶弯曲振动，所以不会产生共振。2. 2 车门下沉 2. 2. 1 约束类型和加载方式 CASE1 约束方式：门铰链处Dx = 0、Dy = 0、Dz =0、Rx = 0、Ry = 0、Rz = 0 加载条件：车门自重，在门把手处施加735 N 的Z 方向的节点力 CASE2 约束方式：门铰链处Dx = 0、Dy = 0、Dz =0、Rx = 0、Ry = 0、Rz = 0 加载条件：车门自重，无其他负载 Dx 、Dy 、Dz 分别表示X 、Y、Z 轴方向的位移， Rx 、Ry 、Rz 分别表示绕X 、Y、Z 轴的转动，其值均为0 ，表示门铰链固定，无位移与转动，在车门上加载，进行车门下沉分析。 2. 2. 2 车门下沉结果与分析 车门下沉的分析图见图3a～c 。1) 最大应力位于门内板与下铰链接触处，应力值为231 MPa ，由于此处表现为局部点的应力集中，会因塑性变形而产生应力重新分布，而其周围的应力多在1 50 MPa左右，所以符合要求。在车门把手处也有较大的应力区，其最大值为123 MPa ，不会产生塑性变形。 2) 最大变形出现在门把手处，其值为2. 77 mm ，下沉刚度为265. 34 NPmm ，参考ULSAC 研究成果和其他M1 类车，其值在合理范围之内。在只有重力载荷条件下，最大变形位于车门右上部，其值为0. 334 mm。 3) 从铰链加强板应力图上看，在加强板上部拐角处出现了较大的集中应力，其最大值达185 MPa ，应使该处圆角过渡以减小集中应力，同时应密集焊接(焊距20 mm 左右) ，以增加铰链加强板和门内板刚度。其他部位的应力变化较均匀，在与铰链接触的地方应力较大，达到100 MPa 左右并向四周递减。铰链加强板选用的材料为ST14 ，其屈服强度为210 MPa ，不会产生塑性变形，符合要求。 2. 3 车门扭转刚度 2. 3. 1 约束类型和加载方式 CASE1 约束方式：门铰链处Dx = 0、Dy = 0、Dz =0、Rx = 0、Ry = 0 ;门锁处Dx =0、Dy = 0 加载条件：在门内板右上角施加900 N 的Y 向力 CASE2 约束方式：门铰链处Dx = 0、Dy = 0、Dz =0、Rx = 0、Ry = 0 ;门锁处Dx =0、Dy = 0 加载条件：在门内板左上角施加900 N 的Y 向力 CASE3 约束方式：门铰链处Dx = 0 、Dy = 0、Dz =0、Rx = 0 、Ry = 0 ;门锁处Dx =0、Dy = 0 加载条件：在门内板右下角施加900 N 的Y 向力 CASE4 约束方式：门铰链处Dx = 0 、Dy = 0、Dz =0、Rx = 0 、Ry = 0 ;门锁处Dx =0、Dy = 0 加载条件：在门内板车左下角施加900 N的Y 向力 2. 3. 2 车门扭转刚度评价 1) 四种工况下的最大变形如图4a～d ，扭转刚度见表3。2) 从分析结果比较来看，前车门下部扭转刚度比上部扭转刚度大， 最大变形位于前车门右上角， 达28. 2 mm ，其值稍大，其余工况变形参考ULSAC 研究成果，其值在合理范围之内。 2. 4 车门静压强度 2. 4. 1 约束类型和加载方式 根据国家标准GB 15743 —94 的规定，车辆应满足①初始耐挤压力不得低于10 000 N。②中间耐挤压力不得低于15 560 N。③最大耐挤压力不得低于相当于整车整备质量两倍的力或31 120 N 两者之中的较小值。 确定工况加载与约束类型如下： CASE1 约束类型：铰链与车门固定处Dy = 0、Dz = 0、Rx = 0 、Ry = 0、Rz =0 ，门锁处Dy = 0 加载方式：在车门中间加载10 000 N 的压力 CASE2 约束类型：铰链与车门固定处Dy = 0、Dz = 0、Rx = 0 、Ry = 0、Rz =0 ，门锁处Dy = 0 加载方式：在车门中间加载15 560 N 的压力 CASE3 约束类型：铰链与车门固定处Dy = 0、Dz = 0、Rx = 0 、Ry = 0、Rz =0 ，门锁处Dy = 0 加载方式：在车门中间加载29 440 N 的压力(整车整备质量为1 502kg) 2. 4. 2 车门静压强度评价 从分析结果看 1) 在CASE1 工况中，在车门中间施加10 000 N 的压力，车门最大变形在车门中部， Y 轴方向变形量为83. 1 mm ，符合国家标准要求。 2) 在CASE2 工况中，在车门中间施加15 560 N 的压力，车门最大变形在车门中部， Y 轴方向变形量为153 mm ，符合国家标准要求。 3) 在CASE3 工况中，在车门中间施加29 440 N 的压力，车门最大变形在车门中部， Y 轴方向变形量为245 mm ，符合国家标准要求。 3 结论 车门的结构设计与优化是整车开发设计中的重要环节，对车门的结构性能要求除了要有必要的开度，密封性、工艺性好等要求外，最重要的是要安全可靠，满足刚度、强度与小的振动性能的要求。本文以某微型客车的前门为例，利用计算机辅助分析计算了车门的各项结构性能，找出车门较薄弱环节，并提出优化方法。分析表明，此微型客车车门结构性能基本满足各项要求，工况的确定较保守，以保证车门结构性能的可靠性。本例是CAE 技术在汽车设计开发中的具体应用，对车门性能的校核与结构设计优化具有普遍的指导意义。 References 1 HUANG Tianze HUANGJinling. Automobile body fabric and design. Beijing ：Mechanic Industry Press ， 1989 ( In Chinese) (黄天泽，黄金陵. 汽车车身结构与设计. 北京:机械工业出版社，1989. 223～242) . 2 Kamal M M. Modern times automobile fabric analysis. Beijing ：People’sTraffic Press ， 1987( In Chinese) (凯墨尔. 现代汽车结构分析. 北京:人民交通出版社，1987. 111～260) . 3 QU Qiuzhen. Structural finite element analysis and evaluate of saloon carbody. Automobile Engineering ， 1996 ， (3) ：148～151 ( In Chinese) (屈求真. 轿车车身结构的有限元分析与评价. 汽车工程，1996 ， (3) :148～151) . 4 HOU Fei . The computer simulation for passenger car side door strength verification test . Journal of Tsinghua University ， 2001 ， (5) ：84～89 ( In Chinese) (侯飞. 轿车侧门强度验证的计算机模拟方法. 清华大学学报，2001 ， (5) :84～89) . 5 Edward Opbroek. Ultralight steel auto closures project . SAE ， 982308.(end)

1、 发动机有异响 症状说明：发动机舱出现异响的可能性会比较多，大多数人也是凭声音来源判断出来是发动机舱的异响，通常会是金属刺耳声或是风啸式的异响。 解决办法：发动机异响标志发动机某一机构的技术状态已发生变化。主要是因有些零件磨损过甚或装配、调整不当引起的。有些异响尚可预告发动机将可能发生事故性损伤，因而当发动机出现异响时，应及时修理，防止故障扩大。 需要提醒的是，如果是发动机内的异响，车主多半是无法自行解决的，最好送厂检修。 2、 变速箱有异响 症状说明：车子在行驶中如果变速箱内部有“沙沙”声，而踩下离合器或油门后又没有了，换档时会有类似吹口哨的声音。 解决办法：变速器零件较多，引起响声的原因也比较复杂，在分析判断时应注意：是否与特定的速度有关，如有些行星齿发响在50Km/h左右比较明显。是否与某些档位有关，这对于判断变速器故障十分重要，若某档发响，肯定与影响该档传动的部件有关;若所有档均发响，则往往是常啮合齿轮轴故障或变速器缺油。是否与特定的动作有关，如加、减档，起步，急加速，急减速，转弯等均是判断异响的有效手段，其中，变换速度、变换方向对于判定后桥故障尤为重要。 如果变速器异响明显，还是建议送专业维修厂检查出故障部件，然后进行更换。 3、 磨损有异响 症状说明：在开车踩油门或刹车时总有车身某部位的一些异响，声音并不大，并且也不影响正常驾驶，但总让人有一点担心是哪里出了故障。 解决办法： 车门异响主要是缺少润滑引起，但是要判断是车门铰链位置还是车门内部的玻璃升降器、门锁机构、拉手机构等。如果是车门铰链或者限位器，可以使用专用的车门铰链与滑道润滑脂，而车门内部的玻璃升降器、门锁机构、拉手机构等润滑则使用专用的车门附件润滑脂。品牌选择上尽量选用4S店常用品牌，如德国玛蒂、克鲁伯、虎头HOTOLUBE、福斯等。不宜采用机油或者普通黄油，冬季会冻结，有害气味会影响身体健康。

我觉得大力关门会导致车门和车身受到损坏，容易变形，车门关不紧，还会让汽车的卡扣松动，产生异响，也会影响汽车的隔音效果，还会让车门老化，玻璃神将器也会受损。

车门还是有很多的小零部件的，比如说：防撞杠、升降器、车门锁、音箱喇叭等等。大力关车门，首先可能会导致车门的零部件松动，导致车子出现一些小毛病，同时大力关车门还会使得车门的隔音层损坏，导致隔音效果下降，造成车门的老化，等等问题。

经常大力关车门不但会对车子造成伤害，还会对人造成伤害。毕竟车子就像自己的老婆，磕磕碰碰什么的肯定是会很心疼的，对不对？

事实上，绝大多数的人大力关车门，并不是故意这样，而是怕力气用小了，门关不上。

《机械设计与制造》期刊上面有论文《考虑铰链倾角偏差的车门关闭力研究》上面讲。

门重、空气阻力、密封条压缩、铰链阻力、锁扣都会影响关闭车门时力的大小。同时，车门的关闭便捷性也是消费者反应非常强烈的问题。

说人话：不同的车子，用的车门的部件材料和设计都是不一样的，关门需要的力气大小就是不同的，有的车子天生就要力气大一点才能关得上。

如果经常因为用力太小而关不上车门，以后有可能反而就会刻意地去加大力关车门了，不一样的，每个车不一样的。

虽然大力关车门能确保把门关上，但如果经常这么做确实也会对车子造成一定的伤害的。

《湖南安全与防灾》期刊上面有论文，分享给你，《用力关车门的危害》上面讲。

经常大力关车门会造成铰链和固定器受伤，会导致车门部件加速老化，产生肉眼看不到的永久性变形，影响车门寿命。

拿车门铰链来说，《机电技术》期刊上面有论文《车门铰链断裂失效分析》上面说。

汽车车门铰链起到连接车门和车身的作用，如果车门开关过于频繁、受力较大、摆动角度过大这种情况下，车架的限位块会与汽车的车门铰链相碰。

这个就会加速铰链产生疲劳，降低承载能力，并且有可能会发生断裂。

其实就和手机电池寿命有点像的，如果手机经常用来高强度打游戏，还是插着电源在一边玩，一边充，电池损坏会更快一点。

参考QC/T 323-2007《汽车门锁和车门保持件》的这么一个标准：门铰链是要保证通过10⁵次的耐久性试验，还要能够承受11kN的纵向载荷和9kN的横向载荷。

没概念？差不多相当于徒手拎起2000瓶500mL的矿泉水那么大的力气。

所以说，我们的车子偶尔被这样所谓的「biang」“暴力的一下”，也不要过于担心，车门毕竟不是纸做的。

另外，经常大力关车门还会让车门的密封性变差。

《时代汽车》期刊上面有论文，《汽车密封条对车门关门声品质的影响分析》。

而且车门的主密封件能够隔绝门锁和锁扣入槽时候发出的高频噪音。

简单讲：关门的时候用力过猛，密封条承受的压力会大，时间久了，密封性就受影响，隔音就会变差。

大力关车门，我们都心疼自己的车子，对不对？其实对人造成的伤害是更大的。

首先，大力关车门有可能对车上的人造成身体不适。

车厢内排出空气的速率比被压缩进车厢的速率要小，所以说，车厢里面的压力会瞬间增大。

这种压强变化如果过快，会造成耳鸣等等情况。

《中国中西医结合耳鼻咽喉科杂志》有篇论文，《平面高速运动致鼓膜内外压力变化3例》上面说。

在密闭环境里面，由于气压的快速变化，咽鼓管咽口开放能力的肌肉张力会受到影响，导致鼓膜内外压力改变。

除此之外，受伤害最大的当然是我们车主的心灵，对不对？

就像：你好端端一个女朋友、好端端一个男朋友在路上走，突然有个人过来，「pia」打了你女朋友一巴掌，这不是很难受的？

人家还说：“我怕轻了她不痛，我重一点。”

所以总得来说，经常大力关车门确实是会给车子造成伤害的，但这种伤害是日积月累的，1、2次是没问题的。

会导致车门质量下降，因为用力过猛可能会导致车门出现变形情况，这样会降低车门的质量。

大力关车门很伤车，因为这样可能会导致车门变得不能很好的贴合门缝，也会导致容易出现漏风的情况。会导致车门变得很松。