举升门气弹簧布置与支撑力计算
单位：上海同捷科技股份有限公司姓名：许晓晖
拟晋级别：中级
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许晓晖弹簧铰链
摘要：气弹簧助力式开启机构是目前乘用车上经常采用的一种结构。目前国内汽车车身设计中，对于气弹簧布置、选用采用逆向方法较多。即以标杆样车为参照，来布置设计车，以标杆车使用的气弹簧为基础样件，然后通过CAE运动分析来进行校核。本文从正向设计出发，以举升门为例，详细介绍了举升门气弹簧的布置与支撑力计算的设计过程，为新车设计正向布置气弹簧提供借鉴。 感应式小便器关键词：举升门气弹簧布置
气弹簧是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。气弹簧与其它弹簧相比具
有尺寸小、容易布置、可靠性高及弹力随行程的变化小等特点，可在-40℃——80℃范围内工作，温度对其弹力的影响不到4%。气弹簧在专业生产厂家均按标准化和系列化设计，使用和维修也更加方便。本文就汽车设计中经常应用的气弹簧布置，以举升门气弹簧的应用设计进行分析。
一、确认举升门铰链转轴中心位置
在举升门气弹簧应用设计之前必须确认：举升门两个铰链是否同轴；举升门在沿着铰链轴转动过程中与车身部件有无干涉（一般要求间隙应大于3mm）；是否有气弹簧安装空间。铰链转轴中心是后续设计的基准。 二、确定举升门的开启角度
根据人机工程学分析来确定举升门的开度，目前对举升门开到最大位置车门下边沿的离地高度法规没有规定。依据整车总布置状态，确定该车型的举升门开启最大角度为94°，举升门最高点离地高度为2002mm。这样定义既考虑到人的头部不易碰到举升门下部最低点，也照顾到关门操纵时手部能很容易接触到拉手。
三、计算气弹簧上、下安装点的位置及有效行程
气弹簧和安装座通过带有螺纹段的轴销连接。气弹簧的安装点理论上是指气弹簧两端轴销上球头转动
中心。有效行程是指气弹簧在车门关闭到车门完全开启长度变化的尺寸。
mesh设备首先根据车身状态确定上安装点，具体要求：
安装面应满足气弹簧运动不引起干涉的要求，必要时调整安装面；
安装面内部设计适合强度要求的螺母加强板。
开启角度，上安装点确定之后，根据装配和运动关系，做出下示示意图。为了简化计算，这里所做的示意图忽略气弹簧摆放位置在车身Y 向的偏离角度。
X
Z
O
A
B
B 1
α
去毛刺工具图1 气弹簧示意图
在上图中：
O 点为举升门铰链中心轴
A 点为气弹簧上安装点（在车身门框上）
B 点为门完全关闭时，气弹簧下安装点（在举升门上） B 1点为门完全开启时，气弹簧下安装点（在举升门上）
设气弹簧的有效行程为x ，n 为弹簧两端头结构占用长度之和；则AB=x+n ，AB 1=1.5x+n n 值一般根据气弹簧结构不同，取值范围在90-120mm ，现暂取100mm 。 OA 已知，OA=142mm ，OB 1=OB=OA+AB=142+(x+n)=242+x ，α=94° 在△OAB 1中利用余弦定理得出： AB 12=OA 2+OB 12-2×OA ×OB 1×cos α
(1.5x+100)2=1422+(242+x)2-2×142×(242+x)×cos94° 求解取整：x=320 则AB=420mm
气弹簧上安装点的位置为A 点，B 点设在举升门上，距A 点的长度为320+100=420mm 。 当铰链转轴中心、上安装点、下安装点位于一条直线上时，气弹簧的力臂为零，对举升门转动不做贡献，此位置称作为气弹簧工作死点。实际根据布置的局限，A 点会偏移OB
连线。
奇石底座
四、确定举升门的总质量及质心位置
举升门的总质量是多项由金属和非金属材料组成部件的质量之总和。包括举升门钣金件、后风挡玻璃、后雨刮器系统（包括电机与刮臂）、牌照灯及装饰板、后牌照、门锁，门内护板等。在得知零件密度的前提下，利用CATIA的测量命令可自动计算出质量和质心坐标。
通过测算，举升门质量为30.55kg，质心坐标转换为XZ平面坐标点（以举升门铰链中心轴位原点，如图1坐标轴）为（X=197.22，Y=0，Z=-480.21）
五、计算气弹簧的最小支撑力，分析举升门的开启力和关闭力
1.举升门XZ平面工况要求
举升门的运动状态如图示
图2 举升门XZ平面运动状态示意图在上图中
G为举升门的重力
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