两厢车后背门支撑杆的布置及运动分析

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1、两厢车后背门支撑杆的布置及运动分析【摘要】气动支撑杆开启机构是目前轿车上经常采用的一种结构。由于气动支撑杆生产技术成熟、性能优良等原因，在本次两厢车开发中，后背门的开启机构采用气动支撑杆。工作中借助三维设计软件CATIA和计算和分析优化工具MATLAB，对支撑杆进行了布置，并且从运动学和动力学角度分析了上掀式后背门开启和关闭过程中力和力矩的关系，进而对其进行优化，最后对后背门开启的速度和加速度进行了仿真分析，满足后背门的平稳开启/关闭平稳、助力轻松、使用安全等功能要求。【关键词】CATIA，后背门，气动支撑杆Abstract:Theopeningmecha

2、nismofgasdamperisakindofstructurewhichisoftenusedincars.Thistimewhendevelopingthehatchback,usethegasdamper。WithworkonCATIAandMATLAB,fromkinematicsanddynamics，Ianalysistherelationshipofforcesandmomentsduringtheopeningandclosingofhatchback’sbackdoor，andoptimizethelayoutoftheinstalla

3、tionpoint。Asresult,theperformanceofhatchback’sbackdoormeetsfunctionalrequirementswhichisthesteadyofbackdoorwhenopenorclose,andassist,safety.Keywords:CATIA;Backdoor;Gasdamper;1轿车用气动支撑杆介绍1.1构造及支撑力气动支撑杆由活塞、气筒、导杆等构成。如图1所示。图1气动支撑杆结构简图Fig.1Structurediagramofgasdamper气动支撑杆的支撑力：气动支撑杆运动中提供

4、的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和相对运动部件之间的摩擦力。由波义耳定律可知，一定质量的气体，其压强与体积的乘积为定数，即体积减小，压强增大，反之，体积变大，压强减小。当施加外力时，导杆在气室内体积增大，致使压缩气体的有效容积变小，气体压强增大，从而压力差产生的支撑力变大；1.2气动支撑杆的特点及应用我国的气动支撑杆制造技术成熟，成本也在不断下降。气动支撑杆具有尺寸小、容易布置、可靠性高等特点。目前气动支撑杆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。气动支撑杆的可靠性可以满足汽车、飞机及医疗器械等开启机构上的要求，尤其在汽车应用上

5、。后背门及发动机舱盖等开启机构不仅要符合车身造型的需要，而且要满足安全、可靠及使用方便的要求，气动支撑杆可以很好地满足这些要求。基于以上优点，本次两厢车开发采用气动支撑杆。2两厢车后背门的运动分析2.1两厢车后背门开闭类型：许多轿车和轻型客车都设置有后背门，以方便装卸货物和行李。后背门通常有平开式和上掀式两种结构。两者相比，上掀式后背门具有节省空间、开启轻便[1]及关闭可靠等优点，因而被广泛应用。本次两厢车开发采用上掀式结构。这种后背门需要借助助力撑杆来开启，当开启后背门时，利用气动支撑杆产的反作用力通过对铰链旋转轴线产生的力矩来来克服重力矩和摩擦力矩，从

6、而使后背门开[2]启。如图2所示。图2后背门开启位置Fig.2Openpositionofbackdoor2.2支撑杆的运动空间由于随着后背门开启和关闭，气动支撑杆也做近似旋转运动，所以首先要确保气动支撑杆在作动时与后背门内板、流水槽等周边部品无干涉。利用CATIA的[2]DMU模块来确定支撑杆有效运动空间。如图3所示。图3支撑杆运动空间Fig.3Movingspaceofgasdamper2.3后背门及支撑杆运动过程分析车门与车体是通过两个铰链进行连接且铰链中心线平行，车门开启与关闭是围绕铰链中心线进行圆周运动。而气动支撑杆的两个安装点所在面与铰链中心线

7、不相垂直，即气动支撑杆的运动面为非平面。图4平衡位置示意图Fig.4DiagramofEquilibriumposition后背门运动过程中，共有三个静止平衡点。如图4、表1所示。表1三个平衡点位置Tab.1Equilibriumposition平衡点代号开启角度解释涉及部品第一个平衡点A0车门关闭状态锁、支撑杆、后背门第二个平衡点Bα（74.13°）中间平稳位置支撑杆、后背门第三个平衡点Cβ（25.5°）最高位置支撑杆、后背门、铰链3后背门动力学分析3.1支撑杆力学性能本次两厢车开发选用的支撑杆基本参数如表2所示。表2气动支撑杆基本参数Tab.2Basi

8、cparametersofgasdamper长度参数（mm）支撑力