一种汽车尾门气弹簧力学计算方法技术

技术编号:20725217 阅读:55 留言:0更新日期:2019-03-30 17:45
本发明专利技术公开一种汽车尾门气弹簧力学计算方法,包括在UG环境中进行的以下步骤:建立气弹簧支撑力的数学模型;建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型;输入和/或设置气弹簧及汽车尾门的参数根据所建立的数学模型,分别计算不同开门角度时的开启力和关闭力,得到开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。本发明专利技术可以在UG环境中选中尾门的实体模型直接进行计算,因此,大大减少了计算时间;而且由于很多参数可以在程序中进行设置,无需通过人机交互手工输入,具有操作简单不易出错、输入耗时短等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车尾门气弹簧力学计算方法
本专利技术属于汽车制造
,具体涉及一种汽车尾门气弹簧力学计算方法。
技术介绍
气弹簧是一种具有支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的工业配件。它由压力缸、活塞杆、活塞、填充物(惰性气体或者油气混合物)、缸内控制元件与缸外控制元件(指可控气弹簧)和接头等构成。其工作原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物,使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍,利用由活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积产生的压力差实现活塞杆的运动。由于工作原理的不同,与普通弹簧相比,气弹簧具有速度相对缓慢、动态力变化较小、容易控制等优点。目前,汽车尾门气弹簧布置计算需要先在UG环境中先布置好尾门气弹簧的位置,包括气弹簧的上安装点和下安装点、尾门的开启点和关闭点、尾门的重心、铰链轴线等坐标信息,并把这些所需的信息输出到其它软件中进行力学计算。其缺点是:无法在UG环境中运行,计算力值曲线(尾门开启力与开门角度的关系曲线,尾门关闭力与开门角度的关系曲线)的速度慢,人工输入气弹簧的参数过多,耗时过长;无法自动判断计算结果是否满足设计规范。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题,本专利技术提出一种汽车尾门气弹簧力学计算方法。为实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:本专利技术提供一种汽车尾门气弹簧力学计算方法,包括在UG环境中进行的以下步骤:建立气弹簧支撑力的数学模型;分别建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型;输入和/或设置气弹簧及汽车尾门的参数,汽车尾门的重力和重心通过输入获得,或通过选择汽车尾门实体模型由UG软件计算获得,根据气弹簧支撑力的数学模型、开启力的数学模型和关闭力的数学模型,分别计算不同开门角度时的开启力和关闭力,得到开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。进一步地,所建立的气弹簧支撑力的数学模型为:式中,F为气弹簧支撑力,π为圆周率,R为气弹簧压力缸半径,r为活塞杆半径,p1为初始气压,即活塞杆全部拉出时气弹簧内的气体压强,L为活塞总行程,即活塞杆全部拉出时气弹簧内气体的长度,ΔL为活塞行程;上述所有物理量均采用国际标准单位。进一步地,分别建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型的方法包括:以汽车尾门与车身连接处的铰链轴线为旋转轴,分别建立汽车尾门在开启力矩、汽车尾门的重力矩、气弹簧支撑力矩作用下的力矩平衡方程和在关闭力矩、汽车尾门重力矩、气弹簧支撑力矩作用下的力矩平衡方程:W×kO-fO×LO-k×FO×dO=0W×kC+fC×LC-k×FC×dC=0式中,W为汽车尾门的重力,kO和kC分别为汽车尾门开启和关闭时W的力臂;fO和fC分别为汽车尾门开启力和关闭力,LO和LC分别为fO和fC的力臂;FO和FC为汽车尾门开启和关闭时气弹簧支撑力,dO和dC分别为FO和FC的力臂;上述所有物理量均采用国际标准单位;k为一系数,当尾门上安装一个气弹簧时,k=1;当尾门上安装两个气弹簧时,k=2;FO和FC通过求解活塞行程,根据气弹簧支撑力的数学模型计算得到,各个力臂的值通过求解所对应力的作用点的位置和力的方向得到;分别求解上述两个力矩平衡方程,得到开启力的数学模型和关闭力的数学模型。进一步地,所述方法还包括:通过计算不同温度时的气弹簧支撑力,计算不同温度时不同开门角度时的开启力和关闭力,得到不同温度时开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。进一步地,所述方法还包括:将计算结果与设定的阈值进行比较,判断所述计算结果是否符合设计规范。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:本专利技术通过建立气弹簧支撑力的数学模型、开启力的数学模型和关闭力的数学模型,输入和/或设置气弹簧及汽车尾门的参数,汽车尾门的重力和重心通过输入获得,或通过选择汽车尾门实体模型由UG软件计算获得,根据建立的气弹簧支撑力、开启力和关闭力的数学模型,分别计算不同开门角度时的开启力和关闭力,能够自动输出开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。本专利技术可以在UG环境中选中尾门的实体模型直接进行计算,因此,大大减少了计算时间;而且由于很多参数可以在程序中进行设置,无需通过人机交互手工输入,具有操作简单不易出错、输入耗时短等特点。附图说明图1气弹簧结构示意图;图2汽车尾门开启和关闭时在竖直平面的受力分析图;图3为不同温度时开启力与开门角度的关系曲线图和关闭力与开门角度的关系曲线图,曲线11、12、13分别对应-30℃、20℃、80℃时的开启力,曲线21、22、23分别对应-30℃、20℃、80℃时的关闭力。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例一种汽车尾门气弹簧力学计算方法,包括在UG环境中进行的以下步骤:步骤101,建立气弹簧支撑力的数学模型;在本步骤中,建立气弹簧支撑力的数学模型。气弹簧是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件,由压力缸、活塞、活塞杆等组成。气弹簧内部充有高压惰性气体,如氮气。因为活塞上设有通孔,所以活塞两端气体的压强相等。又由于活塞两端受力面积不同,所以产生向外的弹力,即气弹簧支撑力。本步骤建立的数学模型是气弹簧支撑力与弹簧结构参数的关系式,所述结构参数主要包括气弹簧的压力缸或活塞的直径/半径、活塞杆的直径/半径等。步骤102,分别建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型;本步骤是在建立气弹簧支撑力的数学模型的基础上,建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型。气弹簧的一端安装在汽车后车身上,另一端安装在汽车尾门上。汽车尾门开启或关闭过程中,绕铰链轴线(位于尾门与车身的连接处)转动,除了受到开启力或关闭力外,还受到尾门重力和气弹簧支撑力的作用。因此,开启力和关闭力与尾门重力和气弹簧支撑力有关,随开门角度的不同而不同,开启力和关闭力的数学模型是开启力和关闭力与尾门重力、气弹簧支撑力和开门角度的关系模型。步骤103,输入和/或设置气弹簧及汽车尾门的参数,汽车尾门的重力和重心通过输入获得,或通过选择汽车尾门实体模型由UG软件计算获得,根据气弹簧支撑力、开启力和关闭力的数学模型,分别计算不同开门角度时的开启力和关闭力,得到开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。本步骤是根据前面建立的数学模型,求解开启力和关闭力。通过求解不同开门角度时的开启力和关闭力,可以得到开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。求解时汽车尾门的重力和重心通过输入获得,也可以通过选择尾门实体模型直接由UG软件计算获得。其它参数可以人工输入和/或在程序中进行设置。本实施例中的很多参数可以在程序中直接进行设置。例如,一般气弹簧是由供应商规定的系列产品,即压力缸和活塞杆的半径或直径有系列的定值(也可由主机厂自行设定),因此气弹簧的压力缸半径、活塞杆半径的大小和充入气体的初始压强等参数均可根据产品系列直接进行设定,而无需通过人机交互人工输入。开启力和关闭力关系曲线中的开门角度也可通过设置最小角度步长和最大开门角度得到。这样就大大减少了人工输入的工作量,简化了操作程序,减少了人工输入花费的时间;而且可以通过选择实体模型直接由UG软件进行计算,提高了数据处理速度,解决了计算气弹簧力值曲线耗时过长的问题。作为一种可选实施例,所建立的气弹簧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车尾门气弹簧力学计算方法,其特征在于,包括在UG环境中进行的以下步骤:建立气弹簧支撑力的数学模型;分别建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型;输入和/或设置气弹簧及汽车尾门的参数,汽车尾门的重力和重心通过输入获得,或通过选择汽车尾门实体模型由UG软件计算获得,根据气弹簧支撑力的数学模型、开启力的数学模型和关闭力的数学模型,分别计算不同开门角度时的开启力和关闭力,得到开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。

【技术特征摘要】
1.一种汽车尾门气弹簧力学计算方法,其特征在于,包括在UG环境中进行的以下步骤:建立气弹簧支撑力的数学模型;分别建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型;输入和/或设置气弹簧及汽车尾门的参数,汽车尾门的重力和重心通过输入获得,或通过选择汽车尾门实体模型由UG软件计算获得,根据气弹簧支撑力的数学模型、开启力的数学模型和关闭力的数学模型,分别计算不同开门角度时的开启力和关闭力,得到开启力与开门角度的关系曲线和关闭力与开门角度的关系曲线。2.根据权利要求1所述的汽车尾门气弹簧力学计算方法,其特征在于,所建立的气弹簧支撑力的数学模型为:式中,F为气弹簧支撑力,π为圆周率,p1为初始气压,即活塞杆全部拉出时气弹簧内的气体压强,R为气弹簧压力缸半径,r为活塞杆半径,L为活塞总行程,即活塞杆全部拉出时气弹簧内气体的长度,ΔL为活塞行程;上述所有物理量均采用国际标准单位。3.根据权利要求2所述的汽车尾门气弹簧力学计算方法,其特征在于,分别建立汽车尾门开启力的数学模型和关闭力的数学模型的方法包括:以汽车尾门与车身连接处的铰链轴线为旋转轴,分别建立汽车尾门在开启力矩、汽车尾门的重力矩、气弹簧支撑力矩作用下的力矩平衡方程和在关闭力矩、汽车尾门...

【专利技术属性】
技术研发人员:蒙永种刘晶董宁伟彭丹吴雄兴
申请(专利权)人:上汽通用五菱汽车股份有限公司
类型:发明
国别省市:广西,45

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