两厢车背门气弹簧布置

背门受力分析1.气弹簧一般工作原理★气弹簧不受外力时，自然伸长为最小行程（指压缩行程）处，即最大伸长处;★活塞两边气压相等，由于受力面积不同，产生压力差提供气弹簧的支撑力；★气弹簧运动中瞬时提供的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和摩擦力。★外力压缩气弹簧，由于撑杆在气室内体积增大，压缩气体的有效容积变小，气室气压变大，压力差产生的支撑力变大；★摩擦力变化：气室压力越大，摩擦力越大，撑杆运动越快，摩擦力越大，离自然伸长处越远，摩擦力越大；★气温影响气弹簧支撑力：气温越低，气室压力越低，气弹簧提供的支撑力越小。2.背门XZ平面静止状态分析2.1气弹簧XZ平面安装尺寸分析模型简化：★边OA、AB在同一方向，两边相加等于OB；下图中：O——背门铰链中心轴；A——气弹簧门框安装点；B——门关闭时，气弹簧门上安装点；C——门完全开启时，气弹簧门上安装点；OAqOB-AB=r-12Ac2=Oc2+OA2-2Oc乂OAcos以12=r2+(r-1)2-2r(r-1)cos以2(1-cos以)r2-2(1-cos以)12r+1;-1;=0(A)=0(0<以<180。)7 12-12=0(0<以<180。)r2-1r+ 2 1 2 2(1-cos以)，2(12-12)12-——2——H-2 1—cos以2从上述推导过程中可以看出:★当a=0°时，式即122=112，此时门无法打开。★当l1，l2一定时，要满足开启的角度a（0<a<180°）越大，r值就应该越小;要满足a=90°（BF两厢），v'212—121r= —1 a+*2 2假设11=1.512（一般是1.5倍左右，Fiat1.44，307-1.68，C4-1.43），r=1.4412当r=1.4412时，方能使a满足90°开启要求。★按照此公式计算r值，与实际安装尺寸的误差：Fiat为7.7%，307为3.6%，C4为4.0%。2.2背门XZ平面工况要求下图中：w——门的重力；E——门的重心，设OE长度二k；状态1——背门下平衡点；状态2——背门上平衡点；状态3——背门处于水平位置（重心E与O的连线OE水平）;状态4——背门完全开启；状态0-1——背门重力力矩大于气弹簧支撑力力矩，开启时需提供外力才能将门打开。状态1-2——背门重力力矩等于气弹簧支撑力力矩，此时背门处于平衡区域，无须提供外力背门即可处于静止状态。状态2-4——背门重力力矩小于气弹簧支撑力力矩，背门会自行打开，直至达到气弹簧最小行程处（背门完全开启），状态3时重力力矩最大。2.3气弹簧XZ平面支撑力分析2.3.1气弹簧的最大支撑力下图中:F——气弹簧支撑力;d 气弹簧支撑力力臂，即O到AC的距离;W——门的重力;E——门的重心，设OE长度二k；①一一门关闭时，OB与垂线之间的夹角;B——OC与OE之间的夹角;Y——ZOAC在^OAC中，

OA2+AC2-OC2y—arccos ==~==2OA•AC其中。4—r-12,AC=I,OC=ry—arccos(r一顷+"之2〈(r-12)对0点取力矩F•d=W•k•sin(180P-^-a+p)W•k•sin(©+以-。)F— —d而d—OAsiny=(r-1)sinyW•k•sin(©+以—P)(r-1(r-1)sin邛当①+q-B=90°，即Q=90°+B-①时，力F最大，此时背门处于水平位置(重心£与0的连线OE水平)。日W•kF—(r-1^)siny由此可见，气弹簧的支撑力必须大于F方能支撑住门，使门向上打开不致于引起下坠。★一般气弹簧的最大支撑力比理论计算值F要大10-20%以上。2.3.2背门的平衡条件''状态开启角能否平衡摩擦力Ff总支撑力力矩mf与重力力矩Mw比较类型/大小方向00°0~10°<a<a1否动态/FfA—BMf<Mw1a=a1台匕能静态/七一0A—BMf=Mw1~ba1<a<ab台匕能静态/FsA—BMf=Mwba=ab台匕能0无Mf=Mwb~2。?。＞。台匕能静态/0—FsB—AMf=Mw2a=a2台匕能静态/FsB—AMf=Mw2~4a<a<a否动态/FfB—AMf>Mw4a=amax注：上表各状态均为无外力时分析，七为最大静摩擦力，★状态2时背门开启的角度为a：2当背门开启角a＞a2时，背门会自行开启，直至达到气弹簧最小行程处（状态4，背门完全开启）；当背门开启角a=a2时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩Mf等于重力的力矩mw，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小为最大静摩擦力，方向同总支撑力方向相反；当背门开启角。2＞。＞气时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩mf等于重力的力矩mw，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小由最大静摩擦力~0（。2~ab），方向同总支撑力方向相反。★状态b时背门开启的角度为a:b当背门开启角a=ab时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩Mf等于重力的力矩mw，总支撑力完全由压力差产生的支撑力提供，无摩擦力。★状态1时背门开启的角度为a:1当背门开启角ai<a<ab时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩mf等于重力的力矩mw，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小由0〜最大静摩擦力（ab~ai），方向同总支撑力方向。当背门开启角a二.时，背门能处于静止状态，此时总支撑力的力矩虬等于重力的力矩Mw，总支撑力一部分由气弹簧摩擦力提供，大小为最大静摩擦力，方向同总支撑力方向；当背门开启角aV%时，背门会自行关闭，直至达到气弹簧最大行程处（状态0，背门完全关闭）；2.3.3气温对气弹簧支撑力的影响查尔斯定律：Pj/门=Pf/TfT为开尔文温度，20°C=293K，-40°C=233K，80°C=353K；★根据公式计算：在其他条件相同的情况下，-40°C时气弹簧的支撑力是20°C时的79.5%，80°C气弹簧的支撑力是20°C时的1.2倍。

2.3.4背门开启力和关闭力的分析上图中，Fo,%分别为开启力和关闭力。背门开启：W-k-F-L-F-d=0o o pook=ksin①；od=l2sinB；背门关闭：W-k+F-L-Fp・d=0k=k•cos(①+Q-90°)；cd=(r-l2)sinY；L=L•cos(①+a-B-90°)；c★背门的重力对开启力和关闭力的大小影响最大，背门越轻开