轿车车门安装件的力学性能分析

郑 海

（杭州职业技术学院青年汽车学院，浙江 杭州 310018）

轿车车门安装件的力学性能分析

郑 海

（杭州职业技术学院青年汽车学院，浙江 杭州 310018）

国内在轿车车门的设计过程中出现很多问题，尤其是车门铰链、车门安装点等安装件的性能，大大影响了车门的机械性能、声品质。分析车门安装件的性能、提高其力学性能是主机厂十分关注的问题。本文阐述了车门安装件的结构及其性能要求，然后应用计算机辅助分析对车门铰链、车门安装点进行了力学分析。本文的研究方法对于车门安装件的力学分析有参考作用。

轿车；车门安装件；车门铰链；动刚度；性能分析

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-74-03

引言

轿车车门是车身四门两盖中最重要的部件，对于乘员的舒适性影响最大。轿车车门应该具有足够的强度和刚度、良好的密封性能。足够的车门刚度可以防止车门下沉，防止开闭困难[1]。

车门铰链、车门安装点等安装件对于实现车门的优良性能影响很大，本文主要对其结构及力学性能进行分析。

1、轿车车门安装件结构介绍

轿车车门安装件一般包括车门上下铰链、铰链加强件、车门铰链加强板、A柱外板及加强板、车门限位器等部件。这些件的强度、刚度以及之间的匹配，对车门的使用性能影响很大。包括车门下沉、加强板损坏等。

2、车门铰链强度分析

车门铰链是车门的重要部件。车门关闭时承力件为门锁和铰链，车门打开时载荷完全由铰链承受。铰链之间的中心距影响车门的刚度和下沉，故车门铰链的轴线及其中心距是重要的设计硬点。铰链轴线一般设计有内倾角和后倾角。内倾角一般为0～3°。后倾角一般为0～2°。因为车门在关闭过程中可以依靠车门重力提供一定的关门力，后倾设计主要还考虑到车门在打开过程中避让车门附近地面的障碍物[2]。

2.1 车门铰链的力学建模

本次研究的铰链材料为SAPH400热轧钢，其屈服强度≥225MPa，拉伸强度≥400MPa，通过冲压工艺制成。国家标准对车门铰链有如下性能要求:1、每个门铰链系统应能承受11110N的纵向负荷，不得脱开。2、每个门铰链系统应能承受8890N的横向负荷，不得脱开[3]。按照标准所定的试验步骤，分为两个工况，进行有限元分析。

工况一:在铰链与车身的连接孔处，约束所有方向的自由度；铰链与车门连接孔处，约束23456自由度，施加x向11110N的力，作用点位于上下铰链的中心平面上（垂直于z轴）。

工况二:在铰链与车身的连接孔处，约束所有方向的自由度；铰链与车门连接孔处，约束13456自由度，施加-y向8890N的力，作用点位于上下铰链的中心平面上（垂直于z轴），载荷施加如下所示。

2.2 铰链强度与塑性应变分析

经过计算，其力学结果如下图所示。铰链最大应力为281.3MPa。最大塑性应变为6.1%，小于材料SAPH400的断裂百分比31%，满足设计要求。

3、车门铰链安装点动刚度分析

刚度通常的定义是用所施加的载荷与承受该载荷后产生的变形之间的关系来表示刚度。相同载荷下的变形越大，表示该件的刚度越差；同样，相同载荷下的变形越小，则表示该件的刚度越好[4]。

前门铰链安装孔是前门与车身连接的重要部位，必须具有足够的刚度。若刚度不足，易导致局部区域出现过大变形，从而影响与之关联的结构的使用性能[5]。分析以前门铰链安装孔为分析对象，利用有限元法进行刚度分析。

3.1 车门铰链安装点力学等效与建模

截取A柱、门槛梁、车门立柱、前地板、挡风玻璃上横梁等部件，将其CATIA数模导入Hypermesh软件，进行几何清理、网格划分、模型装配，建立车门安装点的有限元模型。约束这些车身截面的所有自由度。考虑三种工况，分别为在前门铰链安装点单独施加X向1000N的载荷、Y向1000N的载荷、Z 向1000N的载荷。

3.2 计算结果分析

经过计算，得到安装点的刚度值如下表所示。

表1 各工况刚度值

分析结果表明，安装点的力学性能在理论上满足要求。因为是模拟实际工况，不能完全反映实际工况，不能确保完全准确。是否满足实际要求还需通过进一步的试验验证[6]。

4、结论

论述了车门安装件的结构及性能要求，车门安装件是车门结构中的重要部件，其力学性能对于车门的使用影响很大。本文使用CAE方法建立了铰链、车门安装件的力学模型，分别对其强度、动刚度进行分析。研究方法希望能对车门安装件的设计有参考作用。

[1] 黄金陵.汽车车身设计[M]．机械工业出版社.2012.

[2] 原井天.汽车车门设计流程及方法[J].农业装备与车辆工程, 2013,(3):12-16.

[3] GB 15086-1994,汽车门锁及门铰链的性能要求和试验方法[S].

[4] 乌春霞. 汽车车门刚度的仿真分析与试验研究[D]．吉林大学硕士论文，2007.

[5] 何若天.轻型汽车车门铰链结构和维修[J].汽车技术,1990,(8): 51-54 .

[6] 陈效华,于鹏晓,王良模.汽车门铰链动静强度试验系统[J].汽车工艺与材料,2002,(2):32-33.

Car door mount mechanical properties analysis

Zheng Hai
( Youngman Automotive Institute, Hangzhou Vocational & Technical College, Zhejiang Hangzhou 310018 )

There are many problems in the domestic car door design process, especially the performance of door hinge, door installation point mounting parts, greatly influence the mechanical properties, the sound quality of the door. Performance analysis, door mount to improve its mechanical properties are concern of car company. This paper expounds the requirements of door mount and its performance, and use CAE to analyse the mechanical performance of door hinge, door mounting point. This research method can supply reference for mechanical door mount analysis.

car; car door mount sunroof; door hinge; dynamic stiffness; performance analysis

U463.8

A

1671-7988(2015)07-74-03

郑海，就职于杭州职业技术学院青年汽车学院，研究方向为汽车设计及CAE分析、制造工艺。