前車門限位器布置與設計說明書

目錄摘要- 1 -Abstract- 1 -1前言- 2 -2緒論- 3 -2.1汽車歷史- 3 -2.2限位器歷史背景- 4 -2.3限位器的作用- 5 -2.4限位器的分類- 5 -2.5車門限位器工作原理- 7 -3設計分析- 8 -3.1 F202前車門限位器的任務要求- 8 -3.1.1基本要求及選擇- 8 -3.1.2外觀及工作要求- 9 -3.1.3操作特性- 9 -3.2 理論分析- 10 -3.3 F202前車門限位器布置方法- 12 -4.F202前車門限位器設計- 13 -4.1 限位器主臂軌跡的設計- 13 -4.2限位器主臂的形狀設計- 18 -4.2.1限位器的力學研究- 18 -4.2.2重力矩的計算- 20 -4.2.3開門力矩的計算- 21 -4.2.4限位器有效分力計算- 23 -4.2.5限位器主臂形狀設計- 26 -4.3限位器其他零部件的選擇- 27 -5.限位桿的沖壓工藝設計- 28 -5.1沖壓件的工藝性分析及工藝方案- 28 -5.1.1沖壓件的尺寸精度- 28 -5.1.2生產(chǎn)批量- 28 -5.1.3沖壓工藝方案的確定- 28 -5.2初始計算- 28 -5.2.1搭邊設計- 28 -5.2.2排樣圖設計- 30 -3.1.3材料利用率計算- 30 -5.3工藝計算- 31 -5.3.1工藝力計算- 31 -5.3.2沖孔8.5以及6- 32 -5.3.3工藝力計算- 33 -5.3.4設備選擇- 34 -5.3.5凸模與凹模刃口部分尺寸的計算- 35 -5.4凸、凹模結(jié)構(gòu)- 38 -5.4.1凹模洞口的類型- 38 -5.4.2凸模結(jié)構(gòu)設計- 40 -1.卸料裝置- 40 -2.模架選擇- 41 -5.5模具裝配圖及爆炸圖- 42 -總結(jié)與體會- 45 -致謝詞- 47 -參考文獻- 48 - 44 -摘要從車門限位器的結(jié)構(gòu)、原理、性能要求及限位器的布置思路；研究了滿足手感要求的開關門力矩、重力矩和限位器力矩之間的關系，從而得出限位器主臂形狀設計思路。提出了限位器主臂軌跡的求解方法；推導出限位器力臂的計算公式、限位器合力及分力的關系式，平路、斜坡、上坡及下坡等各種情況下重力矩的求解方法。同時介紹了車門限位器，包括限位臂和限位殼體總成組成，在限位器的一端設有緩沖殼體，并在其端部設有限位銷，緩沖殼體內(nèi)設有緩沖膠塊，其特征為：限位器殼體內(nèi)部包括上下對稱的彈簧、滾針、以及支撐滾針的導槽。最后做了F202前車門限位器的限位桿的沖壓模具?！娟P鍵詞】：車門限位器、限位臂軌跡、限位殼、限位力臂AbstractFor from the limit of the structure, principle, performance requirements and spacing device layout thinking; Put forward the boom trajectory limit device several methods of solving; Deduces the calculation formula for 3-phase arm is, limit the equation of force and component, flat road, slope, uphill and downhill, etc. Various kinds of cases heavy torque, studied the method of calculating the required open closed feel satisfied, heavy torque and torque limit is the relationship between torque limit device, concluded that the boom shape design ideas. Meanwhile introduces the limit device, including limit arm and limit shell assembly is composed in the end, limit, and with buffer shell JiDuan department sets limit pin, buffer shell contains a buffer blob of, its characteristic is: limit the diverter housing and internal including the spring, needle symmetry, and support needles guide groove. Finally done before F202 analyzing the movement of the limit device and get the result.【Key words】: door checker track limit shell limit torque1前言車門限位器是用以定位車門的開關角度，控制車門停留在要求的位置，在最大開啟角度范圍內(nèi)設兩到三個檔位，并在開關門的過程中有一定的保持力矩和開啟關閉力矩的裝置。它既能防止因開關門過猛或大風天氣而損壞車門和傷害行人，也能防止在坡路上因車門的突然關閉而造成人員的傷害。 限位器可分為獨立式和復合式結(jié)構(gòu)。獨立式限位器的結(jié)構(gòu)多種多樣，在獨立式限位器如下圖中常用的一種結(jié)構(gòu)式由限位臂和限位器殼體總成等零件組成此種獨立式限位器是通過限位臂上凹凸槽與殼體內(nèi)的滾針相接觸，并通過彈性體大道夾緊限位臂的作用。如圖1.1目前，限位器的彈性體大都采用橡膠塊的形式，所以。但隨著使用次數(shù)的增加，橡膠塊經(jīng)常被壓縮，再考慮到天氣等原因，橡膠塊很容易老化，失去彈性體的作用，使限位力矩減小，并最終導致限位器失效。特別是在寒冷地區(qū)，橡膠塊硬化，使開門困難。如何保證彈性體的彈性，保證限位器的使用壽命，一直是車輛研究機構(gòu)和廠家所要解決的問題。目前，國內(nèi)對于車門限位器的法規(guī)及設計指導資料甚少，而限位器作為直接影響車門開啟手感及車門檔位的功能件，其從開始的設計布置到最后的性能驗證，都是一個值得深入研究的關鍵技術(shù)領域。限位器的運動過程是旋轉(zhuǎn)與線運動的復合運動，在設計過程中應該控制主臂的運動軌跡，避免與周邊件干涉，同時應控制主臂與限位器盒的相對運動關系，對限位器的耐久性有一定的幫助。本文提供了一種從限位器主臂軌跡設計，到限位器力臂、力矩及主臂形狀設計的前期布置與設計思路。2緒論2.1汽車歷史從1957年新中國的第一輛汽車正式生產(chǎn)下線，中國汽車在20世紀中期經(jīng)歷了漫長的緩慢發(fā)展階段，在經(jīng)過2003年和2006年的兩輪爆發(fā)式增長后，開始步入平穩(wěn)增長階段。2009年嚴峻的宏觀經(jīng)濟形勢下，中國汽車行業(yè)的發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機遇，同時也受到來自各個方面的沖擊。中國要想從汽車制造大國發(fā)展成為汽車產(chǎn)業(yè)強國，就必須在汽車產(chǎn)品的研發(fā)上取得突破。歐美日的汽車企業(yè)之所以能夠如此強勢，與他們幾十年甚至上百年的技術(shù)革新與經(jīng)驗積累是分不開的，翻開他們汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史，我們都能夠清晰的感受到他們相同的企業(yè)發(fā)展脈絡：明確的市場定位，堅定不移的技術(shù)研發(fā)，引領潮流的戰(zhàn)略方向，這一切，做足了他們的原始積累。我們的起步盡管有些晚，但是汽車產(chǎn)業(yè)作為中國經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來在技術(shù)研發(fā)上的投入力度明顯增加，從過去的汽車產(chǎn)品進口到產(chǎn)品引進生產(chǎn)再到技術(shù)轉(zhuǎn)化，近幾年來更是直接的技術(shù)引進、并購國外先進的汽車企業(yè)，中國的汽車技術(shù)如雨后春筍般迅猛發(fā)展。生產(chǎn)廠家為了能在市場競爭中立于不敗之地，就必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率，所有這些迫使設計者不斷地尋求智能化的設計工具和先進的設計方法。目前汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度很快，而每一款汽車的設計作為一個系統(tǒng)的工程，是相對獨立的過程，很多跨國汽車公司早在幾十年前就已經(jīng)打破了這種相對的獨立，將設計的每一個過程凝練提升，形成一個個模塊，按照系統(tǒng)的方法組織起來，定義為汽車設計流程。在以后的新車設計中，將每一個過程融入了這種既定的設計模式，按部就班地推進，控制著汽車的每一個非常詳細的設計過程，從而順利高效地完成設計。在國內(nèi)，一汽、二汽、上汽等大的汽車企業(yè)集團都已經(jīng)建立起了比較完善的產(chǎn)品設計流程，在國內(nèi)愈演愈烈的車產(chǎn)品競爭中，這些企業(yè)的產(chǎn)品競爭力有著明顯的優(yōu)勢，產(chǎn)品更新速度快，質(zhì)量可靠，深得用戶的信賴，可見研發(fā)流程的建立對企業(yè)的重要意義。隨著汽車車身造型的設計與修改要求日趨增高，參數(shù)化設計更符合和貼近現(xiàn)代CAD中的概念設計和并行設計思想，并可提高設計與分析的柔性，因此車身模型的參數(shù)化設計已經(jīng)成為車輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。參數(shù)化設計是以一種全新的思維方式來進行產(chǎn)品的創(chuàng)建和修改設計的方法。目前傳統(tǒng)的手工造型方法已被建立在各種先進的造型建模軟件基礎上的計算機輔助造型方法所取代，參數(shù)化設計技術(shù)能夠快速吸收國外汽車車身設計的先進技術(shù)，快速響應市場，提高我國自主設計開發(fā)汽車的能力，提高汽車產(chǎn)品競爭能力。2.2限位器歷史背景在限位器結(jié)構(gòu)設計方面，國外汽車大公司和設計公司經(jīng)過幾十年的試驗、分析、經(jīng)驗積累，形成了實用的結(jié)構(gòu)設計數(shù)據(jù)庫、設計改正記錄和設計規(guī)范，以及面向整個開發(fā)流程的 CAE（Computer Aided Engineering）技術(shù)，有效地幫助和指導著設計師進行輕量化、強度剛度、NVH（Noise Vibration Harshness）、碰撞、空氣動力學、疲勞以及板金沖壓成型分析。目前我國汽車行業(yè)中，只有幾個大企業(yè)中有一些關于限位器結(jié)構(gòu)設計與分析資料，且很不系統(tǒng)，沒有形成規(guī)范化數(shù)據(jù)庫和設計分析規(guī)范，使得我們的設計分析工作缺乏技術(shù)依據(jù)，結(jié)構(gòu)設計與工程分析水平總在低水平徘徊。 由上面的分析，可以看出國外大汽車公司在汽車設計過程中，積累了許多共性的、可供參考的東西，如先進的產(chǎn)品設計技術(shù)，擁有大量試驗、用戶數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的工程數(shù)據(jù)庫（如總布置參數(shù)、結(jié)構(gòu)斷面），先進實驗方法和試驗規(guī)范等，這些都是最寶貴的技術(shù)財富。如果我們能將這些資料加以整理分析，把設計原理和知識、同類設計以及專家經(jīng)驗等融入到軟件中去，實現(xiàn)知識的重用，那么設計者就能避免大量的重復性設計工作，這對轎車車身設計乃至小小的限位器設計經(jīng)驗尚不豐富的我國設計人員來說，無疑具有重大指導意義。 因此，下一代的 CAX 系統(tǒng)應該利用計算機延伸以創(chuàng)造性思維為核心的人類專家的設計能力，盡可能地實現(xiàn)設計過程的自動化。這才是真正意義上的設計工具。設計的過程取決于對知識的掌握、處理和應用，沒有知識就無法進行分析、判斷和決策，因此設計自動化就是對知識的自動化處理。目前，基于知識的工程 (Knowledge Based Engineering，KBE)技術(shù)是解決這一問題最有前途的方案。2.3限位器的作用車門限位器是車門運動開啟與關閉過程中的定位裝置，同樣是不可忽視的部件。限位器具有以下功用：1)保護車門前邊框，防止與車身板金接觸；2)實現(xiàn)一定角度區(qū)域內(nèi)的自動開啟定位與自動關閉車門；3)刮風天，特別是車輛順風開門時，它能保護車門，限制到一定程度、而不被損壞。2.4限位器的分類1滑移式橡膠雙面壓力彈簧最大扭矩：35Nm質(zhì)量：190g2凹坑式金屬雙面壓力彈簧最大扭矩：40Nm質(zhì)量：170g-240g3輥軸式螺旋彈簧最大扭矩：50Nm質(zhì)量：270g4輥軸式扭轉(zhuǎn)彈簧最大扭矩：50Nm質(zhì)量：320g5滑移式金屬雙面壓力彈簧最大扭矩：60Nm質(zhì)量：300g我們在設計過程中，常常根據(jù)不同的扭力需求，選用不同的結(jié)構(gòu)類型。同時，以上5種不同的結(jié)構(gòu)形式，按照次序，價格依次增加。2.5車門限位器工作原理無論哪種類型的限位器，其工作原理均是通過車門的開閉，帶動安裝在車門上的限位器盒，使限位器盒里的彈性元件與限位主臂間產(chǎn)生相對運動，靠主臂的形狀使彈性原件產(chǎn)生或大或小的彈性力，壓擠主臂產(chǎn)生摩擦限位力，最終實現(xiàn)達到開門手感要求和車門限位的目的。2.6限位器的主要結(jié)構(gòu)形式限位器主要結(jié)構(gòu)如圖2.6.1所示，一般由四部分組成：固定在車體上的支座；固定在車門上的限位盒；提供限位力的彈性元件，如橡膠塊、螺旋彈簧、扭桿彈簧等限位結(jié)構(gòu)；主臂或凸輪。根據(jù)彈性原件及限位結(jié)構(gòu)的不同，目前汽車上的限位器常見結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。 圖 2.13設計分析3.1 F202前車門限位器的任務要求3.1.1基本要求及選擇 限位器應符合圖紙的規(guī)定，并按經(jīng)規(guī)定程序批準的產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件制造。我們將設計的是一款新型大眾型商務車，既然面向大眾所以我們要嚴格控制成本，另外又要考慮到自身工藝水平等因素，而且這款車在車門限位方面沒有特別的要求，所以我們根據(jù)2.4的限位器分類來看，我們選用最便宜這款滑移式，橡膠雙面壓力彈簧，最大扭矩35N。3.1.2外觀及工作要求（1）限位器外觀色澤均勻，金屬表面處理層均勻、無碰劃傷等缺陷； （2）塑料件表面無縮痕和斑點以及損傷等缺陷； （3）各摩擦部位應按照圖紙要求均勻涂圖紙規(guī)定牌號的潤滑脂，且必須遵守圖紙上有關潤滑脂數(shù)量的規(guī)定，不允許不抹潤滑脂或抹得過多。 （4）限位器應限位準確、可靠，運動過程中無卡滯、異響等缺陷。3.1.3操作特性（1）車門最大開啟力和最大關閉力滿足圖紙的要求：如果圖紙無要求，可以采用以下標準驗收：30-35N。 （2）操作扭矩特性曲線滿足圖紙要求; （3）限位器抗拉強度承受最大扭矩390N.m時應無破壞。耐候性：（1）限位器應經(jīng)-322C耐寒性試驗后，操作扭矩變化率應在30%以內(nèi)，工作過程中應無異響，任何部位不允許出現(xiàn)開裂等缺陷。 （2）限位器經(jīng)+802C、75%濕度的耐熱性試驗后，操作扭矩變化率應在30%以內(nèi)，工作過程中應無異響，任何部位不允許出現(xiàn)開裂、變形等缺陷。操作扭矩變化率應在5%以內(nèi)； （3）限位器在經(jīng)過高低溫試驗，恢復室溫后，工作過程中應無異響，任何部位不允許出現(xiàn)開裂等缺陷。耐久性：限位器經(jīng)50000次循環(huán)耐久性試驗，試驗過程中，任何部位不允許出現(xiàn)異常磨損、開裂等缺陷，操作扭矩變化率應在30%以內(nèi)，工作過程中應無異響。耐腐蝕性：限位器經(jīng)114小時鹽霧試驗后，試驗后各部位應無肉眼可見的腐蝕、發(fā)漲、表層脫落等缺陷。限位功能正常，工作過程中應無卡滯、異響等缺陷。螺紋連接強度要求螺紋的鏈接強度不小于13N.m 。3.2 理論分析為了保證汽車在一定角度的斜坡上車門保持開啟狀態(tài)的能力（如下圖3.1），需要該限位器最大扭矩達到一定值。圖3.1最大扭矩S為門開啟到最大角度時，門的重力產(chǎn)生的圍繞鉸鏈軸心線的使門關閉的扭矩。根據(jù)最大扭矩值選用限位器類型。1）關于力臂圖3.2當車門開啟時，F(xiàn)（N）H（m）=T(Nm)其中，F(xiàn)為限位器臂所受的張力，H為限位器力臂，則T為限位器圍繞鉸鏈軸產(chǎn)生的扭矩。T值不能超過限位器所能承受的最大扭矩。根據(jù)第三章的限位器任務要求，最大開門力F最大為35N，H限位力臂臨界值為60mm所以當門開啟時臨界狀態(tài)T=2.1Nm 下圖是力臂隨著開啟角度增大的變化曲線：圖3.3力臂大小60mm是臨界狀態(tài)。在車門開閉的始終，力臂大小要大于臨界狀態(tài)。2）關于開門操作力 開門力的大小等于用來克服門自身關閉傾向的力與開門過程中限位器自身圍繞鉸鏈軸心線產(chǎn)生的扭矩之和。圖3.4 在評判操作力的大小方面，無硬性的法規(guī)要求，亦沒有相應的經(jīng)驗數(shù)值。市場上存在的車型中，操作力大小亦各不同樣。限位明確，開關順暢無停滯感為最佳。所以我們接著采用第三章任務要求里面的30-35N為準。3）關于檔位一般分為兩檔和三檔：如果分為兩檔，則一般分為：3035，5565；如果分為三檔，則一般分為：30，50，70。對于F202這款車型，因為它的定位是面向一般人群無特殊需求的，所以考慮到成本和制造難度等原因，我們采用兩檔！第一檔設置在30，第二檔設置在55。3.3 F202前車門限位器布置方法由于限位器的布置相對來說比較獨立，而且要保證與周邊零件的安全間隙，因此，限位器的具體布置工作應該在車門其他附件如車門內(nèi)外板、A柱、B柱等鈑金件以及玻璃滑槽等零件設計完成之后進行的布置基本完成后進行。限位器布置的輸入條件：所用限位器的結(jié)構(gòu)類型（在上文已經(jīng)確定了用滑移式，橡膠雙面壓力彈簧限位器）、車門鉸鏈中心線位置、玻璃滑槽位置、車門玻璃運動包羅面、車門內(nèi)外蒙皮邊界條件、密封面、側(cè)圍外蒙皮邊界條件及車門內(nèi)飾板邊界條件等這些必須要考慮的因素不能和其發(fā)生干涉，這樣會影響磨損和異響。布置限位器時應滿足以下幾點要求：布置空間要求：為減小限位器的有效摩擦力，提高使用壽命，降低開發(fā)難度，一般要求限位器相對于鉸鏈中心線的最小力臂盡量大，因此，限位器中心線應盡量遠離車門鉸鏈中心線，以增大限位器的力臂。在前期總體布置時，應考慮車門內(nèi)外蒙皮之間的厚度能滿足限位器布置的空間要求。限位器最大開啟角度比車門鉸鏈開啟角度小大約5左右。限位器旋動軸線與鉸鏈軸線應平行。限位器在Z方向上的布置應盡量布置在上下鉸鏈間或靠下的位置，盡量在玻璃滑槽最彎處。限位器盒固定螺釘周圍要有工具安裝空間。限位器盒與車門玻璃包羅面、玻璃滑槽應有足夠的安全間隙。限位器臂運動過程中與玻璃包羅面應有足夠的安全間隙。限位器臂尾部運動過程中與內(nèi)飾板應有足夠的安全間隙。限位器臂運動過程中與內(nèi)蒙皮焊接哦那個城應有足夠的安全間隙。限位器臂運動過程中與限位盒的夾角一般不大于8。限位器在車門內(nèi)蒙皮上的安裝位置的鈑金結(jié)構(gòu)工藝可行性應考慮。4 F202前車門限位器設計本次F202前車門的設計主要包括限位器主臂軌跡的設計、限位器主臂形狀的設計。限位器主臂軌跡設計是限位器設計的核心部分，而且他是設計出該款限位器的第一步再得到了軌跡之后才能進行其他零部件的設計以及驗證。限位器主臂形狀的設計包括了限位器的力學研究、重力矩的計算、開門力矩的計算、限位器有效分力的計算。4.1 限位器主臂軌跡的設計車門限位臂的軌跡設計方法主要采用斷面作圖法，因為其具有既簡單而且精度也足夠了，工作量較小的優(yōu)點。采用斷面作圖分析方法確定限位器臂形狀，其原理是：理想狀態(tài)的限位器是要求限位臂始終與限位器盒垂直，實際上不能達到，但我們作出限位器的運動一些主要斷面，在這些斷面位置要求限位臂與限位器盒垂直，采用逼近的方法作出限位臂的初步運動軌跡，斷面越多越準確，然后運動校核得出最佳位置。1)通過F202的鉸鏈布置，初步確定限位器盒和限位器臂安裝位置，理想狀態(tài)的限位器是要求主臂始終與限位器盒垂直，取限位臂一段作為分析單元，并在初始位置垂直限位盒，如下圖藍色粗實線。圖4.12)F202車門最大開度設計在55度間，以35度為單位，作出車門繞鉸鏈中心02的旋轉(zhuǎn)斷面，限位臂單元隨車門旋轉(zhuǎn)獲得新的位置，如下圖所示：圖4.23) 作出限位臂單元與限位器旋轉(zhuǎn)中心01的連接線，測量出相鄰兩條連接線的夾角，如下圖所示角度。圖4.34) 使相鄰兩限位臂單元首尾相連，并使次限位臂單元繞連接點沿與車門旋轉(zhuǎn)相反的方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為兩條連接線的夾角，如圖中第二個限位臂單元旋轉(zhuǎn)角度為6度，第三個限位臂單元旋轉(zhuǎn)角度為5度，以此類推。圖4.45)作出每一個限位臂單元的中點，通過所有限位臂單元中點和旋轉(zhuǎn)中心01，擬合出一條平滑的曲線，形成了限位器臂的軌跡。圖4.5圖4.66)作出限位臂在初始位置、第一檔位置（30）、第二檔位置（55）斷面圖，校核是否與其它零件干涉，出現(xiàn)干涉需要從新調(diào)整安裝位置，重新進行布置設計，直到滿足設計要求。圖4.74.2限位器主臂的形狀設計4.2.1限位器的力學研究 車門限位器滿足的第一個功能：在平路時，車門打開或關閉過程中的任何位置均要滿足車門開關力曲線。根據(jù)限位器的工作原理可知，限位器盒在隨車門開啟時，拉動限位器主臂繞限位器本身的固定中心線轉(zhuǎn)動，在此過程中限位器本身作為二力桿，對車門的運動起到限制作用。此時車門受力情況如圖4.8所示。由圖4.8可知，車門受力應滿足以下關系式： （1）圖4.8式中 車門開啟力； 鉸鏈軸與間的力臂； 限位器產(chǎn)生的力； 限位器的力臂； 車門鉸鏈等零件對車門產(chǎn)生的阻力矩； 車門鉸鏈軸傾斜門重量引起的力矩。 由于一般情況下只有14N.M左右，相對來說比較小，可以忽略不計，此時，門的受力就應滿足： （2）限位器滿足的第二個功能是，在指定的斜坡路面條件下，車門打開到檔位位置時能夠保持車門靜止，既不自關也不自閉，此時車門應滿足以下公式： （3）4.2.2重力矩的計算 由圖4.8可以看出 （4） 式中 重力臂； 重力在相應平面P上的分力； A各種路面條件下重力臂和分力夾角。重力對于鉸鏈中心線的矩的計算分為平路情況和斜坡情況。對于斜坡情況，應考慮其極限狀態(tài)下的重力矩。但斜坡的極限狀態(tài)，由于沒有統(tǒng)一的技術(shù)要求，各廠家考慮的情況不同。所以我們這里就以長安要求的最惡劣情況：上下坡20%的基礎上再加路邊臺階=150與車寬的比值的側(cè)坡的情況來研究重力矩的求解過程。由于上坡時，車門重力矩對車門產(chǎn)生關門的作用趨勢；下坡時，車門重力矩對車門產(chǎn)生開門的作用趨勢；而側(cè)坡時，車門重力矩對上車門有關門的作用趨勢；對下車門右開門的作用趨勢，因此，對于一個車門而言，不同坡度時的極限組合為：關門極限狀態(tài)：上坡（20%坡度）+側(cè)坡（=150，=輪距）上門開門極限狀態(tài)：下坡（20%坡度）+側(cè)坡（=150，=輪距）下門由此可見，重力矩的計算過程非常復雜，為簡化計算過程，我們采用了CATIA參數(shù)化模型方法對不同狀態(tài)下的重力矩進行計算，我們將F202的所有參數(shù)導入其中，得到了在不同路面情況下的重力矩曲線圖 圖 4.9 不同路面情況下的重力矩曲線圖4.2.3開門力矩的計算根據(jù)公式(2)可知 開關門力矩= 式中 車門開關力； 鉸鏈軸與間的力臂。這里，為求限位器主臂形狀，需要將一般的經(jīng)驗得出的開關門力曲線如圖4.10所示作為已知條件，求出開關門力矩。限位器設計完成后，應再驗證開門力是否符合人的開門感覺圖 4.10 開關門力經(jīng)驗曲線根據(jù)以上圖可得出各開關車門角度下的力，而通過測量求得，因此可求得開關門力矩如表4.1所示 表4.1 車門開關力矩表開關門力矩開門力力矩關門力力矩開門角度開門力力矩關門角度關門力力矩03.62583.125440-3.2575-1.465913.62583.125441-3.2575-1.465923.62583.125442-3.2575-1.465933.62583.125443-3.2575-1.465943.62583.125444-3.2575-1.465953.62583.125445-3.2575-1.465963.62583.125446-3.2575-1.46594.2.4限位器有效分力計算將5.2中的平路狀態(tài)下的重力矩（根據(jù)上圖可能平路狀態(tài)下的=5N.m）及4.2.3的開關門力矩（開門力矩3.12544N.m，關門力矩-1.4659N.m）代入公式（2）中，得到非檔位角度下各開門角度對應的限位器力矩 （5）開門 =15.6272關門 = - 7.3295將4.2.2中的檔位角度對應的斜坡極限狀態(tài)下要求的車門的重力矩及4.2.3的開關門力矩（）代入公式（2）中得到檔位角度對應的限位器力矩 （6）安全系數(shù)需要根據(jù)實車試裝效果進行合理調(diào)整。 由公式（5）和公式（6）可計算出限位器各開門角度（包括檔位和非檔位）對應的限位器合力。根據(jù)限位器受力分析，得出限位器合力與有效分力之間的關系如圖4.11所示。 圖 4.11 ：限位器合力 ：限位器摩擦分力（有效分力） ：限位器離心分力 ：限位器初始位置時限位器盒中心與鉸鏈中心的連線與鉸鏈中心和限位器中心的連線的夾角 ：開門角度 ：限位器中心與鉸鏈中心的連線與限位器盒安裝面中心線的夾角 ：鉸鏈中心到限位器盒中心的長度 ：鉸鏈中心到限位器旋轉(zhuǎn)中心的距離 ：任何位置的限位器盒中心線 由圖4.11可知： 其中 所以 又因為 所以 所以 （7）因為每個位置都要能出一個結(jié)果，再此我們就一個位置為例來計算出。根據(jù)上文的條件。我們?nèi)￠_門角度為30時 即=30那在開門角度為30時 =15.6272又=0.5M 所以=31.2544：鉸鏈中心到限位器旋轉(zhuǎn)中心的距離根據(jù)車門的布置可以得到g=0.4m：鉸鏈中心到限位器盒中心的長度。在開門角度為30的時候用千分尺測量出R=0.55m：限位器初始位置時限位器盒中心與鉸鏈中心的連線與鉸鏈中心和限位器中心的連線的夾角限位器布置時已確定為5所以根據(jù)了已知的這些條件再加上公式（7） =12.239 =45.805代入公式得： =26.04N 即 在開門角度為30時=26.04N4.2.5限位器主臂形狀設計 限位器主臂的軌跡求出后，還需要考慮主臂與限位器盒內(nèi)彈性元件相對應的主臂形狀，此形狀使彈性元件產(chǎn)生或大或小的彈性力，壓擠主臂產(chǎn)生摩擦力，即為限位器有效限位力。 一般限位器主臂形狀如圖4.12所示 圖 4.12根據(jù)公式（7）可得。 （8） （9）可得各開門角度對應的，通過光順各對應的線段頂點，即得開門限位器主臂形狀。這里根據(jù)限位器主臂桿件表面材料和與主臂桿件接觸的彈性元件的滾珠或滑塊材料有關。當限位器彈性元件與主臂桿件為滑動時，為滑動摩擦系數(shù)，當其為滾動時，則為滾動摩擦系數(shù)。則與彈性元件的材料結(jié)構(gòu)有關，一般為彈簧、扭簧或橡膠彈簧的彈性系數(shù)。4.3限位器其他零部件的選擇限位器的限位器盒、連接座、橡膠片等東西都是基本通用的，所以我們根據(jù)了長安以往的車型限位器的選用，最后借用了長安之星2前門限位器的零部件。5.限位桿的沖壓工藝設計5.1沖壓件的工藝性分析及工藝方案5.1.1沖壓件的尺寸精度根據(jù)指導書要求，沖裁件的精度按IT13確定，沖模制造精度按IT6-IT7確定5.1.2生產(chǎn)批量要應用模具的零件一般都是重大批量生產(chǎn)，但是對于模具來說，模具的制造是屬于單間小批量生產(chǎn)方式。這里的生產(chǎn)批量就按照模具的制造來定，用單件小批量。5.1.3沖壓工藝方案的確定本沖壓件結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小，內(nèi)部有孔，無彎曲存在，這里采用簡單的給進沖孔模，沖孔落料便可得到?jīng)_裁件。5.2初始計算5.2.1搭邊設計（1）搭邊的確定搭邊能起到補償定位誤差的作用，保持條料有一定的剛度，以保證零件的質(zhì)量和送料方便。在設計搭邊時，如果搭邊過大，材料浪費。如果搭邊過小，沖裁是容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁毛刺，有時還會拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命，后影響送料工作。搭邊值通常由經(jīng)驗值確定，此處查沖壓工藝與模具設計表2.5.2確定搭邊值：矩形工件邊長L>50mm材料厚度為3.2mm兩工件間的搭邊：；工件邊緣搭邊：（2）條料寬度的確定有側(cè)壓裝置時條料的寬度計算圖5.1對于有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終源基準導料板送料 ，因此條料寬度可按下式計算： 式中，B條料寬度的基本尺寸， mm D條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸，154.18mm a條料的搭邊3.2mm 條料下料剪切公差，查沖壓工藝與模具設計表2.5.3,得。代入數(shù)據(jù)得： 5.2.2排樣圖設計 由以上條料的寬度為96mm，根據(jù)模具設計與制造簡明手冊表1-2，可查得，取板料寬1500mm長3300mm分析零件形狀，因為圓形制件排樣方式很簡單，直接一個接一個的排放就可以了，如下圖5.2所示：圖5.2 由以上鋼板的尺寸 mm 每個條料的寬度為162mm，則有：每條料可以制件3300/32.93=100數(shù)件 每板料可以割條料數(shù)為： 每板料共制件數(shù)為： 件3.1.3材料利用率計算 一個步距內(nèi)的材料利用率為利用率按下式計算 式中,S工件的實際面積所用材料面積，包括工件面積與廢料面積代入數(shù)據(jù)得：5.3工藝計算5.3.1工藝力計算 .落料部分落料形狀圖5.3如下：圖5.3計算工藝力的目的是為了合適選用沖壓設備、設計模具和檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力采用平刃沖裁模，拉深力可以按下式計算： 材料的抗剪強度，45鋼查表取；L為沖裁周邊的總長，經(jīng)零件圖計算得301.342mm；材料的厚度；安全系數(shù)一般取。將以上數(shù)據(jù)代入公式得： 當完成一次沖裁后，還有卸料力、推料力的計算。一般采用經(jīng)驗公式加以計算。卸料力: 推料力： 頂件力： 式中，沖裁力，上面已計算為626791.36N；K卸料力系數(shù)，其值為0.020.06,考慮到材料的厚度取0.03；推料系數(shù)，其值一般為0.03-0.07，考慮到材料的厚度取0.04；頂件力系數(shù)，其一般值為0.04-0.08，這里取為0.05n梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量，h為直刃口部分的高度，t為材料厚度，更具凹模形狀，初步選取n=1。將以上數(shù)據(jù)代入公式得：卸料力: 推料力： 頂件力： 當選用剛性卸料裝置和下出模具時，則其總的沖裁力為： =651863.05N5.3.2沖孔8.5以及6工序結(jié)束后形狀為圖5.4：圖5.45.3.3工藝力計算采用平刃沖裁模，拉深力可以按下式計算： 材料的抗剪強度，45鋼查表?。籐為沖裁周邊的總長，經(jīng)零件圖計算得45.55mm；材料的厚度；安全系數(shù)一般取。將以上數(shù)據(jù)代入公式得： 當完成一次沖裁后，還有卸料力、推料力的計算。一般采用經(jīng)驗公式加以計算。卸料力: 推料力： 頂件力： 式中，沖裁力，上面已計算為41400.45N；K卸料力系數(shù)，其值為0.020.06,考慮到材料的厚度取0.03；推料系數(shù)，其值一般為0.03-0.07，考慮到材料的厚度取0.04；頂件力系數(shù)，其一般值為0.04-0.08，這里取為0.05n梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量，h為直刃口部分的高度，t為材料厚度，更具凹模形狀，初步選取n=1。將以上數(shù)據(jù)代入公式得：卸料力: 推料力： 頂件力： 當選用剛性卸料裝置和下出模具時，則其總的沖裁力為： =45190N總工藝力為F=45190+651803.05=696993.05N5.3.4設備選擇(1)沖壓設備選擇的依據(jù)：1）所有壓力機的公稱壓力必須大于總沖壓力，即，又因為當選用剛性卸料裝置和下出模具是有：=696993.053N，公稱壓力必須大于696993.05N。2）壓力機的行程大小適當。3）所選壓力機的最大高度應與沖模的閉合高度相適應。即滿足：沖模的閉合高度介于壓力機的最大閉合高度和最小和高度之間要求。4）壓力機工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并要求留有安裝固定的余地。但在過大的工作臺面上安裝過小尺寸的沖模時，對工作臺的受力條件也是不利的。(2)壓力機的選擇根據(jù)總沖裁力=696.99KN，對于淺垃深時有式中復合時所有力的總和，是壓力機的公稱壓力，則有：模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，用JD21-100開式雙柱固定臺式壓力機。主要的工藝參數(shù)如下：公稱壓力：1000 KN滑塊行程：120mm,(壓力行程7mm)行程次數(shù)：75次/min最大封閉高度： 400mm最大裝模高度： 300mm封閉高度調(diào)節(jié)量： 850mm立柱間距： 480mm工作臺尺寸： 前后6000mm，左右1000mm墊板尺寸： 厚度100mm，孔徑200mm模柄孔尺寸： 直徑60mm，深度80mm電動機功率：7.5KW5.3.5凸模與凹模刃口部分尺寸的計算 落料部分由圖可知，該零件屬于無特殊要求的一般沖裁件。由外輪廓落料獲得，查表2.2.3得2,2，則 2無特殊要求取公差等級為IT12,查表得，有教材表2.3.1取x=0.5,設凸模，凹模分別按IT6,IT7級加工制造，則 校核：由于凸凹模刃口都比較復雜，刃口的尺寸由軟件的偏移得到，凹模刃口尺寸由零件尺寸偏移一個x即可，凸模尺寸在凹模的基礎上在偏移一個就可以了凹模的刃口尺寸結(jié)構(gòu)圖見下圖5.5圖5.5凸模的結(jié)構(gòu)尺寸見下圖5.6圖5.6 沖孔 部分無特殊要求取公差等級為IT12,查表得，有教材表2.3.1取x=0.75,設凸模，凹模分別按IT6,IT7級加工制造，查表得，則有： 校核： 0.012+0.008=0.020mm<0.108mm 故： 孔部分無特殊要求取公差等級為IT12,查表得，有教材表2.3.1取x=0.75,設凸模，凹模分別按IT6,IT7級加工制造，查表得，則有：校核： 0.011+0.018=0.029mm<0.108mm 故： 5.4凸、凹模結(jié)構(gòu)5.4.1凹模洞口的類型根據(jù)沖壓工藝與模具設計書中第72頁取直筒式刃口凹模，其特點是制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變廣泛應用于沖裁公差要求較小，形式復雜的精密制作。取23度，h=410mm, 此時取3，且取h=5mm。凹模的外形尺寸凹模的外形一般為矩形與圓形兩種，凹模的外形尺寸應保證有足夠的強度，剛度和修模量，凹模的外形尺寸一般是根據(jù)被沖壓材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸確定的，如圖： 圖5.7凹模結(jié)構(gòu)如圖7所示。根據(jù)沖壓工藝與模具設計書中第72頁有：凹模厚度 （2.4.1）凹模壁厚 （2.4.2）由，查沖壓工藝與模具設計書中表2.8.1得：K=0.42。故計算凹模厚度為，因此取。又由得；根據(jù)零件有：歩距S=30+a1，查表有a1=2.8mm，則有：S=32.8mm，則由，取A=290mm 。5.4.2凸模結(jié)構(gòu)設計 模具結(jié)構(gòu)采用彈壓式卸料板結(jié)構(gòu)見圖5.8： 圖5.8凸模的長度計算為： （2.4.3） 式中，分別為凸模固定板、卸料板、導料板的厚度；為附加長度，包括凸模的修磨量、凸模進入凹模的深度及凸模固定板與卸料板間的安全距離。在t1.5mm時，在時，這里取。導料板的厚度，卸料板的厚度，則取L=70mm。 因d=10，故取D=14mm, h=5mm。1. 卸料裝置采用彈壓卸料裝置，由卸料板，彈性元件，卸料螺釘組成。這里選用導料板導向的用在沖模中的彈性卸料裝置。卸料板的凸臺部分的高度h應比導料板的厚度H?。?.10.3）t（t為坯料厚度）。即h=H-（0.10.3）t。具體結(jié)構(gòu)如下圖5.9彈性卸料板具有卸料和壓料雙重作用，多用于沖制薄件，使工件的平面度提高，其平面的外形尺寸等于或稍微大于凹模板尺寸，厚取為凹模厚度的0.60.8倍，卸料板的雙邊間隙根據(jù)沖件的料厚確定，一般取為0.10.3mm，在級進模中特別小的沖孔凸模與卸料板的雙邊間隙可取為0.30.5mm。2. 模架選擇模架是上模座、下模座、導柱和導套的組合件，根據(jù)模架導向用的導柱和導套間的配合性質(zhì)，模架可以分為滾柱導向模架和滑動導向模架兩大類。每類模架按照導柱安裝位置和數(shù)量的不同，各自又具有多種模架類型。選擇模架結(jié)構(gòu)要根據(jù)工件的受力變形特點、坯件定位和出件方式、材料的送進方向、導柱的受力方向，以及操作是否方便等方面進行綜合考慮。選擇模架尺寸要從凹模的輪廓尺寸來考慮，一般在長度及其寬度上模架都應比凹模大30-40mm，模架厚度一般為凹模厚度的11.5倍。選擇模架是還要注意模架與壓力機的安裝關系，例如模架與壓力機工作臺孔的關系中，模座的寬度應比壓力機工作臺孔的孔徑每邊約40-50mm。另外，沖壓模具的閉合高度應大于壓力機的最小裝模高度，小于壓力機的最大裝模高度這里我選用滑動式對角導柱式，如下圖5.10所示：圖5.105.5模具裝配圖及爆炸圖圖5.11圖5.12圖5.13圖5.14總結(jié)與體會本文結(jié)合企業(yè)實際工程項目，以F202開發(fā)為研究對象，對前車門布置進行了相關研究與分析，重點完成了前車門限位器的布置與設計的相關研究。首先通過對國內(nèi)外車身技術(shù)的發(fā)展趨勢的回顧以及對車身、限位器準確的定位與理解用現(xiàn)代計算機技術(shù)與國外先進的流程化設計思想，首先對其基本結(jié)構(gòu)與組成進行相關分析；然后對限位器的開發(fā)流程進行了相關研究，重點對限位器的各個要點進行理論分析與知識庫經(jīng)驗的判斷；接著限位器的具體結(jié)構(gòu)進行選型與布置討論，形成用于詳細設計的總布置文件；最后做了F202限位器的限位桿的沖壓模，并對其進行了詳細的設計研究。論文完成的主要的研究工作及所獲結(jié)論如下：1）車門限位器開發(fā)的前期選型定義要明確，通過結(jié)構(gòu)型式的定義，明確每一個零部件品的實施方案：新設、繼承還是繼承性的更改。2）限位器機能件布置要流程化，對每一個部品的分析要做到充分合理，建立一條流程化的步驟。3）車門布置的過程要通過大量的知識庫的經(jīng)驗去判斷，結(jié)合理論分析，將車門的每一個部分布置得合理、有效、工藝受控、成本受控此文主要針對了限位器的布置。4）限位器設計的過程思路要規(guī)范，采用CATIA中的參數(shù)化設計、關聯(lián)化設計方法，提高設計的效率與質(zhì)量。5）車門限位器的分析過程是車門限位器從設計到生產(chǎn)的一個必經(jīng)階段，認真做好這一階段的工作，可以真正能夠在設計階段了解掌握產(chǎn)品的性能、工藝狀況，從而更好地把握設計的方向，少走彎路、錯路。另外本畢業(yè)設計課題是對F202前車門限位器進行設計計算，由于限位器的設計計算沒有成熟的理論，所以設計計算都是按照前人所得出的方法經(jīng)驗來做的。經(jīng)過兩個月的投入和老師的指導，最后很好的完成了畢業(yè)設計的課題任務，達到了預期的目的。總的來說，該畢業(yè)設計的課題有著很多的意義，不單單是完成了一些前車門限位器的設計和計算。通過畢業(yè)設計的整個過程，使我學習到了比這些更多的東西，我們將課本學到的知識和在公司學到的知識進行有機的結(jié)合，對以前從未接觸的車門限位器進行設計計算，使們對四年本科所學的知識有一個很好的回顧和對新的知識進行了學習理解，更使我了解了對一項工作，該如何著手、如何準備、如何一步步的分析并最終把它完成。通過此次畢業(yè)設計，我不僅把所學知識融匯貫通，同時在查找資料的過程中也了解了很多課外知識開拓了視野，認識了機械行業(yè)的發(fā)展前景，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。畢業(yè)設計是我作為一名學生即將完成學業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學校所學知識的全面總結(jié)和綜合利用，尤為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好的開端，畢業(yè)設計是我對所學知識理論的檢驗與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設計者獨立分析和解決問題的能力，是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜合性作業(yè)。在設計過程中，我學到了很多東西，也培養(yǎng)了我的獨立工作的能力，樹立了對自己工作的信心，相信對自己今后的學習、工作、生活有著非常重要的影響。在完成畢業(yè)設計的過程中，我深深的感覺到自身知識的匱乏，很多東西都是在做畢業(yè)設計的同時，邊學邊做，難免會有不足，望老師見諒。致謝詞本文的研究工作是在導師廖敏老師的關懷和悉心指導下完成的，學生衷心感謝廖老師給予的指導、教誨及在各方面的關懷和鼓勵。導師事務繁多，但仍然保持著旺盛的精力，對學術(shù)研究一絲不茍，對科研工作的指導細致入微。他淵博的知識、嚴謹求實的治學態(tài)度、豐富的科研經(jīng)驗以及忘我的敬業(yè)精神都令學生欽佩不己，是我終生學習的表率。在此，謹向恩師致以崇高的敬意和衷心的謝意。學生的論文工作得到了廖老師的指導，她給予了作者悉心的指導，在此表示感謝。論文研究過程中，也得到長安的李西渝總工程師、范劍波主任以及多位師兄師姐給我的大力幫助等無微不至的關懷，在這里，學生一并致以誠摯的謝意。感謝我的家人，他們是使我潛心完成學業(yè)的重要保障。感謝我的朋友，他們給予我的關懷、鼓勵和支持始終是我奮斗的精神支柱，使我獲得拼搏的勇氣和力量，克服各種困難，順利完成學業(yè)。感謝我的母校西華大學和我所在的機械學院，她們?yōu)槲覄?chuàng)造了良好的學習條件。感謝大學四年來所有教過我的老師們對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與生活。最后，再次誠摯感謝每一位給予我關心、支持、鼓勵和幫助的老師、同學、親人和朋友！參考文獻1 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