S08型发动机盖锁的研究与分析

潘玉山,沈为军

(1.江苏联合职业技术学院靖江教学点,江苏 靖江 214500;

2.江苏皓月汽车锁股份有限公司开发部,江苏 靖江 214500)

S08型发动机盖锁的研究与分析

潘玉山1,沈为军2

(1.江苏联合职业技术学院靖江教学点,江苏 靖江 214500;

2.江苏皓月汽车锁股份有限公司开发部,江苏 靖江 214500)

机盖锁是汽车发动机盖的附件,是具有独立功能的部件。在设计和分析过程中,将传统的设计思想与现代分析工具相结合,有利于提高设计效率,缩短设计周期,降低设计成本。

机盖锁;设计;分析

汽车发动机盖锁属于发动机盖的附件,是具有独立功能的部件,主要包括锁体、内开机构和安全锁三部分。其功能旨在使发动机盖安全锁闭,并保证发动机盖与车身的相对位置在行车中不得自动开启。发动机盖锁按其锁体结构划分,可分为钩子锁、舌簧锁及卡板锁三种形式[1]。S08型机盖锁属于卡板锁,它主要是依靠辅助挂钩和卡板双重锁止,这样大大提高了汽车行驶的安全性。为保证机盖锁工作可靠,在设计分析过程中我们将传统的设计思想与现代分析工具相结合,大大地提高了设计效率。

1 机盖锁设计的基本要求

关于机盖锁的要求在GB 11568《汽车罩(盖)锁系统》有比较详细的说明。我们结合车型特点,认为S08型机盖锁要满足以下要求:(1)能可靠地保持锁紧和打开;(2)必须有二次开启功能,或在机盖锁上装有第二个锁止装置;(3)发动机盖从300mm均高自由落下,应能锁止;(4)解锁时,应能上举在锁扣上转换质量4 kg;(5)耐振性;(6)耐久性;(7)横向载荷达到5 kN时,不发生失效; (8)结构紧凑,并能在汽车机盖内正确安装。

2 机盖锁几个工作状态

S08型机盖锁采用棘轮棘爪机构,应用棘轮棘爪机构单向传动的特性,实现机构的停止或制动。按机盖锁锁合和打开顺序,机盖锁工作状态包括打开状态、开始啮合(锁紧)状态、锁紧状态和开启状态,如图1所示。在图1(a)中,发动机盖从300 mm均高自由落下,在此冲击力作用下,棘轮作顺时针转动,推开棘爪(图中未表示),并克服由棘轮复位弹簧产生阻力矩;在图1(b)中,棘爪在回位弹簧的作用下,开始推向棘轮齿槽;在图1(c)中,在棘轮与棘爪两个复位弹簧的作用下,使棘轮和棘爪完全啮合在一起,力F3′产生的转矩必须使棘爪作顺时针转动的趋势,否则棘爪有可能松脱;在图1 (d)中,在拉线力F5′作用下,克服力F3′产生力矩、棘爪与棘轮面间的摩擦力(图中未表示)矩以及棘爪回位弹簧的阻力矩,使棘爪和棘轮松开。

图1 机盖锁几个工作状态Fig.1 Severalw o rking cond itions of au tom obile hood lock

3 机盖锁受力分析

锁合过程,如图1(a):

机盖对棘轮的冲击力F:

其中h为机盖重心下落高度;L为机盖的长度;W为机盖的重量;J为机盖转动惯量;E为弹性模量。

根据能量守恒,可以近似认为冲击能量转化为弹簧的势能,即有:

其中k1为棘轮复位弹簧的倔强系数;x为棘轮复位弹簧压缩量。

解锁过程,如图1(d),有:

对于棘爪:

对于棘轮:

其中:f为棘爪与棘轮面间的摩擦力。

以上分析是初步选择弹簧倔强系数、长度、直径、安装位置等重要依据。

4 机盖锁的运动和应力分析

4.1 机盖锁运动分析

对机盖锁进行运动分析,旨在判断机构运动是否顺畅,是否发生干涉。分析时若发现干涉或间隙过大等问题,可以及时修改模型,然后在进行分析直至满意为止,达到缩短产品开发周期,降低产品开发成本的目的[3]。

机盖锁运动分析我们借助于UG的M o tion模块,该模块具有强大的运动仿真及分析功能,能形象模拟仿真机盖锁工作的全过程。运动模拟仿真的全过程大致可以分为以下几个步骤:创建连杆、建立运动副、定义运动驱动、创建运动模拟仿真四个步骤。最后,用在UG的M o tion模块中提供的将机构的运动仿真转化为可以播放的M PGE电影文件的功能,生成M PGE电影文件。S08机盖锁运动分析结果如图2所示。

图2 机盖锁运动分析结果(两个瞬间)Fig.2 M otion analysis resu lts of au tom obile hood lock(tw om om en ts)

4.2 机盖锁应力分析

对机盖锁进行应力分析,旨在检查机盖锁在试验载荷的作用下,各零部件材料选择、结构设计比较合理等。分析时若发现存在应力过大、应力集中等问题,可以及时更改材料的型号,材料的规格,以及提出改善零件性能的热处理方案等,然后在进行分析直至符合要求为止。

机盖锁应力分析我们借助于UG中A dvanced Sim u lation模块的高级仿真功能,对机盖锁在试验载荷(5 kN)下,各主要零部件进行应力分析。高级仿真分析主要包括选择解算器、理想化部件几何体、网格生成、材料与单元属性定义、边界条件定义、求解模型、结果分析等。为了便于对比分析,我们设定棘轮、棘爪和底板不同的厚度(见表1),并交叉组合,从各种组合分析结果,找出最合理组合形式。

图3为棘轮和棘爪的板厚分别为4mm和3 mm,应力分析结果。图3表明,棘轮受5 kN向上的拉力作用时,最大应力为741M Pa,发生区域在棘轮卡口处。

Tab.1 D ifferen t com pound ing of the ratchet w heel,the palletand the p late表1 棘轮、棘爪和底板不同的厚度组合

图3 机盖锁应力分析结果之一Fig.3 A stress analysis resu ltof au tom obile hood lock

5 结 语

通过以上分析,在进行机盖锁设计时,若能借助于传统设计方法和UG中M o tion和A dvanced Sim u lation模块的强大仿真和分析功能,可以大大提高设计效率,降低设计成本。

[1] 赵 波.基于虚拟样机技术的汽车发动机盖锁设计[J].上海工程技术大学学报,2008,22(12):323-326.

[2] 唐远志.发动机罩下落冲击力与散热器架受力分析[J].湖北汽车工业学院学报,2004(6):14-15.

[3] 赵 波.汽车发动机盖锁虚拟样机建立与分析[J].机械设计与制造,2005(10):19-20.

[4] 胡小康.UG NX 4运动分析培训教程[M].北京:清华大学出版社,2006.

[5] 洪如瑾.UG NX 4高级仿真培训教程[M].北京:清华大学出版社,2007.

Resea rch and Ana lysis o f S08 Au tom ob ile Hood Lock

PAN Yu-shan1,SHENW ei-jun2
(1.Jing jiang teaching po in t,Jiangsu Jo in tV ocational&Technical Co llege,Jing jiang 214500,China;
2.D evelopm en tD epartm en t,Jiangsu Haoyue A u to L ock Co.,L td.,Jing jiang 214500,China)

A u tom obile hood lock is a car hood attachm en t,an independen t func tional com ponen ts.In the design and analysis p rocess,the trad itional design ideas com b ined w ithm odern analy tical too lsw ill help im p rove the design efficiency,sho rten design cyc les,reduce design costs.

au tom obile hood lock;design;analysis

U 46

A

1671-7880(2010)01-0025-03

2009-12-07

潘玉山(1967— ),男,江苏高邮人,高级讲师,从事机械产品设计与制造研究。