汽车门锁系统的建模及失效研究

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  摘 要:随着我国人民生活水平的提高,汽车已经成为大众出行的主要交通工具。门锁作为汽车基本构造中的一部分,关系到人们的生命财产安全,因此我们必须对汽车门锁系统进行全面而深入的了解。本文从汽车门锁的基本结构出发,概述了汽车门锁工作的基本原理,随后探索了解除门锁故障的有效方法,最后对汽车门锁系统进行设计优化,希望本文可以为汽车门锁系统的进一步发展提供依据和经验参考。
  关键词:汽车;门锁系统;建模;失效;优化
  0 引言
  汽车门锁附属于汽车车身,是车身的关键部件,汽车门锁的质量安全和耐久性直接关系到人们的生命和财产安全,并且车锁质量的好坏还关系到汽车被盗的可能性,总之,汽车门锁是考核一辆车好坏的重要指标,如果在使用和试验过程车锁出现了问题,应该积极地采取措施进行补救,从而保证人们的生命财产安全。
  1 汽车门锁结构及其工作原理
  汽车门锁是汽车整个车身结构的重要组成部分,其可靠性和安全性直接关系到汽车行业的信誉和效益。因为目前大众在追求生活质量的同时,对安全性的要求越来越高。通过调查可以发现,门锁安全系数高的汽车的市场占有率更高,销售量更高。
  汽车门锁的基本功能包括实现内开启、外开启、内锁止保险、外锁止保险及锁紧车门等。汽车门锁一旦出现问题,将会给车主带来一系列的问题。比如用户想停车,却发现车门锁不死,或者出现想要开门却发现打不开车门等情况。这些问题在日常生活中都是较为常见的,因此我们必须做好门锁的失效分析。另外,可以将汽车门锁系统当作由很多构件组成的运动链。
  2 失效模式解析
  在正常关闭车门的过程中,锁扣会给棘轮一个推动力,在推动力的作用下,棘爪会受到弹簧力的作用正常复位。在出现问题的时候,棘爪是不能够正常复位的,因此车门就不能够正常关闭,由此我们可以发现,门锁关不上的主要原因是棘爪回弹的速度变慢,不能够与啮合位。下面我们将从力学的角度来阐述这一问题,棘爪回位簧的状态如图1所示。
  复位力等于棘爪回位簧扭力减去棘爪间隙摩擦力和油脂阻尼阻力,由此可知,当开启门锁时,复位力等于前者加上后兩者之和。门锁开启和关闭的受力是相对的,其受力状况如图2所示。
  接下来,笔者将从3个方面来分析棘爪回位速度变慢的原因,分别为开启力测试、对棘爪回位簧扭力和间隙摩擦分析和对油脂阻尼阻力的分析。在进行开启力测试时,所涉及的开启角度理论上为80°,扭矩T2为155N·mm,其扭矩偏差为正负15N·mm。具体的示意图如图3所示。
  常温下,棘爪间隙摩擦力和油脂阻尼阻力理论上忽略不计。因此开启力应该等于扭矩力比车锁中心点到边缘的长度,即F=T2/L=155/15.7≈10N。算出开启力之后还应该考虑到门锁设备在制造过程可能产生的误差,因此最终的开启力应该在算出的开启力的基础上加减2N。我们将发生了故障的锁块,放在-40℃的环境里4小时,然后利用测力计来测门锁的开启力。具体的数据如表1所示。
  从表1可以发现,在低温环境下,开启力超差。对棘爪回位簧扭力和间隙摩擦分析方面,根据设计的理论扭矩为为155N·mm加减15N·mm,同样棘爪间隙摩擦力和油脂阻尼阻力常温下理论上忽略不计。在常温的情况下,一般想要车门能够正常关闭则需要棘爪回位的弹力能够满足要求。因此同样将故障锁放在-40℃的环境里4小时,然后用弹簧扭力机对回位的弹力进行检测。
  下面检测开启力在不同温度下的大小,分别装配3个无油脂的锁块和有油脂的锁块,所检测的数据如表2所示。
  将表2所获得的数据绘制成图谱,如图4所示。
  从图4可以发现在零下的度数里,有油脂的所需的开启力大,且温度越低,所需的开启力越大。通过上面的数据结论不难发现,棘爪厚度尺寸偏大导致轴向窜动间隙变小,同时低温环境下油脂阻尼变大,从而导致棘爪回位速度慢,造成车门冷车关不上的故障出现。
  3 设计优化模型
  本次研究将从两个方面对模型进行优化,一是对棘爪轴向间隙进行设计优化,二是为油脂油量制定规范。并且在棘爪轴向间隙优化方面做了3个测试,测试的对象为厚度不一的棘爪,具体的测试数据和实验结果如表3所示。
  随后笔者对于实验得出的开启力与棘爪轴向窜动间隙数据进行耦合,得出相应的计算式。在油脂油量方面,通过类似的数据耦合,得出了开启力与涂油量的关系,并且找到了最优涂油量在0.20~0.35g之间,棘爪轴向的最佳间距在0.4~0.8mm之间。
  4 结语
  门锁作为车身的主要附件之一,关系到人们的生命和财产安全,因此必须确保门锁的安全性。本文在在了解门锁工作的基本原理之后,分析了门锁可能出现的故障,并且针对门锁做了低温试验。在门锁的故障分析中,可以发现导致门锁出现问题的主要原因是棘爪的回位速度变慢,然后对这一现象进行了受力分析;并且,针对门锁故障通过模型进行优化,找出了最佳涂油量和棘爪轴向间距,以期促进汽车门锁行业的发展。
  参考文献
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  (作者单位:上海恩坦华汽车门系统有限公司)
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