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河北华利机械配件有限公司

汽车辅助拉手结构设计研究

2013/5/22 15:44:22

         汽车顶棚辅助拉手为汽车常见的内饰物品之一,多安装于车内副驾驶位和后排座位的车窗上部,一般通过螺钉固定在车体上,两端扣盖板保证美观,而某些豪华轿车内的辅助拉手通过拉簧固定在车体上。辅助拉手除了保障乘车人安全外,还可以增设挂钩或照明灯等小结构,实现功能多样化。

        辅助拉手是塑料制品,常用材料为聚乙烯或聚丙烯,成型方式有低压成型、挤出成型、注塑成型等,论文研究的辅助拉手使用气辅注塑成型。气辅注塑工艺是二十世纪九十年代才得到实际应用的一项实用型注塑新工艺,其工艺流程是对先注射了一定量或全部注射满塑料熔体的模具型腔再次注入经压缩后的惰性气体,利用气体推动熔体完成充模,填补因塑料收缩后留下的空隙,当制件冷却后再将气体从气道中排出。

        由于这种成型技术的某些特性使得辅助拉手成品存在一些缺陷,影响产品美观和可靠性,而通过改变产品结构来避免这些缺陷的同时,也在一定程度上影响其可靠性。

         论文以某种小批量生产的辅助拉手为研究对象,针对其因成型技术产生的缺陷进行结构改进,并对这种改进方法的可行性进行研究,旨在降低成本的同时保证产品质量。

         论文研究的辅助拉手使用气辅成型法进行小批量生产后,发现制件存在表面缺陷,在进气孔一端的侧面上有熔料凝固收缩的浅坑 。这是由于进气口侧壁过厚,导致熔体凝固速度差异大,出现浅坑,这种缺陷严重影响产品美观,甚至影响产品的性能质量,需要进行改型设计。
        初步改型方案是,将螺钉孔周围的BC 方孔扩大,从而减小制件两端壁厚,减小凝固收缩量。显示了改型前后辅助拉手的结构征。
扩大方孔后,侧壁由于厚度减小而降低了强度,为了考察方孔尺寸的改变对辅助拉手强度的影响,文章采用有限元法进行分析,为CAD 工程师的设计方案提出合理建议。

2 有限元强度计算

        辅助拉手两端通过螺钉固定在车体上,人手握拉手中部,因此辅助拉手的力学模型可以简化为两端固支,中部承受外载的杆件。根据上述分析的力学模型,在Hypermesh9. 0 中建立网格模型,导入abaqus6. 10 中完善前处理并求解计算。

2.1网格模型

        拉手的端部是被约束的位置,考虑圣维南原理,不能将边界条件直接加在拉手本体上,因此在建立有限元模型时需创建螺钉结构。
由于辅助拉手细小而不规则的结构较多,用六面体单元划分网格有一定难度,因此用二次四面体单元划分网格。这种单元精度较高,能模拟任意的几何形状,在计算条件允许的情况下建模是比较方便的。改型前单元数目为45 867,改型后单元数目为44 431。在Hypermesh 中给螺钉和辅助拉手附材料属性后导入abaqus。

2. 2 有限元模型

         将辅助拉手固定在车体上后,螺帽和拉手表面压紧不会发生相对滑动,不涉及接触问题,故将螺钉和辅助拉手作为一个整体进行分析。根据模型的受力分析,约束螺帽平面节点的六个自由度,即将螺钉全约束。

        拉手中部受到的载荷来自手握的压力分布在一定的承力面上。在拉手上选择10 cm 长的区域建立coupling 施加载荷。令辅助拉手安装在XZ 平面内,辅助拉手本体材料为聚丙烯,弹性模量为2 000MPa,泊松比为0. 35。螺钉为45 钢,弹性模量为210 GPa,泊松比为0. 3。

2. 3 计算工况及结果

        拉手的强度校核分三类工况进行讨论:Horizontal-载荷沿Y 轴负向。这个工况假定乘客给辅助拉手的拉力沿车体水平方向。Vertical-载荷沿Z 轴负向。这个工况假定乘客给辅助拉手的拉力沿车体铅垂方向。Degree-载荷与Z 轴成30° 角向下。设置这个工
况是由于人体不可能长时间沿水平或铅垂方向握着辅助拉手,一定会与铅垂方向成一定的角度来缓解疲劳。

        助拉手模型提交计算,先研究各类工况对拉手结构的影响趋势,再讨论改型后拉手强度变化情况。

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