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河北華利機械配件有限公司

汽車輔助拉手結構設計研究

2013/5/22 15:44:22

         汽車頂棚輔助拉手為汽車常見的內飾物品之一,多安裝于車內副駕駛位和后排座位的車窗上部,一般通過螺釘固定在車體上,兩端扣蓋板保證美觀,而某些豪華轎車內的輔助拉手通過拉簧固定在車體上。輔助拉手除了保障乘車人安全外,還可以增設掛鉤或照明燈等小結構,實現功能多樣化。

        輔助拉手是塑料制品,常用材料為聚乙烯或聚丙烯,成型方式有低壓成型、擠出成型、注塑成型等,論文研究的輔助拉手使用氣輔注塑成型。氣輔注塑工藝是二十世紀九十年代才得到實際應用的一項實用型注塑新工藝,其工藝流程是對先注射了一定量或全部注射滿塑料熔體的模具型腔再次注入經壓縮后的惰性氣體,利用氣體推動熔體完成充模,填補因塑料收縮后留下的空隙,當制件冷卻后再將氣體從氣道中排出。

        由于這種成型技術的某些特性使得輔助拉手成品存在一些缺陷,影響產品美觀和可靠性,而通過改變產品結構來避免這些缺陷的同時,也在一定程度上影響其可靠性。

         論文以某種小批量生產的輔助拉手為研究對象,針對其因成型技術產生的缺陷進行結構改進,并對這種改進方法的可行性進行研究,旨在降低成本的同時保證產品質量。

         論文研究的輔助拉手使用氣輔成型法進行小批量生產后,發現制件存在表面缺陷,在進氣孔一端的側面上有熔料凝固收縮的淺坑 。這是由于進氣口側壁過厚,導致熔體凝固速度差異大,出現淺坑,這種缺陷嚴重影響產品美觀,甚至影響產品的性能質量,需要進行改型設計。
        初步改型方案是,將螺釘孔周圍的BC 方孔擴大,從而減小制件兩端壁厚,減小凝固收縮量。顯示了改型前后輔助拉手的結構征。
擴大方孔后,側壁由于厚度減小而降低了強度,為了考察方孔尺寸的改變對輔助拉手強度的影響,文章采用有限元法進行分析,為CAD 工程師的設計方案提出合理建議。

2 有限元強度計算

        輔助拉手兩端通過螺釘固定在車體上,人手握拉手中部,因此輔助拉手的力學模型可以簡化為兩端固支,中部承受外載的桿件。根據上述分析的力學模型,在Hypermesh9. 0 中建立網格模型,導入abaqus6. 10 中完善前處理并求解計算。

2.1網格模型

        拉手的端部是被約束的位置,考慮圣維南原理,不能將邊界條件直接加在拉手本體上,因此在建立有限元模型時需創建螺釘結構。
由于輔助拉手細小而不規則的結構較多,用六面體單元劃分網格有一定難度,因此用二次四面體單元劃分網格。這種單元精度較高,能模擬任意的幾何形狀,在計算條件允許的情況下建模是比較方便的。改型前單元數目為45 867,改型后單元數目為44 431。在Hypermesh 中給螺釘和輔助拉手附材料屬性后導入abaqus。

2. 2 有限元模型

         將輔助拉手固定在車體上后,螺帽和拉手表面壓緊不會發生相對滑動,不涉及接觸問題,故將螺釘和輔助拉手作為一個整體進行分析。根據模型的受力分析,約束螺帽平面節點的六個自由度,即將螺釘全約束。

        拉手中部受到的載荷來自手握的壓力分布在一定的承力面上。在拉手上選擇10 cm 長的區域建立coupling 施加載荷。令輔助拉手安裝在XZ 平面內,輔助拉手本體材料為聚丙烯,彈性模量為2 000MPa,泊松比為0. 35。螺釘為45 鋼,彈性模量為210 GPa,泊松比為0. 3。

2. 3 計算工況及結果

        拉手的強度校核分三類工況進行討論:Horizontal-載荷沿Y 軸負向。這個工況假定乘客給輔助拉手的拉力沿車體水平方向。Vertical-載荷沿Z 軸負向。這個工況假定乘客給輔助拉手的拉力沿車體鉛垂方向。Degree-載荷與Z 軸成30° 角向下。設置這個工
況是由于人體不可能長時間沿水平或鉛垂方向握著輔助拉手,一定會與鉛垂方向成一定的角度來緩解疲勞。

        助拉手模型提交計算,先研究各類工況對拉手結構的影響趨勢,再討論改型后拉手強度變化情況。

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