WO2023284016A1 - 一种轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法 - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a lock body of an automobile door lock, in particular to a method for analyzing the durability of a new door lock body of a light commercial vehicle.
- the car door lock is a special part integrating safety, decoration and craftsmanship on the car.
- the United States, Japan, Europe and other major automobile countries in the world attach great importance to the coordination and development of door locks and their complete vehicles.
- Auto parts are an important part of the auto market, and door locks, as key auto parts, have been developed to a great extent.
- the car door lock can realize vehicle anti-theft and door locking.
- the performance of the door lock mechanism will directly affect the personal safety of passengers. .
- Light commercial vehicles generally refer to cargo vehicles with at least four wheels and a factory-set maximum total mass of no more than 3.5t.
- the new door lock lock body is a new type of mechanism that integrates the door lock locking mechanism and the locking mechanism.
- Durability refers to the ability of a product to be used for an extended period of time without failure.
- the domestic verification method for the durability of the automobile door lock body generally adopts the opening and closing durability test after assembly to verify whether the fatigue strength of the automobile door lock body meets the requirements.
- the disadvantage is that the development cycle of the door lock is increased. Once the structure of the door lock body does not meet the requirements after the test, it needs to be redesigned, which prolongs the development cycle, and each design of a car door lock body needs to pass the test. It is less efficient to verify whether the fatigue strength meets the requirements.
- the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for analyzing the durability of a new door lock body of a light commercial vehicle in view of the defects in the prior art.
- the technical solution adopted by the present invention to solve the technical problem is: a method for analyzing the durability of a new door lock body of a light commercial vehicle, comprising the following steps:
- step 2) according to the three-dimensional model in step 1), set up the three-dimensional model of the door lock lock body transmission mechanism, set the cooperation relationship of each component in the transmission mechanism;
- step 2) import the three-dimensional model of the component established in step 2) into the simulation software to obtain the motion simulation model of the lock body mechanism, and judge whether the door lock mechanism meets the locking and locking functions by the motion simulation model;
- CAE simulation solution and post-processing use the finite element analysis software to calculate the force of the pre-processed door lock body model, conduct simulation analysis for different kinematic chains, and obtain the simulation data of the load changes of each component during the motion process;
- the three-dimensional model of the door lock lock body transmission mechanism established in the step 2) is to establish a three-dimensional model including clamping plate, claw, housing, bottom plate, opening connecting rod, locking gear, inner locking arm, outer locking 3D model of the component including the arm.
- the motion simulation model is simplified, and the motion simulation model is decomposed into the following multiple kinematic chains: manual locking motion Chain, electronically controlled locking kinematic chain, key lock kinematic chain, outer handle opening kinematic chain and inner handle opening kinematic chain, and conduct simulation analysis for different kinematic chains.
- the step 4) includes simplification of the component model before meshing, including elimination of rounded corners and simplification of complex surfaces.
- the material parameters, contact relationship, kinematic pair form, load and boundary conditions are set in the step 4) as follows:
- Material parameters include material density, Poisson's ratio, elastic modulus, fatigue curve, yield strength, and tensile strength;
- the contact relationship is set according to the analysis of the kinematic chain, including frictionless contact, frictional contact, and fixed constraints;
- kinematic pair includes rotating pair, moving pair, gear transmission, and cam mechanism
- Load settings include motor input torque, torsion spring moment, and force and resistance settings between components;
- Boundary condition settings include load conditions, displacement constraints, and inertial conditions.
- the method of the present invention can save the process of repeatedly manufacturing samples for testing through durability simulation analysis, and can reduce the design cycle and design cost of the automobile door lock body.
- the method of the present invention can predict the service life of the lock body of the automobile door lock according to the simulation results through durability simulation analysis, and optimize its structure according to the demand level.
- Fig. 1 is a flow chart of the method of the embodiment of the present invention.
- a method for analyzing the durability of a new door lock body of a light commercial vehicle includes the following steps:
- step 1) Obtain the three-dimensional model of the door lock mechanism to be analyzed, establish the kinematic chain of the door lock mechanism according to the function according to the model, and derive the kinematics and dynamics equations of the lock mechanism; according to the kinematics and dynamics of the lock mechanism
- the theoretical equation judges whether the door lock mechanism satisfies the locking and locking functions; in step 1), the obtained 3D model is converted into a theoretical model, and the theoretical model is a complete door lock body model, including the door lock body and the lock body. All parts of buckle and pull wire;
- step 1) establish the model of the transmission mechanism of the door lock body: establish a model including clamping plate, claw, housing, bottom plate, opening link, locking gear, inner locking arm, and outer locking arm
- the 3D model of the other components set the matching relationship; only the transmission mechanism, and the components that need to consider durability;
- step 2) Import the three-dimensional model of the components established in step 2) into the simulation software to obtain the motion simulation model of the lock body mechanism, and decompose the complex motion simulation model of the lock body mechanism into multiple kinematic chains——manual locking kinematic chain, electric locking kinematic chain, etc.
- Material parameters include material density, Poisson's ratio, elastic modulus, fatigue curve, yield strength, and tensile strength;
- the contact relationship is set according to the analysis of the kinematic chain, including frictionless contact, frictional contact, and fixed constraints;
- kinematic pair includes rotating pair, moving pair, gear transmission, and cam mechanism
- Load settings include motor input torque, torsion spring moment, and force and resistance settings between components;
- Boundary condition settings include load conditions, displacement constraints, and inertial conditions.
- CAE simulation solution and post-processing Calculate the stress of the lock body model through finite element analysis software, and obtain the simulation data of the load change of each component during its movement;
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Abstract
一种轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，包括以下步骤：1)获取待分析门锁锁体机构的模型，从理论上判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能；2)建立门锁锁体传动机构的三维模型；3)建立锁体机构的运动仿真模型，通过运动仿真模型判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能；4)CAE仿真前处理；5)CAE仿真求解与后处理；6)将计算的锁体模型的受力情况结果文件导入耐久仿真模块，搭建疲劳分析流程，计算寿命；7)根据仿真结果对门锁锁体疲劳强度进行评价。该方法能有效提高汽车门锁锁体的设计效率。
Description
本发明涉及汽车门锁锁体，尤其涉及一种轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法。
汽车门锁在汽车上是一个集安全性、装饰性和工艺性为一体的特殊部件。目前世界上美、日、欧等多个汽车大国都十分重视车门锁与其整车的协调与发展。汽车零部件是汽车市场的重要组成部分，而车门锁作为汽车关键零部件得到很大程度的发展。作为汽车车门系统最为关键的性能部件之一，汽车门锁能够实现车辆防盗、车门锁止，同时作为整车附件中至关重要的构成，门锁机构性能好坏将直接影响到乘客的人身安全。
轻型商用车一般是指至少有四个车轮且厂定最大总质量不超过3.5t的载货车辆。新型门锁锁体是一种将门锁锁止机构和锁紧机构集成在一起的新型机构。耐久性是指产品能够无故障的使用较长时间的能力。
目前轻型商用车逐渐开始使用集成门锁，将锁止机构和锁紧机构集成到一起，极大地减少了锁体的安装体积和质量。国内对汽车门锁锁体的耐久性的验证方法一般采用装配后进行开闭耐久试验来验证汽车门锁锁体疲劳强度是否满 足要求。其存在的缺点是开发门锁周期增加，一旦经过试验验证门锁锁体结构不满足要求，需要重新进行设计，延长了开发周期，并且每设计出一种汽车门锁锁体都需要通过试验来验证疲劳强度是否满足要求，效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，包括以下步骤：
1)获取待分析门锁锁体机构的三维模型，根据模型按功能建立门锁锁体机构的运动链，推导出锁体机构的运动学和动力学方程；根据锁体机构的运动学和动力学方程从理论上判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能；
2)根据步骤1)中的三维模型建立门锁锁体传动机构的三维模型，设置传动机构中各构件的配合关系；
3)将步骤2)中建立的构件的三维模型导入仿真软件获得锁体机构的运动仿真模型，通过运动仿真模型判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能；
4)CAE仿真前处理：通过动力学方程获得获得锁体机构的运动仿真模型中各构件受载荷情况，将门锁锁体的运动仿真模型导入有限元分析软件，进行网 格划分，设置材料参数、接触关系、运动副形式、载荷以及边界条件；
5)CAE仿真求解与后处理：通过有限元分析软件计算前处理后的门锁锁体模型的受力情况，针对不同运动链进行仿真分析，获得其运动过程中各构件载荷变化的仿真数据；
6)使用动力学方程对各构件载荷变化的仿真数据进行印证，若不符合理论推导的受力关系，则优化应力仿真前处理中边界条件，直至符合理论推导的受力关系；
7)将计算的锁体模型的受力情况结果文件导入耐久仿真模块，搭建疲劳分析流程，计算寿命；
8)根据仿真结果对门锁锁体进行合理的评价，如果结果疲劳强度不满足要求，则进行材料优化和载荷优化后转入步骤1)中，直到仿真结果满足实际需要为止。
按上述方案，所述步骤2)中建立门锁锁体传动机构的三维模型为建立包含卡板、卡爪、壳体、底板、开启连杆、锁紧齿轮、内锁止臂、外锁止臂在内的构件的三维模型。
按上述方案，所述步骤3)中通过运动仿真模型判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能，对运动仿真模型进行简化，将运动仿真模型分解为以下多个运动链：手动锁止运动链、电控锁止运动链、钥匙锁止运动链、外手柄开启运动链 和内手柄开启运动链，针对不同运动链进行仿真分析。
按上述方案，所述步骤4)中网格划分前包括对构件模型进行简化，包括消除圆角和简化复杂曲面。
按上述方案，所述步骤4)中设置材料参数、接触关系、运动副形式、载荷以及边界条件具体如下：
材料参数包括材料的密度、泊松比、弹性模量、疲劳曲线、屈服强度、抗拉强度；
接触关系根据运动链的分析进行设置，包括无摩擦接触、摩擦接触、固定约束；
运动副形式包括转动副、移动副、齿轮传动、凸轮机构；
载荷设置包括电机输入转矩、扭簧力矩和构件之间作用力与阻力的设置；
边界条件设置包括载荷条件、位移约束、惯性条件。
本发明产生的有益效果是：
1、本发明方法通过耐久性仿真分析能够省去反复制造样件进行试验的过程,可以减少汽车门锁锁体设计周期和设计成本。
2、本发明方法通过耐久性仿真分析能够根据仿真结果预测汽车门锁锁体的使用寿命,并根据需求等级对其结构进行优化设计。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，包括以下步骤：
1)获取待分析门锁锁体机构的三维模型，根据模型按功能建立门锁锁体机构的运动链，推导出锁体机构的运动学和动力学方程；根据锁体机构的运动学和动力学方程从理论上判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能；步骤1)中将获取的三维模型转换为理论模型，理论模型为完整的门锁锁体模型，包含门锁锁体以及锁扣、拉线的全部零部件；
2)根据步骤1)中的三维模型建立门锁锁体传动机构的模型：建立包含卡板、卡爪、壳体、底板、开启连杆、锁紧齿轮、内锁止臂、外锁止臂等构件的三维模型，设置配合关系；只包含传动机构，和需要考虑耐久性的构件；
3)将步骤2)中建立的构件的三维模型导入仿真软件获得锁体机构的运动仿真模型，将复杂的锁体机构的运动仿真模型分解为多个运动链——手动锁止运动链、电控锁止运动链、钥匙锁止运动链、外手柄开启运动链和内手柄开启运动链，针对不同运动链进行运动仿真分析，实现运动仿真模型的简化，并获得锁体各个运动链的运动情况，最终从仿真分析的角度证明门锁机构可满足锁止和锁紧功能。
4)CAE仿真前处理：将门锁锁体模型导入导入Hypermesh或Ansa有限元分析软件，进行网格划分，然后导入Ansys Workbench中设置材料参数、接触关系、运动副形式、载荷以及边界条件；网格划分前需对模型进行简化，如消除圆角和简化复杂曲面等；
具体如下：
材料参数包括材料的密度、泊松比、弹性模量、疲劳曲线、屈服强度、抗拉强度；
接触关系根据运动链的分析进行设置，包括无摩擦接触、摩擦接触、固定约束；
运动副形式包括转动副、移动副、齿轮传动、凸轮机构；
载荷设置包括电机输入转矩、扭簧力矩和构件之间作用力与阻力的设置；
边界条件设置包括载荷条件、位移约束、惯性条件。
5)CAE仿真求解与后处理：通过有限元分析软件计算出锁体模型的受力情况，获得其运动过程中各构件载荷变化的仿真数据；
6)将计算的锁体模型的受力情况结果文件导入nCode耐久仿真模块，搭建疲劳分析流程，其中，若所述材料疲劳曲线未知，则通过仿真软件的疲劳曲线估计功能获得材料大致的疲劳曲线，并通过修正功能对估算曲线进行修正；然后进行寿命计算；
7)根据仿真结果对门锁锁体进行合理的评价，如果结果疲劳强度不合理，则进行材料优化、以及通过结构调整进行载荷优化后转入步骤1)中，直到仿真结果满足实际需要为止。载荷优化如蜗轮蜗杆相关参数改变、杆件长度厚度改变或者其他结构调整。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
- 一种轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取待分析门锁锁体机构的三维模型，根据模型推导出锁体机构的运动学和动力学方程；根据锁体机构的运动学和动力学方程从理论上判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能；2)根据步骤1)中的三维模型建立门锁锁体传动机构的三维模型，设置传动机构中各构件的配合关系；3)将步骤2)中建立的构件的三维模型导入仿真软件获得锁体机构的运动仿真模型，通过运动仿真模型判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能；4)CAE仿真前处理：通过动力学方程获得锁体机构的运动仿真模型中各构件受载荷情况，将门锁锁体的运动仿真模型导入有限元分析软件，进行网格划分，设置材料参数、接触关系、运动副形式、载荷以及边界条件；5)CAE仿真求解与后处理：通过有限元分析软件计算前处理后的门锁锁体模型的受力情况，针对不同运动链进行仿真分析，获得其运动过程中各构件载荷变化的仿真数据；7)将计算的锁体模型的受力情况结果文件导入耐久仿真模块，搭建疲劳分析流程，计算寿命；8)根据仿真结果对门锁锁体疲劳强度进行评价，如果疲劳强度不满足要求， 则进行材料优化和载荷优化后转入步骤1)中，直到仿真结果满足实际需要为止。
- 根据权利要求1所述的轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，其特征在于，所述步骤1)中的三维模型为完整的门锁锁体三维模型，包含门锁锁体的全部零部件。
- 根据权利要求1所述的轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，其特征在于，所述步骤2)中建立门锁锁体传动机构的三维模型为建立包含卡板、卡爪、壳体、底板、开启连杆、锁紧齿轮、内锁止臂、外锁止臂在内的构件的三维模型。
- 根据权利要求1所述的轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，其特征在于，所述步骤3)中通过运动仿真模型判断门锁机构是否满足锁止和锁紧功能，对运动仿真模型进行简化，将运动仿真模型分解为以下多个运动链：手动锁止运动链、电控锁止运动链、钥匙锁止运动链、外手柄开启运动链和内手柄开启运动链，针对不同运动链进行仿真分析。
- 根据权利要求1所述的轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，其特征在于，所述步骤4)中网格划分前包括对构件模型进行简化，包括消除圆角和简化复杂曲面。
- 根据权利要求1所述的轻型商用车新型门锁锁体耐久性分析方法，其特征在于，所述步骤4)中设置材料参数、接触关系、运动副形式、载荷以及边界条件 具体如下：材料参数包括材料的密度、泊松比、弹性模量、疲劳曲线、屈服强度、抗拉强度；接触关系根据运动链的分析进行设置，包括无摩擦接触、摩擦接触、固定约束；运动副形式包括转动副、移动副、齿轮传动、凸轮机构；载荷设置包括电机输入转矩、扭簧力矩和构件之间作用力与阻力的设置；边界条件设置包括载荷条件、位移约束、惯性条件。
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