发动机舱气动撑杆设计(附件)
汽车作为人类发展历史长河中不可缺少的产物，已经渐渐成了人们生活的必须品。同时随着人们生活水平的提高，对车辆的性能和质量提出了更高的要求。发动机舱撑杆是支撑引擎盖的主要部件，然而这个部件目前并不能做到完全解放双手，笨重的发动机舱打开完全靠双手已经变得麻烦而落后。气动撑杆使得汽车开启件使用更加方便，工作更加有效，为了方便有效地布置气动撑杆，使撑杆达到最优化设计，借助三维设计软件CATIA，从力学和运动学角度着重分析了发动机舱在开启过程中所受的各种力和力矩之间的关系。实现了对气动撑杆的参数设计，为实际生产生活提供参考。
关键词 发动机舱，气动撑杆，参数设计
目 录
1. 引言 1
1.1 发动机舱撑杆的类型 1
1.2 发动机舱气动撑杆 1
1.3 气动撑杆工作过程 6
2 .气动撑杆位置布置设计 7
2.1 支撑杆布置的基本原则 7
2.2确定发动机舱开度 7
2.3气动撑杆布置形式的确定 9
2.4气动撑杆上下安装点的确定 10
2.5气动撑杆满足的力学特性 13
2.6力学模型的建立及力学计算 13
3. 气动撑杆的设计 15
3.1 气动撑杆的设计要求 15
3.2 最小伸展力F1的确定： 16
3.3 气动撑杆伸展长度与压缩长度的选定 17
4. 发动机舱气弹簧的运动仿真 18
4.1 CATIA 18
4.2 运动仿真 18
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1引言
汽车作为人类发展历史长河中不可缺少的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
产物，已经渐渐成了人们生活的必须品。同时随着人们生活水平的提高，对车辆的性能和质量提出了更高的要求。发动机舱撑杆是支撑引擎盖的主要部件，然而这个部件目前并不能做到完全解放双手。气动撑杆使得汽车开启件使用更加方便，工作更加有效，为了方便有效地布置气动撑杆，使撑杆达到最优化设计，借助三维设计软件CATIA【12】]，从力学和运动学角度着重分析了发动机舱在开启过程中所受的各种力和力矩之间的关系【1】。
1.1发动机舱撑杆的类型
支撑杆是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。 现在汽车发动机舱撑杆主要有三大类型，比如大众桑塔纳，北京现代伊兰特，奇瑞甚至凯美瑞都采用的手动撑杆，这种最原始的支撑方式，用起来需要花费很大的力气，这也是像凯美瑞这种高端车的诟病。还有一种则是目前高端车采用的主要方式——液压撑杆。比如帕萨特，雪佛兰，荣威等诸多国内外品牌都采用了液压撑杆，这种撑杆以液压为动力，不需要动力源，只需辅以人力便可轻松打开发动机舱【2】。液压撑杆主要优点是有效省去了大部分人力，控制简单，动力充足，作为目前组多机械采用的动力传输方式，使用液压撑杆也是一个不错的选择。最后一种撑杆就是本课题研究的对象——气动撑杆。目前采用气动撑杆的高档车也不在少数，日产，通用，法拉利等等。气动撑杆同液压撑杆一样，只需借助很少的人力就可轻松打开发动机舱。对比两者，各有优缺点：1、气动撑杆抬起更加平稳。2、液压油是循环使用的,气动是用完的气不再回收。3气动元件比液压元件漂亮.气动比液压维修更方便。 4、液压控制要换液压油,气动不用,所以后期使用成本比气动的高【3】。
1.2 发动机舱气动撑杆
气动撑杆又称气弹簧（如图1），气动撑杆诞生于19世纪中叶，有专利记载在1847年John Lewis申请了气动撑杆的发明专利。同年在3美国科学4的创刊号上提出了“ride on air”的概念。气动撑杆就此诞生。在气动撑杆诞生后，很多人在空气弹簧的密封性结构的改进,应用上进行了大量的研究，气动撑杆的最早应用专利出现在1901年，被用作有轨电车悬架的减振元件上。我国气动撑杆的研究始于1957年，当时只是局限于车辆用的气动撑杆。当年在郭孔辉院士的领导下，对气动撑杆的理论进行了初步研究，发表了几篇关于气动撑杆理论的文章，并作了大量的试验，积累了一些经验。上世纪80年代初长春汽车研究所再次进行了弹簧悬架的研究"并为国内几家车辆厂设计了空气弹簧悬架。进入90年代，国内相关研究所,各大汽车厂和一些大专院校陆续开始了气动撑杆产品的研究与开发。虽然气动撑杆发展历史久远，目前汽车气动弹簧的应用并没有发展完善，许多高档也只是应用了液压撑杆，液压撑杆不仅工序复杂，不美观，而且维修困难，气动撑杆一般使用铝或者铜作为材料，既美观而且不会出现漏油生锈等问题，气压缸体积小，工作原理简单，维修起来更加方便。工作时，其举力基本恒定，安全又不会损坏机械本身【4】。
图1 国产气动撑杆
目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。因此，我们今天研究的主要内容是如何在发动机舱中安装使用气动撑杆。其基本的原理是在密闭的缸体内充入和外界大气压有一定压差的惰性气体或者油气混合物，进而利用作用在活塞杆横截面上的压力差完成气动撑杆自由运动。气动撑杆和一般机械弹的最大区别：一般性的机械弹簧，其弹簧弹力随着弹簧的运动有着非常大地变化，而气动撑杆在整个运动行程中力值基本保持不变；气动撑杆与液压式撑杆的最大区别是，气动撑杆能有效地隔震，开启更加柔和。实际生活中最常见的比如公交车前后机舱，采用的就是气动撑杆。轿车用气动撑杆并不需要如此大动力，因此可以设计成不需要动力源，这点是作为发动机舱撑杆的基本要求【5】。
QD型气动支撑杆是无锡气动技术研究所与无锡县前洲气动器件厂共同开发研制的新产品,已通过产品鉴定,性能达到国内先进水平,并投入批量生产。它是以压缩惰性气体为介质的一种新颖的弹性元件,属于气体弹簧中的一结构形式,工作时无需供给气源,是一种新型节能气动元件,具有其独特的特点【11】。
1.2.1 气弹簧分类
一、自由型气弹簧（支撑杆）（Lift gas spring）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。自由型气弹簧凭借其轻便、工作平稳、操作方便、价格优惠等特点，在汽车、工程机械、印刷机械、纺织设备等行业等到了广发的应用。或者高寒环境，酸性或者碱性环境等。
二、自锁型气弹簧（调角器、可控型气弹簧）（Lockable gas spring）在医疗器械上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。
三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧、平衡式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。主要是通过控制器（手柄或者拉线）达到效果。也可通过活塞杆的伸缩来实现。当用控制器调整在理想位置时停止，阀机舱会独立的关闭，活塞杆会锁定在所要求的位置 。当锁定发生时，能实现锁定。但是如果超过了锁定力，锁定功能将不再有效。
四、转椅气弹簧（气压棒）主要应用在转椅上，起调节位置的作用。其特点是可控，需求量比较大。
五、牵引式气弹簧（拉力气弹簧）（Gas traction springs）是一种特殊的气弹簧:别的气弹簧在自由状态的时候都处在最长的位置，即在受到外力后是从最长的位置向最短的位置运动，而牵引式气弹簧的自由状态在最短的位置，受到牵引时从最短处向最长处运行。牵引式气弹簧中也有相应的自由型、自锁型等。
1. 引言 1
1.1 发动机舱撑杆的类型 1
1.2 发动机舱气动撑杆 1
1.3 气动撑杆工作过程 6
2 .气动撑杆位置布置设计 7
2.1 支撑杆布置的基本原则 7
2.2确定发动机舱开度 7
2.3气动撑杆布置形式的确定 9
2.4气动撑杆上下安装点的确定 10
2.5气动撑杆满足的力学特性 13
2.6力学模型的建立及力学计算 13
3. 气动撑杆的设计 15
3.1 气动撑杆的设计要求 15
3.2 最小伸展力F1的确定： 16
3.3 气动撑杆伸展长度与压缩长度的选定 17
4. 发动机舱气弹簧的运动仿真 18
4.1 CATIA 18
4.2 运动仿真 18
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1引言
汽车作为人类发展历史长河中不可缺少的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
产物，已经渐渐成了人们生活的必须品。同时随着人们生活水平的提高，对车辆的性能和质量提出了更高的要求。发动机舱撑杆是支撑引擎盖的主要部件，然而这个部件目前并不能做到完全解放双手。气动撑杆使得汽车开启件使用更加方便，工作更加有效，为了方便有效地布置气动撑杆，使撑杆达到最优化设计，借助三维设计软件CATIA【12】]，从力学和运动学角度着重分析了发动机舱在开启过程中所受的各种力和力矩之间的关系【1】。
1.1发动机舱撑杆的类型
支撑杆是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。 现在汽车发动机舱撑杆主要有三大类型，比如大众桑塔纳，北京现代伊兰特，奇瑞甚至凯美瑞都采用的手动撑杆，这种最原始的支撑方式，用起来需要花费很大的力气，这也是像凯美瑞这种高端车的诟病。还有一种则是目前高端车采用的主要方式——液压撑杆。比如帕萨特，雪佛兰，荣威等诸多国内外品牌都采用了液压撑杆，这种撑杆以液压为动力，不需要动力源，只需辅以人力便可轻松打开发动机舱【2】。液压撑杆主要优点是有效省去了大部分人力，控制简单，动力充足，作为目前组多机械采用的动力传输方式，使用液压撑杆也是一个不错的选择。最后一种撑杆就是本课题研究的对象——气动撑杆。目前采用气动撑杆的高档车也不在少数，日产，通用，法拉利等等。气动撑杆同液压撑杆一样，只需借助很少的人力就可轻松打开发动机舱。对比两者，各有优缺点：1、气动撑杆抬起更加平稳。2、液压油是循环使用的,气动是用完的气不再回收。3气动元件比液压元件漂亮.气动比液压维修更方便。 4、液压控制要换液压油,气动不用,所以后期使用成本比气动的高【3】。
1.2 发动机舱气动撑杆
气动撑杆又称气弹簧（如图1），气动撑杆诞生于19世纪中叶，有专利记载在1847年John Lewis申请了气动撑杆的发明专利。同年在3美国科学4的创刊号上提出了“ride on air”的概念。气动撑杆就此诞生。在气动撑杆诞生后，很多人在空气弹簧的密封性结构的改进,应用上进行了大量的研究，气动撑杆的最早应用专利出现在1901年，被用作有轨电车悬架的减振元件上。我国气动撑杆的研究始于1957年，当时只是局限于车辆用的气动撑杆。当年在郭孔辉院士的领导下，对气动撑杆的理论进行了初步研究，发表了几篇关于气动撑杆理论的文章，并作了大量的试验，积累了一些经验。上世纪80年代初长春汽车研究所再次进行了弹簧悬架的研究"并为国内几家车辆厂设计了空气弹簧悬架。进入90年代，国内相关研究所,各大汽车厂和一些大专院校陆续开始了气动撑杆产品的研究与开发。虽然气动撑杆发展历史久远，目前汽车气动弹簧的应用并没有发展完善，许多高档也只是应用了液压撑杆，液压撑杆不仅工序复杂，不美观，而且维修困难，气动撑杆一般使用铝或者铜作为材料，既美观而且不会出现漏油生锈等问题，气压缸体积小，工作原理简单，维修起来更加方便。工作时，其举力基本恒定，安全又不会损坏机械本身【4】。
图1 国产气动撑杆
目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。因此，我们今天研究的主要内容是如何在发动机舱中安装使用气动撑杆。其基本的原理是在密闭的缸体内充入和外界大气压有一定压差的惰性气体或者油气混合物，进而利用作用在活塞杆横截面上的压力差完成气动撑杆自由运动。气动撑杆和一般机械弹的最大区别：一般性的机械弹簧，其弹簧弹力随着弹簧的运动有着非常大地变化，而气动撑杆在整个运动行程中力值基本保持不变；气动撑杆与液压式撑杆的最大区别是，气动撑杆能有效地隔震，开启更加柔和。实际生活中最常见的比如公交车前后机舱，采用的就是气动撑杆。轿车用气动撑杆并不需要如此大动力，因此可以设计成不需要动力源，这点是作为发动机舱撑杆的基本要求【5】。
QD型气动支撑杆是无锡气动技术研究所与无锡县前洲气动器件厂共同开发研制的新产品,已通过产品鉴定,性能达到国内先进水平,并投入批量生产。它是以压缩惰性气体为介质的一种新颖的弹性元件,属于气体弹簧中的一结构形式,工作时无需供给气源,是一种新型节能气动元件,具有其独特的特点【11】。
1.2.1 气弹簧分类
一、自由型气弹簧（支撑杆）（Lift gas spring）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。自由型气弹簧凭借其轻便、工作平稳、操作方便、价格优惠等特点，在汽车、工程机械、印刷机械、纺织设备等行业等到了广发的应用。或者高寒环境，酸性或者碱性环境等。
二、自锁型气弹簧（调角器、可控型气弹簧）（Lockable gas spring）在医疗器械上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。
三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧、平衡式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。主要是通过控制器（手柄或者拉线）达到效果。也可通过活塞杆的伸缩来实现。当用控制器调整在理想位置时停止，阀机舱会独立的关闭，活塞杆会锁定在所要求的位置 。当锁定发生时，能实现锁定。但是如果超过了锁定力，锁定功能将不再有效。
四、转椅气弹簧（气压棒）主要应用在转椅上，起调节位置的作用。其特点是可控，需求量比较大。
五、牵引式气弹簧（拉力气弹簧）（Gas traction springs）是一种特殊的气弹簧:别的气弹簧在自由状态的时候都处在最长的位置，即在受到外力后是从最长的位置向最短的位置运动，而牵引式气弹簧的自由状态在最短的位置，受到牵引时从最短处向最长处运行。牵引式气弹簧中也有相应的自由型、自锁型等。
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