轿车掀背式后背门气动撑杆优化设计【字数：11562】
随着社会经济的蓬勃发展，SUV、CDV、MPV等各种车型越来越普及，人们在享受这些车型的各种便利的同时，也会遇到一些无法忽视的问题。像后背门开门操作性不好、后背门关闭力过大、后背门下垂等一系列问题困扰着广大客户与主机厂。本文以MPV的五菱宏光为例，从气动撑杆与后背门的基本工作原理出发，对气动撑杆在后背门与侧围上的布置进行了位置优化。先用MATLAB软件计算出气动撑杆最优、最合适的安装位置，确定最合理的优化布置方案。再将优化后确定的位置参数，利用力矩平衡原理，与原来测量参数在气动撑杆与后背门合力矩与人手对后背门施加力方面进行对比，分析其对后背门的影响。通过对气动撑杆的位置优化，使后背门开闭更加平稳，需要的辅助力更小。为其他车型气动撑杆的布置及优化提供了理论参考，加快了整个后背门总成的设计与开发。
目录
1.绪论 1
1.1气动撑杆的定义 1
1.2课题研究的背景和意义 1
1.3本课题国内外研究现状 1
1.4本课题研究的主要内容 2
2.气动撑杆设计概述 3
2.1气动撑杆的结构、工作原理及特性 3
2.2气动撑杆的选型和安装形式 4
2.3气动撑杆的设计要求和布置要求 5
2.4本章小结 6
3.气动撑杆布置及受力分析的理论研究 7
3.1汽车后背门的受力分析 7
3.2气动撑杆在XZ平面上运动分析 7
3.3气动撑杆在XZ平面的安装尺寸分析 9
3.4气动撑杆在XZ平面的受力分析 10
3.5后背门的开闭力的分析 13
3.6本章小结 14
4.气动撑杆优化设计 15
4.1气动撑杆的实际参数的选取 15
4.2 MATLAB仿真计算 15
4.3气动撑杆的布置优化 16
4.3.1气动撑杆上安装点的确定 17
4.3.2气动撑杆安装点的确定 17
4.4后背门开启角度与人施力关系 17
4.5气动撑杆的选取与设计 18
4.6气动撑杆的材料选择与内部结构 19
4.7本章小结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
20
5.结论 21
参考文献 22
致谢 23
1.绪论
1.1气动撑杆的定义
气动撑杆（又称气弹簧），是一种具有多种不同功能，被广泛运用于多种行业和领域的工业配件。在使用中，根据安装方式和角度的不同，它可以起到支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等作用。气动撑杆的自振频率在任何载荷作用下都能保持一致，使用时能同时承受轴向和径向两种载荷、也能传递一定的扭矩，只需通过调整内部压力即可获得需要的承载能力。如今，气动撑杆已被广泛应用于橱柜、家具，汽车引擎舱、后背门，机械与医疗设备，健身器材，座椅等多种行业。气动撑杆主要以高压惰性气体为动力，其优于普通弹簧的最大特点是其在整个工作行程中的支承力是恒定的，并具有缓冲机构（止动器），避免了极限位置的冲击；同时即无污染，也无噪音；并且有安装方便，使用安全和无需保养等优点。
1.2课题研究的背景和意义
随着社会经济的蓬勃发展，人们生活水平的日益提高，在汽车价格不断降低的情况下汽车将越来越普及。而随着汽车产业的发展，人们不仅对汽车使用性能有严格要求，还要求汽车外在车身的造型有流畅美、观动感，这使得现代车身技术有了迅猛发展。因此，汽车后背门、发动机舱盖等的开启机构不仅要符合车身整体造型的需要，同时需兼顾安全、方便、使用可靠的要求，而气动撑杆（又称气弹簧）可以很好地满足这些要求[1,9]。但在气动撑杆的设计过程中，逆向设计的方法是大多数设计人员会采用的方法，因此设计过程并不是十分严谨，会产生各种各样的问题，这些问题会使气动撑杆在汽车上的使用寿命降低，而且浪费成本。
如今，汽车行业在飞速发展，汽车的更新换代在不断加快、整车项目周期越来越短、市场对整车的各方面要求越来越高，气动撑杆不仅仅被广泛运用在引擎舱盖的开启上，在汽车后背门上的使用也越来越广泛。对气动撑杆的优化设计不仅能提高汽车的安全性，还能优化后背门打开与关闭时的观赏性。同时增加了气动撑杆的使用寿命，降低了成本，使其有了更加可靠的实用性。最后，也能为各种掀背式汽车后背门气动撑杆在前期的设计和后期的优化中提供一些参考。
1.3本课题国内外研究现状
中北大学的高玉霞进行了《基于知识的上掀式背门撑杆布置的研究》，从力学和运动学角度分析了上掀式背门在开启过程中所受各种力和力矩之间的关系，并利用CATIA中的知识工程模块和优化设计功能实现了背门气动支撑杆的优化布置[2]。武汉理工大学的安康等人《CATIA的汽车后背门气动撑杆参数设计》借助于CATIA三维设计软件对汽车后背门气动撑杆进行参数化设计，快速有效地对气动撑杆进行优化设计，对进行后背门总成设计提供有效参考[3]。安徽江淮汽车集团股份有限公司的费翔《浅析某车型尾门气撑杆性能提升》通过对某车型尾门气撑杆设计结构的分析、性能提升及对优化结构进行验证，为以后同类车型开闭件产品的设计提供了借鉴，从而避免同类型问题的再现[4]。吉林大学机械科学与工程学院的李春芳、左春柽等人的《车门闭合力研究若干问题的综述》对车门关闭过程进行了受力分析，讨论了设计和制造对闭合力的影响因素，提出了降低闭合力的几种方法，为闭合力调整提供了借鉴与经验，并对闭合力设计标准起到了参考作用[5]。的杨保成，糜泽阳，焦洪宇《SUV后背门气动撑杆的设计》从气动撑杆工作的基本原理出发，对气动撑杆的设计布置进行了研究，利用MATLAB软件对气动撑杆在后背门上的安装位置进行优化计算，寻找出了优化布置方案 [6]。北汽福田汽车股份有限公司的刘国梁《尾门气弹簧设计与力值计算的深入研究》对汽车尾门气弹簧的布置及设计计算过程做了详细的分析，论述了气弹簧正向布置设计的思路及方法，打破了以前逆向设计或实车匹配的设计方法，使产品设计更加科学化[7]。郑州大学的张淑坤的《某汽车背门撑杆布置及设计的研究》从人机工程学和气动撑杆结构方面，利用CATIA等软件进行了研究，并进行了实车实验，对背门撑杆布置及设计有实际参考意义[8]。
目录
1.绪论 1
1.1气动撑杆的定义 1
1.2课题研究的背景和意义 1
1.3本课题国内外研究现状 1
1.4本课题研究的主要内容 2
2.气动撑杆设计概述 3
2.1气动撑杆的结构、工作原理及特性 3
2.2气动撑杆的选型和安装形式 4
2.3气动撑杆的设计要求和布置要求 5
2.4本章小结 6
3.气动撑杆布置及受力分析的理论研究 7
3.1汽车后背门的受力分析 7
3.2气动撑杆在XZ平面上运动分析 7
3.3气动撑杆在XZ平面的安装尺寸分析 9
3.4气动撑杆在XZ平面的受力分析 10
3.5后背门的开闭力的分析 13
3.6本章小结 14
4.气动撑杆优化设计 15
4.1气动撑杆的实际参数的选取 15
4.2 MATLAB仿真计算 15
4.3气动撑杆的布置优化 16
4.3.1气动撑杆上安装点的确定 17
4.3.2气动撑杆安装点的确定 17
4.4后背门开启角度与人施力关系 17
4.5气动撑杆的选取与设计 18
4.6气动撑杆的材料选择与内部结构 19
4.7本章小结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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5.结论 21
参考文献 22
致谢 23
1.绪论
1.1气动撑杆的定义
气动撑杆（又称气弹簧），是一种具有多种不同功能，被广泛运用于多种行业和领域的工业配件。在使用中，根据安装方式和角度的不同，它可以起到支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等作用。气动撑杆的自振频率在任何载荷作用下都能保持一致，使用时能同时承受轴向和径向两种载荷、也能传递一定的扭矩，只需通过调整内部压力即可获得需要的承载能力。如今，气动撑杆已被广泛应用于橱柜、家具，汽车引擎舱、后背门，机械与医疗设备，健身器材，座椅等多种行业。气动撑杆主要以高压惰性气体为动力，其优于普通弹簧的最大特点是其在整个工作行程中的支承力是恒定的，并具有缓冲机构（止动器），避免了极限位置的冲击；同时即无污染，也无噪音；并且有安装方便，使用安全和无需保养等优点。
1.2课题研究的背景和意义
随着社会经济的蓬勃发展，人们生活水平的日益提高，在汽车价格不断降低的情况下汽车将越来越普及。而随着汽车产业的发展，人们不仅对汽车使用性能有严格要求，还要求汽车外在车身的造型有流畅美、观动感，这使得现代车身技术有了迅猛发展。因此，汽车后背门、发动机舱盖等的开启机构不仅要符合车身整体造型的需要，同时需兼顾安全、方便、使用可靠的要求，而气动撑杆（又称气弹簧）可以很好地满足这些要求[1,9]。但在气动撑杆的设计过程中，逆向设计的方法是大多数设计人员会采用的方法，因此设计过程并不是十分严谨，会产生各种各样的问题，这些问题会使气动撑杆在汽车上的使用寿命降低，而且浪费成本。
如今，汽车行业在飞速发展，汽车的更新换代在不断加快、整车项目周期越来越短、市场对整车的各方面要求越来越高，气动撑杆不仅仅被广泛运用在引擎舱盖的开启上，在汽车后背门上的使用也越来越广泛。对气动撑杆的优化设计不仅能提高汽车的安全性，还能优化后背门打开与关闭时的观赏性。同时增加了气动撑杆的使用寿命，降低了成本，使其有了更加可靠的实用性。最后，也能为各种掀背式汽车后背门气动撑杆在前期的设计和后期的优化中提供一些参考。
1.3本课题国内外研究现状
中北大学的高玉霞进行了《基于知识的上掀式背门撑杆布置的研究》，从力学和运动学角度分析了上掀式背门在开启过程中所受各种力和力矩之间的关系，并利用CATIA中的知识工程模块和优化设计功能实现了背门气动支撑杆的优化布置[2]。武汉理工大学的安康等人《CATIA的汽车后背门气动撑杆参数设计》借助于CATIA三维设计软件对汽车后背门气动撑杆进行参数化设计，快速有效地对气动撑杆进行优化设计，对进行后背门总成设计提供有效参考[3]。安徽江淮汽车集团股份有限公司的费翔《浅析某车型尾门气撑杆性能提升》通过对某车型尾门气撑杆设计结构的分析、性能提升及对优化结构进行验证，为以后同类车型开闭件产品的设计提供了借鉴，从而避免同类型问题的再现[4]。吉林大学机械科学与工程学院的李春芳、左春柽等人的《车门闭合力研究若干问题的综述》对车门关闭过程进行了受力分析，讨论了设计和制造对闭合力的影响因素，提出了降低闭合力的几种方法，为闭合力调整提供了借鉴与经验，并对闭合力设计标准起到了参考作用[5]。的杨保成，糜泽阳，焦洪宇《SUV后背门气动撑杆的设计》从气动撑杆工作的基本原理出发，对气动撑杆的设计布置进行了研究，利用MATLAB软件对气动撑杆在后背门上的安装位置进行优化计算，寻找出了优化布置方案 [6]。北汽福田汽车股份有限公司的刘国梁《尾门气弹簧设计与力值计算的深入研究》对汽车尾门气弹簧的布置及设计计算过程做了详细的分析，论述了气弹簧正向布置设计的思路及方法，打破了以前逆向设计或实车匹配的设计方法，使产品设计更加科学化[7]。郑州大学的张淑坤的《某汽车背门撑杆布置及设计的研究》从人机工程学和气动撑杆结构方面，利用CATIA等软件进行了研究，并进行了实车实验，对背门撑杆布置及设计有实际参考意义[8]。
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