玻璃升降机结构改进设计

２ １ １ 玻 璃 到底 工况 ．．
玻璃到底 时， 升降机所受外 力主要集 中在 Ａ
轨 总成 下端 的 电机 支 架 上 ， 他 部 分所 受 外 力 忽 其 略。 以玻璃 夹 Ａ、 轮 和 部 分 钢 绳 分 别 为研 究 对 导 象 ， 以求得 作用 在 电机 支架 上 所 受 的各 力 ； 略 可 忽 作 用在 结构 上 的较 小 外 力 ， 保 留作 用 在 导 轮 铆 只 接 点上 的力 Ⅳ。 和作 用 在 缓 冲块 铆 接 点 上 的力 进 行后 续分 析 ， 中 Ｎ１＝１１８Ｎ， ２ ６５Ｎ， ２ 其 ： ４ Ⅳ ＝ ０ 图 所 示 为 电机 支架 结构 和受力 情况 。
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图 １ Ｂ轨 下 端 应 力 云 图 ０
该 款玻 璃 升 降 机 虽 然 通 过 设 计 验 证 和 生 产
３ ・ ７
・
验证 ， 根 据 质 量 部 门 的 反 馈 ， 型 上 市 后 面 临 但 车 较 多 的客 户 抱 怨 ， 要 反 馈 问题 是 升 降机 异 响 ， 主 玻 璃 升 降 机 机 械 结 构 部 分 强 度 不 足 可 能 是 造 成 这 种 现 象 的原 因 之 一 。 在 所 有 返 回 的 索 赔 件 中 有约 ２ ％ 的样 件发 生 破 坏 ， 要是 电机 支架 下 端 ０ 主
／
／
图 ８ Ａ 轨 总 成 上 端 应 力 云 图
材料 的屈 服极Hale Waihona Puke Baidu限 。
５ １ Ｏ ｌ ５ ２ ０ ２ ５ ３ Ｏ ３ ５
０ ０
应变
图６ Ｄ０ Ｃ ４应力． 应变 曲线
２ ２ １ 玻璃 到底 工 况 ．．
图 ７所 示 为 Ａ轨 总 成 下端 的应 力 云 图 ， 考 不 虑 夹持 点和 施 力 点 附 近 的应 力 集 中 （ 续 相 同 ） 后 ， 在 导 轮 铆 接 面 根 部 有 较 大 的 应 力 ， 到 了 达
发生翘 曲变形 ， 图 １ 如 １所示 。这 与玻璃 到底 时
Ａ轨 总成 下 端 的 应 力 超 过 材 料 屈 服 极 限 的计 算 结果 是 相 符 的 。
图 １ 电机 支架 改 进 设 计 ２
图 １ 样件失效模式 １ 图 １ Ａ轨和 Ｂ轨总成上端改进设计 ３
造成 实 际破 坏 情况 远 没有 计算 结 果恶 劣 主要
材料 样本 数 据 ， ５和 图 ６分 别 为相 应 的应 力 一 图 应
变 曲线 。
上海汽车 ２１．１ ０ １１
假设玻 璃 到 顶 时 ， 用 在 两 个 玻 璃 夹 上 的力 作 相等 。分别 对 Ｂ轨 两 端 、 轨 上 端 的滑 轮 和 部 分 Ａ
３６ ・
・
３ ０ ５ ３ ０ ０
按照 与原 设 计 同样 的受 力 状 况 ， 新 设 计 进 对 行 了强度 分 析 。 图 １ 示 为 新设 计 电 机 支 架 的 ４所
应力 云 图 ， 架下 部 的应 力不 超 过 １ １ＭＰ ， 原 支 ４ ａ 较
（ ）计算 时未 考虑 材料硬 化 ； ３ （ ）计算 时 未 考 虑 车 门 变 形 ， 璃 升 降机 固 ４ 玻
玻璃升降机 结构改 进设计
李建如 孙 滋 （ 上海汽车集团股份有限公司乘用车公司， 上海 ２１０） ０８４
【 摘要】 可靠性是玻璃升降 机设计的重要出发点之一。 介绍了 某双轨式玻璃升降机的 基本结构以 及受
力状况 ， 原设 计机械结构进行非线性 强度 分析 ， 对 计算结果 与实际的失效情况相符 ， 对机 械结 构进 行改进设计 和 重新计算 ， 表明新 设计能有效降低局部应力 ， 提高升降机 的强度 和可靠性 。
和受 力情 况 ， Ａ轨 上 端 与 Ｂ轨 上 端 的结 构 形 式 类 似。
材料
Ｄ ０ Ｃ１ Ｄ ０ Ｃ１ Ｄ ０ Ｃｌ
Ｄ ０ Ｃ４ Ｄ ０ Ｃ４
厚度 （ ｍｍ） ２Ｏ ．
２０ ． ２０ ．
１５ ． １５ ．
电 机 支架
ＤＣ ４ Ｏ
１５ ．
２ 原 始 设 计 分 析
ｌ 原 始 设 计
图 １所示 为本 文 研 究 的玻 璃 升 降 机结 构 。 电 机 顺 时针 转 动 时 ， 丝 筒 缠 绕 钢 绳 带 动 玻 璃 夹 向 卷 下 运 动 ， 之 上 升 。 升 降 机 的 停 止 是 通 过 对 电 机 反 的堵转 实 现 的 ， 璃 到底 时缓 冲块 对 玻 璃 夹 Ａ 的 玻
【 ｂｔ ｃ】 Ｒ ｌｂ ｉ ｅ ｆｈ ａ ｎｅ ｓｎ ｉ ｏ ｇｌｏ ｄｓ ｎ Ｔ ｅ ｔ ｃ ｒ ｏ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｅ ａｉｔ ｉｏ ｅ ｉ ｃ ｃｒ ｎ ｗｒ ｕ ｔ ｅ ｇ． ｈ ｒ ｔ ｅ ｆ ｉ ｌ ｓｎ ｏｔ ｍ ｎ ｏ ｎ ｉｗ ｄ ｅ ａ ｒ ｉ ｙ ｓｕ ｕ
有 以下 因素 ：
４ 改进 设 计 分 析
４ １ 玻璃 到底 工况 ．
（ ）电机 堵 转 力 矩 一般 都 低 于 最 大 值 ， １ 电机 在投 入使 用后 ， 能也会 发生 弱化 ； 性 （ ）选取 了屈 服强 度 处 于下 限 的 材料 样本 数 ２
据进 行非 线性 强度分 析 ；
【 关键词】 升降机
车门 可靠性
强度分析
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ －５ ４ ２ １ ． １ ０ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ ７４ ５ ．０ １ １ ． ８ ｓ
限位而使 电机堵转停机 。到顶时 ， 门框对玻璃 的
０ 引言
作 为车 门 系 统 最 重 要 的 附 件 之 一 ， 璃 升 降 玻
图 １ 玻璃升 降机结构
通 常 电机 的堵 转扭 矩 比额 定 转矩 高一 个 数 量 级 ， 文研 究 的玻璃 升 降机采 用 额定 转 矩为 １Ｎ 本 ｍ， 堵 转力 矩 为 ８—１ ｍ的 电机 。升 降 机 卷 丝 简 直 ２Ｎ 径为 ４ ０ｍｍ。表 １ 示 为该 升 降 机 主要构 件 材料 所 参数。
定点 的位 移可 以抵 消升 降机 的部分 变形 。
设计降低了 ２ ． ％ ， ３ ４ 对降低 电机支架翘 曲变形破 坏 的发生 可 以起 到 重要作 用 。
３ 改进 设 计
玻 璃 升降 机结 构改 进 设计 的 目的是 降低 电机
支架 下端 和 Ａ轨总成 、 总成 上端 的应力 。 Ｂ轨
收稿 日期 ： ０ １ ８—０ ２ １ —０ ８
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表 １ 玻璃升降机主要构件材料
名称
导 轨 Ｂ上 支 架 导 轨 Ｂ下 支 架 导 轨 Ａ上 支 架
导轨 Ａ 导轨 Ｂ
钢绳 为 研 究 对 象 ， 可求 得 作 用 在 Ｂ轨 上 端 滑轮 铆 接点 外力 Ⅳ ＝ ０ Ｎ ２ 作用 在 Ｂ轨下 ２ ９０Ｎ，ｚ＝５０Ｎ， 端滑 轮铆 接点外 力 Ｎ３ ５ Ｎ ６ 作 用 ＝４０Ｎ， ３＝２０Ｎ； 在 Ａ轨上端 滑轮 铆接 点 的外力 Ｎ ＝５２Ｎ， ４＝ ４ １ Ｎ ２ ２Ｎ； ３和 图 ４分别 为 Ｂ轨上 端 和下 端 的结构 １ 图
２ １ 受 力分 析 ．
升降机机械结构部分在电机堵转时受到的外 力远高于玻璃升降过程 中受到 的外力 ， 在进 行强 度分 析 时 ， 需 要 计 算 玻 璃 到 底 和 到顶 时 的 两个 只
工况 。
按 电机 最 大堵 转力 矩 所计 算 而得 的堵 转 力 为
６ ００ Ｎ。
－ 一
２ ０ ５
２ｏ ０
—
／ 一一一
１０ ５ １０ ０ ５ ０
０ ０
５
】 ０
１ ５
２ ０
２ ５
３ ０
３ ５
应 变
图 ５ Ｄ ０ 应 力一 Ｃ１ 应变 曲线
３０ ５ ３ ０ ０
一 ，
２ ０ ５
—
皇 ２０ ０
１０ ５ ｌ０ ０ ５ ０
限位使 电机 堵转 。
机因使用频率高 ， 可靠性和耐久性 都显得非常重
要。
按 机械 结 构 的不 同 ， 车 常 用 的 电动 玻 璃 升 轿 降机 分 为绳 轮式 和金 属 臂 式 两 大类 。本 文研 究 的 对 象是 双导 轨绳 轮式 玻 璃 升 降 机 。 由于玻 璃 安 装 点相 距较 远 ， 玻璃 的稳 定 性 好 ， 轨 式更 适 用 于 大 双 车 门 以及 具 有无框 车 门结 构 的轿 车 Ｊ 。
算玻璃到顶工况 ， Ａ轨总成需要计算玻璃到底 而
图 ２ 电机支架结构和受力
和到 顶 两个 工 况。Ｄ ０ Ｃ １的 屈 服 强 度 为 １０ ～ ３
２ ０ ＭＰ ， Ｃ ４的屈 服强度 为 １０～２ ０Ｍ ａ ， ６ ａＤ ０ ２ １ Ｐ 计
２ １ ２ 玻 璃到 顶工 况 ．．
算时选取屈服强度分别为 １４Ｍ ａ １５Ｍ ａ的 ４ Ｐ 和 ２ Ｐ
提 高 电机 支架 下端 强 度 的方 法是 提 高局 部抗 弯 截面模 量 ， 即增 加 截 面 积 。在 尽 可 能 减 少 修 模 量 的前 提下 ， 用 如 图 １ 采 ２所示 的改 进设计 方案 。
／
导轨总成上端改进的方向是在升降机固定点
保持 基本 不 变 的 情 况 下 ， 小 外 力作 用 点 到 支架 减 和导 轨铆 接点 的距 离 ， 以降低 铆 接 点 的局 部应 力 ， 图 １ 示为 Ａ轨 和 Ｂ轨 总成 上端 改进设 计方 案 。 ３所
图 ３ Ｂ轨上端结构和受力情况
图４ Ｂ轨下端结构和受力情况
２ ２ 有 限元分析 ．
利 用 Ｈ ｐｒ ｅｈ进 行 前 处 理 ， 用 Ａ ａｕ ｙ ｅｍ ｓ 运 ｂ ｑ ｓ作 为解算 器分 别对 Ａ轨 总成 和 Ｂ轨总成 进行 非线 性
强度分 析 ， 根据前 述 受力 分 析 ， Ｂ轨 总 成 只需 要 计
ａ ｄ ａ ａｌｔｐ ｅ ｕ ａｏ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｃｅ，ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｉ ｌｍｅ ｔ ｄ ｏ ｔｉ ｃ ｌ ｕ ａｅ ． ｕ ｌｒｉ ｙ ｅ ｒ ｇ ｌｔｒ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓ ａｔ ｌ ｉ ｎ ｈ ｏ ｃ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ｎ ｉ ｓ ａｃ ｌｔ ｄ Ｓｒ ｎ ｔ ｎ ｙ ｉ ｉ ａｒｅ ｎ ｔ ｅ ｏ ｉｉ ａ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｒ ｏ ｒ ｓ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｒ ａ ａｌ ｒ ｔ ｇｈ ａ ａ ｓｓ ｓ ｃ ｒｉｄ ｏ ｈ ｒ ｎ ｌ ｄ ｓ ｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ａ ｅ ｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉ ｇ ｔ ｈ ｅ ｌｆ ｉ ｅ ｅ ｌ ｇ ｇ ｓ ｕ ｍｏ ｅ ｈ ｅ ｕ ａ ｏ ｓ ｒ ｄ ｓ ｎ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｄ ．Ｔ ｅ ｒ ｇ ｌｔ ｒｉ ｅ ｅ ｉ ｅ ｎ ｎ ｌ ｚ ｄ，ａ ｄ ｉ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｓｒ ｓ ｆｔ ｅ ｎ ｗ ｄ ｓｇ ｓｒ － ｇ ｎ ｔ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｔ ｓ ｏ ｈ ｅ ｅ ｉｎ ｉ ｅ ｅ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｃ ｎ ｂ ｍｐ ｏ ｅ ． ｕ ｅ ｎ ｈ ｅ ｉ ｉ ｔ ａ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ｉ
１４ ＭＰ ， 过 了材 料 的屈服 极 限。 ８ ａ超
图 ９ Ｂ轨总成上端应力云图
￡， ／
、 ｚ
图 ７ Ａ轨 总成下 端应 力云图
２ ２ ２ 玻 璃 到 顶 工 况 ．．
图 ８所 示 为 玻 璃 到 顶 时 ， 轨 总 成 上 部 的 应 Ａ 力 云 图 ， 轨 上部 的应 力 达 到 了 １０ＭＰ ， 超 过 导 ３ ａ略 材 料 的屈服 极 限 。 图 ９和 图 １ 示 分 别 为 Ｂ轨 总成 上 端 和 下 ０所 端 的 应 力 云 图 ， 轨 总 成 上 端 的 应 力 达 到 了 Ｂ ４ ７ＭＰ ， ３ ａ下端 的应 力达 到 了 ２２ＭＰ ， ６ ａ都远 超过 了