汽車行李箱蓋鉸鏈分析及優(yōu)化

1、汽車行李箱采用的天盛鉸鏈傳動(dòng)系統(tǒng)是基于純手動(dòng)開(kāi)關(guān)后備箱而設(shè)計(jì)的，其最優(yōu)化目標(biāo)是行李箱手動(dòng)開(kāi)啟處的開(kāi)啟力最小，而電動(dòng)開(kāi)啟行李箱則是從行李箱鉸鏈的支撐端施力驅(qū)動(dòng)后備箱整體開(kāi)啟和關(guān)閉，其在開(kāi)啟過(guò)程中是一個(gè)相對(duì)費(fèi)力的過(guò)程。因此，在汽車行李箱蓋電動(dòng)化開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要在不影響原行李箱運(yùn)動(dòng)、位置關(guān)系的同時(shí)，對(duì)行李箱系統(tǒng)的四連桿鉸鏈進(jìn)行優(yōu)化，以增加電驅(qū)動(dòng)端力臂長(zhǎng)度，減小電驅(qū)動(dòng)所需扭矩。但是汽車行李箱開(kāi)啟機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算難以提供準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)來(lái)

2、支撐系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真，可以更準(zhǔn)確地獲得機(jī)構(gòu)在任意位置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況，對(duì)于確定合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案有非常大的意義。行李箱開(kāi)啟機(jī)構(gòu)是一種多連桿機(jī)構(gòu)，動(dòng)力學(xué)仿真的方法已經(jīng)在某些連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性方面得到了應(yīng)用；一些研究在仿真的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，為汽車尾箱的動(dòng)力學(xué)研究提供了研究基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。近來(lái)動(dòng)力學(xué)仿真的方法開(kāi)始在汽車的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面得到應(yīng)用，研究對(duì)象有鉸接式自卸汽車在隨機(jī)路面下的平順性，電動(dòng)剪式車門(mén)不同

3、開(kāi)啟速度時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩及功率，轎車車門(mén)鉸鏈、車門(mén)前側(cè)分縫線、行李箱蓋扭桿彈簧的布置等，這些研究證明了采用動(dòng)力學(xué)仿真方法來(lái)輔助汽車連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。因此，本文擬基于Adams對(duì)行李箱蓋手動(dòng)開(kāi)啟和電動(dòng)開(kāi)啟力進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真的有效性，并基于動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型對(duì)行李箱的鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保行李箱電動(dòng)化的順利實(shí)現(xiàn)。1Adams仿真建模1.1Adams模型在計(jì)算機(jī)輔助三維交互應(yīng)用軟件(CAIA）中建立行李箱系統(tǒng)閉合狀態(tài)的裝配

4、體模型，如圖1所示，其中，A處為手動(dòng)開(kāi)啟施力點(diǎn)，B處為電動(dòng)開(kāi)啟施力點(diǎn)。為使鉸鏈的受力狀況更逼近真實(shí)情況，建模時(shí)將鉸鏈負(fù)載端物體與驅(qū)動(dòng)端物體都考慮在模型中，模型最終包含13個(gè)幾何體：行李箱蓋、左鉸鏈底座、左鉸鏈拉桿1、左鉸鏈撐桿、左鉸鏈連桿、右鉸鏈底座、右鉸鏈拉桿1、右鉸鏈撐桿、右鉸鏈連桿、拉桿2、曲柄、減速器輸出軸以及減速器殼體，如圖2所示。底座和減速器殼體都與車身固結(jié)在一起，連桿與行李箱蓋固結(jié)在一起，左鉸鏈本體通過(guò)拉桿2、曲柄與減速器

5、輸出軸相連。將原始鉸鏈總成(全關(guān)狀態(tài)）數(shù)據(jù)導(dǎo)入到裝配環(huán)境下，固定住兩鉸鏈的坐標(biāo)位置，以它們的位置為參考將模型中所有零件的位置約束住，則裝配好的模型就是整車坐標(biāo)下行李箱系統(tǒng)全關(guān)狀態(tài)下的幾何模型。將裝配好的模型導(dǎo)入到機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)力學(xué)了11個(gè)旋轉(zhuǎn)副；有相同運(yùn)動(dòng)軌跡的件采用固聯(lián)副約束，由此整個(gè)系統(tǒng)的自由度為11x611x54x6=13。負(fù)值表明系統(tǒng)處于過(guò)約束狀態(tài)，要想使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)必須解除多余的約束。因點(diǎn)一線副只約束一個(gè)方向的自由度，所以解決過(guò)約

6、束的辦法是采用點(diǎn)一線副取代部分旋轉(zhuǎn)副，將重復(fù)約束的自由度釋放出來(lái)。1.3模型屬性定義各運(yùn)動(dòng)副的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1，靜摩擦因數(shù)為0.3。利用CATIA的測(cè)量功能將該系統(tǒng)各部件的質(zhì)量、繞x，y，Z軸的主轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)提取出來(lái)，如表1所示。按提取的值，在ADAMS中修改部件的質(zhì)量屬性。1.4氣彈簧力施加對(duì)于安裝于原車鉸鏈上的氣彈簧，根據(jù)氣彈簧的實(shí)驗(yàn)剛度參數(shù)值(見(jiàn)表2），建立彈簧的作用力一長(zhǎng)度的Spline曲線，在氣彈簧兩端的作用點(diǎn)之間建