客车外摆式行李舱门四连杆机构设计
摘要:为了提高四连杆机构的设计效率,运用 二维空间运动仿真动态检验行李舱门各个部件和机构之
存干涉问题,并在检验干涉的过程中修正该四连杆机构设计参数,直到得到合理的机构设计参数。在满足四连杆机
参数合理及满足行李舱在不同状态的要求下,通过对行李舱四连杆机构的力学分析确定出油气弹簧合理的伸展岁
和铰支点的位置,继而计算出行李舱门开启的最小力,从而获得具有较好运动力学特性的四连杆机构。
关键词:客车;行李舱门;四连杆机构;油气弹簧 】 :? ,,. ,. , ? . : ; ; ;
四连杆机构应用在客车行李舱门上具有开启角度
要根据总体布置确定侧围曲线以及行李舱门
大、工作可靠、结构简单、制造容易、开关效率高、速度 位置,然后才能定位出行李舱门完全开启时
快、舱门开启时占用空间相对较小及存取行李较为方 在定行李舱门开启位置时需要保证行李舱门
便等优点,因此该机构的优势在客车行李舱门上将得 与关闭时的上边缘相齐平?。
基本尺寸确定的几个要点如下:
到更有效的应用。文章采用 二维空间运动
干涉检验的方法,可直接在图面上显示 运动轨迹,非 定出行李舱门在舱门
关闭与完全开启
常直观地观察运动机构设计是否可行,且发现问题时 支点 , , , 。 可以直接修改机构设计参数,避免了发现参数设计不连接 。 和 : : ,做它
们的垂直耳
合理需重新设计,影响设计效率的问题,这对快速检验 ,并在 上选取一
点 。在结构允许的情
四连杆机构设计参数的合理性显得十分重要。
可能靠近侧围蒙皮外
表
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面,从而使行李舱门
时,其上边缘尽可能水平移出,以减少门缝
四连杆机构尺寸的初步确定。,过点 做平行于 , 的平行线 。 在确定外摆式行李舱门四连杆机构的尺寸时,需
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线 与 相交于点 。即为平衡杆固定支座
与平衡杆连接轴点,连接 , ,则其为四连杆机构的
机架。图 和图 分别示出四连杆机构关键点和结构
尺寸。
: 。。。??平位一墨
臣 .
图 四连杆机构关键点
解 静.图 行李舱门运动水平状态
行李舱门四连杆机构运动干涉检验
由于舱门结构零件众多,为防止初步确定参数的
图 行李舱门运动结束状态
杆件与其他部件产生运动干涉,因此有必要进行
从图 ~图 的运动过程可直接看出曲杆、直杆、
二维空间运动干涉检验。 动态性的干涉检验
车体及舱门等部件之间并无干涉产生,说明该四连杆
可以更加直观地发现问题,而且出现干涉时便于直接
机构在尺寸参数设计上合理。
及时修改四连杆机构参数。
行李舱机构的受力分析
为方便 动态运动检验干涉,需要定义 个
检验的极限位置。 四连杆机构经二维空间运动干涉检验后确定了 现定义 个检验的极限位置作为检验的边界条 合理的参数,则需要进一步确
定行李舱门能完全开启
件,分别为: 把行李舱门关闭状态作为运动初始状 和行李舱门完全关闭时
自锁力矩足够大。通过四连杆
态,如图 所示; 把运动到四连杆机构的铰支点 机构的受力分析,可知需
要加装油气弹簧保证行李舱
和 。水平位置时的状态作为运动水平状态,如图 所
门关闭时能有一定的自锁力矩使得舱门锁紧。当确定
示; 把运动到行李舱门完全开启时的状态作为运动 需要油气弹簧,则需再进一步确定油气弹簧的伸展力
结束状态,如图 所示。
大小及铰支点的位置,同时需要保证该油气弹簧伸展
一?力能满足行李舱门完全开启。具备以上条件后,计算 要使行李舱门自动继续上移,油气弹簧伸展力 。
出的行李舱门开启力才有意义。针对其受力分析,行 应满足: ./ ,即: .,取
李舱机构的详细力学分析过程主要包括以下 个部 安全系数为 . ,故选的油气弹簧。
分的内容。 现在则需要进一步确定该油气弹簧的固定铰支点
. 行李舱门关闭时四连杆机构的受力状况 。根据 做图测出油气弹簧的活动铰支点
文章中行李舱门重力取,质心位置于 点, 在行李舱门关闭、 , 水平及行李舱门完全开启时的
坐标分别为一 . ,., 一 . ,.,
门把手点位于 点如图 所示 。开门力为水平方
向。为了方便计算力及力矩需要建立相应的坐标系,现” . ,. ,连接 ,和 ,过 点做 , 的
以 为原点,建立坐标系 坐标单位 。 垂线 ,圆弧与 相交于一点一. , .当行李舱门关闭时,各点坐标分别为 。. , 如图 所示 。
一., . ,一 .,一 . ,.,
. 验证行李舱门在完全开启时所需油气弹簧伸展力 . ,一., . ,一.。为分析四连 是否满足要求
杆机构的受力情况,以行李舱门为隔离体进行受力分 当 及其绞支点确定后,有必要验证该伸展力大
析,则行李舱门受到水平力、重力 及铰支点处受 小是否在行李舱门完全开启时也满足要求。
当行李舱门完全开启时,各点坐标分别为 。
到力 , , , 的作用。在初步计算时,暂不考虑加
速度的影响而视为静力平衡问题。据此列出以下 个 . ,., . ,. ,. ,.,
独立的平衡方程: . ,. , . ,. 。同以上受力
?,: ; 分析方法,列出以下 个独立的平衡方程:
? ,只 ;
?, ;
?/ 。 , 一 一 , ?, ; 广 。 ? . ,一 。 一 绕 点做定轴转动,有?, ,舱。
门关闭时。求解得出 ., .,绕 点做定轴转动,有?,:一 一 . , ?. 一. 。 求解得出 ., .,一 .,. 。
以四连杆机构作为研究对象, 和 对 取力
矩得:? 。一 氩 一 ,求解出: 要使行李舱门处于完全开启状态,则油气弹簧对
?.? 。
。的转矩 ,必须满足: 一。一一只 .
。使 绕 点顺时针转动关闭行李舱门,但力
? ,求解得出 ? .。而此时油气弹
矩不够,并不会锁紧行李舱门。为了使行李舱门锁紧,
簧对 点的转矩为:..,
需要加装油气弹簧增大白锁力,因此需确定其伸展力 远远大于 ,,完全可以保证行李舱门开启。
的大小及其铰支点的位置。 又因为要使行李舱门在关闭时油气弹簧也处在紧
. 油气弹簧伸展力大小及铰支点的确定 闭的状态,则油气弹簧对 ,点的力矩必须是顺时针方
当和水平时,各点坐标分别为: . 向,而且在该状态下油气弹簧的力矩要远大于 。而此 . ,.,. ,一., 一 . ,., 时油气弹簧的力矩.. , . ,. ,., . ,.。
,则该油气弹簧伸展力矩能使得行李舱门在关闭状态
同以上受力分析方法,列出以下 个独立的平衡方程: 下紧闭,故该油气弹簧伸展力大小选取满足要求。
?, ;
在以上条件均满足的前提下,计算出来的行李舱
门的开启力才是有意义的。 , ;
? 。 , 一 一. 计算行李舱门开启力
当行李舱门关闭时,各点坐标分别为 . , 。
一.,. ,一. , . ,. , . ,绕 点做定轴转动,有?,,要 一 ., . ,一. 。同以上四连杆机构的受
求在此位置时行李舱门能自动开启。令,求解得出 力分析方法,列出以下 个独立的平衡方程: , ., , 一 .。 下转第 页
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