行李箱盖铰链机构用无油轴承 衬套 轴套

梁建钊

[摘  要]对汽车存放物品的箱盖电动化进行研究，通过研究分析，对其进一步开发，在开发阶段，由于转变了开启的方式，驱动点与原来的不一致，这样就出现了超过常规的电动开启力，这就需要调整原来的四杆铰链，使得开启力回归到正常水平。四杆铰链行李箱系统在投入使用之前，需要对其进行仿真分析，这样是为了更好的对行李箱盖的电动化提供合理的依据，通过仿真分析，能够将最小的开启力进行确定，而且通过实验的方式进行比较，进一步确定了仿真这种方式的可行性。然后优化四杆铰链机构，将电动行李箱盖的开启力降到最低，满足电动行李箱的各种设计指标。

[关键词]行李箱盖; 四杆铰链; 仿真分析; 可行性; 优化设计

中图分类号：U463.83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0084-02

引言

当前阶段，汽车行李箱的设计存在下面的特征，首先其主要的机构是铰链传动机构，在对后备箱开关的过程中，采用的方式为纯手动方式，将行李箱的手动开启处的开启力降到最低是此次设计的主要目标，在打开和关闭后备箱的过程中，其力的来源为行李箱铰链的支撑端，在打开关闭行李箱的过程中，通过这样的方式是十分浪费动力的。在此次优化行李箱的四杆铰链系统中，主要的目标是对电驱动端力臂的长度进行增加，这样电驱动就降低了对扭矩的需要，但在这个优化的过程中，需要保持原来行李箱的运动轨迹关系。但是对于此次系统的优化设计，通过过去的设计计算是无法满足要求的，这是由于汽车行李箱系统是一个复杂的机构系统。为了更好的观察机构的运动状态，以及对机构的受力情况进行分析，需要借助动力学仿真来对机构进行研究。本文在进行动力学仿真的过程中借助的软件Adams ，在确定仿真是不是正确方面主要通过实验的方式，优化行李箱的铰链机构设计主要以动力学系统模型为依托，使得行李箱电动化能够得以实施。

一、构建Adams 仿真的模型

1. Adams 模型

首先将计算机的设计软件打开，我们使用的是 CATIA，然后建立装配体模型，如图1 所示，其中，手动开启的施加动力的点在A 处，电动开启的施加力的点在B 。为了更好的还原铰链的受力情况，在进行模型的建立时需要对铰链的负载以及在驱动端的物体进行分析，这个装配体主要含有十三个构件，分别是行李箱盖，另外还有左铰链底座，左铰链拉杆1也是其中的一部分，还包含左铰链撑杆，另外还有左铰链连杆，下面也是比较重要的部分右铰链底座，右铰链拉杆1，右铰链撑杆，右铰链连杆，拉杆2、曲柄，减速器输出轴以及减速器壳体，从图2里面可以看到。车身，底座，以及减速器这些是固定在一块的，连杆和行李箱组合在一块，左铰链和减速器的输出轴相连接，连杆是和行李箱固定的，相连的地方还有左铰链本体减速器输出轴，这些都是通过拉杆2进行连接。将原始铰链总成（ 全关状态） 数据导入到装配环境下，将两个铰链的坐标位置进行固定，将它们的位置作为依据，将其他的零件进行制约，则装配好的模型就是整车坐标下行李箱系统全关状态下的几何模型。在力学分析软件中对模型进行导入和分析。

2.边界的条件

对固定件和运动件进行确定，经过分析固定件是底座以及减速器的外壳，剩余的部件为运动件。固联副主要运用在下面的部件上，其为左右铰链底座之间，另外还有输出轴与曲柄，另外固联副还采用在左右铰链推杆与箱盖之间，对自由度进行全部的约束。另外的机构采用的是旋转副作为运动副，有五个方向的自由度是被控制的，只能做旋转运动。十一个旋转副被运用在这个模型上，如果运动的轨迹是一样的，那么就采用固联副进行连接，我们对整体系统的自由度进行计算得出11 × 6 - 11 × 5 - 4 × 6 = - 13。此时计算出来的值是负的，这就表明约束状态是过约束，如果要想系统能够正常运转，必须将过多的约束进行解除。为了能够将重复的约束进行解除，需要对旋转副进行取代，运用点-线副的方式进行取代。

3.模型的属性

对运动副的摩擦系数进行定义，动摩擦系数是0.1，动摩擦因数定为0.3。为了将围绕三个坐标轴的主动惯量进行提取，对质心点的坐标进行提取，需要借助软件的测量功能，如表1 所示。按提取的值，在ADAMS 中对部件的质量属性进行修改。

4.气弹簧力的施加

在建立弹簧作用力和长度变化的Spline 曲线过程中，主要借助的是气弹簧的实验刚度参数，单分量的力载荷需要建立在在气弹簧两端的作用点之间，该力的驱动参数是通过Spline 曲线来进行确立的，使SFORCE 力按照表2 的数据变化，对气弹簧的作用变化进行真实的仿真。

二、仿真与验证

依照人工启动及电动启动这两类方式，分别加以仿真探究。研究模型里面A 处（具体见图1） 的实际施加力，对人工开启行李箱盖的现状加以模拟;在模型里面的B 处（具体见图1） 的实际施加力，对电动启动行李箱盖的现状加以模拟。

在此两个研究里面，分别把A及B处（具体见图1） 的实际力值当做构设变量，让它自某一相当小的初始值，按照1 N的现实增量渐趋增大，对每一次研究所获的行李箱盖启动视角加以提取，当启动视角等于、大于100°的时候，觉得行李箱盖属于被全部开启的，合乎构设需要。历经研究所获的行李箱全部启动时的状况具体见图3显示的。

当A处运用的力跟72 N相等的时候，行李箱盖启动视角-时间曲线具体见图4显示的。自图4里面能够知道： 如果力矩比72 N要大，行李箱盖可以全部启动;如果力矩比这一值要小，行李箱盖仅仅可以打开一部分。所以，手动端启动（ A处） 施加的力不可以比72 N要小。跟这一样，研究运算获得电动端启动（ B处） 施加的力不可以比630 N要小。

为对研究情况加以检验，分别于A及B处运用推拉力计，对行李箱盖启动力加以测量。实际测量了A处启动大致需要68 N的力，B处启动大致需要609 N的力，实测值跟仿真情况大致吻合。

三、机构的优化

为逐步研究检验行李箱电动启动的实际扭矩情况，搞清铰链构造优化构设标准，借助扭力扳手分别对减速器输出轴处、拉杆1及底座连接处（ 图5里面的O3轴） 启动后备箱需要的力矩加以实际测量，测量具体情况是： 在减速器的输出轴处，启动扭矩最起码要求59 N·m;在O3轴处，启动扭矩最起码要求75 N·m，具体见表3显示的。

依照实测情况，在减速器输出轴处、拉杆1及底座连接处启动行李箱盖需要的力矩均超出构设需要（对于减速器来说，最大的输出扭矩是56 N·m） ，所以，必须在研究的前提下对铰链体系加以较优构设，从而下降这两个地方的启动力矩。意识到装配空间及构造安排的局限，在优化的前前后后，行李箱闭合现状下铰链构造具有的实际空间难以加大;为不给行李箱启动闭合状况带来影响，在进行优化的前前后后，连杆启动闭合方位很难变化;依照仿真对这一构造加以初次力学研究，借助加大拉杆1的实际长度，缩减撑杆实际长度抑或变化支撑点的方位会下降启动力矩。

依照前面根本需要，按照1 mm 移动量当做具体步长，对O1方位加以移动，从而缩减撑杆实际长度，另外对O3、O4加以移动，变化支撑点方位，保障新四连杆构造运动关联跟诸杆件长度合乎需要。历经多次移动研究比对，把O1、O3、O4方位转移至具体见图5显示的虚线方位，驱动力会实现最小值。新方位值变化参数具体见下面：

（1） O1： 对于原O1孔来说，沿着x轴的负向移动15 mm，再沿着y轴的正向移动7 mm。

（2）O3： 对于原O3孔来说，沿着x轴的负向移动6 mm，再沿着y轴的正向移动7 mm。

（ 3） O4： 对于原O4孔（黑色）来说，沿着y 轴的负向移动11 mm。

依照优化之后O1、O3、O4方位变化铰链体系，之后再次加以研究，自仿真研究情况能够发现： 在优化之后，在减速器输出轴位置，启动扭矩最起码需要28 N·m，在O3轴处，启动扭矩最起码要求51 N·m。历经变化之后，启动力矩早已可以合乎构设需要，在优化的前前后后，启动力矩衡量具体见表3显示的。

四、结束语

运用动力学对手动和电动开启方式进行分析，分析运用的软件是Adams 软件，采用的开启方式不同，其开启力也是不一样的，经过测量发现，对实际的数据和分析的结果进行比较，发现两者是相近的，因此可以说分析是可靠的。在优化铰链机构的过程中，动力学系统模型是主要的依据，将电动开启力降低，进而满足设计的需求。

参考文献

[1] 万宁.无接触式后行李箱盖打开装置[J].汽车维护与修理.2012（12）.

[2] 马知才，何兴华.一种经典的周转箱盖启闭机构[J].专用汽车.2013（02）.