摘要：運用CATIA DMU運動仿真模塊對六連桿鉸鏈機構(gòu)進行運動仿真，分析六連桿鉸鏈機構(gòu)的運動特性。根據(jù)分析結(jié)論，對六連桿鉸鏈機構(gòu)進行改善設(shè)計。

六連桿鉸鏈因其結(jié)構(gòu)強度高，占用空間小、開啟角度大等優(yōu)點被廣 泛應(yīng)用于大型客車的側(cè)圍行李艙門上。如圖1所示為六連桿鉸鏈的基 本結(jié)構(gòu)：支座AB(可視為桿AB)，桿AC，桿CD，桿EF，桿BE，支座DF (可視為桿DF)通過7個轉(zhuǎn)動副(A、B、C、D、E、F、0)組合成—個統(tǒng)一的整 體。其中桿CD通過轉(zhuǎn)動副O(jiān)與桿BE連結(jié)，孔G為氣彈簧固定點。支座 AB固定在車身上，側(cè)圍行李艙門鎖付于支座DF上。由于六連桿鉸鏈輸出的是六根連桿的組合運動，其運動特性比較復(fù)雜，單靠二維CAD繪 圖很難繪制出其完整的運動軌跡，從而無法對側(cè)艙門的運動過程進行完整的校核。而CATIA DMU運動機構(gòu)模塊提供了—個非常直觀的分析工具。應(yīng)用該模塊，我們能對運動機構(gòu)進行運動仿真，能繪制指定機構(gòu)的運動軌跡，還能測量指定位置的速度、加速度等運動參數(shù)。通過模擬運動過程，我們可以更加直觀、準確的對側(cè)艙門進行運動校核，防止干涉的產(chǎn)生。

運動仿真分析

建立仿真模型

在進行運動仿真之前，首先要建立六連桿鉸鏈機構(gòu)的三維數(shù)模。因 六根連桿都是運動構(gòu)件，彼此相對運動，因此每根連桿必須為一個獨立的模型。建模完成后，將六連桿裝配起來，如圖2所示。

切換到CATIA DMU運動機構(gòu)模塊，對六連桿機構(gòu)的7個轉(zhuǎn)動銷 軸添加轉(zhuǎn)動副自。由于支座AB與車身相連接，因此對支座AB添加—個固定副，由此來觀察其余桿的運動特 。正常隋況下，六連桿機構(gòu)運動的驅(qū)動外力是由鎖付于G點的氣彈簧提供。模擬時，可把桿AC當成驅(qū)動構(gòu)件，因此對桿AC施加—個轉(zhuǎn)動命令。至此，仿真模型建立完成。因為倉門鎖付于支座DF上，與其相對靜止，運動狀況一致，因此仿真時對支座DF的運動狀況進行分析并進行軌跡繪制。通常倉門的開啟角度達到120度時(與鉛垂面夾角)即可滿足存取貨物的需求，因此，對支座DF在0到120時的運動狀況進行仿真分析，如圖3所示。

運動分析

由圖3所示的支座DF的軌跡可以看出六連桿機構(gòu)輸出的主要是 兩種運動的組合：即平移運動和翻轉(zhuǎn)運動。而且，剛開始階段平移運動 的幅度大于翻轉(zhuǎn)運動，然后漸漸的翻轉(zhuǎn)幅度加大，平移幅度減小。為了更深入地分析六連桿機構(gòu)的運動特性，可將機構(gòu)進行簡化。將六連*fret 構(gòu)的7個轉(zhuǎn)動副軸心連接起來，可得出兩個四邊形分別為四邊形aboc及四邊形odfe。如圖4所示為支座DF分別在O度、60度、120度時，鉸 鏈機構(gòu)的運動隋況，及兩個四邊形的變化情況?？梢詫⒘B桿機構(gòu)的運動分解為兩個四邊形的獨立運動來分析。運動時，四邊形aboc主要輸出 的運動是O點的平移運動及邊CO、邊bo的旋轉(zhuǎn)運動。而邊0d及邊Oe分別與邊CO及邊bo固結(jié)，因此，對于四邊形odfe來說，邊od及邊oe的旋轉(zhuǎn)運動即為運動輸入源，而最終輸出的是邊df的旋轉(zhuǎn)運動。所以，六連桿機構(gòu)的平移運動主要由四邊形aboc產(chǎn)生，旋轉(zhuǎn)運動主要由四邊形odfe產(chǎn)生。

結(jié)論驗證及運用

初步分析完六連桿鉸鏈機構(gòu)的運動斗寺J性，還需將鉸鏈裝配到整車環(huán)境下進行驗證結(jié)論是否正確。以下舉一案例來進行驗證。

倉門運動校核

側(cè)倉門的上邊沿與車身側(cè)圍搭接處結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，如果鉸鏈選用不當，很容易在開啟的過程中與密封膠條或者側(cè)圍輥壓蒙皮產(chǎn)生干涉。所以，設(shè)計時需要對倉門進行運動校核目。如圖5所示，為我司某款車型的倉門上邊沿斷面圖。將上述運動分析完的鉸鏈裝配到整車環(huán)境下。因為倉門開啟運動過程中干涉部位主要是倉門的上邊折角處，所以仿真是重點觀察此處的運動隋況。繪制該處H點的運動軌跡。由H點的類似于“7”字形的軌跡可以看出，倉門先經(jīng)過一小段平移，再進行翻 轉(zhuǎn)。因此，基本符合1．2的分析結(jié)論。 如圖6所示，當倉門尚未全部開啟時，倉門上沿H點即與密封膠條干涉。因此，需對鉸鏈進行改善設(shè)計。

改善設(shè)計

如圖6所示，支座DF在翻轉(zhuǎn)階段的軌跡為類似于圓心在上的一段 圓弧月。而倉門上沿H點的軌跡卻與之相反。如果H點運動時能夠得出 類似圖6所示的與支座DF弧度朝向一致的軌跡，即可解決倉門干涉的 問題。連接支座DF上端點D與倉門上沿H點，并繪制軌跡如圖7所 示。由軌跡圖可以得出DH在翻轉(zhuǎn)階段的旋轉(zhuǎn)軸一6O點。且由圖可得，當D點、H點在圓心O點的同一 側(cè)時其運動軌跡方向一致，如 H 、H。因此，為了得到如圖6所示的H點的設(shè)想軌跡，就必 須使得H點與D點在O點的 同一側(cè)。如圖7所示，只要能將D點軌跡的曲率半徑D0放大到超出DH的長度時，即可滿足要求。

由1．2分析結(jié)論可知，D 點軌跡是平移和旋轉(zhuǎn)的組合 運動，而放大D點軌跡的曲率 半徑就是減小曲率，就是在組 合運動中加大平移運動的分量。而鉸鏈的平移分量主要由四邊形abco輸出。所以，針對此案例，鉸鏈改善的方向應(yīng)該是在支座 AB、DF不變的情況下，主要調(diào)整ac、bo、CO的長度。從而使得六連桿機構(gòu) 在運動輸出的過程中，平移分量和旋轉(zhuǎn)分量匹配合理，以減小運動軌跡的曲率。

改善效果按照上述2．2的改善分析，經(jīng)過多次調(diào)整，模擬調(diào)試。改善后的鉸鏈 及運動軌跡如圖8所示。改善后的鉸鏈平移及旋轉(zhuǎn)分量匹配合理，運動軌跡曲率較平緩。倉門上邊沿H點軌跡與鉸鏈輸出的軌跡同向，倉門全開后，H點與側(cè)圍輥壓蒙皮間隙為17ram。因此，鉸鏈改善效果可以滿足要求。

結(jié)束語

本文運用CATIA DMU模塊對六連桿鉸鏈機構(gòu)進行三維的運動仿真。通過關(guān)鍵點的軌跡來分析六連桿機構(gòu)的運動特征。并通過相關(guān)案例對分析結(jié)論進行驗證，以及運用分析結(jié)論對六連桿機構(gòu)進行改善。