摘要：運(yùn)用CATIA DMU運(yùn)動(dòng)仿真模塊對(duì)六連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，分析六連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。根據(jù)分析結(jié)論，對(duì)六連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行改善設(shè)計(jì)。

六連桿鉸鏈因其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，占用空間小、開(kāi)啟角度大等優(yōu)點(diǎn)被廣 泛應(yīng)用于大型客車(chē)的側(cè)圍行李艙門(mén)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(guò)7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(A、B、C、D、E、F、0)組合成—個(gè)統(tǒng)一的整 體。其中桿CD通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副O(jiān)與桿BE連結(jié)，孔G為氣彈簧固定點(diǎn)。支座 AB固定在車(chē)身上，側(cè)圍行李艙門(mén)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(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)特性比較復(fù)雜，單靠二維CAD繪 圖很難繪制出其完整的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而無(wú)法對(duì)側(cè)艙門(mén)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行完整的校核。而CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊提供了—個(gè)非常直觀的分析工具。應(yīng)用該模塊，我們能對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，能繪制指定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，還能測(cè)量指定位置的速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。通過(guò)模擬運(yùn)動(dòng)過(guò)程，我們可以更加直觀、準(zhǔn)確的對(duì)側(cè)艙門(mén)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，防止干涉的產(chǎn)生。

運(yùn)動(dòng)仿真分析

建立仿真模型

在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真之前，首先要建立六連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的三維數(shù)模。因 六根連桿都是運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此每根連桿必須為一個(gè)獨(dú)立的模型。建模完成后，將六連桿裝配起來(lái)，如圖2所示。

切換到CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊，對(duì)六連桿機(jī)構(gòu)的7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo) 軸添加轉(zhuǎn)動(dòng)副自。由于支座AB與車(chē)身相連接，因此對(duì)支座AB添加—個(gè)固定副，由此來(lái)觀察其余桿的運(yùn)動(dòng)特 。正常隋況下，六連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)外力是由鎖付于G點(diǎn)的氣彈簧提供。模擬時(shí)，可把桿AC當(dāng)成驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，因此對(duì)桿AC施加—個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)命令。至此，仿真模型建立完成。因?yàn)閭}(cāng)門(mén)鎖付于支座DF上，與其相對(duì)靜止，運(yùn)動(dòng)狀況一致，因此仿真時(shí)對(duì)支座DF的運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行分析并進(jìn)行軌跡繪制。通常倉(cāng)門(mén)的開(kāi)啟角度達(dá)到120度時(shí)(與鉛垂面夾角)即可滿(mǎn)足存取貨物的需求，因此，對(duì)支座DF在0到120時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行仿真分析，如圖3所示。

運(yùn)動(dòng)分析

由圖3所示的支座DF的軌跡可以看出六連桿機(jī)構(gòu)輸出的主要是 兩種運(yùn)動(dòng)的組合：即平移運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而且，剛開(kāi)始階段平移運(yùn)動(dòng) 的幅度大于翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，可將機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。將六連*fret 構(gòu)的7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸心連接起來(lái)，可得出兩個(gè)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(shí)，鉸 鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)隋況，及兩個(gè)四邊形的變化情況?？梢詫⒘B桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)四邊形的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)來(lái)分析。運(yùn)動(dòng)時(shí)，四邊形aboc主要輸出 的運(yùn)動(dòng)是O點(diǎn)的平移運(yùn)動(dòng)及邊CO、邊bo的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而邊0d及邊Oe分別與邊CO及邊bo固結(jié)，因此，對(duì)于四邊形odfe來(lái)說(shuō)，邊od及邊oe的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即為運(yùn)動(dòng)輸入源，而最終輸出的是邊df的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以，六連桿機(jī)構(gòu)的平移運(yùn)動(dòng)主要由四邊形aboc產(chǎn)生，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由四邊形odfe產(chǎn)生。

結(jié)論驗(yàn)證及運(yùn)用

初步分析完六連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)斗寺J性，還需將鉸鏈裝配到整車(chē)環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證結(jié)論是否正確。以下舉一案例來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

倉(cāng)門(mén)運(yùn)動(dòng)校核

側(cè)倉(cāng)門(mén)的上邊沿與車(chē)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(dāng)，很容易在開(kāi)啟的過(guò)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(jì)時(shí)需要對(duì)倉(cāng)門(mén)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核目。如圖5所示，為我司某款車(chē)型的倉(cāng)門(mén)上邊沿?cái)嗝鎴D。將上述運(yùn)動(dòng)分析完的鉸鏈裝配到整車(chē)環(huán)境下。因?yàn)閭}(cāng)門(mén)開(kāi)啟運(yùn)動(dòng)過(guò)程中干涉部位主要是倉(cāng)門(mén)的上邊折角處，所以仿真是重點(diǎn)觀察此處的運(yùn)動(dòng)隋況。繪制該處H點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。由H點(diǎn)的類(lèi)似于“7”字形的軌跡可以看出，倉(cāng)門(mén)先經(jīng)過(guò)一小段平移，再進(jìn)行翻 轉(zhuǎn)。因此，基本符合1．2的分析結(jié)論。 如圖6所示，當(dāng)倉(cāng)門(mén)尚未全部開(kāi)啟時(shí)，倉(cāng)門(mén)上沿H點(diǎn)即與密封膠條干涉。因此，需對(duì)鉸鏈進(jìn)行改善設(shè)計(jì)。

改善設(shè)計(jì)

如圖6所示，支座DF在翻轉(zhuǎn)階段的軌跡為類(lèi)似于圓心在上的一段 圓弧月。而倉(cāng)門(mén)上沿H點(diǎn)的軌跡卻與之相反。如果H點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠得出 類(lèi)似圖6所示的與支座DF弧度朝向一致的軌跡，即可解決倉(cāng)門(mén)干涉的 問(wèn)題。連接支座DF上端點(diǎn)D與倉(cāng)門(mén)上沿H點(diǎn)，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(diǎn)。且由圖可得，當(dāng)D點(diǎn)、H點(diǎn)在圓心O點(diǎn)的同一 側(cè)時(shí)其運(yùn)動(dòng)軌跡方向一致，如 H 、H。因此，為了得到如圖6所示的H點(diǎn)的設(shè)想軌跡，就必 須使得H點(diǎn)與D點(diǎn)在O點(diǎn)的 同一側(cè)。如圖7所示，只要能將D點(diǎn)軌跡的曲率半徑D0放大到超出DH的長(zhǎng)度時(shí)，即可滿(mǎn)足要求。

由1．2分析結(jié)論可知，D 點(diǎn)軌跡是平移和旋轉(zhuǎn)的組合 運(yùn)動(dòng)，而放大D點(diǎn)軌跡的曲率 半徑就是減小曲率，就是在組 合運(yùn)動(dòng)中加大平移運(yùn)動(dòng)的分量。而鉸鏈的平移分量主要由四邊形abco輸出。所以，針對(duì)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(zhǎng)度。從而使得六連桿機(jī)構(gòu) 在運(yùn)動(dòng)輸出的過(guò)程中，平移分量和旋轉(zhuǎn)分量匹配合理，以減小運(yùn)動(dòng)軌跡的曲率。

改善效果按照上述2．2的改善分析，經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，模擬調(diào)試。改善后的鉸鏈 及運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡曲率較平緩。倉(cāng)門(mén)上邊沿H點(diǎn)軌跡與鉸鏈輸出的軌跡同向，倉(cāng)門(mén)全開(kāi)后，H點(diǎn)與側(cè)圍輥壓蒙皮間隙為17ram。因此，鉸鏈改善效果可以滿(mǎn)足要求。

結(jié)束語(yǔ)

本文運(yùn)用CATIA DMU模塊對(duì)六連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維的運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)的軌跡來(lái)分析六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征。并通過(guò)相關(guān)案例對(duì)分析結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，以及運(yùn)用分析結(jié)論對(duì)六連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行改善。