轎車行李箱蓋鉸鏈?zhǔn)芰Ψ治黾霸谠O(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、轎車行李箱蓋鉸鏈?zhǔn)芰Ψ治黾霸谠O(shè)計(jì)中的應(yīng)用行李箱平衡鉸鏈，是指使用彈性元件，可以在行李箱蓋開啟和關(guān)閉時(shí)平衡蓋重力的鉸鏈結(jié)構(gòu)， 因?yàn)槠胶忏q鏈結(jié)構(gòu)簡單、有足夠強(qiáng)度和可靠耐久等優(yōu)點(diǎn)，大部分車型特別是中低檔車型，基本上采用這種結(jié)構(gòu)的鉸鏈，其彈性元件采用扭桿。在行李箱蓋使用過程中，一般要求啟動開啟裝置后，能自動彈開一定高度，介在半開（一定的打開角度）狀態(tài)下要保持靜止不動以防落下傷人，同時(shí)在最在打開位置時(shí)有足夠的保持力， 以防風(fēng)力作用下自行落下關(guān)閉。一、轎車行李箱蓋平衡鉸鏈的受力分析1、鉸鏈情況介紹:行李箱蓋平衡鉸鏈簡圖如圖 1 所示，圖 2 為左側(cè)鉸鏈的側(cè)視圖。圖 1行李箱鉸鏈簡圖（只裝一邊扭桿）圖 2

2、左側(cè)鉸鏈的左側(cè)視圖從圖 2 可以看出，扭桿的運(yùn)動受鉸鏈支架和聯(lián)桿的約束，只能繞安裝口旋轉(zhuǎn)。因此，支架、鉸鏈、了四連桿機(jī)構(gòu)，其中鉸鏈支架為固定桿，其它均可以活動。圖 2 只為鉸鏈的側(cè)視聯(lián)桿、扭桿圖，實(shí)際零件并不在一個(gè)平面內(nèi)。但是，把各零件投影到同一個(gè)平面內(nèi)，并不影響受力分析，所以可以把鉸鏈的四連機(jī)構(gòu)看作一個(gè)平面四連桿機(jī)構(gòu)來分析。此平面四連桿機(jī)構(gòu)的受力如圖 3 所示：圖 3：鉸鏈平面四連桿機(jī)構(gòu)的受力圖（數(shù)據(jù)為設(shè)定的）圖 3 中，AD 表示鉸鏈支架，AB 為扭桿，BC 為聯(lián)桿，CD 為鉸鏈，其長度，而四連桿的之間角度1、2、3 和4 的初始值（即行李箱蓋鉸鏈的角度）也已經(jīng)在圖 3 中表示。另外，把扭

3、桿的扭矩記為 MT，而鉸鏈所受的重力（包含行李箱蓋和鉸鏈本身）記為 G，但是在分析中，把 G 換為重力對 D 點(diǎn)的力矩可能更為方便，因此鉸鏈 CD 就受到重力矩 MG 的作用。顯然，MT和 MG 都為變量，隨行李箱鉸鏈的開啟角度變化而改變。2、桿的受力分析：存在摩擦力作用時(shí)，BC 桿不能視作為一根二，在行李運(yùn)動時(shí)，BC 桿的受力如圖 4 所示。其中摩擦力作用的效果是一個(gè)摩擦力隅。另外，如果把圖 4 中的摩擦力隅 MB 和 MC 定義為正負(fù)值，則圖 4 可以用于行李箱蓋打開和關(guān)閉時(shí)的受力。圖 4：BC 桿受力情況圖由圖 4 可得以下：F1=F2MB+MC （1）F3=F4=LBC因?yàn)?F1=F2

4、 和 F3=F4，下面統(tǒng)一只使用 F1 和 F3 列方程式。根據(jù)圖 5 可得 AB 桿（扭桿）和 CD 桿平衡方程：圖 5：AB 桿和 CD 桿的受力情況根據(jù)（1）、（2）和（3）并把 LAB 和 LCD 值代入，可得：3、運(yùn)動分析：這里的分析，是使用行李箱蓋的打開角度 Ø 來表示（4）式中的3 和4，從而簡化方程并最終找到平衡的條件。如果以打開角度 Ø 為變量，根據(jù)機(jī)械原理可得：4、鉸鏈各項(xiàng)作用力分析： (1)扭桿的作用力扭桿的長度（大于 1000MM）遠(yuǎn)大于其直徑（6.5MM），且工作則其扭矩 M 為：折彎較少，可以只考慮扭轉(zhuǎn)作用，（9）式中，d 為扭桿的直徑，L 為扭

5、桿的有效長度（設(shè)轎車扭桿長度 L=1072MM），G 為扭桿材料的剪切彈性模量（），為扭桿的變形角，即是轉(zhuǎn)角。再考慮涂裝時(shí)對扭桿約有 8%的熱衰減作用，也就是產(chǎn)生了（行李箱蓋扭轉(zhuǎn)角度，我們設(shè)為 179 度，一般轎車都用這個(gè)值）8%的一個(gè)提前角度，扭桿的實(shí)際轉(zhuǎn)動角度為：其中 133 度為初始角度，因此兩根扭桿產(chǎn)生的扭矩為：（2）鉸鏈各連接點(diǎn)的摩擦力隅鉸鏈設(shè)計(jì)時(shí)，單側(cè)軸銷的摩擦力矩系數(shù)值范圍為 2.216-3.284N.M,為簡單化取值為 2.75N.M,對于兩側(cè)鉸鏈合力則應(yīng)為雙倍。摩擦力是有方向，上述的摩擦力隅是個(gè)范圍值，可取負(fù)數(shù)，因此實(shí)際的摩擦力隅在-05.50 到5.50N.M 之間。而鉸鏈

6、與支架連接的軸銷沒有加襯套，在電泳前摩擦力幾乎可以忽略，則估算電泳后有：扭桿直接與支架或聯(lián)桿固定配合，由于配合面經(jīng)過電泳處理，因此摩擦力隅（兩側(cè)）估算取值：（3）行李箱蓋重力矩行李箱蓋質(zhì)量如下：表 1：行李箱蓋實(shí)測值另外，由于重心肯定在行李箱蓋上表面的下方，因此測量重量方法還不能確定重心的 Z 軸方向位置， 因此只能估算重心與鉸鏈銷軸中心線的連線，與軸銷所在的 XY 平面成 6 度的夾角（如圖 6 所示），計(jì)算重力矩的變化。圖 6：行李箱蓋重心移動示意圖則行李箱蓋的重力矩為：（4）鉸鏈的平衡計(jì)算：把式（4）的右側(cè)記作為 Mf，則代入（11）、（12）和（13）式后可變?yōu)椋?2345平均值質(zhì)量（

7、Kg）10.1610.1010.1410.0410.0610.10距銷軸距離（MM）720MM則把式（5）至（10）、（14）和（15）結(jié)合起來計(jì)算，可以得出表 2 所示的計(jì)算結(jié)果：表 2 ：轎車鉸鏈平衡計(jì)算結(jié)果（NM)根據(jù)上面MT'、MG'Mf 和MG'+M（f 其實(shí)表 2 中的MT 總是大于MG'，可以省略 MG'-Mf）的值，作出曲線圖 7 所顯示的結(jié)果：由表 2 和圖 7 可以看到，行李箱蓋大約打開到 9.5°至 56°的范圍內(nèi),MT 與 MG'的差值在±Mf 的范圍內(nèi)。由此可見，即可實(shí)現(xiàn)行李箱蓋半開啟時(shí)保持

8、靜止不動的狀態(tài)。在上述角度范圍外，扭桿的作用扭矩大于車身固定阻力扭矩，可實(shí)現(xiàn)行李箱蓋開啟時(shí)自動彈起，而全開時(shí)有一定保持力。實(shí)測轎車的行李箱蓋半開保持靜止不動的狀態(tài)的下限約 6°至 8°，上限約為 45°至 48°，與計(jì)算的結(jié)果有一定差距，但比較接近。實(shí)際上，開啟機(jī)構(gòu)啟動后，行李箱蓋在密封條的較在彈力下和上述的 MT 與 MG'的差值作用下以一定的速度向上運(yùn)動，過了9.5°以后才,因此最終行李箱蓋打開的角度可能是的15°, 如果是15°,Ø扭矩MT重力矩 MG'MT'-MG'Mf備注0

9、°77.1047864.7736412.331145.9348812°76.0830165.241910.841115.9919514°75.065265.0049.4651556.0433716°74.0508565.850568.2002896.0898628°73.0395465.99577.0438366.132038。52°51.0420146.092544.9494696.56750856°49.0274042.0462216.5651846.58971658°48.0164240.561137.455

10、2906.600836。則行李箱蓋彈起高度在約為 155MM。二、使用鉸鏈?zhǔn)芰Ψ治鼋Y(jié)果對扭桿進(jìn)行設(shè)計(jì)的應(yīng)用轎車取消了原來裝在行李箱蓋內(nèi)板上的工具箱（改用放在行李箱地板上），這樣相對于鉸鏈銷軸，整個(gè)行李箱蓋的重力矩減少了約 10.10N。M。因此，需要改變相關(guān)部件設(shè)計(jì)才能保證行李箱蓋半開平衡的要求。由于不太可能在行李箱上配重以增加其重量，而鉸鏈也很難變更增大摩擦力隅。因此主要的考慮對象應(yīng)該是杻桿，即改變扭桿的扭矩。根據(jù)（9）式，可改變的量只有直徑 d 和角度，或者容易聯(lián)想到把扭桿的開角減小。因?yàn)榕U都是標(biāo)準(zhǔn)的線材，改變扭桿直徑不實(shí)際，因此只能改變開角。對于這個(gè)變化，開角減少 20 度，由于減少應(yīng)力較大，衰減系數(shù)可取 4%，則扭矩減小約 11%，詳細(xì)的推導(dǎo)如上，只給出如圖 8 所示曲線，可以看到平衡的角度范圍大約是 17 度 57 度。使用設(shè)計(jì)變更后的扭桿可使行李箱蓋開啟時(shí)彈起高度約 10-12CM，可保持靜止?fàn)顟B(tài)的最大打開角度約為度，能較好滿足使用的要求，證明分析結(jié)果是可以有效使用的。三、結(jié)論：通過對轎車行李箱鉸鏈進(jìn)行抽象簡化建立模型，運(yùn)用理論力分析，解決了以下問題：動學(xué)和