余維剛 危學(xué)兵

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1 引言

衣帽架是一些MPV、SUV、兩廂轎車等車型的標(biāo)準(zhǔn)配置零件（如圖1 所示），其作用是將汽車尾廂空間進(jìn)行分割。衣帽架可以對尾廂底層起遮擋保護(hù)作用，上層可以放一些輕質(zhì)物品，例如：衣服、帽子等，因而得名衣帽架。衣帽架可分為卷簾式和復(fù)合板式。

圖1 某車型后備箱衣帽架

復(fù)合板衣帽架詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由衣帽架主體Ⅰ、衣帽架主體Ⅱ、固定銷軸、拉繩、緩沖墊組成。

圖2 復(fù)合板衣帽架結(jié)構(gòu)圖

衣帽架隨尾門開啟過程中的運(yùn)動簡圖如圖3 所示。

圖3 衣帽架隨尾門運(yùn)動過程簡圖

說明：

a:尾門 b:拉繩 c:衣帽架主體Ⅰ d：衣帽架主體Ⅱ

尾門開啟，通過拉繩拉動衣帽架主體Ⅱ，衣帽架主體Ⅱ繞著與衣帽架主體Ⅰ的交接線旋轉(zhuǎn)開啟一定的角度，這是衣帽架的整體運(yùn)動過程。

四連桿機(jī)構(gòu)的簡介

鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的基本型式如圖4 所示

圖4 鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)

四連桿機(jī)構(gòu)根據(jù)連架桿能否周轉(zhuǎn)運(yùn)動分為：1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；2、雙曲柄機(jī)構(gòu)；3、雙搖桿結(jié)構(gòu)。其中，曲柄：能作整圈轉(zhuǎn)動的連架桿。搖桿：只能在一定角度范圍內(nèi)擺動的連架桿。

平面四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的基本問題

A.滿足預(yù)定的運(yùn)動要求；

B.滿足預(yù)定的連桿位置要求（如圖5 所示）；

圖5

C.滿足預(yù)定的軌跡要求。

設(shè)計(jì)方法

a.解析法

b.圖解法

c.實(shí)驗(yàn)試湊法

通過對比，發(fā)現(xiàn)衣帽架的整體運(yùn)動過程符合設(shè)計(jì)的基本問題B，如圖6 所示，將圖5旋轉(zhuǎn)一個角度得到圖6，圖6 所示的連桿位置與尾門和衣帽架相似。

圖6

2 背景

在以往項(xiàng)目衣帽架設(shè)計(jì)過程中存在以下問題：

①衣帽架緩沖塊與尾門內(nèi)飾板干涉磨出粉末；

② 樣車過壞路試驗(yàn)時衣帽架飾板晃動大；

③衣帽架飾板尾門端吊繩易脫落；

④ 衣帽架飾板轉(zhuǎn)軸松脫；

⑤ 尾門膠條夾衣帽架拉繩引起漏水；

⑥ 衣帽板與后側(cè)圍飾板運(yùn)動干涉，有磨痕等。

為解決衣帽架設(shè)計(jì)中存在的各種問題，我們根據(jù)衣帽架的功能需求和運(yùn)動要求，經(jīng)過對衣帽架的運(yùn)動抽象簡化，利用機(jī)械原理對衣帽架進(jìn)行運(yùn)動設(shè)計(jì)分析，從根本上解決設(shè)計(jì)中的問題。

3 設(shè)計(jì)方法

1）衣帽架拉繩與衣帽架工作參數(shù)分析，如圖7 所示，圖7 由圖1 簡化，圖中展示了尾門最大開啟狀態(tài)對應(yīng)的衣帽架飾板最大拉起狀態(tài)，這個狀態(tài)需要根據(jù)后備箱空間需求定義。

圖7 汽車尾部簡化圖

2）經(jīng)過對衣帽架和四連桿機(jī)構(gòu)的對比分析，整體運(yùn)動狀態(tài)符合四連桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)，因此我們對衣帽架的機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽象簡化，獲得四連桿機(jī)構(gòu)簡圖，如圖8 所示。

圖8 尾門關(guān)閉狀態(tài)Y 向投影簡化圖

簡化說明：1、尾門窗框飾板簡化為連架桿Ⅰ；

2、衣帽架飾板簡化為連架桿Ⅱ；

3、尾門轉(zhuǎn)軸與衣帽架轉(zhuǎn)軸固定結(jié)構(gòu)簡化為機(jī)架；

4、衣帽架拉繩簡化為連桿。

3）假設(shè)設(shè)計(jì)需要滿足，尾門最大開度為度，衣帽架要開啟度，拉繩的一端在衣帽架上的固定點(diǎn)，以上作為前提設(shè)計(jì)條件。

未知條件：衣帽架拉繩的長度，衣帽架拉繩位置（圖9 中點(diǎn)）。

因此我們需要做的就是確定拉繩位置和拉繩長度，拉繩位置確定后，拉繩長度就確定了，就是開啟（或關(guān)閉）狀態(tài)兩個拉繩點(diǎn)的距離。

4）由于我們對拉繩在衣帽架上的點(diǎn)的位置要求較高，直接影響美觀性，并且可選點(diǎn)的位置相對偏少，因此我們先在衣帽架上預(yù)選一個位置（圖9 中點(diǎn)），考慮到美觀性和空間方便性一般選擇在衣帽架后邊的兩個角區(qū)域，根據(jù)這個點(diǎn)位置，我們根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)原理就能確定尾門上的衣帽架另外一個選點(diǎn)（圖9 中點(diǎn)），然后衣帽架翻折方案就確定了。

將尾門最大開啟狀態(tài)與尾門關(guān)閉狀態(tài)簡化圖合并，如圖9 所示。

圖9 尾門開啟與關(guān)閉狀態(tài)疊加簡化圖

根據(jù)圖9，可以使用機(jī)械原理中的解析法或者圖解法確定拉繩在尾門窗框飾板上的另外一點(diǎn)（圖9 中點(diǎn)），以及拉繩的長度。

解析法：

已知的參數(shù)分析，兩個轉(zhuǎn)軸之間的距離，從動桿長度，主動桿與固定機(jī)架初始位置夾角，從動桿與固定機(jī)架初始位置夾角，主動桿轉(zhuǎn)動角度，從動桿轉(zhuǎn)動角度，前四個可以通過測量整車數(shù)據(jù)獲得；

要求的參數(shù)分析，連桿長度，主動桿有效長度，如圖10 所示。

將圖10 進(jìn)行分解，分解成關(guān)閉與開啟兩種狀態(tài)，如圖11 所示。

圖10 參數(shù)分析圖

圖11 兩種狀態(tài)分解圖

對關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行分析

在圖12 的△中

圖12 關(guān)閉狀態(tài)簡圖

由余弦定理可得：

可以求出l

由正弦定理可得：

在△AXY 中

由余弦定理可得：

同理，對開啟狀態(tài)進(jìn)行分析

圖13 開啟狀態(tài)簡化圖

由余弦定理可得：

由正弦定理可得：

由余弦定理可得：

聯(lián)合方程①②

可以解出連桿長度和主動桿有效長度。

4 總結(jié)

a.建議將拉繩在衣帽架上的選點(diǎn)位置確定在衣帽架的兩個角的位置；

c.可以根據(jù)結(jié)果計(jì)算拉繩需要滿足的力學(xué)承重要求。