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运用CATIA DMU运动仿真模块对六连杆铰链机构的运动仿真分析其运动特性

山东益人机械有限公司 发布时间:2013/8/31

摘要:运用CATIA DMU运动仿真模块对六连杆铰链机构进行运动仿真,分析六连杆铰链机构的运动特性。根据分析结论,对六连杆铰链机构进行改善设计。

六连杆铰链因其结构强度高,占用空间小、开启角度大等优点被广 泛应用于大型客车的侧围行李舱门上。如图1所示为六连杆铰链的基 本结构:支座AB(可视为杆AB),杆AC,杆CD,杆EF,杆BE,支座DF (可视为杆DF)通过7个转动副(A、B、C、D、E、F、0)组合成—个统一的整 体。其中杆CD通过转动副O与杆BE连结,孔G为气弹簧固定点。支座 AB固定在车身上,侧围行李舱门锁付于支座DF上。由于六连杆铰链输出的是六根连杆的组合运动,其运动特性比较复杂,单靠二维CAD绘 图很难绘制出其完整的运动轨迹,从而无法对侧舱门的运动过程进行完整的校核。而CATIA DMU运动机构模块提供了—个非常直观的分析工具。应用该模块,我们能对运动机构进行运动仿真,能绘制指定机构的运动轨迹,还能测量指定位置的速度、加速度等运动参数。通过模拟运动过程,我们可以更加直观、准确的对侧舱门进行运动校核,防止干涉的产生。

运动仿真分析

建立仿真模型

在进行运动仿真之前,首先要建立六连杆铰链机构的三维数模。因 六根连杆都是运动构件,彼此相对运动,因此每根连杆必须为一个独立的模型。建模完成后,将六连杆装配起来,如图2所示。

图2数模装配图示

切换到CATIA DMU运动机构模块,对六连杆机构的7个转动销 轴添加转动副自。由于支座AB与车身相连接,因此对支座AB添加—个固定副,由此来观察其余杆的运动特 。正常隋况下,六连杆机构运动的驱动外力是由锁付于G点的气弹簧提供。模拟时,可把杆AC当成驱动构件,因此对杆AC施加—个转动命令。至此,仿真模型建立完成。因为仓门锁付于支座DF上,与其相对静止,运动状况一致,因此仿真时对支座DF的运动状况进行分析并进行轨迹绘制。通常仓门的开启角度达到120度时(与铅垂面夹角)即可满足存取货物的需求,因此,对支座DF在0到120时的运动状况进行仿真分析,如图3所示。

图3铰链运动轨迹图示

运动分析

由图3所示的支座DF的轨迹可以看出六连杆机构输出的主要是 两种运动的组合:即平移运动和翻转运动。而且,刚开始阶段平移运动 的幅度大于翻转运动,然后渐渐的翻转幅度加大,平移幅度减小。为了更深入地分析六连杆机构的运动特性,可将机构进行简化。将六连*fret 构的7个转动副轴心连接起来,可得出两个四边形分别为四边形aboc及四边形odfe。如图4所示为支座DF分别在O度、60度、120度时,铰 链机构的运动隋况,及两个四边形的变化情况。可以将六连杆机构的运动分解为两个四边形的独立运动来分析。运动时,四边形aboc主要输出 的运动是O点的平移运动及边CO、边bo的旋转运动。而边0d及边Oe分别与边CO及边bo固结,因此,对于四边形odfe来说,边od及边oe的旋转运动即为运动输入源,而最终输出的是边df的旋转运动。所以,六连杆机构的平移运动主要由四边形aboc产生,旋转运动主要由四边形odfe产生。

图4 四边形aboc和odfe运动变化情况图示

结论验证及运用

初步分析完六连杆铰链机构的运动斗寺J性,还需将铰链装配到整车环境下进行验证结论是否正确。以下举一案例来进行验证。

仓门运动校核

侧仓门的上边沿与车身侧围搭接处结构往往比较复杂,如果铰链选用不当,很容易在开启的过程中与密封胶条或者侧围辊压蒙皮产生干涉。所以,设计时需要对仓门进行运动校核目。如图5所示,为我司某款车型的仓门上边沿断面图。将上述运动分析完的铰链装配到整车环境下。因为仓门开启运动过程中干涉部位主要是仓门的上边折角处,所以仿真是重点观察此处的运动隋况。绘制该处H点的运动轨迹。由H点的类似于“7”字形的轨迹可以看出,仓门先经过一小段平移,再进行翻 转。因此,基本符合1.2的分析结论。 如图6所示,当仓门尚未全部开启时,仓门上沿H点即与密封胶条干涉。因此,需对铰链进行改善设计。

改善设计

图5 侧仓门上沿断面图示

图6 仓门与胶条干涉

如图6所示,支座DF在翻转阶段的轨迹为类似于圆心在上的一段 圆弧月。而仓门上沿H点的轨迹却与之相反。如果H点运动时能够得出 类似图6所示的与支座DF弧度朝向一致的轨迹,即可解决仓门干涉的 问题。连接支座DF上端点D与仓门上沿H点,并绘制轨迹如图7所 示。由轨迹图可以得出DH在翻转阶段的旋转轴一6O点。且由图可得,当D点、H点在圆心O点的同一 侧时其运动轨迹方向一致,如 H 、H。因此,为了得到如图6所示的H点的设想轨迹,就必 须使得H点与D点在O点的 同一侧。如图7所示,只要能将D点轨迹的曲率半径D0放大到超出DH的长度时,即可满足要求。

 图7 DH运动轨迹图示

由1.2分析结论可知,D 点轨迹是平移和旋转的组合 运动,而放大D点轨迹的曲率 半径就是减小曲率,就是在组 合运动中加大平移运动的分量。而铰链的平移分量主要由四边形abco输出。所以,针对此案例,铰链改善的方向应该是在支座 AB、DF不变的情况下,主要调整ac、bo、CO的长度。从而使得六连杆机构 在运动输出的过程中,平移分量和旋转分量匹配合理,以减小运动轨迹的曲率。

改善效果按照上述2.2的改善分析,经过多次调整,模拟调试。改善后的铰链 及运动轨迹如图8所示。改善后的铰链平移及旋转分量匹配合理,运动轨迹曲率较平缓。仓门上边沿H点轨迹与铰链输出的轨迹同向,仓门全开后,H点与侧围辊压蒙皮间隙为17ram。因此,铰链改善效果可以满足要求。

 图8改善后的铰链及仓门运动轨迹图示

结束语

本文运用CATIA DMU模块对六连杆铰链机构进行三维的运动仿真。通过关键点的轨迹来分析六连杆机构的运动特征。并通过相关案例对分析结论进行验证,以及运用分析结论对六连杆机构进行改善。

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