Matlab と Adams_Hinge の知識に基づくヒンジ スプリングのシミュレーション解析

記事リライト：

「要約: この記事は、現在の自動車開閉部品の動作解析における長い開発サイクルと不十分な精度の問題に対処することを目的としています。 Matlab を使用して、自動車モデルのグローブ ボックスのヒンジの運動学方程式を確立し、ヒンジ機構のバネの運動曲線を解きます。 また、機械系ソフトウェア「Adams」を用いて機構の動作モデルを構築し、設計段階でグローブボックスの操作力や変位などの動特性をシミュレーション解析しています。 結果は、2 つの解析方法が良好な一貫性を持ち、ソリューション効率を向上させ、最適なヒンジ機構設計の理論的基礎を提供することを示しています。

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自動車産業とコンピューター技術の急速な発展により、製品のカスタマイズに対する顧客の要求が高まっています。 自動車のデザインは、基本的な外観や機能を超えて、さまざまな研究トレンドを含んでいます。 欧州オートショーでは、自動車の開閉部に6リンクヒンジ機構が広く採用されています。 このヒンジ機構は、美しい外観とシールの利便性を実現するだけでなく、各リンクの長さ、ヒンジ点の位置、バネ係数を変えることで可動を可能にします。 これにより、物理的特性の制御が可能になります。

機械運動学では、主に物体間の相対運動、特に変位、速度、加速度の時間の関係を研究します。 従来の機構の運動学および動力学解析により、複雑な機械的動作、特に自動車の開閉の動作を解析できます。 ただし、工学設計要件を満たす正確な結果を迅速に計算するのは難しい場合があります。

これに対処するために、自動車モデルのグローブ ボックスのヒンジ モデルが研究されます。 Matlab を使用して、グローブ ボックスの手動開閉動作をシミュレーションおよび計算することで、ヒンジ スプリングの運動曲線を解析します。 さらに、アダムスでは仮想プロトタイプ技術を用いて幾何モデルを構築し、各種運動パラメータを設定してシミュレーション解析・検証を行っています。 これにより、ソリューションの効率が向上し、製品開発サイクルが短縮されます。

2 グローブボックスのヒンジ機構

車室内のグローブ ボックスは通常、2 つのスプリングと複数の接続ロッドで構成されるヒンジ タイプの開閉機構を利用しています。 どの開き角度でもカバーの位置は異なります。 ヒンジ連動機構の設計要件としては、ボックスカバーとパネルの初期位置が設計要件に一致すること、他の構造物に干渉せず乗員が物品の出し入れに便利な開口角度を確保できること、開閉操作が容易であることが挙げられます。カバーが最大開口角度にあるときに確実にロックされます。

グローブボックスの最大開度は主にスプリングのストロークによって決まります。 2 つのヒンジ スプリングの伸長と圧縮の過程での変位と力の変化を計算することにより、ヒンジ機構の運動法則を取得できます。

3 Matlab 数値計算

3.1 ヒンジ付き 4 バーリンク機構

ヒンジリンク機構は、構造が単純で製造が容易で、大きな荷重に耐えることができ、既知の運動法則を実現し、既知の運動軌道を再現するのに便利であるため、工学設計で広く使用されています。 コンポーネントの形状とサイズを変更し、異なるコンポーネントをフレームとして取り、運動学的ペアを反転し、回転ペアを拡大することにより、ヒンジ 4 バーリンク機構はさまざまなリンク機構に進化できます。

デカルト座標系における閉ベクトル多角形 ABFO の位置方程式が確立されます。 オイラーの公式を使用して方程式をベクトル形式から複素数形式に変換すると、実数部と虚数部が分離されます。

2.1 ヒンジスプリングLの動作解析1

この機構は 2 つの 4 節リンク機構に分解され、解析手法を使用してヒンジ スプリング L1 の運動法則を解きます。 バネ L1 の長さの変化は三角形 FIH の HI の変位変化として計算されます。

Matlab プログラムを実行すると、蓋を閉じるプロセス中のヒンジ スプリング L1 の動作曲線が得られます。

2.2 ヒンジスプリングLの動作解析2

ヒンジ スプリング L1 の解析と同様に、機構を 2 つの 4 節リンクに分解して、ヒンジ スプリング L2 の運動法則を解きます。 バネ L2 の長さの変化は、三角形 EFG における EG の変位変化として計算されます。

Matlab プログラムを実行すると、蓋が閉じるときのヒンジ スプリング L2 の動作曲線が得られます。

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この研究では、ヒンジ スプリング機構の運動方程式を確立し、モデリングとシミュレーションを実行してヒンジ スプリングの運動法則を解析します。 Matlab 解析手法と Adams シミュレーション手法の実現可能性と一貫性が検証されます。

Matlab 分析手法は多様なデータを処理しますが、Adams のモデリングとシミュレーションはより便利で、ソリューションの効率が向上します。 2 つの方法を比較すると、結果にほとんど差がなく、一貫性が高いことがわかります。

結論として、この研究は、自動車開閉部品の開発サイクルとソリューションの効率を向上させるための洞察を提供するとともに、最適なヒンジ機構設計の理論的基礎を提供します。」

参考文献：

[1] 朱建文、周波、孟正達。 Adams に基づく 150 kg ロボットの運動学解析とシミュレーション。 産業用制御コンピュータ、2017 (7): 82-84。

[2] シャン・チャンジョウ、ワン・フオウェン、チェン・チャオ。 ADAMS に基づく大型トラックのキャブマウントの振動モーダル解析。 自動車実用技術、2017 (12): 233-236.

[3]ハムザ K. ばらばらのパレートフロンティアに対する局所拡散遺伝的アルゴリズムによる車両サスペンション システムの多目的設計。 エンジニアリングの最適化、2015 年、 47

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