基於Matlab和Adams的鉸鏈彈簧模擬分析_鉸鏈知識

文章重寫:

摘要：本文旨在解決目前汽車啟閉件運動分析存在開發週期長、精準度不足的問題。 利用Matlab建立了汽車模型手套箱鉸鏈的運動學方程，並求解了鉸鏈機構中彈簧的運動曲線。 此外，設計階段也利用Adams機械系統軟體建立了機構運動模型，並對手套箱的操作力和位移的動態特性進行了模擬分析。 結果表明，兩種分析方法具有良好的一致性，提高了求解效率，為優化鉸鏈機構設計提供了理論基礎。

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汽車工業和電腦技術的快速發展，導致客戶對產品客製化的要求更高。 除了基本的外觀和功能之外，汽車設計現在還涵蓋了各種研究趨勢。 在歐洲車展上，六連桿鉸鏈機構廣泛應用於汽車開閉件。 這種鉸鏈機構不僅外觀美觀、密封方便，而且可以透過改變每個連桿的長度、鉸點位置和彈簧係數來實現運動。 這允許控制物理特性。

機構運動學主要研究物體之間的相對運動，特別是位移、速度、加速度與時間的關係。 傳統的機構運動學和動力學分析可以提供複雜機械運動的分析，特別是汽車開啟和關閉的運動。 然而，可能很難快速計算出滿足工程設計要求的準確結果。

為了解決這個問題，對汽車模型中手套箱的鉸鏈模型進行了研究。 透過對手套箱手動開閉動作進行模擬計算，利用Matlab求解鉸鏈彈簧的運動曲線。 此外，利用虛擬樣機技術在Adams中建立幾何模型，並設定各種運動學參數進行模擬分析與驗證。 這提高了解決方案效率並縮短了產品開發週期。

2 手套箱鉸鏈機構

汽車駕駛室內的手套箱通常採用鉸鍊式開啟機構，由兩個彈簧和多個連桿組成。 任何打開角度的蓋板位置都是獨一無二的。 鉸鏈聯動機構的設計要求包括：確保箱蓋和麵板的初始位置符合設計要求；在不與其他結構干涉的情況下，為乘員提供方便的打開角度取放物品；確保方便的開閉操作。處於最大開啟角度時可靠的鎖定。

手套箱的最大開口主要由彈簧的行程決定。 透過計算兩個鉸鏈彈簧在拉伸和壓縮過程中的位移和力的變化，可以得到鉸鏈機構的運動規律。

3 Matlab數值計算

3.1 鉸接四桿連桿機構

鉸鏈連桿機構結構簡單、易於製造、可承載較大負荷、便於實現已知運動規律和再現已知運動軌跡，使其在工程設計中廣泛應用。 透過改變部件的形狀和尺寸、以不同的部件為框架、反轉運動副、加大旋轉副等，鉸鏈四連桿機構可演變為各種連桿機構。

建立了閉向量多邊形ABFO在直角座標系中的位置方程式。 透過使用歐拉公式將方程式從向量形式轉換為複數形式，實部和虛部被分離。

2.1 鉸鏈彈簧L的運動分析1

將機構分解為兩個四連桿機構，採用解析法求解鉸鏈彈簧L1的運動規律。 彈簧L1的長度變化計算為三角形FIH中HI的位移變化。

運行Matlab程式可以得到鉸鏈彈簧L1在蓋子關閉過程中的運動曲線。

2.2 鉸鏈彈簧L的運動分析2

與鉸鏈彈簧L1的分析類似，將機構分解為兩個四連桿機構來解鉸鏈彈簧L2的運動規律。 彈簧L2的長度變化計算為三角形EFG中EG的位移變化。

運行Matlab程式可以得到合頁彈簧L2在蓋子關閉時的運動曲線。

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本研究建立鉸鏈彈簧機構的運動學方程，並進行建模與仿真，分析鉸鏈彈簧的運動規律。 驗證了Matlab解析方法和Adams模擬方法的可行性和一致性。

Matlab分析方法處理資料多樣，Adams建模與模擬更加方便，提升求解效率。 兩種方法比較結果差異不大，一致性較好。

總之，這項研究為提高汽車開閉件的開發週期和解決效率提供了見解，並為優化鉸鏈機構設計提供了理論基礎。

參考:

[1]朱建文，週波，孟正達。 基於Adams的150 kg機器人運動學分析與模擬。 工業控制計算機，2017（7）：82-84。

[2] 單常舟，王火文，陳超。 基於ADAMS的重卡駕駛室懸置振動模態分析 汽車實用技術，2017（12）：233-236。

[3]哈姆扎·K. 透過局部擴散遺傳演算法對不相交的帕累托邊界進行車輛懸吊系統的多目標設計。 工程優化，2015， 47

歡迎來到我們基於Matlab和Adams_Hinge知識的鉸鏈彈簧模擬分析常見問題。 在本文中，我們將解決有關使用這些軟體工具進行模擬分析的常見問題。