基于四連桿機(jī)構(gòu)原理汽車(chē)后備箱衣帽架設(shè)計(jì)

余維剛　危學(xué)兵

摘 要：本文主要介紹了一種根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)工作原理設(shè)計(jì)的汽車(chē)后備箱可翻折衣帽架的方法，在文中，作者巧妙地將四連桿機(jī)構(gòu)原理運(yùn)用到衣帽架設(shè)計(jì)過(guò)程中，將尾門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、衣帽架轉(zhuǎn)動(dòng)軸、尾門(mén)拉繩、衣帽架主體分別等同于機(jī)架、連架桿和連桿。通過(guò)計(jì)算分析和3D建模完成一套衣帽架的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)實(shí)車(chē)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)結(jié)果可行且可靠。

關(guān)鍵詞：后備箱 四連桿機(jī)構(gòu) 3D建模 衣帽架

Car Trunk Coat Rack Design Based on the Principle of Four-bar Linkage

Yu Weigang Wei Xuebing

Abstract：This paper mainly introduces a kind of design according to the working principle of four bar linkage of car boot， which can fold the clothes tree method. This paper skillfully applies principle of four bar linkage to clothes tree in the process of design， the tail gate axis of rotation， clothes tree axis of rotation， the tail gate clothes tree with a rope， subject respectively equivalent frame， even the rod and connecting rod. Through calculation analysis and 3D modeling， the design of a set of clothes rack is completed after the actual vehicle verification， and the design results are feasible and reliable.

Key words：trunk， four-bar mechanism， 3d modeling， hat stand

1 引言

衣帽架是一些MPV、SUV、兩廂轎車(chē)等車(chē)型的標(biāo)準(zhǔn)配置零件（如圖1所示），其作用是將汽車(chē)尾廂空間進(jìn)行分割。衣帽架可以對(duì)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。

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(xiāo)軸、拉繩、緩沖墊組成。

衣帽架隨尾門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

說(shuō)明：

a：尾門(mén)? b：拉繩? c：衣帽架主體Ⅰ? d：衣帽架主體Ⅱ

尾門(mén)開(kāi)啟，通過(guò)拉繩拉動(dòng)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(kāi)啟一定的角度，這是衣帽架的整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

四連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介

鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的基本型式如圖4所示

四連桿機(jī)構(gòu)根據(jù)連架桿能否周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)的連架桿。搖桿：只能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)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(wèn)題

A.滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求;

B.滿足預(yù)定的連桿位置要求（如圖5所示）;

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(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衣帽架的整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程符合設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題B，如圖6所示，將圖5旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度得到圖6，圖6所示的連桿位置與尾門(mén)和衣帽架相似。

2 背景

在以往項(xiàng)目衣帽架設(shè)計(jì)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

① 衣帽架緩沖塊與尾門(mén)內(nèi)飾板干涉磨出粉末;

② 樣車(chē)過(guò)壞路試驗(yàn)時(shí)衣帽架飾板晃動(dòng)大;

③ 衣帽架飾板尾門(mén)端吊繩易脫落;

④ 衣帽架飾板轉(zhuǎn)軸松脫;

⑤ 尾門(mén)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(dòng)干涉，有磨痕等。

為解決衣帽架設(shè)計(jì)中存在的各種問(wèn)題，我們根據(jù)衣帽架的功能需求和運(yùn)動(dòng)要求，經(jīng)過(guò)對(duì)衣帽架的運(yùn)動(dòng)抽象簡(jiǎn)化，利用機(jī)械原理對(duì)衣帽架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)分析，從根本上解決設(shè)計(jì)中的問(wèn)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(jiǎn)化，圖中展示了尾門(mén)最大開(kāi)啟狀態(tài)對(duì)應(yīng)的衣帽架飾板最大拉起狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)需要根據(jù)后備箱空間需求定義。

2）經(jīng)過(guò)對(duì)衣帽架和四連桿機(jī)構(gòu)的對(duì)比分析，整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)符合四連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此我們對(duì)衣帽架的機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽象簡(jiǎn)化，獲得四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖8所示。

簡(jiǎn)化說(shuō)明：1、尾門(mén)窗框飾板簡(jiǎn)化為連架桿Ⅰ;

2、衣帽架飾板簡(jiǎn)化為連架桿Ⅱ;

3、尾門(mén)轉(zhuǎn)軸與衣帽架轉(zhuǎn)軸固定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為機(jī)架;

4、衣帽架拉繩簡(jiǎn)化為連桿。

3）假設(shè)設(shè)計(jì)需要滿足，尾門(mén)最大開(kāi)度為度，衣帽架要開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)度，拉繩位置確定后，拉繩長(zhǎng)度就確定了，就是開(kāi)啟（或關(guān)閉）狀態(tài)兩個(gè)拉繩點(diǎn)的距離。

4）由于我們對(duì)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(duì)偏少，因此我們先在衣帽架上預(yù)選一個(gè)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(gè)角區(qū)域，根據(jù)這個(gè)點(diǎn)位置，我們根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)原理就能確定尾門(mén)上的衣帽架另外一個(gè)選點(diǎn)（圖9中點(diǎn)），然后衣帽架翻折方案就確定了。

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(gè)角的位置;

b.誤差補(bǔ)償：工程實(shí)際如果需要關(guān)閉狀態(tài)繩子是松弛狀態(tài)的話，可以將理論狀態(tài)的繩子加長(zhǎng)1-3，但是這樣會(huì)導(dǎo)致開(kāi)門(mén)狀態(tài)的衣帽架最大開(kāi)度減小，為了平衡這個(gè)誤差，在設(shè)計(jì)的時(shí)候按照理論開(kāi)度增加1-2°設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)的拉繩是加長(zhǎng)1-3，這樣的話，實(shí)際開(kāi)度會(huì)減小到理論開(kāi)度，關(guān)門(mén)后拉繩將處于松弛狀態(tài);

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。

參考文獻(xiàn)：

[1]機(jī)械原理 王云德 吉林大學(xué)出版社.