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基于Burmester理论的敞篷机构综合.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月龙 岩 学 院 学 报 工业技术基于 理论的敞篷机构综合郭颖颖,王瀚超,郑 瑜(龙岩学院;龙岩技师学院 福建龙岩)摘要:结合汽车敞篷机构具体设计需求,以软顶敞篷折展机构作为研究对象,从 构件单自由度机构运动链中拟定出瓦特 型 杆机构作为敞篷折展机构的型。基于 理论,根据运动任务的拆解,利用几何综合过程,确定出机构中各构件的尺度。在此基础上,结合机构简图尺寸进行结构建模,对存在运动干涉问题的构件进行结构优化。依据结构优化结果,进行样机试制,实验结果符合设计需求。关键词:敞篷机构;理论;尺度综合;结构优化设计中图分类号:文献标识码:文章编号:()图 软顶敞篷汽车折展过程敞篷车
2、是一种带有可折展车顶的汽车,它与普通汽车之间仅存在顶棚是否可以折叠展开的功能差异。年,欧宝生产出了世界上最早的敞篷车 牌汽车。至今,敞篷车已经走过了 多年的历程。其中的佼佼者有保时捷、奔驰、宝马 等,无论是安全性、时尚性都是行业翘楚。敞篷车按车顶棚材料类型来分,可分为软顶敞篷汽车和硬顶敞篷汽车两类,针对软顶敞篷汽车,其折展过程如图 所示。对于敞篷折展机构的设计与研发,国内外学者也进行了相关研究。张晓等利用史蒂芬森型六杆机构对三段式敞篷机构进行设计研究,结合矢量环方程确定出各构件尺度。赵斌等针对三段式折叠软顶敞篷机构进行优化设计,利用 得到各构件的最优尺度。丁奇通过对软顶敞篷机构进行型综合,确定
3、利用八构件机构作为敞篷机构构型,利用优化设计完成尺度综合。范永斌利用闭环矢量法建立软顶敞篷机构的动力学模型,并提出该机构的寿命预测方法。刘华官、朱宏林对敞篷汽车车身结构进行耐撞性仿真分析及优化设计,结合车辆碰撞实验等数据为敞篷机构开发提供了设计参考。等等利用镁压铸件将其应用于敞篷机构设计中,在增加敞篷强度的前提下,还可以减少敞篷机构整体质量。等分析了敞篷结构对车身周围气流的影响。目前在汽车销售市场中,受消费者追捧的敞篷汽车大多为国外汽车品牌。在敞篷机构的设计研发中,综合设计方法多局限于利用解析法求解机构尺度,其计算过程的抽象性及复杂性大大降低了一线设计人员使用的易操作性。如果利用设计透明度高、
4、直观性强的几何法,以流程化的方 收稿日期:作者简介:郭颖颖,女,福建龙岩人,龙岩学院物理与机电工程学院讲师,主要研究方向为机构学。通信作者:王瀚超,男,河北廊坊人,龙岩学院物理与机电工程学院讲师,主要研究方向为机构运动综合。基金项目:福建省自然科学基金资助项目();龙岩学院博士科研启动项目()。基于 理论的敞篷机构综合工业技术式进行机构尺度综合,将有利于一线设计人员的使用。由此,本文结合汽车敞篷机构具体设计需求,以软顶敞篷折展机构作为研究对象,从机构选型、尺度综合(几何法)、结构设计优化、结构功能验证等层面展开研究。图 车辆模型 表 车身基本参数参数尺寸长度 宽度 轴距 车门数 个座位数 个
5、柱高度 机架点(,)机架点(,)设计需求本文以某民用双门两座跑车为设计对象,如图 所示,其具体参数如表 所示。将为其设计可折展的软顶敞篷机构。所需折展过程分为三个阶段:()顶棚向外展开过程:驱动系统驱动折展机构从行李箱中向外展开,逐渐撑起篷布,直到顶棚到达车顶前部的挡风玻璃之上,篷布完全折展开。()顶棚与车体互锁过程:顶棚到达位置后,车顶锁扣传感器感应激活,顶棚与车体的前挡风玻璃实现互锁。()顶棚向内折叠过程:按下折展功能按钮,车顶锁激活后开锁,驱动系统开始工作,车顶与车身开始分离,逐步向后备箱折叠。敞篷机构具体设计需求如下:()折展功能要求:折展车顶机构平稳且精确地完成折叠及展开运动,折叠及
6、展开过程所需时间 。()折展位置要求:折展车顶机构要求能准确到达工作位置,车顶展开时,与前挡风玻璃上端可实现紧密贴合。车顶折叠时,需具有较好的可收纳性,可以完全收回至行李箱中。()折展运动顺畅度要求:各构件在运动过程中不允许发生物理性干涉。()折展机构的外观要求:折叠敞篷机构应保留乘客车内空间,预留加装后挡风玻璃的空间。()折展机构可靠性要求:折叠敞篷系统具有较好的可靠性,在满足运动要求的条件下,尽可能做到机构简单、操作简便、后期维护方便。()运动链图 ()机构示意图图 四构件机构的运动链及机构示意图 机构类型的拟定 四构件机构四构件运动链作为敞篷折叠机构是最容易实现折展功能的一种构型,如图(
7、)所示。但在具体应用时,其折叠状态最多作为两段式折叠,如图()所示。两段式折叠敞篷机构覆盖顶棚的面积相当有限,不利于后期车辆的外观设计。六构件机构六构件机构在四构件机构的基础上增加了两个构件拓展而成,这使六杆机构可以实现一些比四构件机构功能更加复杂的运动任务。六构件机构的运动链根据三副构件是否直接相连,可分为瓦特型及史蒂芬森型六杆机构。再根据机架位置可将其细分为 类运动链,分别为瓦特 型、瓦特型、史蒂芬森 型、史蒂芬森型、史蒂芬森型,如图 所示。由于在敞篷机构的设计需求中,需要车顶棚按照固定位置实现展开及折叠功能(导引任务)。由此,能实现该类运动任基于 理论的敞篷机构综合工业技术务且机架铰链点
8、为二副构件的机构运动链仅有瓦特 型、史蒂芬森 型、史蒂芬森型。考虑到机构的空间占用、构件支撑复杂程度、车辆外观设计的难易程度等方面因素,瓦特 型运动链为较为合适的选择。()瓦特型 ()瓦特型 ()史蒂芬森型 ()史蒂芬森型 ()史蒂芬森型图 六杆机构运动链图 八构件机构八构件机构在六构件机构的基础上增加了两个构件拓展而成,其机构运动链图如图 所示。随着构件数量的增加,运动链种类也随之增加。利用八杆机构所带来的好处是机构展开能覆盖较大的面积,可以增加车内空间,较适用于轴距较长的车辆,但机构设计和制造的难度也随之增大。图 八杆机构运动链图由此,针对该汽车敞篷机构的设计任务需求,结合车身具体参数特点
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