行李舱门双铰链机构运动分析 - 文章

行李舱门双铰链机构运动分析

作者：东风杭州汽车公司客车厂陈成立

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摘要：本文通过行李舱门双铰链机构的简化模型对双铰链机构铰支点在开门和关门时的动作顺序进行了较为直观的分析，并从几何角度分析气弹簧的最短工作长度。
关键词：双铰链机构铰支点动作顺序气弹簧

随着人民生活水平的日益提高，公路客运和旅游业也不断兴旺，旅客对乘坐舒适性的要求越来越高。具有大容积行李舱的高级旅游客车也应运而生，其中的行李舱舱门启闭机构的设计也日臻完美。目前的高级旅游客车行李舱门启闭机构，大多数采用四连杆机构和双铰链机构两种，它们都具有开启角度大，接近性好，工作可靠，放取行李方便的优点。本文只论讨双铰链机构。

为了便于行李舱门的运动校核及行李舱门门缝间隙的确定，需对双铰链机构铰支点动作的先后顺序作一分析。《客车技术与研究》1991年第2期刘昌仁撰写的“行李舱门双铰链机构运动和受力分析”一文(以下简称“刘文”)已对此作了定量的分析，为了便于更直观地理解其铰支点动作的先后顺序，这里对此作定性分析，并从几何学角度分析气弹簧工作时的最短长度。

1 行李舱门双铰链机构简化模型

图1为行李舱在关门状态时的双铰链机构示意图。为了便于分析，我们设想把双铰链的放置方向与车身上实际安装的双铰链放置方向转90°，即使铰链轴垂直于地面，这样，由于重力对双铰链的转动不产生影响，在分析时就可不考虑重力的作用；又假设铰链与铰链轴之间的摩擦力矩可忽略不计。因此，图1的双铰链机构可简化成如图2所示的简化模型。

图1 双铰链机构　　　　　　　　　　　　图2 双铰链机构的简化模型
注：O1为双铰链机构的固定铰支点；O2为双铰链机构的活动铰支点；O3为气弹簧对双铰链的支撑点；O4为气弹簧的固定铰支点

2 开门时铰支点的动作

在行李舱门处于关闭位置时，支撑点O3受到气弹簧对其施加的力F，受力方向如图3(a)，此力对铰支点O1的力矩M1和对铰支点O2的力矩M2方向都为顺时针的，即使铰链(二)压紧铰链(一)，并使它们一起绕O1顺时针转动，但由于受到固定铰链座的限制(在实际情况中还受到车身骨架及行李舱锁座的限制)而不能转动，只能使行李舱门处于自动关紧状态。当行李舱门在外力作用下开启时，开门力对铰支点O1的力矩下大于铰支点O2的力矩T2＞F2-M2，即T1＞T2，又由于M1＜M2，所以T1-M1＞T2-M2，即T1-M1＞T2-M2，因此开门力产生的力矩首先克服阻力矩M1而使行李舱门绕铰链轴O1转动。当行李舱门绕O1开启到如图3(b)所示位置时，支撑点O3受到力F对铰支点O2的力矩M2是顺时针的，即使铰链(二)压紧铰链(一)，而力F对铰支点O1的力矩M1为零，这时行李舱门处于平衡状态(实际情况中，由于重力对铰支点的力矩及摩擦力矩的作用，此处并非平衡位置)，行李舱门只要稍遇开启力，就可使行李舱门越过图3(b)所示位置到达图3(c)所示位置，这时，支撑点O3受到的力F对铰支点O2的力矩M2是顺时针的，即仍使铰链(二)压紧铰链(一)，而力F对铰支点O1的力矩M1为逆时针的，它使行李舱门绕O1逆时针转动。当行李舱门开启到如图3(d)所示位置时，支撑点O3受到力F对铰支点O1、O2的力矩都是逆时针的，此时，由于气弹簧支撑力F可分解为沿O3O1方向的力Fr和垂直于O1O3的力Ft，力Fr对铰支点O2的力矩是顺时针的，它仍使铰链(二)压紧铰链(一)，而力Fr对铰支点O1的力矩为逆时针的，它使行李舱门绕O1逆时针转动。当行李舱门逆时针转过一定角度，一般为90°，开启到如图3 (e)所示位置时，受力状况与图3(d)相似，(即F的分力Fr仍使铰链(二)压紧铰链(一)，这可通过加长气弹簧来达到要求)。F的分力仍将使行李舱门绕O1逆时针转动，但由于固定铰链座对其的限位，使得行李舱门不能再绕O1转动，此时F对铰支点O2的力矩M2将使行李舱门绕O2点逆时针转动。当行李舱开启到如图3 (f)所示位置时，受力状况与图3(e)相似，力F也将使其绕O2点逆时针转动，直至受到气弹簧行程的限制。

图3 行李舱门开启到各个位置的受力状态

在以上分析的图3 (a)状态中，α角是小于90°的，当α＞90°时，如图4所示，F对O1的力矩M1大于F对O2的力矩M2，即M1＞M2，而开门力对O1产生的力矩T1大于对O2产生的力矩T2，则只有当使行李舱门绕O1转动的力矩大于绕O2转动的力矩，即T1-M1＞T2-M2时，才能使行李舱门开启时先绕O1转动，为达到此要求，α值不能太大，如“刘文”图2中若取O O3的水平相对位置为10，则α值为98.62°，把α值代入“刘文” P107的算式中，可得F5=0.1872F4，F6=0.1939F4，即F5＜F6，因而在这种情况下开门时，门将先绕图4中的O2点转动。可见，当条件合适时(可通过更换气弹簧的长度及改变气弹簧的固定铰支点的位置达到要求)，行李舱门在开启过程中，总是先绕O1点转动，转过一定角度后(一般为90°)，再绕O2点转动到最高位置。

图 4 　　　图 5 　　　图 6

3 关门时铰支点的动作

当行李舱门处于开启状态时，如图3(f)支撑点O3所受力F对铰支点O1的力矩M1和对O2的力矩M2都是逆时针的，但由于F对O1O2的力臂相差比较大，所以M1比M2大得比较多，向关门力对O1O2的力臂相差相对而言较少，且由于力作用点离铰支点较远，即开门力较小，使得关门力对O1的力矩T1比对O2的力矩T2大得多，因而对O1的关门力矩T1-M1小于对O2的关门力矩T2-M2，所以关门力矩先绕O2点顺时针转动，当转到铰链(二)压紧铰链(一)时，双铰链机构才整体绕O1转动。

可见，采用双铰链机构的行李舱门在关闭过程中，总是先绕O2点转动，转过一定角度后，再绕O1点转动至关闭位置。

4 用几何方法求气弹簧O3、O4长度的最小值

“刘文”中气弹簧长度R(即图5中的O3O4)的最小值是通过求导得到的，这里将用几何方法求得O3O4的最小值。如图5所示，当行李舱门开启，气弹簧支撑点O3绕O1转动到O3位置时，气弹簧长度由O3O4变成O3′O4，根据“三角形两边之和大于第三边”的原理，O1O3+O3O4＞O1O4=O1O′3+O′3O4=O1O3+O3′O4，即O3O4＞O3′O4，O3′O4即为气弹簧的最小工作长度。

下面我们以“刘文”中的实例为例来说明其正确性。根据“刘文”实例，O1O2=52，O2A=44，O3A=70，O4B=100，O1B=492，所以O3O4的最小值O3′O4=O1O4-O1O3=

=502.06-118.81=383.25，与“刘文”中求得的值一致。

5 结束语

由以上分析可知，采用双铰链机构的行李舱门，在其开启和关闭过程中，其运动轨迹是完全一致的，如图6所示，而能保持运动轨迹的一致，是由于气弹簧的作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/4/2005)


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