基于Ad am s的六连杆铰链后舱门仿真分析

黄宇太（江西凯马百路佳客车有限公司，南昌330000）

基于Ad am s的六连杆铰链后舱门仿真分析

黄宇太
（江西凯马百路佳客车有限公司，南昌330000）

鉴于六连杆铰链在客车后舱门上的应用越来越多，本文采用Adams软件对某型客车的六连杆铰链后舱门进行仿真分析，以便在设计阶段对后舱门的开启力和位移特性有较好的把握。该方法同样适用于其他相似的铰链舱门的仿真分析。

Adams；客车；六连杆；后舱门；仿真

为满足多样化的客户需求，客车舱门的铰链有多种多样。以后舱门为例，近年来，在欧洲客车展览中，尤其是2014年的汉诺威商用车展中，后舱门已广泛采用六连杆铰链。该型铰链除外形美观、可以方便地实现密封之外，通过改变各连杆的长度以及铰接点的位置、气弹簧支撑位置等，使后舱门开启点的力学特性和位移特性也非常易于控制。本文通过建立一个具体车型的后舱门模型，导入Adams软件中进行模拟人手开启后舱门的动作，对后舱门的开启情况进行仿真分析，得出相关的曲线，从而更方便地完善对后舱门的设计。若舱门采用了其他类型的铰链，如球头铰链、合页铰链等［1-4］，该方法也是适用的。因此，在客车外饰设计中，该方法可以极大地方便设计者进行仿真分析。

1　模型的建立和导入

采用Adams2013版本进行仿真。由于Adams建模速度问题，本文采用UG软件进行建模。在建模的过程中，需要注意以下几个问题：

1）在Adams中，每个部件都要约束，否则在仿真的过程中会顺着重力的方向往下掉。因此，导入的模型应该尽量减少部件数量。由于后舱门通常是由铝制蒙皮和铝制方管骨架焊接而成，在本次建模中，建议将蒙皮以及所有的方管骨架通过布尔运算加到一起。其他的零件也做类似处理。

2）为了在Adams中能顺利进行约束，应注意在UG中建模的准确性。由于六连杆铰链铰接点较多，在建模的过程中，务必保证左右铰链严格对称，并且相同位置的铰接点的中心线在同一直线上。若该条未能满足，在Adams中仿真时会报错，无法仿真。

3）在Adams中-y方向默认为重力方向，为保证导入后模型在Adams绝对坐标系的原点位置，UG中应按绝对坐标放置好模型，并根据重力方向调整模型的方向。模型在UG中可以导出为Parasolid格式，然后在Adams中导入。Adams中导入的模型见图1。

2　模型处理

2.1添加约束

本文后舱门总成的材料为铝，不是默认的钢铁类，需要用“修改”命令修改后舱门构件的密度等信息。

模型需要添加的约束：六连杆各杆件之间采用旋转副连接，气弹簧球头与其他构件之间的连接采用球头副，气弹簧撑杆和套杆之间采用圆柱副连接。由于构件较多，添加约束时应注意：所添加的约束应准确施加到对应的构件中，否则软件会崩溃，并自动退出；添加约束时，将应固定在机架上的构件先行隐藏，以方便对作为主要研究对象的构件进行约束，约束完主要构件后将隐藏的构件一一显示出来并固定在机架上；约束的添加应循序渐进，并不断验证模型［5-6］，避免出现影响仿真的过约束。

2.2添加载荷

本文主要考虑添加气弹簧力。根据气弹簧的弹性特性［7-8］，为计算出气弹簧在压缩和伸张过程中的作用力，设定两个测量值：气弹簧撑杆与套杆之间的相对运动速度MEA_PT2PT_velocity；气弹簧撑杆与套杆两端头之间的距离MEA_PT2PT_length。

根据相对运动速度测量值为正还是为负，可以得出气弹簧此时处于压缩行程还是处于伸张行程；根据距离测量值，可以得出气弹簧压缩量或伸张量。

本文采用两根公称力为720N、自由状态端头间距为500mm、最大行程为180mm的气弹簧，内部摩擦力f取值为50N，弹性系数k取值为1.2。采用IF函数，得到需添加的气弹簧力：IF（.M_2.MEA_PT2PT_velocity：720+（（500-MEA_PT2PT_length）/180*144），820，820+（500-MEA_PT2PT_length）/180*144）。

添加的气弹簧力可施加在气弹簧套杆上（或者撑杆上），目的是使后舱门受到相应的张力。由于后舱门限位通常用的橡胶缓冲块对后舱门的开启力影响非常有限，为简化计算，本文不考虑后舱门的限位以及对应的接触力，但会造成后舱门的最大开度无法得出。在本文中，舱门的最大开度主要由气弹簧的行程决定，本文通过设置仿真时间来限定，不作具体研究。

2.3施加驱动

鉴于六连杆的运动特性，为较好地模拟人手部拉后舱门的动作，处理如下［9-10］：

1）在后舱门构件的拉手位置设置一个Marker点。

2）选取在刚才新建的Marker点位置，向车后新建一个小尺寸的虚拟连杆［3］。该连杆密度可以设置成极小，或者直接选择wood等作为材料，仿真时可以忽略其质量和转动惯量对结果造成的影响。

3）在新建的连杆和后舱门构件之间添加旋转副约束，铰接点可选取为新建的Marker点位置。

4）在新建连杆的另一端的Marker点上施加一个相对地板的一般驱动，调整坐标的位置，使其能较好地模拟人手部的运动轨迹。

如本文选取在z方向（连杆长度方向朝车后）施加一个平移运动，该运动的速度可设为时间的函数，也可设置为恒定值。通过使用函数，可以使后舱门的仿真无限接近人实际开启后舱门的情况。本文设定为恒定的：disp（time）=50*time。

为使连杆运动稳定，可以对y轴的旋转添加一个限定值，本文设定为disp（time）=0*time。在此驱动下，此虚拟连杆将以一定速度进行缓慢平移，从而模拟后舱门打开的情形。

以上步骤完成后，如图2所示。进入Adams软件中的仿真分析模块，用其验证功能验证所建模型，检查有无过约束等问题，无问题后即可进行仿真。

3　模型的仿真与建议

点击Adams软件的仿真分析，设定仿真时间为20 s，步数为500步，进行仿真。仿真完成后，通过测量导出气弹簧长度（两端点之间的距离）曲线和气弹簧力的曲线，如图3和图4所示。

从以上曲线中可见，气弹簧一开始为压缩行程，而后变为伸张行程。在由压缩行程变为伸张行程时，其作用力有一个跃变。

在Adams后处理模块中，选取虚拟连杆上驱动添加处的Marker点，导出该点上所受力的幅值曲线，以及位移幅值曲线，结果如图5所示。

从导出的曲线可以清楚地看出，打开后舱门时手部受力大小，以及力的换向点（由拉后舱门变为推后舱门）的位置。从位移曲线可以看出打开对应的后舱门的开度。

建议：后舱门打开时，手部施加的力以100～200N为宜；关闭后舱门时，手部施加的力最大以不大于300N为宜［4］；后舱门打开到力的换向点时，手部运动距离应为200～300mm为宜。

4　结束语

本文利用Adams软件的强大仿真分析功能，辅以UG软件的快速建模功能，实现了较快速地对较复杂的六连杆铰链后舱门开启过程的仿真分析。现实中六连杆以及与之相近的四连杆铰链等在现代客车中应用越来越多。如果不借用软件，要算出实际的开启力的特性较为困难。实际很多厂家都是凭借工程师的“经验”进行设计，往往出现舱门开启过于沉重或关闭舱门时压不下去的问题。本文忽略了后舱门的各种限位，以及与之相对应的接触力，重点关注后舱门开启过程中手部受力情况，大大简化了仿真的难度，缩短了仿真准备时间。因此，具备较好的实际意义。同时，本文采用虚拟连杆加一般驱动的方式进行仿真，对铰链有较好的适应性。

［1］赵彦浩.浅析客车常用侧舱门铰链的设计与安装［J］.客车技术，2013，（5）：33-35.

［2］龚江.客车行李舱门转臂式铰链机构设计［J］.客车技术，2000，（2）：16-17.

［3］曾国华，文广南.客车侧围门常用铰链浅析［J］.客车技术，2005，（2）：38-39.

［4］沈人钰.几种门铰链设计简介［J］.客车技术与研究，1995，17（2）：96-98.

［5］陈峰华.ADAMS 2012虚拟样机技术从入门到精通［M］.北京：清华大学出版社，2013.7.

［6］刘晋霞，胡仁喜，康士廷，等.ADAMS2012虚拟样机从入门到精通［M］.北京：机械工业出版社，2013.6.

［7］GB 25751-2010，压缩气弹簧技术条件［S］.北京：中国标准出版社，2010.11.

［8］刘开春.客车车身设计［M］.北京：机械工业出版社，2012.10.

［9］黄天泽，黄金陵.汽车车身结构与设计［M］.北京：机械工业出版社，1996.

［10］周芳寿，周崇国，常剑.客车车身覆盖件的设计与研究［M］.北京：机械工业出版社，1998.

修改稿日期：2015-06-05

Simulation and AnalysisAbout Six-rod-hinge Rear Cabin Door Based on Adams

Huang Yutai
（JiangxiBonluck Business Bus Co.，Ltd，Nanchang 330000，China）

As the six-rod-hinge rear cabin door isappliedmore andmore commonly，simulation and analysisabout thesix-rod-hinge rear cabin doorofa coach based on Adams isdone，in order toknow theopen forceand displacement characteristics better in design stage.Thismethod is also suitable for the simulation analysis of similar hinge cabin doors.

Adams；coach；six-rod-hinge；rear cabin door；simulation

U463.83

A

1006-3331（2015）05-0013-03

黄宇太（1985-），男，助理工程师；主要从事客车总布置设计工作。