黃宇太（江西凱馬百路佳客車有限公司，南昌330000）

基于Ad am s的六連桿鉸鏈后艙門仿真分析

黃宇太
（江西凱馬百路佳客車有限公司，南昌330000）

鑒于六連桿鉸鏈在客車后艙門上的應用越來越多，本文采用Adams軟件對某型客車的六連桿鉸鏈后艙門進行仿真分析，以便在設計階段對后艙門的開啟力和位移特性有較好的把握。該方法同樣適用于其他相似的鉸鏈艙門的仿真分析。

Adams；客車；六連桿；后艙門；仿真

為滿足多樣化的客戶需求，客車艙門的鉸鏈有多種多樣。以后艙門為例，近年來，在歐洲客車展覽中，尤其是2014年的漢諾威商用車展中，后艙門已廣泛采用六連桿鉸鏈。該型鉸鏈除外形美觀、可以方便地實現(xiàn)密封之外，通過改變各連桿的長度以及鉸接點的位置、氣彈簧支撐位置等，使后艙門開啟點的力學特性和位移特性也非常易于控制。本文通過建立一個具體車型的后艙門模型，導入Adams軟件中進行模擬人手開啟后艙門的動作，對后艙門的開啟情況進行仿真分析，得出相關的曲線，從而更方便地完善對后艙門的設計。若艙門采用了其他類型的鉸鏈，如球頭鉸鏈、合頁鉸鏈等［1-4］，該方法也是適用的。因此，在客車外飾設計中，該方法可以極大地方便設計者進行仿真分析。

1　模型的建立和導入

采用Adams2013版本進行仿真。由于Adams建模速度問題，本文采用UG軟件進行建模。在建模的過程中，需要注意以下幾個問題：

1）在Adams中，每個部件都要約束，否則在仿真的過程中會順著重力的方向往下掉。因此，導入的模型應該盡量減少部件數(shù)量。由于后艙門通常是由鋁制蒙皮和鋁制方管骨架焊接而成，在本次建模中，建議將蒙皮以及所有的方管骨架通過布爾運算加到一起。其他的零件也做類似處理。

2）為了在Adams中能順利進行約束，應注意在UG中建模的準確性。由于六連桿鉸鏈鉸接點較多，在建模的過程中，務必保證左右鉸鏈嚴格對稱，并且相同位置的鉸接點的中心線在同一直線上。若該條未能滿足，在Adams中仿真時會報錯，無法仿真。

3）在Adams中-y方向默認為重力方向，為保證導入后模型在Adams絕對坐標系的原點位置，UG中應按絕對坐標放置好模型，并根據(jù)重力方向調(diào)整模型的方向。模型在UG中可以導出為Parasolid格式，然后在Adams中導入。Adams中導入的模型見圖1。

2　模型處理

2.1添加約束

本文后艙門總成的材料為鋁，不是默認的鋼鐵類，需要用“修改”命令修改后艙門構件的密度等信息。

模型需要添加的約束：六連桿各桿件之間采用旋轉副連接，氣彈簧球頭與其他構件之間的連接采用球頭副，氣彈簧撐桿和套桿之間采用圓柱副連接。由于構件較多，添加約束時應注意：所添加的約束應準確施加到對應的構件中，否則軟件會崩潰，并自動退出；添加約束時，將應固定在機架上的構件先行隱藏，以方便對作為主要研究對象的構件進行約束，約束完主要構件后將隱藏的構件一一顯示出來并固定在機架上；約束的添加應循序漸進，并不斷驗證模型［5-6］，避免出現(xiàn)影響仿真的過約束。

2.2添加載荷

本文主要考慮添加氣彈簧力。根據(jù)氣彈簧的彈性特性［7-8］，為計算出氣彈簧在壓縮和伸張過程中的作用力，設定兩個測量值：氣彈簧撐桿與套桿之間的相對運動速度MEA_PT2PT_velocity；氣彈簧撐桿與套桿兩端頭之間的距離MEA_PT2PT_length。

根據(jù)相對運動速度測量值為正還是為負，可以得出氣彈簧此時處于壓縮行程還是處于伸張行程；根據(jù)距離測量值，可以得出氣彈簧壓縮量或伸張量。

本文采用兩根公稱力為720N、自由狀態(tài)端頭間距為500mm、最大行程為180mm的氣彈簧，內(nèi)部摩擦力f取值為50N，彈性系數(shù)k取值為1.2。采用IF函數(shù)，得到需添加的氣彈簧力：IF（.M_2.MEA_PT2PT_velocity：720+（（500-MEA_PT2PT_length）/180*144），820，820+（500-MEA_PT2PT_length）/180*144）。

添加的氣彈簧力可施加在氣彈簧套桿上（或者撐桿上），目的是使后艙門受到相應的張力。由于后艙門限位通常用的橡膠緩沖塊對后艙門的開啟力影響非常有限，為簡化計算，本文不考慮后艙門的限位以及對應的接觸力，但會造成后艙門的最大開度無法得出。在本文中，艙門的最大開度主要由氣彈簧的行程決定，本文通過設置仿真時間來限定，不作具體研究。

2.3施加驅動

鑒于六連桿的運動特性，為較好地模擬人手部拉后艙門的動作，處理如下［9-10］：

1）在后艙門構件的拉手位置設置一個Marker點。

2）選取在剛才新建的Marker點位置，向車后新建一個小尺寸的虛擬連桿［3］。該連桿密度可以設置成極小，或者直接選擇wood等作為材料，仿真時可以忽略其質(zhì)量和轉動慣量對結果造成的影響。

3）在新建的連桿和后艙門構件之間添加旋轉副約束，鉸接點可選取為新建的Marker點位置。

4）在新建連桿的另一端的Marker點上施加一個相對地板的一般驅動，調(diào)整坐標的位置，使其能較好地模擬人手部的運動軌跡。

如本文選取在z方向（連桿長度方向朝車后）施加一個平移運動，該運動的速度可設為時間的函數(shù)，也可設置為恒定值。通過使用函數(shù)，可以使后艙門的仿真無限接近人實際開啟后艙門的情況。本文設定為恒定的：disp（time）=50*time。

為使連桿運動穩(wěn)定，可以對y軸的旋轉添加一個限定值，本文設定為disp（time）=0*time。在此驅動下，此虛擬連桿將以一定速度進行緩慢平移，從而模擬后艙門打開的情形。

以上步驟完成后，如圖2所示。進入Adams軟件中的仿真分析模塊，用其驗證功能驗證所建模型，檢查有無過約束等問題，無問題后即可進行仿真。

3　模型的仿真與建議

點擊Adams軟件的仿真分析，設定仿真時間為20 s，步數(shù)為500步，進行仿真。仿真完成后，通過測量導出氣彈簧長度（兩端點之間的距離）曲線和氣彈簧力的曲線，如圖3和圖4所示。

從以上曲線中可見，氣彈簧一開始為壓縮行程，而后變?yōu)樯鞆埿谐獭Ｔ谟蓧嚎s行程變?yōu)樯鞆埿谐虝r，其作用力有一個躍變。

在Adams后處理模塊中，選取虛擬連桿上驅動添加處的Marker點，導出該點上所受力的幅值曲線，以及位移幅值曲線，結果如圖5所示。

從導出的曲線可以清楚地看出，打開后艙門時手部受力大小，以及力的換向點（由拉后艙門變?yōu)橥坪笈撻T）的位置。從位移曲線可以看出打開對應的后艙門的開度。

建議：后艙門打開時，手部施加的力以100～200N為宜；關閉后艙門時，手部施加的力最大以不大于300N為宜［4］；后艙門打開到力的換向點時，手部運動距離應為200～300mm為宜。

4　結束語

本文利用Adams軟件的強大仿真分析功能，輔以UG軟件的快速建模功能，實現(xiàn)了較快速地對較復雜的六連桿鉸鏈后艙門開啟過程的仿真分析?，F(xiàn)實中六連桿以及與之相近的四連桿鉸鏈等在現(xiàn)代客車中應用越來越多。如果不借用軟件，要算出實際的開啟力的特性較為困難。實際很多廠家都是憑借工程師的“經(jīng)驗”進行設計，往往出現(xiàn)艙門開啟過于沉重或關閉艙門時壓不下去的問題。本文忽略了后艙門的各種限位，以及與之相對應的接觸力，重點關注后艙門開啟過程中手部受力情況，大大簡化了仿真的難度，縮短了仿真準備時間。因此，具備較好的實際意義。同時，本文采用虛擬連桿加一般驅動的方式進行仿真，對鉸鏈有較好的適應性。

［1］趙彥浩.淺析客車常用側艙門鉸鏈的設計與安裝［J］.客車技術，2013，（5）：33-35.

［2］龔江.客車行李艙門轉臂式鉸鏈機構設計［J］.客車技術，2000，（2）：16-17.

［3］曾國華，文廣南.客車側圍門常用鉸鏈淺析［J］.客車技術，2005，（2）：38-39.

［4］沈人鈺.幾種門鉸鏈設計簡介［J］.客車技術與研究，1995，17（2）：96-98.

［5］陳峰華.ADAMS 2012虛擬樣機技術從入門到精通［M］.北京：清華大學出版社，2013.7.

［6］劉晉霞，胡仁喜，康士廷，等.ADAMS2012虛擬樣機從入門到精通［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.6.

［7］GB 25751-2010，壓縮氣彈簧技術條件［S］.北京：中國標準出版社，2010.11.

［8］劉開春.客車車身設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.10.

［9］黃天澤，黃金陵.汽車車身結構與設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1996.

［10］周芳壽，周崇國，常劍.客車車身覆蓋件的設計與研究［M］.北京：機械工業(yè)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

黃宇太（1985-），男，助理工程師；主要從事客車總布置設計工作。