基于四連桿機構原理汽車后備箱衣帽架設計

余維剛　危學兵

摘 要：本文主要介紹了一種根據四連桿機構工作原理設計的汽車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構原理運用到衣帽架設計過程中，將尾門轉動軸、衣帽架轉動軸、尾門拉繩、衣帽架主體分別等同于機架、連架桿和連桿。通過計算分析和3D建模完成一套衣帽架的設計，經過實車驗證，設計結果可行且可靠。

關鍵詞：后備箱 四連桿機構 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、兩廂轎車等車型的標準配置零件（如圖1所示），其作用是將汽車尾廂空間進行分割。衣帽架可以對尾廂底層起遮擋保護作用，上層可以放一些輕質物品，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合板式。

復合板衣帽架詳細結構如圖2所示，由衣帽架主體Ⅰ、衣帽架主體Ⅱ、固定銷軸、拉繩、緩沖墊組成。

衣帽架隨尾門開啟過程中的運動簡圖如圖3所示。

說明：

a：尾門? b：拉繩? c：衣帽架主體Ⅰ? d：衣帽架主體Ⅱ

尾門開啟，通過拉繩拉動衣帽架主體Ⅱ，衣帽架主體Ⅱ繞著與衣帽架主體Ⅰ的交接線旋轉開啟一定的角度，這是衣帽架的整體運動過程。

四連桿機構的簡介

鉸鏈四連桿機構的基本型式如圖4所示

四連桿機構根據連架桿能否周轉運動分為：1、曲柄搖桿機構;2、雙曲柄機構;3、雙搖桿結構。其中，曲柄：能作整圈轉動的連架桿。搖桿：只能在一定角度范圍內擺動的連架桿。

平面四連桿機構的設計

設計的基本問題

A.滿足預定的運動要求;

B.滿足預定的連桿位置要求（如圖5所示）;

C.滿足預定的軌跡要求。

設計方法

a.解析法

b.圖解法

c.實驗試湊法

通過對比，發現衣帽架的整體運動過程符合設計的基本問題B，如圖6所示，將圖5旋轉一個角度得到圖6，圖6所示的連桿位置與尾門和衣帽架相似。

2 背景

在以往項目衣帽架設計過程中存在以下問題：

① 衣帽架緩沖塊與尾門內飾板干涉磨出粉末;

② 樣車過壞路試驗時衣帽架飾板晃動大;

③ 衣帽架飾板尾門端吊繩易脫落;

④ 衣帽架飾板轉軸松脫;

⑤ 尾門膠條夾衣帽架拉繩引起漏水;

⑥ 衣帽板與后側圍飾板運動干涉，有磨痕等。

為解決衣帽架設計中存在的各種問題，我們根據衣帽架的功能需求和運動要求，經過對衣帽架的運動抽象簡化，利用機械原理對衣帽架進行運動設計分析，從根本上解決設計中的問題。

3 設計方法

1）衣帽架拉繩與衣帽架工作參數分析，如圖7所示，圖7由圖1簡化，圖中展示了尾門最大開啟狀態對應的衣帽架飾板最大拉起狀態，這個狀態需要根據后備箱空間需求定義。

2）經過對衣帽架和四連桿機構的對比分析，整體運動狀態符合四連桿運動機構，因此我們對衣帽架的機構進行抽象簡化，獲得四連桿機構簡圖，如圖8所示。

簡化說明：1、尾門窗框飾板簡化為連架桿Ⅰ;

2、衣帽架飾板簡化為連架桿Ⅱ;

3、尾門轉軸與衣帽架轉軸固定結構簡化為機架;

4、衣帽架拉繩簡化為連桿。

3）假設設計需要滿足，尾門最大開度為度，衣帽架要開啟度，拉繩的一端在衣帽架上的固定點，以上作為前提設計條件。

未知條件：衣帽架拉繩的長度，衣帽架拉繩位置（圖9中點）。

因此我們需要做的就是確定拉繩位置和拉繩長度，拉繩位置確定后，拉繩長度就確定了，就是開啟（或關閉）狀態兩個拉繩點的距離。

4）由于我們對拉繩在衣帽架上的點的位置要求較高，直接影響美觀性，并且可選點的位置相對偏少，因此我們先在衣帽架上預選一個位置（圖9中點），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角區域，根據這個點位置，我們根據四連桿機構原理就能確定尾門上的衣帽架另外一個選點（圖9中點），然后衣帽架翻折方案就確定了。

4 總結

a.建議將拉繩在衣帽架上的選點位置確定在衣帽架的兩個角的位置;

b.誤差補償：工程實際如果需要關閉狀態繩子是松弛狀態的話，可以將理論狀態的繩子加長1-3，但是這樣會導致開門狀態的衣帽架最大開度減小，為了平衡這個誤差，在設計的時候按照理論開度增加1-2°設計，而設計的拉繩是加長1-3，這樣的話，實際開度會減小到理論開度，關門后拉繩將處于松弛狀態;

c.可以根據結果計算拉繩需要滿足的力學承重要求。

參考文獻：

[1]機械原理 王云德 吉林大學出版社.