周家花，梁軍，唐凌，葉勤

（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，湖北武漢430058）

內(nèi)飾飾板應(yīng)用四連桿機構(gòu)較少，多為置物桌板類機構(gòu)。四連桿結(jié)構(gòu)運動靈活，可實現(xiàn)所要求的閉合與開啟位置。乘用車內(nèi)飾空間有限，四連桿結(jié)構(gòu)具有很大優(yōu)勢。根據(jù)已知初始位置，以開啟位置的桌板類零件為參考，計算四連桿機構(gòu)桿長，所得數(shù)值作為設(shè)計參考值，進行優(yōu)化后得出所設(shè)計的四連桿桿長。

1 初始條件

由于運動空間限制，汽車內(nèi)飾運動零部件一般要求閉合狀態(tài)位置與開啟狀態(tài)位置符合空間、使用要求（圖1）。對于四連桿機構(gòu)既可確定2個狀態(tài)的位置。受布置空間與外觀造型限制，四連桿機架桿長與初始（閉合）狀態(tài)的角度受到限制，根據(jù)以上限制條件，運用最小二乘法給定初值搜索，即可初步計算出四連桿桿的長度。

圖1 內(nèi)飾用桌板類零部件

2 四連桿運動限制條件

參考圖2，要求閉合狀態(tài)為與垂直方向夾角小于90°，使用位置桌板為水平，且位于人手易取物位置。所以要求圖2中L3打開后水平，且在人體膝蓋上部，初始位置確定后，圖2中長度S可調(diào)節(jié)范圍較小。

圖2 四連桿初始與使用位置示意圖

受造型、環(huán)境件限制，四連桿桿長L1，角度a1和b1都受到約束，可預(yù)設(shè)為已知條件，計算時根據(jù)結(jié)果與要求進行微調(diào)。

根據(jù)幾何約束條件，四連桿2個狀態(tài)的幾何方程如式（1）～（4）所示。

初始狀態(tài)：

開啟狀態(tài)：

由方程（5）～（9）可得出角度m和p：

計算出m和p，代入到式（3）～（4），聯(lián)合式（1）～（2）即可得到包含L2,L3,L4和a2的方程組。

3 數(shù)據(jù)計算

上述方程組計算復(fù)雜，手工很難計算出準確的數(shù)值。將方程簡化，應(yīng)用Matlab，給定初始值，用最小二乘法計算得出所需參數(shù)。根據(jù)設(shè)計需求，以所計算結(jié)果作為初值，重新進行計算。通過三維軟件仿真Catia，調(diào)整初值數(shù)值，計算出所需參數(shù)。

設(shè)定已知值為

編寫Matlab程序如下：

子函數(shù)

初值z0設(shè)為

在命令窗口運行

得出結(jié)果如圖3所示。

圖3 計算結(jié)果

以所得結(jié)果作為初始值，再次計算：

得出結(jié)果見圖4。

圖4 優(yōu)化后結(jié)果

即

4 作圖修正結(jié)果

數(shù)值計算所得的值具有一定誤差，不滿足四連桿特性，因此以上述所得數(shù)值的桿長與已知條件作為作圖參數(shù)，對所得的角度數(shù)值進行調(diào)整。

根據(jù)上述結(jié)果得到四連桿運動圖（圖5）。

圖5 結(jié)果修正圖

修正后結(jié)果為

L2=116，L3=70，L4=123，a2=10.7°

m=16.9°，p=7.3°，S=33.8，b2=11.5°

此組數(shù)據(jù)即所需的四連桿機構(gòu)桿長。若計算結(jié)果不符合空間或布置要求，可根據(jù)實際情況給出一組初值，重復(fù)計算程序，即可得出所需數(shù)值。

5 結(jié)論

利用Matlab 強大的計算功能，根據(jù)限制條件計算得出所需四連桿機構(gòu)的桿長，作為工程設(shè)計參考值，能節(jié)省初次設(shè)計所需的時間。

[1]杜建民，夏鵬，李勇智.四連桿門座起重機設(shè)計方法及優(yōu)化設(shè)計探討[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011（4）：2-3.

[2]隋秀梅，張慶鈴，郭佳萍.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：263-278.

[3]孫靖民，梁迎春.機械優(yōu)化設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.