毕业设计论文TJ740汽车发动机罩铰链机构的优化设计.docx

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毕业设计论文TJ740汽车发动机罩铰链机构的优化设计

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摘要

汽车发动机铰链机构的功能是为了发动机罩能正常地开启,起支撑的作用,能使发动机罩达到一个开启角度,对铰链机构的要求，除了结构简单、制造方便、制造成本低、开启方便、支撑可靠，还必须保证发动机罩有足够的开度，并在开启过程中不与车身其他部分干涉。

在分析了固定部件和需要开启的发动机罩运动轨迹的基础上，测绘了TJ740型汽车发动机罩六连杆铰链机构，对每个杆件的作用、运动轨迹、作用力进行了详细分析，建立了该六连杆铰链机构的运动模型和力学模型,然后应用优化软件MATLAB来进行机构参数优化设计，建立了为了达到机构尺寸最小的目标函数，以机构的运动方程和力学方程为约束方程，确定方程的设计变量、各个参数的取值范围。

编写了机构的MATLAB优化软件程序，优化出设计变量，最终应用尺寸参数优化结果，设计了六连杆铰链机构。

为了达到减轻整个机构重量的目的，对每个杆件进行受力分析，建立弯矩方程，确定最大截面，以保证达到所需求的强度要求。

本次设计利用了UGCAD建立了发动机罩六连杆铰链机构的三维数据模型，并将其绘制为二维图纸。

关键词：

发动机铰链机构，Matlab,优化设计，强度

TheOptimizationDesignofTj740Automobile’sHingeMechanismforEngineHoods

ABSTRACT

AutomobileEnginehingeoftheirfunctionsistothehoodcanbeopenedtonormal,orplayasupportingrole,canachieveahoodopeningangleofthehinge,inadditiontosimplestructure,convenience,lowcostofmanufacture.Openconvenient,reliablesupport,wemustalsoensurethattherearesufficienthoodopen,andtheopeningoftheprocessandnottointerfereinotherpartsofbody.

TheanalysisofthefixedcomponentsandtheneedtoopenthehoodtrajectoryonthebasisofMappingtheTJ740automobilehoodlinkhingesixbodies,eachbartotheroletrajectory,Forceconductedadetailedanalysis,the6-linkhingemodelofthemovementandmechanicalmodels,thentheMATLABoptimizationsoftwaretooptimizethedesignparametersagencies,Inordertoachievetheestablishmentofthebodysizeofthesmallestobjectivefunctiontotheequationsofmotionandmechanicalequationofconstraintequations,determiningequations,thedesignvariables,parametersofthevaluerange.PreparedtheMATLABsoftwareoptimizationprocedures,andoptimizethedesignvariables,thefinalapplicationsizeparameteroptimization,Designof6-linkhingeagencies.

Toreducetheweightofthewholeorganization,thepurposeofeachbarwerepresentedtoestablishmomentequation,identifythelargestsectiontoreachthedemandbythestrengthofdemand.ThedesignUGCADuseofahoodhingesixlinkageofthree-dimensionaldatamodel,itsrenderingof2Ddrawings.

Keywords:

hingemechanismforenginehoods,optimizationdesign,matlab,strengthcheck

TJ740型汽车发动机罩六连杆铰链机构的优化设计

陆佳森061103133

0引言

现代汽车发动机罩与车体的联接和固定，多采用四连杆或六连杆型式的平衡铰链机构。

TJ740型汽车发动机罩采用的六连杆平衡铰链机构。

0.1发动机铰链机构的运动规律图

如图0.1,OABCDEF是发动罩再闭合状态时铰链机构所处的状态,是机构最大开启角度时的位置。

对铰链机构的要求，除了结构简单、制造方便之外，还必须保证发动机罩有足够的开度，并在开启过程中不与车身其他部分干涉。

为了使开闭轻便灵活，平衡弹簧的力，在发动机罩盖关闭位置时应接近于平衡发动机罩重量所需要的力，而在开启最大位置时，弹簧力应略大于平衡发动机罩或行李箱盖重量所需要的力。

目前我国对这类平衡铰链的设计多采用同种结构类比的方法，至多进行一些图解法比较好。

这种设计方法的缺点是，精度低，作图时间长，工作量大，不便于进行多方案的优化和比较，不可能精确地获得铰链的运动规律和平衡弹簧满足的特性。

为此本文探讨了一种借助电子计算机进行快速设计的方法。

这种方法需建立起四连杆及六连杆平衡铰链机构的力学和运动学模型，将机构的结构参数作为模型系统的输入，将要求得到的运动轨迹和平衡弹簧参数作为模型系统的输出。

当给定一组结构参数就会对应确定一组设计参数，整个过程可在计算机上快速完成。

铰链机构用以悬挂发动机罩并使其开关自如。

从使用观点应满足下列基本要求：

要保证盖能又足够开度，并在开启过程中不与车身其他部分干涉。

开闭盖轻便灵活，因此采用平衡弹簧（或其他弹性元件）；平衡弹簧的特性使盖在关闭位置时弹簧力能狗平衡盖的质量，而在盖开启至最大位置时，弹簧力应略大于平衡盖的质量所需要的力。

有足够的强度和刚度，以保证运动正确、可靠耐久。

1发动机罩开启机构

尽管每辆汽车的发动机罩开关的位置会有所区别，但是开启的原理都是一样的。

在新款汽车里，发动机罩开启开关通常是在方向盘或者司机的座位下面（上面一般有一个敞开的发动机罩标志，或是“HOOD”标记）。

而在比较老式的汽车中，发动机罩的开启开关一般是在散热器的护栅或保险杠的后面。

如果找不到的话，最简单的办法就是翻看随车赠送的汽车使用维护手册，其中肯定会将发动机罩开启开关的位置标出来，按照说明书尝试着搬动开关，就可以将锁止机构松开（这种手册最好放在车里的固定位置，让自己随手可得，及时翻阅）。

但如果您的手册，现在已经找不到了的话，那么，您就只好在进行维修保养时看看维修人员是如何做的，他是拉动车里的一个手柄还是到车头的散热器护栅前打开发动机罩。

然后你就可以“依葫芦画瓢”，自己找到开启开关的所在了。

打开发动机罩，找到了开关之后，您就可以上下或左右推拉这个装置直到发动机罩″嘭″的一声打开。

这时的打开并不是发动机罩的完全打开，发动机罩还会被安全锁钩挂着，而这个挂钩实际是为了防止您在驾驶汽车在行驶过程中，发动机罩意外打开而妨碍您的视线，造成不必要的事故，保护您的安全。

对付这个安全挂钩就需要您自己动手拨动散热器护栅里的金属拉杆，然后才能将发动机罩向上完全推举开了。

安全措施，一旦发动机罩被打开，它一般都可以自己支撑，但还是有必要用安全杆把它支起来。

支杆可以将发动机罩固定好，防止它突然掉下来将自己夹伤，避免那些不必要的伤害。

1.1铰链的分类

发动机铰链有明的和暗的两类。

一般旧式汽车上多用明铰链，其优点是结构简单，零件少，重量轻；其缺点是操纵笨重，铰链外露，即不美观也不利于减小空气阻力，更主要的是当盖口是一空间曲线时，在开启过程中盖与盖口容易发生干涉，或摩擦密封条，所以现在很少使用。

暗铰链一般都带有平衡盖体重力矩弹性元件，故可称平衡铰链。

平衡铰链有绕固定轴旋转的简单铰链和连杆式的两种。

对于简单平衡铰链，可通过恰当选择轴线位置及铰链臂的形状，以免盖在开启过程中与车身干涉，并保证一定的开度。

由于结构简单故较多采用。

但有些车身因为结构布置或车身外行等原因，不宜采用这种简单铰链。

暗铰链一般都带有平衡盖体重力矩的弹性元件,故可称为平衡铰链。

平衡铰链有绕固定轴旋转的简单铰链和连杆式两种。

对于简单的平衡铰链，可通过恰当选择轴线位置及铰链臂的形状，以免盖在开启过程中与车身干涉，并保证一定的开度。

由于结构简单，故较多采用，如Benz600，CA-774“红旗”轿车均用此类型铰链。

但有些车身因为结构布置或车身外形等原因，不宜采用这种简单铰链。

1.2连杆的介绍

采用连杆式（四杆或六杆）铰链机构，开启盖时，其瞬时旋转中心是不断变化的，可以通过改变机构杆件尺寸来实现所要求的任何运动轨迹和开度，所以现在许多汽车采用连杆式平衡铰链。

连杆分类：

1.2.1双重叠虎克铰链连杆

双重叠虎克铰链连杆是由两个球型4连杆转变而来。

如图1.1（a），两个球形4连杆分别包含铰5，6，1，0和铰2，3，4，0，并且中心点不同，铰6的轴线垂直于铰1，6的轴线，铰3的轴线垂直与2，4的轴线，铰0的轴线也垂直于铰1，2的轴线，用杆12代替0，并且在铰5和4之间加入秆45，就形成了这个6连杆，参数特性如下：

………………………………………………………………（1.1）

…………………………………………………………………（1.2）

…………………………………………………………（1.3）

双重叠虎克铰链连杆广泛应用于传输机构，如图1.1（b）：

图1.1双重叠虎克铰链连杆

1.2.2Bennett混合六杆连杆

图1.2中是由Bennett发现的一种六连杆，铰链1，2和3依次是连接构件A，R，S和B，并且轴线交于点X；铰4，5和6依次连接构件B，U，T和A，并且轴线交于点Y；点X与Y不重合。

构件A和B可相对轴XY进行旋转运动，标记为铰0，这个连杆也可以认为包含两个中心点不同的球形4杆连杆，一个包含构件A，R，S，B和铰1，2，3，0，另一个包含构件B，U，T，A和铰4，5，6，0，其中构件A，B和铰0由两个球形4杆连杆共用；移除多余铰0就可以得到Bennett混合六杆连杆。

可以发现，双重虎克铰链连杆是Bennett混合六杆连杆的一个特例。

把点X和Y中的一个或两个移动到无穷远处，可以得到连杆的两个更特殊的形式，前形成一个Bennett平行一球形混合六杆连杆，如图1.2，后者就是Sarrus连杆。

图1.2混合六杆连杆

1.2.3Bricard连杆

Bricard分别于1897年和1927发现了六种不同的可动六连杆，即为线对称Bricard连杆、平面对称Bricard连杆、三面体Bricard连杆、线对称八面Bricard连杆、平面对称八面体Bricard连杆和双轴环八面体Bric