基于四连杆机构原理汽车后备箱衣帽架设计

余维刚　危学兵

摘 要：本文主要介绍了一种根据四连杆机构工作原理设计的汽车后备箱可翻折衣帽架的方法，在文中，作者巧妙地将四连杆机构原理运用到衣帽架设计过程中，将尾门转动轴、衣帽架转动轴、尾门拉绳、衣帽架主体分别等同于机架、连架杆和连杆。通过计算分析和3D建模完成一套衣帽架的设计，经过实车验证，设计结果可行且可靠。

关键词：后备箱 四连杆机构 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、两厢轿车等车型的标准配置零件（如图1所示），其作用是将汽车尾厢空间进行分割。衣帽架可以对尾厢底层起遮挡保护作用，上层可以放一些轻质物品，例如：衣服、帽子等，因而得名衣帽架。衣帽架可分为卷帘式和复合板式。

复合板衣帽架详细结构如图2所示，由衣帽架主体Ⅰ、衣帽架主体Ⅱ、固定销轴、拉绳、缓冲垫组成。

衣帽架随尾门开启过程中的运动简图如图3所示。

说明：

a：尾门  b：拉绳  c：衣帽架主體Ⅰ  d：衣帽架主体Ⅱ

尾门开启，通过拉绳拉动衣帽架主体Ⅱ，衣帽架主体Ⅱ绕着与衣帽架主体Ⅰ的交接线旋转开启一定的角度，这是衣帽架的整体运动过程。

四连杆机构的简介

铰链四连杆机构的基本型式如图4所示

四连杆机构根据连架杆能否周转运动分为：1、曲柄摇杆机构;2、双曲柄机构;3、双摇杆结构。其中，曲柄：能作整圈转动的连架杆。摇杆：只能在一定角度范围内摆动的连架杆。

平面四连杆机构的设计

设计的基本问题

A.满足预定的运动要求;

B.满足预定的连杆位置要求（如图5所示）;

C.满足预定的轨迹要求。

设计方法

a.解析法

b.图解法

c.实验试凑法

通过对比，发现衣帽架的整体运动过程符合设计的基本问题B，如图6所示，将图5旋转一个角度得到图6，图6所示的连杆位置与尾门和衣帽架相似。

2 背景

在以往项目衣帽架设计过程中存在以下问题：

① 衣帽架缓冲块与尾门内饰板干涉磨出粉末;

② 样车过坏路试验时衣帽架饰板晃动大;

③ 衣帽架饰板尾门端吊绳易脱落;

④ 衣帽架饰板转轴松脱;

⑤ 尾门胶条夹衣帽架拉绳引起漏水;

⑥ 衣帽板与后侧围饰板运动干涉，有磨痕等。

为解决衣帽架设计中存在的各种问题，我们根据衣帽架的功能需求和运动要求，经过对衣帽架的运动抽象简化，利用机械原理对衣帽架进行运动设计分析，从根本上解决设计中的问题。

3 设计方法

1）衣帽架拉绳与衣帽架工作参数分析，如图7所示，图7由图1简化，图中展示了尾门最大开启状态对应的衣帽架饰板最大拉起状态，这个状态需要根据后备箱空间需求定义。

2）经过对衣帽架和四连杆机构的对比分析，整体运动状态符合四连杆运动机构，因此我们对衣帽架的机构进行抽象简化，获得四连杆机构简图，如图8所示。

简化说明：1、尾门窗框饰板简化为连架杆Ⅰ;

2、衣帽架饰板简化为连架杆Ⅱ;

3、尾门转轴与衣帽架转轴固定结构简化为机架;

4、衣帽架拉绳简化为连杆。

3）假设设计需要满足，尾门最大开度为度，衣帽架要开启度，拉绳的一端在衣帽架上的固定点，以上作为前提设计条件。

未知条件：衣帽架拉绳的长度，衣帽架拉绳位置（图9中点）。

因此我们需要做的就是确定拉绳位置和拉绳长度，拉绳位置确定后，拉绳长度就确定了，就是开启（或关闭）状态两个拉绳点的距离。

4）由于我们对拉绳在衣帽架上的点的位置要求较高，直接影响美观性，并且可选点的位置相对偏少，因此我们先在衣帽架上预选一个位置（图9中点），考虑到美观性和空间方便性一般选择在衣帽架后边的两个角区域，根据这个点位置，我们根据四连杆机构原理就能确定尾门上的衣帽架另外一个选点（图9中点），然后衣帽架翻折方案就确定了。

4 总结

a.建议将拉绳在衣帽架上的选点位置确定在衣帽架的两个角的位置;

b.误差补偿：工程实际如果需要关闭状态绳子是松弛状态的话，可以将理论状态的绳子加长1-3，但是这样会导致开门状态的衣帽架最大开度减小，为了平衡这个误差，在设计的时候按照理论开度增加1-2°设计，而设计的拉绳是加长1-3，这样的话，实际开度会减小到理论开度，关门后拉绳将处于松弛状态;

c.可以根据结果计算拉绳需要满足的力学承重要求。

参考文献：

[1]机械原理 王云德 吉林大学出版社.