基于绳驱动多支链的锁紧机构综合及声品质分析

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现有汽车门锁内部机构多以型面、齿轮-连杆以及弹簧组合实现车门的保险、开启和吸合功能。针对汽车侧门锁的智能互联需求,引入绳驱动机构研发低噪音智能侧门锁。本文以车门锁电动保险、自动吸合功能需求为目标,提出从缆绳牵引柔性机构角度进行减噪新思路,构造汽车门锁新型保险机构、电动吸合机构;针对电动开启支链曲柄齿轮回复噪声进行优化设计以改善车门锁声品质。具体研究内容如下:(1)针对汽车碰撞情况下车门锁紧失效导致车门意外开启问题,考虑保险杆大行程传动特性,基于缆绳低惯性大行程特点,提出一种新型三支链缆绳型面驱动锁紧保险机构,具有型面锁紧保险状态,型面凹槽锁止防碰撞状态。在保留原有保险功能外,新型缆绳锁紧保险机构可实现驱动三缆绳锁止保险滑块于其环形凹槽处,避免了汽车侧面碰撞而导致的车门意外开启;对缆绳锁紧保险机构的型面驱动力、位移关系进行求解,基于细长杆理论,使用Cosserat杆模型分析缆绳非线性大变形特点;利用赫兹接触理论分析缆绳与保险滑块接触力变化曲线;使用显式有限元法仿真锁紧、锁止过程中保险滑块与缆绳接触,得到缆绳变形应力及接触力变化情况,验证所选用的驱动缆绳满足材料许用应力要求。(2)针对大密封反力条件下车门电动吸合功能实现的电机驱动匹配需求,利用杠杆、动滑轮组合力放大原理,提出具有扭簧复位的三重力放大新型绳牵引电动吸合机构。基于导杆机构运动过程中几何尺度关系及力矩平衡约束方程,得到棘轮转角与棘轮拨杆转角、缆绳拉力的函数关系;由缆绳拉力峰值确定电机所需扭矩,确保可靠实现汽车门锁电动吸合功能。该机构中牵引缆绳的柔顺可弯曲特性为外置吸合电机安装位置设置提供广适性和可行性。(3)针对汽车门锁电动开启支链中曲柄齿轮的时变啮合刚度特性使其存在啮合冲击噪声,提出一种显式有限元-边界元结合的求解方法,探索电动开启复位过程中曲柄非完整齿轮瞬态啮合冲击对车门锁噪声的影响。采用Abaqus建立电动开启支链有限元模型,以显式有限元求得轮齿啮合接触力;计算该接触力作用下曲柄齿轮振动位移响应;以曲柄齿轮为声源,声学物理模型为边界条件,求得曲柄齿轮声辐射响应。基于曲柄齿轮振动位移分布特征,发现了曲柄非完整齿轮的悬臂梁结构特征及其导致的时变啮合刚度;以增强刚度手段优化曲柄齿轮结构,降低了两端振动水平。结果表明:扭簧组合导致曲柄齿轮产生复位冲击噪声,其仿真结果与声学试验结果吻合良好,验证了显式有限元-边界元结合仿真求解方法的正确性和有效性。
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