CN111332235A - 一种仿秸秆结构的保险杠 - Google Patents
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Abstract
一种仿秸秆结构的保险杠属汽车零部件技术领域,本发明由6个横梁单元左右顺序排列并固接的横梁组件和两个吸能盒组成,两个吸能盒分别固接于横梁组件中首尾两个横梁单元的后面,横梁单元和吸能盒均为管状结构,管状结构的横截面的***轮廓线由凹、凸曲线和直线构成,本发明的6个横梁单元便于更换,6个横梁单元之间连接处的法兰,能起到与秸秆节结构相同的增强作用;吸能盒的曲面可有效提高变形过程中的吸能量和稳定性;本发明成本低,防撞效果好,它在交通工具上的应用,将有效提高汽车行驶的安全性。
Description
技术领域
本发明属汽车零部件技术领域,具体涉及一种仿秸秆结构的保险杠。
背景技术
近年来随着我国汽车保有量的增加和车速的提升,由此造成的交通安全事故、人员伤亡与财富损失等问题越来越严重。据有关统计资料,在当今的交通事故中,正面碰撞占主要比例,而汽车保险杠对于车辆的正面碰撞安全性具有很重要的意义。当发生低速碰撞时,其可以通过自身的弹性变形来吸收碰撞能量,从而保护后面的重要结构,如发动机等;而当发生高速碰撞时,保险杠可以将碰撞产生的冲击力合理的分配给车身的后部结构,避免出现局部严重变形,威胁乘员的生存空间。汽车保险杠作为汽车被动安全装置中的重要组成部分,在保证乘员安全和降低碰撞事故中对行人的伤害方面起着重要的作用。保险杠通常是由一定截面特征的横梁和位于两侧连接汽车两个纵梁的吸能元件组成。横梁的功能是将碰撞产生的能量均匀的传递给两侧的吸能元件上,降低碰撞剩余能量,同时保证能量传递过程中的稳定性。而吸能盒(或支架)的主要作用是通过自身的塑性变形,来吸收碰撞过程中产生的能量。
目前,保险杠可以按缓冲吸能元件的结构分为三类。第一类为结构形式简单、成本较低的传统保险杠,其耐撞性能相对较差,一般应用于低档轿车的设计中。第二类保险杠为采用多孔材料填充吸能元件的缓冲吸能保险杠,在碰撞过程中通过多孔材料的变形来吸收冲击能量,从而能够在轻量化的前提下提高保险杠的耐撞性能。第三类为在保险杠与车身底部纵梁之间安装吸能减震器的吸能保险杠,在碰撞过程中主要通过减震器的压缩变形吸收大量能量,碰撞后减震器自动回位可重复吸收冲击能量,此类保险杠的吸能效果最佳,但成本相对较高,适合安装在高级、豪华轿车上。保险杠的主要作用是在低速碰撞时吸收撞击能量,保护其后面车身结构不被破坏,从而有效地降低维修管理费用。但现有的保险杠装置遇到很多问题,例如存在制造成本高、安装不方便、结构复杂以及通用更换性较小等缺点,同时普遍存在质量大、吸能效率低的特点,而通过仿生设计的方法来设计出轻质高吸能的保险杠是一种新方法。因此,研究汽车保险杠的碰撞特性和碰撞过程中的吸能特性,提高保险杠在碰撞过程中的吸能性能以及碰撞后的通用更换性,对于提高汽车的碰撞安全性具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决车辆用保险杠存在的低吸能、高成本以及低通用性的问题而提出了一种仿秸秆截面结构的仿生保险杠。本发明提高了保险杠的耐撞吸能特性,同时为保险杆零部件的可更提醒提出了参考和依据。
本发明以轻质高强的高粱秸秆结构为仿生原型,通过分析发现高粱秸秆的横截面上存在一个向内凹的曲线结构,通过统计测量分析,得到了其典型的内凹曲线,并根据工程仿生学原理,基于保险杠的主要受力形式,将该典型内凹曲线应用到保险杠的横梁和吸能盒的设计中去,设计出一种高强低成本且易更换的保险杠。
本发明由横梁组件A、吸能盒组件ⅠB和吸能盒组件ⅡC组成,其中:吸能盒组件ⅠB中吸能盒Ⅰ6的前端固接于横梁组件A中横梁单元ⅠD的后面;吸能盒组件ⅡC中吸能盒Ⅱ10的前端固接于横梁组件A中横梁单元ⅥI的后面;吸能盒组件ⅠB的法兰Ⅰ7和吸能盒组件ⅡC的法兰Ⅱ11在同一平面上,且与横梁组件A的中心横截面垂直。
所述的横梁组件A由横梁单元ⅠD、横梁单元ⅡE、横梁单元ⅢF、横梁单元ⅣG、横梁单元ⅤH和横梁单元ⅥI组成,且自左至右顺序排列并经螺栓固接。
横梁单元ⅠD、横梁单元ⅡE、横梁单元ⅢF、横梁单元ⅣG、横梁单元ⅤH和横梁单元ⅥI结构相同,均由左法兰1、横梁3和右法兰4组成,且左法兰1、横梁3和右法兰4自左至右顺序排列并固接,左法兰1上设有孔组Ⅰ2的四个孔,右法兰4上设有孔组Ⅱ5的四个孔。
横梁3为管状结构,其横截面的前后最大宽度L1为:88-108mm,上下的最大高度H1为:142-158mm,横梁3的壁厚L2为:1.9-2.4mm。
横梁3横截面的***轮廓线由a1b1曲线、b1c1曲线、c1d1曲线、d1e1曲线、e1f1曲线、f1g1曲线、g1h1曲线和h1a1曲线顺序连接而成,且a1b1曲线、b1c1曲线、c1d1曲线、d1e1曲线、e1f1曲线、f1g1曲线、g1h1曲线和h1a1曲线均为圆弧线,其中:
a1b1曲线和e1f1曲线的曲率半径R0均为72-78mm,曲线对应的圆心角度均为69-75°。
c1d1曲线和g1h1曲线的曲率半径r1均为57-63mm,曲线对应的圆心角度均为94-100°。
b1c1曲线、d1e1曲线、f1g1曲线、h1a1曲线的曲率半径r均为8-12mm,弧长对应的角度均为98-106°。
所述的吸能盒组件ⅠB由吸能盒Ⅰ6和法兰Ⅰ7组成,法兰Ⅰ7上设有矩形孔Ⅰ8和孔组Ⅲ9的四个孔;法兰Ⅰ7固接于吸能盒Ⅰ6后端。
所述的吸能盒组件ⅡC由吸能盒Ⅱ10和法兰Ⅱ11组成,法兰Ⅱ11上设有矩形孔Ⅱ12和孔组Ⅳ13的四个孔;法兰Ⅱ11固接于吸能盒Ⅱ10后端。
吸能盒Ⅰ6和吸能盒Ⅱ10均为管状结构,且左右对称;吸能盒Ⅰ6和吸能盒Ⅱ10的横截面的***轮廓线相同,均由ab曲线、bc曲线、cd曲线、de直线、ef曲线、fg曲线、gh曲线、hi直线、ij曲线、jk曲线、kl曲线、lm直线、mn曲线、no曲线、op曲线和pa直线顺序连接而成。
ab曲线、bc曲线、cd曲线、ef曲线、fg曲线、gh曲线、ij曲线、jk曲线、kl曲线、mn曲线、no曲线和op曲线均为圆弧线,其中:
ab曲线、cd曲线、ef曲线、gh曲线、ij曲线、kl曲线、mn曲线和op曲线的曲率半径r3均为:2.5-3.5mm,曲线对应的圆心角度均为78-86°;bc曲线和jk曲线的曲率半径R1均为:47-53mm,曲线对应的圆心角度均为88-92°;fg曲线和no曲线的曲率半径r2均为:47-53mm,曲线对应的圆心角度均为88-92°;de直线、hi直线、lm直线和pa直线的长度均为:10.5-12.5mm;吸能盒Ⅰ6和吸能盒Ⅱ10横截面的左右最大宽度L3为:88-108mm,上下的最大高度H2为:88-108mm,壁厚L4为:1.9-2.4mm。
通过模仿秸秆茎秆上的节特征,在每一个横梁单元的端部设计了一个安装法兰盘,在起到连接作用的同时,起到类似于秸秆节特征的增强作用。
本发明能解决汽车用保险杠存在的高成本和低强度的问题,提高保险杠的强度的同时,提出了一种具有高通用性的保险杠。与同尺寸普通圆形截面保险杠相比,本发明在100%正面碰撞时的吸能量提高了50.64%,比吸能提高了42.32%;在正面柱撞碰撞时的吸能量提高了23.4%,比吸能提高了16.59%。体现了仿生保险杠优异的耐撞吸能特性。同时,横梁单元结果作为一种通用结构,便于在发生局部失效时的更换。
附图说明
图1为仿秸秆结构的保险杠的轴测图
图2为横梁单元组件A的轴测图
图3为横梁单元的轴测图
图4为横梁单元的正视图
图5为图4中a-a截面视图
图6为吸能盒组件ⅠB的轴测图
图7为吸能盒组件ⅡC的轴测图
图8为吸能盒组件的正视图
图9为图8中b-b截面视图
其中:A.横梁组件 B.吸能盒组件Ⅰ C.吸能盒组件Ⅱ D.横梁单元Ⅰ E.横梁单元ⅡF.横梁单元Ⅲ G.横梁单元Ⅳ H.横梁单元Ⅴ I.横梁单元Ⅵ 1.左法兰 2.孔组Ⅰ 3.横梁4.右法兰 5.孔组Ⅱ 6.吸能盒Ⅰ 7.法兰Ⅰ 8.矩形孔Ⅰ 9.孔组Ⅲ 10.吸能盒Ⅱ 11.法兰Ⅱ12.矩形孔Ⅱ 13.孔组Ⅳ
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1所示,本发明由横梁组件A、吸能盒组件ⅠB和吸能盒组件ⅡC组成,其中:吸能盒组件ⅠB中吸能盒Ⅰ6的前端固接于横梁组件A中横梁单元ⅠD的后面;吸能盒组件ⅡC中吸能盒Ⅱ10的前端固接于横梁组件A中横梁单元ⅥI的后面;吸能盒组件ⅠB的法兰Ⅰ7和吸能盒组件ⅡC的法兰Ⅱ11在同一平面上,且与横梁组件A的中心横截面垂直。
如图2至图5所示,所述的横梁组件A由横梁单元ⅠD、横梁单元ⅡE、横梁单元ⅢF、横梁单元ⅣG、横梁单元ⅤH和横梁单元ⅥI组成,且自左至右顺序排列并经螺栓固接。
横梁单元ⅠD、横梁单元ⅡE、横梁单元ⅢF、横梁单元ⅣG、横梁单元ⅤH和横梁单元ⅥI结构相同,均由左法兰1、横梁3和右法兰4组成,且左法兰1、横梁3和右法兰4自左至右顺序排列并固接,左法兰1上设有孔组Ⅰ2的四个孔,右法兰4上设有孔组Ⅱ5的四个孔。
横梁3为管状结构,其横截面的前后最大宽度L1为:88-108mm,上下的最大高度H1为:142-158mm,横梁3的壁厚L2为:1.9-2.4mm。
横梁3横截面的***轮廓线由a1b1曲线、b1c1曲线、c1d1曲线、d1e1曲线、e1f1曲线、f1g1曲线、g1h1曲线和h1a1曲线顺序连接而成,且a1b1曲线、b1c1曲线、c1d1曲线、d1e1曲线、e1f1曲线、f1g1曲线、g1h1曲线和h1a1曲线均为圆弧线,其中:
a1b1曲线和e1f1曲线的曲率半径R0均为72-78mm,曲线对应的圆心角度均为69-75°。
c1d1曲线和g1h1曲线的曲率半径r1均为57-63mm,曲线对应的圆心角度均为94-100°。
b1c1曲线、d1e1曲线、f1g1曲线、h1a1曲线的曲率半径r均为8-12mm,弧长对应的角度均为98-106°。
如图6至图9所示,所述的吸能盒组件ⅠB由吸能盒Ⅰ6和法兰Ⅰ7组成,法兰Ⅰ7上设有矩形孔Ⅰ8和孔组Ⅲ9的四个孔;法兰Ⅰ7固接于吸能盒Ⅰ6后端。
所述的吸能盒组件ⅡC由吸能盒Ⅱ10和法兰Ⅱ11组成,法兰Ⅱ11上设有矩形孔Ⅱ12和孔组Ⅳ13的四个孔;法兰Ⅱ11固接于吸能盒Ⅱ10后端。
吸能盒Ⅰ6和吸能盒Ⅱ10均为管状结构,且左右对称;吸能盒Ⅰ6和吸能盒Ⅱ10的横截面的***轮廓线相同,均由ab曲线、bc曲线、cd曲线、de直线、ef曲线、fg曲线、gh曲线、hi直线、ij曲线、jk曲线、kl曲线、lm直线、mn曲线、no曲线、op曲线和pa直线顺序连接而成。
ab曲线、bc曲线、cd曲线、ef曲线、fg曲线、gh曲线、ij曲线、jk曲线、kl曲线、mn曲线、no曲线和op曲线均为圆弧线,其中:
ab曲线、cd曲线、ef曲线、gh曲线、ij曲线、kl曲线、mn曲线和op曲线的曲率半径r3均为:2.5-3.5mm,曲线对应的圆心角度均为78-86°;bc曲线和jk曲线的曲率半径R1均为:47-53mm,曲线对应的圆心角度均为88-92°;fg曲线和no曲线的曲率半径r2均为:47-53mm,曲线对应的圆心角度均为88-92°;de直线、hi直线、lm直线和pa直线的长度均为:10.5-12.5mm;吸能盒Ⅰ6和吸能盒Ⅱ10横截面的左右最大宽度L3为:88-108mm,上下的最大高度H2为:88-108mm,壁厚L4为:1.9-2.4mm。
Claims (3)
1.一种仿秸秆结构的保险杠,其特征在于:由横梁组件(A)、吸能盒组件Ⅰ(B)和吸能盒组件Ⅱ(C)组成,其中:吸能盒组件Ⅰ(B)中吸能盒Ⅰ(6)的前端固接于横梁组件(A)中横梁单元Ⅰ(D)的后面;吸能盒组件Ⅱ(C)中吸能盒Ⅱ(10)的前端固接于横梁组件(A)中横梁单元Ⅵ(I)的后面;吸能盒组件Ⅰ(B)的法兰Ⅰ(7)和吸能盒组件Ⅱ(C)的法兰Ⅱ(11)在同一平面上,且与横梁组件(A)的中心横截面垂直。
2.按权利要求1所述的仿秸秆结构的保险杠,其特征在于:所述的横梁组件(A)由横梁单元Ⅰ(D)、横梁单元Ⅱ(E)、横梁单元Ⅲ(F)、横梁单元Ⅳ(G)、横梁单元Ⅴ(H)和横梁单元Ⅵ(I)组成,且自左至右顺序排列并经螺栓固接;横梁单元Ⅰ(D)、横梁单元Ⅱ(E)、横梁单元Ⅲ(F)、横梁单元Ⅳ(G)、横梁单元Ⅴ(H)和横梁单元Ⅵ(I)结构相同,均由左法兰(1)、横梁(3)和右法兰(4)组成,且左法兰(1)、横梁(3)和右法兰(4)自左至右顺序排列并固接,左法兰(1)上设有孔组Ⅰ(2)的四个孔,右法兰(4)上设有孔组Ⅱ(5)的四个孔;横梁(3)为管状结构,其横截面的前后最大宽度L1为:88-108mm,上下的最大高度H1为:142-158mm,横梁(3)的壁厚L2为:1.9-2.4mm;横梁(3)横截面的***轮廓线由a1b1曲线、b1c1曲线、c1d1曲线、d1e1曲线、e1f1曲线、f1g1曲线、g1h1曲线和h1a1曲线顺序连接而成,且a1b1曲线、b1c1曲线、c1d1曲线、d1e1曲线、e1f1曲线、f1g1曲线、g1h1曲线和h1a1曲线均为圆弧线,其中:a1b1曲线和e1f1曲线的曲率半径R0均为72-78mm,曲线对应的圆心角度均为69-75°;c1d1曲线和g1h1曲线的曲率半径r1均为57-63mm,曲线对应的圆心角度均为94-100°;b1c1曲线、d1e1曲线、f1g1曲线、h1a1曲线的曲率半径r均为8-12mm,弧长对应的角度均为98-106°。
3.按权利要求1所述的仿秸秆结构的保险杠,其特征在于:所述的吸能盒组件Ⅰ(B)由吸能盒Ⅰ(6)和法兰Ⅰ(7)组成,法兰Ⅰ(7)上设有矩形孔Ⅰ(8)和孔组Ⅲ(9)的四个孔;法兰Ⅰ(7)固接于吸能盒Ⅰ(6)后端;所述的吸能盒组件Ⅱ(C)由吸能盒Ⅱ(10)和法兰Ⅱ(11)组成,法兰Ⅱ(11)上设有矩形孔Ⅱ(12)和孔组Ⅳ(13)的四个孔;法兰Ⅱ(11)固接于吸能盒Ⅱ(10)后端;吸能盒Ⅰ(6)和吸能盒Ⅱ(10)均为管状结构,且左右对称;吸能盒Ⅰ(6)和吸能盒Ⅱ(10)的横截面的***轮廓线相同,均由ab曲线、bc曲线、cd曲线、de直线、ef曲线、fg曲线、gh曲线、hi直线、ij曲线、jk曲线、kl曲线、lm直线、mn曲线、no曲线、op曲线和pa直线顺序连接而成,ab曲线、bc曲线、cd曲线、ef曲线、fg曲线、gh曲线、ij曲线、jk曲线、kl曲线、mn曲线、no曲线和op曲线均为圆弧线,其中ab曲线、cd曲线、ef曲线、gh曲线、ij曲线、kl曲线、mn曲线和op曲线的曲率半径r3均为:2.5-3.5mm,曲线对应的圆心角度均为78-86°;bc曲线和jk曲线的曲率半径R1均为:47-53mm,曲线对应的圆心角度均为88-92°;fg曲线和no曲线的曲率半径r2均为:47-53mm,曲线对应的圆心角度均为88-92°;de直线、hi直线、lm直线和pa直线的长度均为:10.5-12.5mm;吸能盒Ⅰ(6)和吸能盒Ⅱ(10)横截面的左右最大宽度L3为:88-108mm,上下的最大高度H2为:88-108mm,壁厚L4为:1.9-2.4mm。
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