本發(fā)明涉及一種汽車安全保險(xiǎn)裝置，具體涉及到新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的汽車前保險(xiǎn)杠裝置，屬于復(fù)合材料開發(fā)運(yùn)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

汽車的普及給人們出行帶來極大的方便，而行車的安全問題卻不容忽視。在汽車的研發(fā)設(shè)計(jì)過程中，都應(yīng)將汽車的安全性放在重中之重的位置。在研發(fā)階段把安全放作首先考慮的因素，非常有利于改善當(dāng)下交通安全的狀況。無論是消費(fèi)者還是制造企業(yè)，對(duì)汽車安全的重視程度都在逐漸提高。作為研發(fā)設(shè)計(jì)人員，認(rèn)識(shí)到汽車安全的重要性非常重要。汽車碰撞時(shí)，首先受到傷害的是汽車的前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)。汽車前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)作為一種重要的汽車保護(hù)裝置起著保護(hù)汽車和行車人的作用。在發(fā)生碰撞時(shí)，吸能前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)通過自身變形吸收大量碰撞產(chǎn)生的能量有效的保護(hù)了汽車其他零部件和乘客安全。目前，汽車輕量化的研究主要在兩個(gè)方向，一方面使用小密度高強(qiáng)的的輕量化材料，比如如鋁、鎂、陶瓷、塑料、玻璃纖維或碳纖維復(fù)合材料等。另一方面可以改進(jìn)汽車結(jié)構(gòu)減少或者減輕部件數(shù)，來達(dá)到輕量化的目的。碳纖維復(fù)合材料由于具有較高的比強(qiáng)度、比剛度、比吸能、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等許多優(yōu)異特性，逐漸應(yīng)用到汽車工業(yè)中。根據(jù)英國(guó)材料系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研究，在眾多的復(fù)合材料中，碳纖維復(fù)合材料是最輕的制造汽車車身材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種新材料碳纖維復(fù)合材料用作汽車前保險(xiǎn)杠橫梁和吸能盒，吸能盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大改進(jìn)。一種汽車前保險(xiǎn)杠裝置，包括多排橡膠半球、兩個(gè)底座、兩個(gè)吸能盒、橫梁、雙拱形加強(qiáng)筋、防磨橡膠墊；橫梁外表面為弧面，橫梁的截面是長(zhǎng)方形空心；橡膠半球通過環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接在橫梁的外弧面上，整個(gè)橫梁外弧面使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接了多排的橡膠半球，橡膠半球和防磨橡膠墊材料均為吸能率不低于0.5的吸能橡膠；橫梁的內(nèi)弧面和兩個(gè)圓柱形的吸能盒使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接，每個(gè)吸能盒的另一面使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠分別粘接有一個(gè)底座。進(jìn)一步，整個(gè)橫梁外弧面使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接了2至5排的橡膠半球，每排中的橡膠半球等間距分布。進(jìn)一步，汽車前保險(xiǎn)杠裝置還包括雙拱形加強(qiáng)筋；雙拱形加強(qiáng)筋通過使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接置于橫梁的中空處，貫穿整個(gè)橫梁；雙拱形加強(qiáng)筋采用雙峰結(jié)構(gòu)，截面形狀單峰為正弦曲線。進(jìn)一步，汽車前保險(xiǎn)杠裝置還包括碟彈簧；碟彈簧大圓周面對(duì)齊配合，配合完成的碟彈簧裝入防磨橡膠墊中，最后放入吸能盒褶皺里，褶皺夾角為30°至45°之間，最后將其置于加工吸能盒的模具里，與吸能盒一起成型。進(jìn)一步橫梁和吸能盒采用碳纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料的鋪層方式為+45°-45°0°90°鋪層而成，所述碳纖維復(fù)合材料三個(gè)方向的楊氏模型分別高于181GPa、10.3GPa、10.3GPa；所述碳纖維復(fù)合材料三個(gè)方向的剪切模量分別高于7.17GPa、3.18GPa、7.17GPa。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

1.本發(fā)明中前保險(xiǎn)杠相比傳統(tǒng)的前保險(xiǎn)杠具有橡膠半球裝置，碰撞時(shí)此裝置可以將對(duì)汽車車身的沖擊力峰值降為普通碳纖維前保險(xiǎn)杠的十分之一，沖擊時(shí)的加速度峰值降為普通碳纖維前保險(xiǎn)杠的十二分之一，使沖擊過程更加平穩(wěn)，吸能效果是普通碳纖維前保險(xiǎn)杠的1.25倍，可以有效降低對(duì)車體的損害。橡膠半球裝置還可以使沖擊時(shí)應(yīng)力較為均勻的分布在保險(xiǎn)杠橫梁上，提高橫梁的承載能力。同時(shí)橡膠本身具有緩沖吸能的效果，對(duì)低速碰撞時(shí)保險(xiǎn)杠橫梁具有保護(hù)作用。橡膠半球裝置的半球形設(shè)計(jì)使得碰撞時(shí)正對(duì)保險(xiǎn)杠的沖擊力部分轉(zhuǎn)化為對(duì)橫梁拉力，根據(jù)碳纖維復(fù)合材料各向異性的特點(diǎn)，充分利用碳纖維復(fù)合材料在橫向的較高抗拉性能吸收能量。不僅利用了碳纖維復(fù)合材料正向抗壓的能力，還使碳纖維復(fù)合材料橫向的抗拉能力得到運(yùn)用，充分發(fā)揮了碳纖維復(fù)合材料橫梁的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而使保險(xiǎn)杠可以承受更大的沖擊。

2.本發(fā)明中圓柱形吸能盒采用三角形褶皺，碰撞發(fā)生時(shí)，三角形褶皺容易通過自身形變吸收能力，提高吸能盒的吸能效果。

3.本發(fā)明中吸能盒內(nèi)置碟彈簧裝置，可以有效的把碰撞沖擊產(chǎn)生的巨大動(dòng)能轉(zhuǎn)化為碟彈簧自身的彈性勢(shì)能，能夠在較高速?zèng)_擊時(shí)對(duì)汽車車身進(jìn)行保護(hù)。提高前保險(xiǎn)杠緩沖吸能效果。

4.本發(fā)明中內(nèi)置的雙拱形加強(qiáng)筋能夠?qū)η氨ｋU(xiǎn)杠橫梁提供支撐保護(hù)作用，提高橫梁整體的剛度和強(qiáng)度，不僅減少低速?zèng)_擊時(shí)對(duì)前保險(xiǎn)杠造成的損傷，還能夠減少高速?zèng)_擊時(shí)對(duì)車身和乘客造成的損傷。

5.本發(fā)明中由于碳纖維材料的質(zhì)量較小，整個(gè)汽車前保險(xiǎn)杠裝置的質(zhì)量約為普通鋼制保險(xiǎn)杠質(zhì)量的一半左右，能夠降低汽車整車質(zhì)量，從而降低油耗，減少二氧化碳排放量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明汽車前保險(xiǎn)杠裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明汽車前保險(xiǎn)杠裝置外觀圖；

圖3是本發(fā)明汽車前保險(xiǎn)杠裝置吸能盒內(nèi)部剖視圖；

圖4是本發(fā)明汽車前保險(xiǎn)杠裝置吸能盒剖視局部放大圖；

圖5是本發(fā)明汽車前保險(xiǎn)杠裝置吸能盒零件圖；

圖6是本發(fā)明汽車前保險(xiǎn)杠裝置雙拱形加強(qiáng)筋零件圖；

結(jié)合附圖本發(fā)明實(shí)施例的附圖標(biāo)記如下：

1-底座；2-吸能盒；3-橫梁；4-橡膠半球；5-雙拱形加強(qiáng)筋；6-防磨橡膠墊；7-碟彈簧；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行說明，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。根據(jù)發(fā)明實(shí)施例，提供了一種新型汽車前保險(xiǎn)杠裝置。

本發(fā)明的前保險(xiǎn)杠裝置實(shí)施例1，如圖1所示，前保險(xiǎn)杠裝置包括多排橡膠半球4、兩個(gè)底座1、兩個(gè)吸能盒2、橫梁3、防磨橡膠墊6；橫梁3外表面為弧面，橫梁的截面是長(zhǎng)方形空心；橡膠半球4通過環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接在橫梁3的外弧面上，整個(gè)橫梁3外弧面使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接了多排的橡膠半球4(圖1僅示出3排)，橡膠半球4和防磨橡膠墊6的材料均為吸能率不低于0.5的吸能橡膠；橫梁3的內(nèi)弧面和兩個(gè)圓柱形的吸能盒2使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接，每個(gè)吸能盒2的另一面使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠分別粘接有一個(gè)底座1。本發(fā)明的前保險(xiǎn)杠裝置實(shí)施例2，如圖1所示，整個(gè)橫梁外弧面粘接的橡膠半球?yàn)?至5排(圖1僅示出3排)，每排中的橡膠半球等間距分布。本發(fā)明的前保險(xiǎn)杠裝置實(shí)施例3和4，分別在實(shí)施例1和2的基礎(chǔ)上，如圖6所示，還包括雙拱形加強(qiáng)筋5，雙拱形加強(qiáng)筋5單峰為正弦曲線，采用雙峰結(jié)構(gòu)，橫梁3和雙拱形加強(qiáng)筋5通過膠水環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接，雙拱形加強(qiáng)筋5貫穿整個(gè)保險(xiǎn)杠橫梁3，提高橫梁3剛度和強(qiáng)度。本發(fā)明的實(shí)施例5-8，分別在實(shí)施例1-4的基礎(chǔ)上，如圖5所示，還包括碟彈簧7，吸能盒2中內(nèi)置有碟彈簧7，碟彈簧7大圓周面對(duì)齊配合，配合完成的碟彈簧7裝入防磨橡膠墊6中，然后置于吸能盒2三角形褶皺內(nèi)，褶皺夾角為30°至45°之間，最后將其置于加工吸能盒2的模具里，與吸能盒2一起成型。最后，在本發(fā)明實(shí)施例1-8的基礎(chǔ)上，橫梁和吸能盒采用碳纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料的鋪層方式為+45°-45°0°90°鋪層而成，所述碳纖維復(fù)合材料三個(gè)方向的楊氏模型分別高于181GPa、10.3GPa、10.3GPa；所述碳纖維復(fù)合材料三個(gè)方向的剪切模量分別高于7.17GPa、3.18GPa、7.17GPa。當(dāng)前保險(xiǎn)杠遭受沖擊時(shí)，首先外弧面的橡膠半球4遭受沖擊，橡膠半球4屬于吸能橡膠材料，具有顯著的抗震吸能效果，然后再把沖擊傳給橫梁3和雙拱形加強(qiáng)筋5，由于橫梁3的材料特殊，碳纖維復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度、比剛度、比吸能、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等許多優(yōu)異特性，可大幅度降低外部的沖擊，最后將沖擊傳給吸能盒2，吸能盒2的內(nèi)置碟彈簧7具有很強(qiáng)的減震吸能效果，會(huì)將最后傳入的沖擊大部分吸收，而傳給車身的沖擊幾乎很小了，中低速?zèng)_擊時(shí)幾乎不會(huì)造成損壞事故。

如圖2所示，橡膠半球4和橫梁3外弧面利用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接，整個(gè)橫梁3外弧面使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接了2至5排的橡膠半球4，每排中的橡膠半球4等間距分布，上下兩排之間橡膠板球4的間距不做具體限定，可根據(jù)橫梁尺寸調(diào)動(dòng)，橫梁3的內(nèi)弧面和吸能盒2一個(gè)端面利用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接，內(nèi)弧面上使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠共對(duì)稱粘接有兩個(gè)吸能盒2，吸能盒2內(nèi)置碟彈簧7，兩個(gè)吸能盒2的另一端面分別使用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接有底座1，以便螺栓固定。

如圖3所示，吸能盒2和碟彈簧7之間附有防磨橡膠墊6，碟彈簧7裝入防磨橡膠墊6中，可以減少在震動(dòng)過程中碟彈簧7對(duì)吸能盒2的磨損。整個(gè)吸能盒裝置可以在碰撞沖擊時(shí)起到較好的緩沖吸能效果。

如圖4所示，吸能盒2褶皺夾角為30°至45°之間，防磨橡膠墊6位于碟彈簧7和吸能盒2之間。

碰撞發(fā)生時(shí)，橡膠半球4首先遭受沖擊，吸收一部分能量后，將剩余沖擊能量傳遞給橫梁3和雙拱形加強(qiáng)筋5，碳纖維復(fù)合材料制成的橫梁3可大幅吸收沖擊能量，最后將剩余的沖擊能量傳給吸能盒2，吸能盒2的內(nèi)置碟彈簧7會(huì)將最后傳入的沖擊大部分吸收，從而減小沖擊對(duì)車身的損害。由于所用的碳纖維復(fù)合材料三個(gè)方向的楊氏模型應(yīng)分別高于181GPa、10.3GPa、10.3GPa，三個(gè)方向的剪切模量應(yīng)分別高于7.17GPa、3.18GPa、7.17GPa，吸能橡膠的吸能率不低于0.5，所以保險(xiǎn)杠的安全性比較高。