一种汽车前保险杠装置的制作方法

本发明涉及一种汽车安全保险装置，具体涉及到新型复合材料结构的汽车前保险杠装置，属于复合材料开发运用领域。

背景技术：

汽车的普及给人们出行带来极大的方便，而行车的安全问题却不容忽视。在汽车的研发设计过程中，都应将汽车的安全性放在重中之重的位置。在研发阶段把安全放作首先考虑的因素，非常有利于改善当下交通安全的状况。无论是消费者还是制造企业，对汽车安全的重视程度都在逐渐提高。作为研发设计人员，认识到汽车安全的重要性非常重要。汽车碰撞时，首先受到伤害的是汽车的前保险杠系统。汽车前保险杠系统作为一种重要的汽车保护装置起着保护汽车和行车人的作用。在发生碰撞时，吸能前保险杠系统通过自身变形吸收大量碰撞产生的能量有效的保护了汽车其他零部件和乘客安全。目前，汽车轻量化的研究主要在两个方向，一方面使用小密度高强的的轻量化材料，比如如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等。另一方面可以改进汽车结构减少或者减轻部件数，来达到轻量化的目的。碳纤维复合材料由于具有较高的比强度、比刚度、比吸能、可设计性强等许多优异特性，逐渐应用到汽车工业中。根据英国材料系统实验室研究，在众多的复合材料中，碳纤维复合材料是最轻的制造汽车车身材料。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种新材料碳纤维复合材料用作汽车前保险杠横梁和吸能盒，吸能盒的结构设计有很大改进。一种汽车前保险杠装置，包括多排橡胶半球、两个底座、两个吸能盒、横梁、双拱形加强筋、防磨橡胶垫；横梁外表面为弧面，横梁的截面是长方形空心；橡胶半球通过环氧结构胶粘接在横梁的外弧面上，整个横梁外弧面使用环氧结构胶粘接了多排的橡胶半球，橡胶半球和防磨橡胶垫材料均为吸能率不低于0.5的吸能橡胶；横梁的内弧面和两个圆柱形的吸能盒使用环氧结构胶粘接，每个吸能盒的另一面使用环氧结构胶分别粘接有一个底座。进一步，整个横梁外弧面使用环氧结构胶粘接了2至5排的橡胶半球，每排中的橡胶半球等间距分布。进一步，汽车前保险杠装置还包括双拱形加强筋；双拱形加强筋通过使用环氧结构胶粘接置于横梁的中空处，贯穿整个横梁；双拱形加强筋采用双峰结构，截面形状单峰为正弦曲线。进一步，汽车前保险杠装置还包括碟弹簧；碟弹簧大圆周面对齐配合，配合完成的碟弹簧装入防磨橡胶垫中，最后放入吸能盒褶皱里，褶皱夹角为30°至45°之间，最后将其置于加工吸能盒的模具里，与吸能盒一起成型。进一步横梁和吸能盒采用碳纤维复合材料，碳纤维复合材料的铺层方式为+45°-45°0°90°铺层而成，所述碳纤维复合材料三个方向的杨氏模型分别高于181GPa、10.3GPa、10.3GPa；所述碳纤维复合材料三个方向的剪切模量分别高于7.17GPa、3.18GPa、7.17GPa。

本发明的积极进步效果在于：

1.本发明中前保险杠相比传统的前保险杠具有橡胶半球装置，碰撞时此装置可以将对汽车车身的冲击力峰值降为普通碳纤维前保险杠的十分之一，冲击时的加速度峰值降为普通碳纤维前保险杠的十二分之一，使冲击过程更加平稳，吸能效果是普通碳纤维前保险杠的1.25倍，可以有效降低对车体的损害。橡胶半球装置还可以使冲击时应力较为均匀的分布在保险杠横梁上，提高横梁的承载能力。同时橡胶本身具有缓冲吸能的效果，对低速碰撞时保险杠横梁具有保护作用。橡胶半球装置的半球形设计使得碰撞时正对保险杠的冲击力部分转化为对横梁拉力，根据碳纤维复合材料各向异性的特点，充分利用碳纤维复合材料在横向的较高抗拉性能吸收能量。不仅利用了碳纤维复合材料正向抗压的能力，还使碳纤维复合材料横向的抗拉能力得到运用，充分发挥了碳纤维复合材料横梁的优势，进而使保险杠可以承受更大的冲击。

2.本发明中圆柱形吸能盒采用三角形褶皱，碰撞发生时，三角形褶皱容易通过自身形变吸收能力，提高吸能盒的吸能效果。

3.本发明中吸能盒内置碟弹簧装置，可以有效的把碰撞冲击产生的巨大动能转化为碟弹簧自身的弹性势能，能够在较高速冲击时对汽车车身进行保护。提高前保险杠缓冲吸能效果。

4.本发明中内置的双拱形加强筋能够对前保险杠横梁提供支撑保护作用，提高横梁整体的刚度和强度，不仅减少低速冲击时对前保险杠造成的损伤，还能够减少高速冲击时对车身和乘客造成的损伤。

5.本发明中由于碳纤维材料的质量较小，整个汽车前保险杠装置的质量约为普通钢制保险杠质量的一半左右，能够降低汽车整车质量，从而降低油耗，减少二氧化碳排放量。

附图说明

图1是本发明汽车前保险杠装置结构示意图；

图2是本发明汽车前保险杠装置外观图；

图3是本发明汽车前保险杠装置吸能盒内部剖视图；

图4是本发明汽车前保险杠装置吸能盒剖视局部放大图；

图5是本发明汽车前保险杠装置吸能盒零件图；

图6是本发明汽车前保险杠装置双拱形加强筋零件图；

结合附图本发明实施例的附图标记如下：

1-底座；2-吸能盒；3-横梁；4-橡胶半球；5-双拱形加强筋；6-防磨橡胶垫；7-碟弹簧；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实例进行说明，以详细说明本发明的技术方案。根据发明实施例，提供了一种新型汽车前保险杠装置。

本发明的前保险杠装置实施例1，如图1所示，前保险杠装置包括多排橡胶半球4、两个底座1、两个吸能盒2、横梁3、防磨橡胶垫6；横梁3外表面为弧面，横梁的截面是长方形空心；橡胶半球4通过环氧结构胶粘接在横梁3的外弧面上，整个横梁3外弧面使用环氧结构胶粘接了多排的橡胶半球4(图1仅示出3排)，橡胶半球4和防磨橡胶垫6的材料均为吸能率不低于0.5的吸能橡胶；横梁3的内弧面和两个圆柱形的吸能盒2使用环氧结构胶粘接，每个吸能盒2的另一面使用环氧结构胶分别粘接有一个底座1。本发明的前保险杠装置实施例2，如图1所示，整个横梁外弧面粘接的橡胶半球为2至5排(图1仅示出3排)，每排中的橡胶半球等间距分布。本发明的前保险杠装置实施例3和4，分别在实施例1和2的基础上，如图6所示，还包括双拱形加强筋5，双拱形加强筋5单峰为正弦曲线，采用双峰结构，横梁3和双拱形加强筋5通过胶水环氧结构胶粘接，双拱形加强筋5贯穿整个保险杠横梁3，提高横梁3刚度和强度。本发明的实施例5-8，分别在实施例1-4的基础上，如图5所示，还包括碟弹簧7，吸能盒2中内置有碟弹簧7，碟弹簧7大圆周面对齐配合，配合完成的碟弹簧7装入防磨橡胶垫6中，然后置于吸能盒2三角形褶皱内，褶皱夹角为30°至45°之间，最后将其置于加工吸能盒2的模具里，与吸能盒2一起成型。最后，在本发明实施例1-8的基础上，横梁和吸能盒采用碳纤维复合材料，碳纤维复合材料的铺层方式为+45°-45°0°90°铺层而成，所述碳纤维复合材料三个方向的杨氏模型分别高于181GPa、10.3GPa、10.3GPa；所述碳纤维复合材料三个方向的剪切模量分别高于7.17GPa、3.18GPa、7.17GPa。当前保险杠遭受冲击时，首先外弧面的橡胶半球4遭受冲击，橡胶半球4属于吸能橡胶材料，具有显著的抗震吸能效果，然后再把冲击传给横梁3和双拱形加强筋5，由于横梁3的材料特殊，碳纤维复合材料具有较高的比强度、比刚度、比吸能、可设计性强等许多优异特性，可大幅度降低外部的冲击，最后将冲击传给吸能盒2，吸能盒2的内置碟弹簧7具有很强的减震吸能效果，会将最后传入的冲击大部分吸收，而传给车身的冲击几乎很小了，中低速冲击时几乎不会造成损坏事故。

如图2所示，橡胶半球4和横梁3外弧面利用环氧结构胶粘接，整个横梁3外弧面使用环氧结构胶粘接了2至5排的橡胶半球4，每排中的橡胶半球4等间距分布，上下两排之间橡胶板球4的间距不做具体限定，可根据横梁尺寸调动，横梁3的内弧面和吸能盒2一个端面利用环氧结构胶粘接，内弧面上使用环氧结构胶共对称粘接有两个吸能盒2，吸能盒2内置碟弹簧7，两个吸能盒2的另一端面分别使用环氧结构胶粘接有底座1，以便螺栓固定。

如图3所示，吸能盒2和碟弹簧7之间附有防磨橡胶垫6，碟弹簧7装入防磨橡胶垫6中，可以减少在震动过程中碟弹簧7对吸能盒2的磨损。整个吸能盒装置可以在碰撞冲击时起到较好的缓冲吸能效果。

如图4所示，吸能盒2褶皱夹角为30°至45°之间，防磨橡胶垫6位于碟弹簧7和吸能盒2之间。

碰撞发生时，橡胶半球4首先遭受冲击，吸收一部分能量后，将剩余冲击能量传递给横梁3和双拱形加强筋5，碳纤维复合材料制成的横梁3可大幅吸收冲击能量，最后将剩余的冲击能量传给吸能盒2，吸能盒2的内置碟弹簧7会将最后传入的冲击大部分吸收，从而减小冲击对车身的损害。由于所用的碳纤维复合材料三个方向的杨氏模型应分别高于181GPa、10.3GPa、10.3GPa，三个方向的剪切模量应分别高于7.17GPa、3.18GPa、7.17GPa，吸能橡胶的吸能率不低于0.5，所以保险杠的安全性比较高。