车辆碰撞吸能装置的制作方法

本发明涉及碰撞吸能技术领域，尤其是一种车辆碰撞吸能装置。

背景技术：

目前车辆机舱布置越来越紧凑，受空间限制，发动机及变速箱与转向器的间隙较小，车辆发生碰撞时，动力总成后移下沉过程中很容易受转向器阻挡，大大减弱了车辆碰撞吸能性能。现有的一种转向器通过螺栓连接的方式进行固定，安装的螺栓均为普通螺栓，正常工作主要受力方向y向和正常工作非主要受力方向x向，但碰撞时主要受力方向x向有着同样的强度。这种结构的车辆发生碰撞的过程中，转向器严重影响动力总成后移及下沉行程，从而影响吸能性能。随着车辆碰撞安全要求不断提高，现有设计已经很难满足要求，所以需要采取新的结构来减弱转向器对碰撞吸能的影响以提升车辆安全等级。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种车辆碰撞吸能装置，这种装置可以解决现有车辆发生碰撞时，动力总成溃缩吸能受限的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种车辆碰撞吸能装置包括连接转向器安装座与副车架的转向器安装螺栓和锁紧螺母，所述转向器安装座固定于转向器上，所述转向器安装螺栓的杆体上设有凹槽，所述凹槽朝向所述连接转向器安装座和所述副车架的接合界面。

上述车辆碰撞吸能装置的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述凹槽为沿所述杆体外圆周前后设置两个不连续的前切口和后切口，所述前切口朝向车辆的前进方向，所述后切口的朝向与所述前切口相背离。

进一步的，所述凹槽的内表面为圆弧面。

进一步的，所述转向器安装螺栓的螺栓头部与所述转向器安装座相抵接。

进一步的，所述转向器安装固定有两个所述转向器安装座。

进一步的，所述转向器与动力总成的间距小于35mm。

进一步的，所述转向器安装螺栓的凹槽深度通过如下关系式得出：

f=2μn+2k*σ*{πr²-2[πr²*(arcsin(r-h)/r)/180°-（r-h）(r²-(r-h)²)½]}

f—整车碰撞分析后分解到转向器的最大阻力(n)；

μ—转向器与副车架贴合面的摩擦力系数；

n—转向器安装螺栓预紧力（n）；

k—螺栓凹槽应力集中使得凹槽方向抗剪切力衰减系数，通过试验得出；

σ—螺栓材料剪应力（pa）；

r—螺栓光杆部分半径（m）；

h—凹槽深度（m）。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、在转向器安装螺栓上开设朝向转向器安装座和副车架接合面的凹槽，既能使安装螺栓在x向和y向不同的强度，保证转向器正常工作时安全可靠，又能在产生碰撞时，使螺栓从凹槽处被安装座切断，从而溃缩吸能，同时不影响动力总成溃缩，解决汽车动力总成溃缩吸能受限的问题，提升车辆安全性。

2、凹槽设计成环形槽，可提高转向器的溃缩吸能性能。

3、凹槽的内表面为圆弧面，有利于减小应力集中，提高转向器正常工作时的安全可靠性。

4、螺栓头部与转向器安装座相抵接，螺栓末端向下，可使杆体上的凹槽始终朝向转向器安装座和副车架接合面，提高溃缩吸能的可靠性。

5、螺栓凹槽深度通过关系式及台架试验准确的得出，确保了转向器的溃缩吸能性能。

附图说明

图1是本车辆碰撞吸能装置的结构示意图。

图2是转向器安装螺栓杆体的结构示意图。

图3是图2中a-a方向的剖视图。

图4是本车辆碰撞吸能装置的装配示意图。

图5是动力总成和转向器安装位置示意图。

图6是转向器安装螺栓x向溃缩力与位移关系曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本发明作进一步详述：

图1和图4所示的车辆碰撞吸能装置包括连接转向器安装座2与副车架3的转向器安装螺栓1和锁紧转向器安装螺栓1的锁紧螺母4，本实施例的转向器5上安装固定有两个转向器安装座2，转向器5通过转向器安装座2、转向器安装螺栓1和锁紧螺母4连接固定于副车架3之上。如图2和图3所示，转向器安装螺栓1的杆体上设有凹槽1-2，该凹槽1-2为沿杆体外圆周前后设置两个不连续的前切口和后切口，所述前切口朝向车辆的前进方向，所述后切口的朝向与所述前切口相背离，凹槽1-2的内表面为圆弧面；当转向器安装螺栓1向下连接转向器安装座2与副车架3，并用锁紧螺母4锁紧固定后，转向器安装螺栓1的螺栓头部1-1与转向器安装座2相抵接，凹槽1-2朝向转向器安装座2和副车架3的接合界面。转向器安装螺栓1的轴线方向同时垂直于转向器5正常工作主要受力方向——y向以及碰撞时主要受力方向——x向，通过设置不同的凹槽1-2深度变化，可以调节溃缩力的变化。转向器安装螺栓的凹槽深度通过如下关系式得出：

f=2μn+2k*σ*{πr²-2[πr²*(arcsin(r-h)/r)/180°-（r-h）(r²-(r-h)²)½]}

f—整车碰撞分析后分解到转向器的最大阻力(n)；

μ—转向器与副车架贴合面的摩擦力系数；

n—转向器安装螺栓预紧力（n）；

k—螺栓凹槽应力集中使得凹槽方向抗剪切力衰减系数，通过试验得出；

σ—螺栓材料剪应力（pa）；

r—螺栓光杆部分半径（m）；

h—凹槽深度（m）。

本发明时根据转向器5在正常工作时和车辆严重碰撞时的受力差异，设计的一种特殊安装螺栓。保证转向器5在正常工作时安全可靠，车辆严重碰撞时转向器5可溃缩吸能。如图4所示，转向器5正常工作时主要受力方向为y向，碰撞时主要受力方向为x向。根据此受力特性，本车辆碰撞吸能装置能保证y向强度满足转向器工作要求，x向强度则根据碰撞吸能要求设计，螺栓通过扭矩加角度的控制方法打紧，保证打紧后x向和y向与设计状态一一对应。如图5所示，一般设计时动力总成6与转向器5的间隙要求35mm以上，不满足此间隙要求时为了保证碰撞安全要求则考虑采用螺栓剪切避让的方案，碰撞时力的传递方向和动力总成移动方向与车辆前进方向相反。当车辆发生碰撞的时候，动力总成的冲击力大概在505kn以上（动力总成约150kg，冲击加速度35g以上），当碰撞力大于60kn时转向器安装螺栓1剪断。

对第一批的1号件1-1、2号件1-2和3号件1-3进行测试，以转向器安装螺栓1受到x向剪切力时的位移为和坐标，转向器安装螺栓1的x向的剪切力为纵坐标绘制如图6所示的转向器安装螺栓1的x向溃缩力与位移关系曲线，由曲线可知第一批的1号件1-1在收到剪切力达到约58kn时螺栓剪断，此时螺栓移动的约10.5mm。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种车辆碰撞吸能装置，涉及碰撞吸能技术领域，它包括连接转向器安装座与副车架的转向器安装螺栓和锁紧螺母，所述转向器安装座固定于转向器上，所述转向器安装螺栓的杆体上设有凹槽，所述凹槽朝向所述连接转向器安装座和所述副车架的接合界面。本发明解决现有车辆发生碰撞时，动力总成溃缩吸能受限的问题。

技术研发人员：黄东杰;黄汉舟;黄荣生;胡建冰;吴显智;黄桥;葛跃;李廷
受保护的技术使用者：东风柳州汽车有限公司
技术研发日：2019.01.31
技术公布日：2019.05.31