CN103963729B - 具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，包括与车辆相连接的横梁和外固定板，横梁和外固定板之间并排间隔设置至少一个缓冲蓄能器和至少两个缓冲弹簧，缓冲蓄能器包括滚珠丝杠、丝杠螺母、套筒、轴承、飞轮、轴承固定座和轴承座盖板，其中滚珠丝杠一端与横梁相连接，另一端旋装丝杠螺母，丝杠螺母的外圆自上而下依次套装套筒、轴承和旋装飞轮，其中轴承的外圆套装有相连接的轴承固定座和轴承座盖板，套筒可转动穿装在设置在外固定板上的U形安装座底部开设的安装孔中，轴承固定座和轴承座盖板与U形安装座相连接。本发明采用机械式装置吸收能量，安装方便、使用寿命更长，在多次碰撞后可在缓冲弹簧的弹性力作用下快速恢复。

Description

具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠

技术领域

本发明涉及一种车辆保险杠，特别设计一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，属于汽车技术领域。

背景技术

申请号为201310202223.1，名称为“一种汽车保险杠缓冲器”的发明专利申请,公开了一种成本低廉的车辆保险杠缓冲器，以用于替代EPP发泡材质的保险杠缓冲器，降低生产工艺要求和成本。其技术方案为将车辆保险杠缓冲器朝向保险杠本体的一侧制成网格状。这种结构会减小整体的密度，降低强度，碰撞时可以随着保险杠本体溃缩一定的距离，起到一定的缓冲吸能作用。然而，该发明中缓冲器刚度的降低，容易使保险杠在碰撞时产生大变形而导致缓冲器的损坏和失效。

申请号为201210401019.8，名称为“车辆保险杠装置及其溃缩盒”的发明专利申请,公开了一种车辆保险杠装置，包括保险杠加强构件，该保险杠加强构件形成为具有中空横截面并且包括车辆内侧部分，可以适当的吸收由施加至保险杠加强构件的负荷引起的冲击能量。该发明中溃缩盒主要依赖材料和结构的变形吸收能量，其吸收能量的能力有限，且在多次吸收碰撞后易造成溃缩盒结构的损坏。

现有的保险杠主要通过功能材料和特种缓冲器的变形吸收碰撞产生的能量，能量吸收能力有限，在较大碰撞冲击时易引起材料的塑性变形或缓冲器结构的损坏而失效，这些性能上的缺陷直接危及乘客和车辆的运行安全。如何提高保险杠装置的吸能能力，从而提高汽车碰撞的安全性能，是本发明要解决的问题。本发明从汽车碰撞时利用保险杠缓冲蓄能的角度，提供了一种具有缓冲蓄能功能的机械式车辆保险杠。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题和缺陷，提供一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠。

为达到上述目的，本发明解决上述问题所采取的技术方案是：

一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，包括与车辆相连接的横梁，还包括外固定板，所述横梁和所述外固定板之间并排间隔设置至少一个缓冲蓄能器和至少两个缓冲弹簧，所述缓冲蓄能器包括滚珠丝杠、丝杠螺母、套筒、轴承、飞轮、轴承固定座和轴承座盖板，其中所述滚珠丝杠一端与所述横梁相连接，另一端旋装所述丝杠螺母，所述丝杠螺母的外圆自上而下依次套装套筒、轴承和旋装飞轮，其中所述轴承的外圆套装有相连接的轴承固定座和轴承座盖板，所述套筒可转动穿装在设置在所述外固定板上的U形安装座底部开设的安装孔中，所述轴承固定座和轴承座盖板与所述U形安装座相连接。

此外，为了防止飞轮在转速较大时脱落，可以在飞轮上设计锁紧机构。

进一步，所述车辆保险杠还包括外罩，所述的外罩的横截面为U形，设置在所述外固定板外侧，两端与所述横梁相连接。

进一步，所述U形安装座的数量与所述缓冲蓄能器的数量相同。

进一步，所述的缓冲蓄能器的优选数量为2个。

进一步，所述的缓冲弹簧为压缩弹簧，优选数量为3个。

进一步，所述的丝杠螺母的一端设有腰形凸台，另一端设有外螺纹，中间由光滑圆柱段连接。

进一步，所述的滚珠丝杠与所述的横梁的连接为螺纹连接。

进一步，所述的横梁和外固定板相对的平面上还对称设置有安装所述的缓冲弹簧的弹簧底座。

进一步，所述的弹簧底座为圆凸台，所述缓冲弹簧两端套装在所述圆凸台的外侧。

进一步，所述的弹簧底座也可以为环形凸台，所述缓冲弹簧两端套装在所述环形凸台的内侧。

工作原理：当车辆发生碰撞时，外固定板向横梁运动，使得所述丝杠螺母带动所述飞轮一起转动，飞轮储存的旋转动能与飞轮的转动惯量J和旋转角速度ω有关，与其转动惯量成正比，并与旋转角速度的平方成正比。而飞轮的旋转角速度与丝杠的螺距p及缓冲蓄能器两端的相对速度有关。保险杠外固定板与横梁之间产生的相对速度越大，飞轮的旋转角速度越高，则飞轮储存的旋转动能越多。通过改变飞轮的转动惯量和丝杠的螺距，可调节飞轮储存旋转动能的能力，在飞轮一定质量的情况下，应尽可能增加其转动惯量，以提高其储能能力。对于高速旋转的飞轮，由于旋转运动的动能是其碰撞时产生的平动动能的上百倍，从而利用较小质量的飞轮，极大地吸收车辆碰撞的能量。因此，缓冲蓄能器在某种程度上起到了质量放大的作用，几千克的缓冲蓄能器会实现几百千克甚至几吨的等效质量效果，使保险杠和车辆本体之间产生一个巨大的质量屏障，从而有效吸收车辆碰撞产生的能量。

同时，缓冲弹簧变形储存的弹性势能与缓冲弹簧的刚度k和保险杠外固定板与横梁之间产生的相对位移Δx有关，外固定板与横梁之间产生的相对位移越大，缓冲弹簧变形储存的弹性势能越多。缓冲弹簧可以进一步增加对碰撞能量的吸收，而且在碰撞结束时，在缓冲弹簧弹性力的作用下，缓冲弹簧逐步恢复到初始状态并缓慢释放碰撞能量，使得保险杠具有一定的恢复能力。

本发明的车辆保险杠在碰撞时吸收的能量为缓冲弹簧变形储存的弹性势能和飞轮储存的旋转动能之和，即U+E。车辆低速行驶碰撞时，保险杠外固定板与横梁之间产生较大的相对位移Δx而相对速度较低，此时主要通过缓冲弹簧的大变形吸收存储能量；车辆高速行驶碰撞时，保险杠外固定板与横梁之间产生较大的相对位移Δx和相对速度此时在缓冲弹簧变形吸收存储能量的同时，飞轮在产生高速旋转时储存的旋转动能也显著增加，从而极大地提高保险杠的能量缓冲效果，保护车辆的行驶安全。

在车辆碰撞的初始时刻，保险杠外固定板与横梁之间产生较大的相对速度而相对位移Δx较小，此时主要以飞轮的缓冲作用为主。随后，保险杠外固定板与横梁之间的相对位移Δx增加而相对速度减少，此时主要以缓冲弹簧的缓冲作用为主。

本发明的创新点是采用机械式装置吸收能量，而不是利用填充的缓冲材料的大形变来吸收能量，这种机械式蓄能器安装方便、使用寿命更长，在多次碰撞后可在缓冲弹簧的弹性力作用下快速、自动恢复初始状态，在车辆事故中连续多次碰撞时具有反复吸能的作用，结构可靠。

附图说明

图1是本发明的实施例的构造示意图；

图2是本发明实施例中的缓冲蓄能器4的安装放大图；

图3是本发明实施例中外固定板3的正视图；

图4是本发明实施例中U形安装座7的B向剖视图；

图5是本发明实施例中弹簧底座6的正视图；

图6是本发明实施例中弹簧底座6的俯视图；

图7是本发明实施例中滚珠丝杠9和丝杠螺母10组成的滚珠丝杠副的正视图；

图8是本发明实施例中滚珠丝杠9和丝杠螺母10组成的滚珠丝杠副的右视图；

图9是本发明实施例中轴承固定座14的俯视图；

图10是本发明实施例中轴承固定座14的C向剖视图；

图11是本发明实施例中轴承盖板15的俯视图；

图12是本发明实施例中轴承盖板15的D向剖视图；

图13是本发明实施例中飞轮13的剖视图；

图中：1为外罩、2为横梁、3为外固定板、4为缓冲蓄能器、5为缓冲弹簧、6为弹簧底座、7为U形安装座、8为安装孔、9为滚珠丝杠、10为丝杠螺母、11为套筒、12为轴承、13为飞轮、14为轴承固定座、15为轴承盖板、16为腰形凸台、17为光滑圆柱段、18为外螺纹。

具体实施方式

实施例

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示，一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，包括与车辆相连接的横梁2和外固定板3，所述横梁2和所述外固定板3之间并排间隔设置两个缓冲蓄能器4和三个缓冲弹簧5，所述缓冲蓄能器4包括滚珠丝杠9、丝杠螺母10、套筒11、轴承12、飞轮13、轴承固定座14和轴承座盖板15，其中所述滚珠丝杠9一端与所述横梁2螺纹连接，另一端旋装所述丝杠螺母10，所述丝杠螺母10的外圆自上而下依次套装套筒11、轴承12和旋装飞轮13，其中所述轴承12的外圆套装有相连接的轴承固定座14和轴承座盖板15，所述套筒11可转动穿装在设置在所述外固定板3上的U形安装座7底部开设的安装孔8中(见图3和图4)，所述轴承固定座14和轴承座盖板15与所述U形安装座7相连接。

还包括外罩1，所述的外罩1的横截面为U形，设置在所述外固定板3外侧，两端与所述横梁2相连接。

所述的丝杠螺母10的一端设有腰形凸台16，另一端设有外螺纹18，中间由光滑圆柱段17连接(见图7)。

所述的横梁2和外固定板3相对的平面上还分别对称设置有安装所述的缓冲弹簧5的弹簧底座6。

所述的弹簧底座6为圆凸台(见图5)，所述缓冲弹簧5两端套装在所述圆凸台的外侧。

具体的，如图7和8所示：所述滚珠丝杠9材料为高碳铬轴承钢GCr15，其直径为D6的一端通过螺纹与所述横梁2连接，直径为D7的一端旋装有所述丝杠螺母10，所述滚珠丝杠9与所述丝杠螺母10装配为螺旋运动副，即所述丝杠螺母10通过旋转才能与所述滚珠丝杠9发生轴向位移。所述丝杠螺母10从左到右依次加工成腰形凸台16、外径为D5的光滑圆柱段17、和直径为D5的外螺纹18，

如图2所示：所述套筒11为圆环状结构，材料为碳钢，壁厚约为3～5mm，内径比所述丝杠螺母10的所述光滑圆柱段17的外径D5略小，其两端分别与所述丝杠螺母10的所述腰形凸台16的下沿及所述轴承12接触，从而在轴向对所述轴承12进行限位。

所述轴承12的内径略小于所述丝杠螺母10的所述光滑圆柱段17的外径D5，通过过盈装配套在所述丝杠螺母10的所述光滑圆柱段17外侧。

如图9和10所示，所述轴承固定座14的材料为碳钢，形状为方形的钢板含一大一小两个同心圆形内孔，大内孔直径与所述轴承12的外径相同，大内孔深度与所述轴承12的厚度相同，小内孔直径小于大内孔直径4～10mm，小内孔的深度为4～5mm，从而可使所述轴承12坐落安装在所述轴承固定座14的内部。在大圆四周和方形钢板四个角上分别开设有连接所述轴承固定座14与所述轴承盖板15的直径分别为D3和D2的螺栓孔。

如图11和12所示，所述轴承座盖板15的板厚为2～5mm，形状为方形的钢板含一个内孔。方形钢板尺寸与所述轴承固定座14相同，内径比所述轴承12的外径小4～10mm。所述轴承盖板15与所述轴承固定座14通过直径为D3的孔用螺栓相互连接(见图2所示)，再通过直径为D2的孔用螺栓固定在所述外固定板3的所述U形安装座7上。

如图13所示，所述飞轮13的材料为碳钢，所述飞轮13通过所述丝杠螺母10的所述外螺纹18旋装固定在所述丝杠螺母10上，并拧紧到一定的预应力。所述飞轮13在轴向与所述轴承12之间保留3～5mm的间隙，以便所述飞轮13旋转时不与所述轴承12相干涉。滚珠丝杠副通过所述丝杠螺母10沿所述滚珠丝杠9的轴向运动导致所述丝杠螺母10的旋转运动，并带动具有大转动惯量的所述飞轮13同时转动，使碰撞的能量转化成所述丝杠螺母10和所述飞轮13的旋转动能。

所述缓冲弹簧5与所述横梁2和所述外固定板3之间设置有安装所述缓冲弹簧5的弹簧底座6，所述弹簧底座6为圆凸台，其材料为铝或碳钢，由一个圆柱体焊在一块正方形板结构上组成(具体如图5和图6所示)，圆柱体的直径比所述缓冲弹簧5的内径略小，长度约为5～15mm，正方形板结构的厚度约为2～5mm；所述圆凸台成对使用，分别通过螺栓对称固定在所述外固定板3和所述横梁2的内侧，其主要功能是对所述缓冲弹簧5的两端分别进行限位固定。所述缓冲弹簧5的两端分别卡在对称安装的所述圆凸台的圆柱体上，从而连接于所述外固定板3和所述横梁2之间。

所述外罩1由塑料制成，其原材料采用聚酯系和聚丙烯系两种材料，采用注射成型工艺加工。保所述外罩1重量轻，有一定的弹性和刚度，同时具有缓冲和装饰作用。在安全性能方面，车辆发生碰撞时所述外罩1会发生塑性和弹性变形，吸收部分能量，起到缓冲作用；在外观方面，可以与车身结合在一块，起到装饰作用。

所述横梁2采用铝合金材料，根据车型设计为弧线形状，考虑加工、装配等因素合理调整壁厚和截面尺寸，通过挤压工艺加工成型。所述横梁2通过螺栓与车架纵梁图1中虚线所示部分连接，可在车辆碰撞中吸收、缓和外界冲击力，以提高车身碰撞安全性能。

装配工艺为：先将所述外罩1和所述缓冲蓄能器4用螺栓固定在所述横梁2上，所述横梁2再通过螺栓与车架纵梁连接，这种结构安装和拆卸方便。

车辆保险杠的缓冲工作原理：当保险杠受到碰撞时，所述缓冲弹簧5和所述缓冲蓄能器4同时起作用。假设所述外固定板3与所述横梁2由碰撞产生相对位移为Δx，则所述缓冲弹簧5的压缩量为Δx，其储存的弹性势能k是缓冲弹簧的刚度。与此同时，所述外固定板3的U形安装座7与所述横梁2产生相对位移为Δx，即所述丝杠螺母10通过在所述滚珠丝杠9上的旋转产生位移为Δx，带动与所述丝杠螺母10连接的所述飞轮13发生旋转。所述丝杠螺母10和所述飞轮13的旋转角速度为与所述滚珠丝杠9的螺距p及所述缓冲蓄能器4两端的相对速度有关。所述飞轮13产生的旋转动能其中J为所述飞轮13的转动惯量。车辆保险杠在碰撞时吸收的能量为所述缓冲弹簧5储存的弹性势能和所述飞轮13储存的旋转动能之和，即U+E。

经振动冲击试验结果表明，几千克的飞轮旋转所吸收的能量等效于几百千克甚至几吨的质量平动所吸收的能量，相当于在保险杠外罩和车辆本体之间产生一个巨大的质量屏障，从而有效吸收车辆碰撞产生的能量。在汽车碰撞结束后，在所述缓冲弹簧5弹性力作用下，回复到初始状态，所述飞轮13的旋转速度下降，所述缓冲弹簧5和所述飞轮13将存储的能量缓慢释放出来，车辆保险杠具有恢复功能，可多次吸收碰撞能量。

其中，缓冲蓄能器4允许的最大行程为H如图1所示，为了增大缓冲效果，设计时应使最大行程H尽可能大。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的改变和变形。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，包括与车辆相连接的横梁(2)，其特征在于：还包括外固定板(3)，所述横梁(2)和所述外固定板(3)之间并排间隔设置至少一个缓冲蓄能器(4)和至少两个缓冲弹簧(5)，所述缓冲蓄能器(4)包括滚珠丝杠(9)、丝杠螺母(10)、套筒(11)、轴承(12)、飞轮(13)、轴承固定座(14)和轴承座盖板(15)，其中所述滚珠丝杠(9)一端与所述横梁(2)相连接，另一端旋装所述丝杠螺母(10)，所述丝杠螺母(10)的外圆自上而下依次套装套筒(11)、轴承(12)和旋装飞轮(13)，其中所述轴承(12)的外圆套装有相连接的轴承固定座(14)和轴承座盖板(15)，所述外固定板(3)上的U形安装座(7)底部开设有安装孔(8)，所述套筒(11)可转动穿装在所述安装孔(8)中，所述轴承固定座(14)和轴承座盖板(15)与所述U形安装座(7)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述车辆保险杠还包括外罩(1)，所述的外罩(1)的横截面为U形，设置在所述外固定板(3)外侧，两端与所述横梁(2)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述U形安装座(7)的数量与所述缓冲蓄能器(4)的数量相同。

4.根据权利要求1所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述的缓冲蓄能器(4)的优选数量为2个。

5.根据权利要求1所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述的缓冲弹簧(5)为压缩弹簧，优选数量为3个。

6.根据权利要求1所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述的丝杠螺母(10)的一端设有腰形凸台(16)，另一端设有外螺纹(18)，中间由光滑圆柱段(17)连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述的滚珠丝杠(9)与所述的横梁(2)的连接为螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述的横梁(2)和外固定板(3)相对的平面上还分别对称设置有安装所述的缓冲弹簧(5)的弹簧底座(6)。

9.根据权利要求8所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述的弹簧底座(6)为圆凸台，所述缓冲弹簧(5)两端套装在所述圆凸台的外侧。

10.根据权利要求8所述的一种具有缓冲蓄能功能的车辆保险杠，其特征在于：所述的弹簧底座(6)为环形凸台，所述缓冲弹簧(5)两端穿装在所述环形凸台的内侧。