CN206141628U - 冲击吸能装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种冲击吸能装置及车辆。所述冲击吸能装置包括前封板(1)、后封板(2)、前吸能筒(3)、后吸能筒(4)和吸能弹簧(5)，前吸能筒的后端与后吸能筒的前端相互套接，前封板固定连接在前吸能筒的前端，后封板固定连接在后吸能筒的后端，吸能弹簧的一端与前封板相连，另一端与后封板相连。当发生中低速碰撞时，通过吸能弹簧的压缩吸能来消耗冲击能量；碰撞结束后，整个装置在吸能弹簧的作用下自动恢复到原始状态；当发生高速碰撞时，首先由吸能弹簧进行压缩吸能，当两个吸能筒完全套接后，两个吸能筒开始发生压溃褶皱变形，与吸能弹簧一起吸收冲击能量。以此方式，能够显著改善吸能效果，降低吸能装置的维修成本。

Description

冲击吸能装置及车辆

技术领域

本公开涉及一种冲击吸能装置，还涉及一种具有该冲击吸能装置的车辆。

背景技术

目前，已知例如搭载于汽车等上、用来吸收外部冲击的冲击吸收装置。在这些冲击吸收装置中，例如形成方形截面或不规则的多边形截面的能量吸收部件通过承受冲击负荷并向轴向压溃而吸收该冲击负荷(冲击能量)。作为能量吸收部件，在发生轴向压溃时，为保证冲击吸收装置发生“手风琴”式的褶皱变形模式而避免产生欧拉弯曲变形模式，常采用的方式是在冲击部件的各个侧壁上设置多个规则分布的凸、凹引导筋。

申请号为201010511670.1的中国公开专利申请公开了一种可控制碰撞吸能及残余变形的小型汽车防撞梁吸能盒，该吸能盒各侧壁上交替设置有凸、凹引导筋，且相对两侧壁上凸、凹引导筋位置对应、相邻两侧壁上凹、凸引导筋位置对应。该公开通过对吸能盒上引导筋设置的优化设计，使吸能盒在碰撞吸能时发生“手风琴”褶皱变形，达到良好的吸能目的。虽然如此，但上述方案仍然存在以下缺点：

一、针对中低速的碰撞，吸能盒压溃后无法自动恢复到原来长度，必须进行更换，消耗人力和物力成本；

二、吸能盒的截面为方形或多边形结构，压溃吸能过程中极易产生不对称的弯折变形，无法达到理想的吸能效果；

三、吸能方式单一，吸能盒在其压溃空间内可吸收的能量有限，单位空间的吸能率低；

四、吸能盒的压溃变形模式对引导筋的布置极为敏感，为达到理想的“手风琴”式压溃褶皱变形，在设计阶段对于引导的布置需要大量的仿真计算和实物实验，工作量大、耗时长、开发成本高；

五、由于在吸能盒各个侧壁上开设有多条凸、凹引导筋，使得吸能盒表面几何特征极为复杂，制造工序复杂，加工成本相对较高。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种吸能效果更好的冲击吸能装置。

为了实现上述目的，本公开提供一种冲击吸能装置，包括前封板、后封板、前吸能筒、后吸能筒和吸能弹簧，所述前吸能筒的后端与所述后吸能筒的前端相互套接，所述前封板固定连接在所述前吸能筒的前端，所述后封板固定连接在所述后吸能筒的后端，所述吸能弹簧的一端与所述前封板相连，另一端与所述后封板相连。

可选地，所述前吸能筒和后吸能筒长度相等。

可选地，所述吸能弹簧的自由长度与所述前封板和后封板之间的距离相等。

可选地，所述前吸能筒和后吸能筒由同种材料制成。

可选地，所述前吸能筒和后吸能筒由不同材料制成。

可选地，所述吸能弹簧设置在所述前吸能筒和后吸能筒的内部。

可选地，所述前吸能筒和后吸能筒均为圆形截面吸能筒。

可选地，所述前吸能筒的内径小于所述后吸能筒的外径，所述前吸能筒的后端与所述后吸能筒的前端过盈配合。

可选地，所述前吸能筒的内径小于所述后吸能筒的外径，所述前吸能筒的后端具有扩口，所述后吸能筒的前端具有缩口，所述扩口的内壁与所述缩口的外壁紧密贴合。

可选地，所述扩口的锥角与所述缩口的锥角相等，且小于或等于60°。

当发生中低速碰撞时，前封板或后封板受到来自轴向的冲击载荷，前封板和后封板在相向运动过程中挤压吸能弹簧，通过吸能弹簧的压缩吸能来消耗冲击能量；碰撞结束后，吸能弹簧释放出储存的弹性势能，整个装置在吸能弹簧的作用下自动恢复到原始状态；当发生高速碰撞时，首先由吸能弹簧进行压缩吸能，当两个吸能筒完全套接后，两个吸能筒开始发生压溃褶皱变形，与吸能弹簧一起吸收冲击能量。通过这种方式，能够显著改善吸能效果，降低吸能装置的维修成本。

本公开还提供一种车辆，包括防撞梁和纵梁，其中，所述车辆还包括如上所述的冲击吸能装置，所述前封板连接于所述防撞梁和纵梁中的一者，所述后封板连接于所述防撞梁和纵梁中的另一者。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一种实施方式的冲击吸能装置的主视图；

图2是根据本公开的一种实施方式的冲击吸能装置的剖视图；

图3是图2中A部分的放大图；

图4是根据本公开的一种实施方式的冲击吸能装置在中低速碰撞工况下的膨胀和压缩变形示意图；

图5是根据本公开的一种实施方式的冲击吸能装置在高速碰撞工况下的压溃变形示意图。

附图标记说明

1 前封板 2 后封板 3 前吸能筒

4 后吸能筒 5 吸能弹簧 31 扩口

41 缩口

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

首先需要说明的是，在本公开中，方位词(例如，“前”、“后”)的使用只是为了描述的简单和方便，其并不表示产品在实际安装状态或使用状态下各部件的特定方位。例如，虽然使用了术语“前吸能筒”和“后吸能筒”，但并不表示在实际安装状态下前吸能筒位于后吸能筒的前方。

根据本公开的一个方面，如图1至图5所示，提供一种冲击吸能装置，包括前封板1、后封板2、前吸能筒3、后吸能筒4和吸能弹簧5，前吸能筒3的后端与后吸能筒4的前端相互套接，前封板1固定连接在前吸能筒3的前端，后封板2固定连接在后吸能筒4的后端，吸能弹簧5的一端与前封板1相连，另一端与后封板2相连。

当发生中低速碰撞时，前封板1或后封板2受到来自轴向的冲击载荷，前封板1和后封板2在相向运动过程中挤压吸能弹簧5，通过吸能弹簧5的压缩吸能来消耗冲击能量；碰撞结束后，吸能弹簧5释放出储存的弹性势能，整个装置在吸能弹簧5的作用下自动恢复到原始状态；当发生高速碰撞时，首先由吸能弹簧5进行压缩吸能，当两个吸能筒完全套接后，两个吸能筒开始发生压溃褶皱变形，与吸能弹簧5一起吸收冲击能量。通过这种方式，能够显著改善吸能效果，降低吸能装置的维修成本。

在本公开中，两个吸能筒的长度可以相等，也可以不等。为了便于控制吸能筒的褶皱变形模式，优选地，两个吸能筒的长度相等。在两个吸能筒长度相等的情况下，在高速碰撞过程中，当两个吸能筒在长度方向上完全重叠后，两个吸能筒一起发生压溃褶皱变形。

为了防止吸能弹簧5过早失效，优选地，吸能弹簧5的自由长度与两个封板之间的距离相等。这里所说的“两个封板之间的距离”是指在冲击吸能装置处于原始状态时两个封板之间的距离。

在本公开中，吸能筒与对应的封板可以通过任意适当的方式连接，例如通过焊接连接，或者通过粘合剂或胶水连接。当然，在替代的实施方式中，吸能筒与对应的封板也可以一体成型。

为了使冲击吸能装置的结构更加紧凑，优选地，吸能弹簧5可以设置在前吸能筒3和后吸能筒4的内部。

在本公开中，吸能弹簧5的数量和劲度系数可以根据实际需要来选择。当吸能弹簧5的数量为一个时，为了便于控制弹簧变形方向，优选地，如图2所示，吸能弹簧5的中心轴线与前吸能筒3和后吸能筒4的中心轴线重合。

在本公开中，优选地，前吸能筒3和后吸能筒4均为圆形截面吸能筒，即，前吸能筒3的截面和后吸能筒4的截面均为圆形。本申请的发明人通过大量研究发现，与方形或多边形截面的吸能筒相比，圆形截面吸能筒的压溃褶皱变形均匀且不易发生弯折，可以达到较为理想的吸能效果。

在两个吸能筒均为圆形截面吸能筒的情况下，作为本公开的一种优选实施方式，前吸能筒3的内径小于后吸能筒4的外径，前吸能筒3的后端与后吸能筒4的前端过盈配合。由于前吸能筒3的内径小于后吸能筒4的外径，因此在两个吸能筒套合过程中，前吸能筒3会产生一定的径向膨胀变形，后吸能筒4会产生一定的径向压缩变形，通过膨胀和压缩变形吸收部分冲击能量。

作为一种替代的优选实施方式，前吸能筒3的内径小于后吸能筒4的外径，前吸能筒3的后端具有扩口31，后吸能筒4的前端具有缩口41，扩口31的内壁与缩口41的外壁紧密贴合，即，扩口31套接在缩口41上。通过设置扩口31和缩口41，能够便于将两个吸能筒套接在一起。

扩口31的锥角与缩口41的锥角相等，以保证扩口31的内壁与缩口41的外壁紧密贴合。这里，扩口31(或缩口41)的锥角α的大小可以根据两个吸能筒的材料延展性和吸能筒的内外径差异大小来设定。为了保证两个吸能筒能够顺利套合，优选地，满足0°＜α≤60°。

在上述两种优选实施方式中，前吸能筒3和后吸能筒4可以由延展性较强的金属材料(例如，钢、铝合金、镁合金等)制成。延展性较强的金属材料在发生径向膨胀和径向压缩变形时不易破裂，且可以将动能转化成膨胀和压缩变形的内能。两个吸能筒可以由同种材料制成，也可以由不同材料制成。两个吸能筒的壁厚可以相等，也可以不相等。

前封板1和后封板2可以由高强度金属材料制成，以使其能够抗击强大的冲击力而不易变形。

以下将结合附图详细描述根据上述两种优选实施方式的冲击吸能装置的工作原理。

图4是冲击吸能装置在中低速碰撞工况下的膨胀和压缩变形示意图。在中低速碰撞工况下，其吸能过程为：当前封板1或后封板2受到来自轴向的冲击载荷时，前吸能筒3和后吸能筒4相互之间发生相对套合运动，由于前吸能筒3的内径小于后吸能筒4的外径，因此在套合过程中，前吸能筒3会产生一定的径向膨胀变形，后吸能筒4会产生一定的径向压缩变形，通过膨胀和压缩变形吸收部分冲击能量。同时，前封板1和后封板2在相向运动过程中挤压吸能弹簧5，吸能弹簧5在压缩过程中将部分冲击能量转换成自身的弹性势能。当冲击载荷结束后，吸能弹簧5将储存的弹性势能释放出去，带动吸能装置恢复到原来的轴向长度，即，恢复到原始状态。

图5是冲击吸能装置在高速冲击工况下的压馈变形示意图。在高速碰撞下，其吸能过程为：从冲击碰撞开始到两个吸能筒完全套接在一起之前，其吸能原理和吸能过程与中低速冲击工况下一致；当两个吸能筒完全套接在一起后，吸能筒的膨胀和压缩吸能过程结束，此时开始吸能弹簧5继续被压缩以将部分冲击能量转换成弹性势能，同时，两个吸能筒开始发生压溃褶皱变形吸能。

综上所述，根据本公开的优选实施方式的冲击吸能装置至少具有以下优点：

一、吸能筒采用圆形截面的设计，使得压溃褶皱变形均匀且不易发生弯折；

二、两个圆形截面吸能筒在发生压溃褶皱变形之前可先发生膨胀和压缩吸能，吸收一定的冲击能量；

三、两个封板之间安装有吸能弹簧，在弹簧压缩过程中，可以吸收大量的能量，且在中低速碰撞过程中，由于吸能筒没有被压馈，因此在碰撞结束后，整个装置可以依靠弹簧自动恢复到原始状态，以此降低吸能部件的更换和维修成本；

四、在相同的轴向可压溃空间内，普通的冲击吸能装置在轴向冲击载荷下只发生压溃褶皱变形吸能过程，而本公开的冲击吸能装置可以发生膨胀和压缩吸能、弹性变形吸能以及压溃褶皱变形吸能等三重吸能过程，大大提升了单位空间的吸能率。

根据本公开的另一方面，提供一种车辆，该车辆包括防撞梁和纵梁，其中，该车辆还包括如上所述的冲击吸能装置，其中，前封板1可以焊接或螺栓连接于防撞梁和纵梁中的一者，后封板2可以焊接或螺栓连接于防撞梁和纵梁中的另一者。

前封板1和后封板2可以具有任意适当的几何形状，例如圆形、正方形、长方形、五边形、八边形等，具体形状可以根据与其连接的防撞梁和纵梁的结构形态而确定。

本公开的冲击吸能装置可以应用于各种类型的车辆上，例如大巴。

此外，本公开的冲击吸能装置也可以应用于有冲击吸能需求的其他交通工具(例如，非机动车辆、机动电车、地铁、火车等)、工程机械、家用电器、航空航宇、环境建筑等。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种冲击吸能装置，其特征在于，包括前封板(1)、后封板(2)、前吸能筒(3)、后吸能筒(4)和吸能弹簧(5)，所述前吸能筒(3)的后端与所述后吸能筒(4)的前端相互套接，所述前封板(1)固定连接在所述前吸能筒(3)的前端，所述后封板(2)固定连接在所述后吸能筒(4)的后端，所述吸能弹簧(5)的一端与所述前封板(1)相连，另一端与所述后封板(2)相连。

2.根据权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述前吸能筒(3)和后吸能筒(4)长度相等。

3.根据权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述吸能弹簧(5)的自由长度与所述前封板(1)和后封板(2)之间的距离相等。

4.根据权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述前吸能筒(3)和后吸能筒(4)由同种材料或不同材料制成。

5.根据权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述吸能弹簧(5)设置在所述前吸能筒(3)和后吸能筒(4)的内部。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述前吸能筒(3)和后吸能筒(4)均为圆形截面吸能筒。

7.根据权利要求6所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述前吸能筒(3)的内径小于所述后吸能筒(4)的外径，所述前吸能筒(3)的后端与所述后吸能筒(4)的前端过盈配合。

8.根据权利要求6所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述前吸能筒(3)的内径小于所述后吸能筒(4)的外径，所述前吸能筒(3)的后端具有扩口(31)，所述后吸能筒(4)的前端具有缩口(41)，所述扩口(31)的内壁与所述缩口(41)的外壁紧密贴合。

9.根据权利要求8所述的冲击吸能装置，其特征在于，所述扩口(31)的锥角与所述缩口(41)的锥角相等，且小于或等于60°。

10.一种车辆，包括防撞梁和纵梁，其特征在于，所述车辆还包括根据权利要求1-9中任意一项所述的冲击吸能装置，所述前封板(1)连接于所述防撞梁和纵梁中的一者，所述后封板(2)连接于所述防撞梁和纵梁中的另一者。