CN208006774U - 一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，包括主体支架，滑动式安装在主体支架上的第一级吸能机构和第二级吸能机构，牵引带；第一吸能机构位于第二吸能机构的下方，牵引带的一端连接在第一级吸能机构的蜂窝架上，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构的蜂窝架上，第一级吸能机构的初始峰值载荷低于第二级吸能机构的初始峰值载荷。本吸能装置能适应不同冲击速度、有效降低儿童乘员在碰撞时所受到的冲击载荷、提高儿童乘员安全，属于儿童安全座椅领域。

Description

一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置

技术领域

本实用新型涉及儿童安全座椅领域，尤其涉及一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置。

背景技术

随着社会汽车数量的逐年快速增加，汽车安全已成为汽车研究领域中的重要研究方向，而碰撞过程中儿童乘员的保护已受到越来越多的关注和重视，儿童乘员的乘车安全已成为汽车安全性研究的重要课题。儿童乘员相对成人，其身体各部位的比例和比重都有很大的差别，如儿童乘员头部占体重的30％，而成人仅有6％，这直接导致了儿童乘员相对成人的身体重心更高，在碰撞事故中抵御外部冲击的能力更差，加上儿童成员本身发育的不完全，颈部以及身体韧带更柔弱，这些更直接加大了儿童乘员在碰撞过程中受伤的概率。而儿童安全座椅在保护儿童成员在汽车碰撞过程中的安全起着重要的作用，传统的儿童安全座椅主要依靠约束带系统将儿童乘员束缚在座椅内，安全带的作用位置为胸部，加上儿童的头部由于惯性会向前倾，过大的冲击加速度会对儿童造成致命的伤害，因此，降低碰撞时儿童所受到的加速度对儿童成员的保护起着重要的作用。通过在安全带与儿童安全座椅本体之间设置一种能量吸收装置是解决上述问题的最为有效手段和方式之一。

尽管现已有安全座椅通过在安全带与儿童安全座椅本体之间设置能量吸收装置，但其吸能装置采用的是单层面外冲击吸能方式。这种吸能装置，初始峰值载荷和加速度过高，并不是一种理想的吸能结构。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种能适应不同冲击速度、有效降低儿童乘员在碰撞时所受到的冲击载荷、提高儿童乘员安全的速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，包括主体支架，滑动式安装在主体支架上的第一级吸能机构和第二级吸能机构，牵引带；第一吸能机构位于第二吸能机构的下方，牵引带的一端连接在第一级吸能机构的蜂窝架上，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构的蜂窝架上，第一级吸能机构的初始峰值载荷低于第二级吸能机构的初始峰值载荷。

进一步的是：吸能装置还包括滑动式安装在主体支架上的旋转机构，安全带；旋转机构上设有旋转件，牵引带绕过旋转件，安全带连接在旋转机构上。

进一步的是：主体支架包括对称设置的两块支板、连接板、对称设置的两根支杆；连接板的一侧与两块支板的端部连接，连接板的另一侧与两根支杆的端部连接，支板上设有用于第一级吸能机构滑动的第一滑槽和用于第二级吸能机构滑动的第二滑槽，支杆上设有用于旋转机构滑动的第三滑槽。

进一步的是：第一级吸能机构和第二级吸能机构均包括压缩轴，套装在压缩轴上的压缩块，两个敞口的蜂窝盒，蜂窝，蜂窝架；蜂窝的一端置于一个蜂窝盒内，蜂窝的另一端置于另一个蜂窝盒内，其中一个蜂窝盒贴着压缩块，另外一个蜂窝盒连接在连接板上，压缩轴安装在蜂窝架上，支板和连接板位于蜂窝架的内侧；第一级吸能机构的压缩轴穿过第一滑槽，第二级吸能机构的压缩轴穿过第二滑槽，牵引带的一端连接在第一级吸能机构的蜂窝架上，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构的蜂窝架上。

进一步的是：蜂窝架上设有连接杆，牵引带的端部连接在连接杆上。

进一步的是：旋转机构包括穿过第三滑槽的牵引轴，套装在牵引轴上的轴承，套装在轴承上的旋转件，套装在牵引轴上的U型块；安全带连接在U型块上。

进一步的是：压缩轴上设有开口挡圈，开口挡圈位于蜂窝架的外侧。

进一步的是：压缩块包括一体成型的压缩板和带孔块，其中一个蜂窝盒紧贴着压缩板，压缩轴穿过带孔块。

进一步的是：第一级吸能机构的蜂窝和第二级吸能机构的蜂窝均由具有负泊松比效应的元胞组成，元胞的截面形状为内凹六边形。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型采用上下两层分级吸能组件将碰撞时的冲击动能通过蜂窝的塑性变形进行耗散，解决传统的单层吸能装置初始峰值载荷过高、加速度过大的问题，从而提高儿童乘员在碰撞时的安全性能。

2、本实用新型设计新颖，通过采用旋转件和牵引带将上下两层吸能组件相联，不同的碰撞速度，上下两层吸能组件会自动根据其本身的蜂窝的厚度以及冲击速度自适应的调节上下两层蜂窝吸能的状态和时间，实现了尽可能的降低碰撞初始阶段的峰值载荷和提高后续的连续吸能，其碰撞速度的自适应特征相对现有设备单层面外吸能具有明显的改善。

3、本实用新型设计合理，其旋转件分别连动上下两层吸能组件，两层蜂窝配置的厚度不一致，实现两种吸能结构的自适应吸能调节，从而有效减弱在碰撞时安全带对儿童胸部所带来的冲击，保护儿童成员的安全。

附图说明

图1是本吸能装置的立体图。

图2是本吸能装置的主视图。

图3是本吸能装置的俯视图。

图4是主体支架的结构示意图。

图5是第一级吸能机构和第二级吸能机构的结构示意图。

图6是蜂窝吸能组件的力和位移曲线示意图。

图7是蜂窝的横截面示意图。

图8是元胞的横截面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为主体支架，2为固定轴，3为压缩块，4为蜂窝盒，5为蜂窝，6为蜂窝架，7为牵引带，8为旋转件，9为开口挡圈，10为U型块，11为连接杆，12为安全带，13为牵引轴，14为压缩轴，1-1为支板，1-2为连接板，1-3为支杆，1-4为第一滑槽，1-5为第二滑槽，1-6为第三滑槽，3-1为带孔块，3-2为压缩板，5-1为元胞。

为叙述方便，现对下文所说的方位说明如下：下文所说的上下前后方向与图2本身的上下右左方向一致。

一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能方法，使用负泊松比蜂窝的双级吸能机构吸能，分两级吸收碰撞时所产生的动能；

当受到碰撞时，安全带产生的拉力通过U型块拉动旋转机构的牵引轴，牵引轴驱动旋转件在主体支架的第三滑槽上向前滑动，旋转件通过牵引带拉动第一级吸能机构的蜂窝架向前移动，然后第一级吸能机构的压缩轴向前移动挤压第一级吸能机构的压缩块，第一级吸能机构的压缩块挤压第一级吸能机构的蜂窝盒，进而挤压第一级吸能机构的蜂窝；

当第一级吸能机构所受的压缩力超过第二级吸能机构的初始峰值载荷时，旋转件通过牵引带拉动第二级吸能机构的蜂窝架向前移动，然后第二级吸能机构的压缩轴向前移动挤压第二级吸能机构的压缩块，第二级吸能机构的压缩块挤压第二级吸能机构的蜂窝盒，进而挤压第二级吸能机构的蜂窝；

第二级吸能机构的蜂窝开始塑性变形时，第一级吸能机构和第二级吸能机构同时参与吸能，当第一级吸能机构达到密实化阶段后，第二级吸能机构的蜂窝继续塑性变形，随着压缩的进一步进行，第二级吸能机构达到密实化。

结合图1至图8所示，一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，包括安装在儿童座椅上的主体支架，滑动式安装在主体支架上的第一级吸能机构和第二级吸能机构，滑动式安装在主体支架上的旋转机构，绕过旋转件的牵引带，安全带。主体支架固定在儿童座椅上，第一级吸能机构和第二级吸能机构可以相对主体支架滑动，旋转件可以相对主体支架滑动。牵引带的一端连接在第一级吸能机构上，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构上，安全带连接在旋转机构上，第一级吸能机构的初始峰值载荷低于第二级吸能机构的初始峰值载荷。

结合图1、图2、图3、图4所示，主体支架包括对称设置的两块支板、连接板、对称设置的两根支杆。两块支板的结构是一样的且是相对称的，两根支杆的结构是一样的且是相对称的。连接板的一侧与两块支板的端部连接，连接板的另一侧与两根支杆的端部连接，支板和支杆分居连接板的两侧。支板上设有用于第一级吸能机构滑动的第一滑槽和用于第二级吸能机构滑动的第二滑槽，支杆上设有用于旋转机构滑动的第三滑槽。

结合图1、图2、图3、图5所示，第一级吸能机构和第二级吸能机构均包括压缩轴，套装在压缩轴上的压缩块，两个敞口的蜂窝盒，蜂窝，蜂窝架。蜂窝的一端置于一个蜂窝盒内，蜂窝的另一端置于另一个蜂窝盒内，两个蜂窝盒分别覆盖住蜂窝的两端。后边的蜂窝盒贴着压缩块，前边的蜂窝盒连接在连接板上，压缩轴安装在蜂窝架上，压缩轴位于蜂窝架的后端，压缩轴位于蜂窝盒的后边。支板和连接板位于蜂窝架的内侧，蜂窝盒、蜂窝、压缩块置于支板与连接板围成的内部区域内，支板和连接板从上往下置于蜂窝架的内部，从上往下看，支板和连接板是位于蜂窝架的内部的。第一级吸能机构的压缩轴穿过第一滑槽并可以在第一滑槽上滑动，第二级吸能机构的压缩轴穿过第二滑槽并可以在第二滑槽上滑动。牵引带的一端连接在第一级吸能机构的蜂窝架上，牵引带绕过旋转件后，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构的蜂窝架上。

蜂窝架上设有连接杆，牵引带的两个端部都是连接在两个蜂窝架的连接杆上。旋转机构包括穿过第三滑槽的牵引轴，套装在牵引轴上的轴承，套装在轴承上的旋转件，套装在牵引轴上的U型块；旋转件置于U型块的内部，安全带连接在U型块上。本吸能装置中，旋转件为动滑轮。

压缩轴上设有开口挡圈，开口挡圈位于蜂窝架的外侧。牵引轴上也设有开口挡圈，开口挡圈位于支杆的外侧。压缩块包括一体成型的压缩板和带孔块，其中一个蜂窝盒紧贴着压缩板，压缩轴穿过带孔块。

吸能装置还包括固定轴，穿过两块支板的固定轴安装在儿童座椅上。

第一级吸能机构的蜂窝和第二级吸能机构的蜂窝均由具有负泊松比效应的元胞组成，元胞的截面形状为内凹六边形。元胞呈长条的管状形，然后多个元胞组成在一起即为蜂窝，蜂窝是现有的技术。元胞的截面形状为内凹六边形时，即元胞具有负泊松比效应，这样在挤压蜂窝时，蜂窝是向内凹陷的。当使用较小的力压缩蜂窝时，蜂窝不会压缩变形，随着力量的增大，当力达到一定程度时，蜂窝开始压缩变形，该一定程度的力称为初始峰值载荷，蜂窝开始压缩变形后，如图6所示，蜂窝受到的载荷会在短时间内快速下降到一定程度。蜂窝越厚，初始峰值载荷越大，初始峰值载荷不宜过大，否则人的大脑会受不了。

第一级吸能机构的蜂窝的厚度小于第二级吸能机构的蜂窝的厚度，第一级吸能机构的元胞的角度小于第二级吸能机构的元胞的角度。如图7和图8所示，蜂窝的厚度即为管状形的元胞的管壁厚度，元胞的角度如图8所示，α即为元胞的角度，元胞角度的定义是行业内公知的。

下面对吸能装置的原理说明如下：当汽车在发生碰撞时，儿童由于惯性会向前倾，安全带会向前移动，安全带产生的拉力通过U型块拉动牵引轴，牵引轴驱动旋转件在第三滑槽上向前滑动，旋转件向前移动，则通过牵引带拉动蜂窝架向前移动，然后压缩轴在滑槽(第一滑槽和第二滑槽)上向前移动，从而压缩块挤压后边的蜂窝盒，进而挤压蜂窝，从而实现了第一级吸能机构和第二级吸能机构的压缩，产生吸能。第一级吸能机构和第二级吸能机构是上下分层布置的。由于上下两层蜂窝厚度的不一致，其吸能将首先在较薄的蜂窝(第一级吸能机构)开始，随着压缩的进行，较薄的蜂窝所受的压缩载荷超过了另一较厚的蜂窝(第二级吸能机构)的初始峰值载荷时，较厚的蜂窝也将开始参与压缩变形，即此时，较薄的蜂窝和较厚的蜂窝一起共同参与压缩变形。本吸能装置的整个结构的吸能具有碰撞速度自适应性，相对现有结构具有更好的儿童乘员保护性能。

在碰撞时，吸能首先在较薄的蜂窝开始，较薄的蜂窝相对较厚的蜂窝具有更低的初始峰值载荷，从而可以有效降低碰撞初始时的载荷，而较厚的蜂窝，只有当冲击速度较大，较薄的蜂窝受到的压缩力超过较厚蜂窝的初始峰值载荷时，较厚的蜂窝才会参与变形吸能。正是利用上述特性，通过本吸能装置，实现了吸能过程的连续和自动调节功能，达到了降低初始峰值力的同时连续吸能的效果，且能自适应不同的碰撞速度，其吸能相对单层蜂窝吸能具有更好的效果。

本吸能装置可以做适当的变形设计，如吸能装置包括主体支架，滑动式安装在主体支架上的第一级吸能机构和第二级吸能机构，牵引带。第一吸能机构位于第二吸能机构的下方，牵引带的一端连接在第一级吸能机构的蜂窝架上，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构的蜂窝架上，第一级吸能机构的初始峰值载荷低于第二级吸能机构的初始峰值载荷。用轴类的零件替代动滑轮，然后安全带直接连接到轴类零件上，该轴类零件也可以在主体支架上直线往复运动。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：包括主体支架，滑动式安装在主体支架上的第一级吸能机构和第二级吸能机构，牵引带；第一吸能机构位于第二吸能机构的下方，牵引带的一端连接在第一级吸能机构的蜂窝架上，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构的蜂窝架上，第一级吸能机构的初始峰值载荷低于第二级吸能机构的初始峰值载荷。

2.按照权利要求1所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：吸能装置还包括滑动式安装在主体支架上的旋转机构，安全带；旋转机构上设有旋转件，牵引带绕过旋转件，安全带连接在旋转机构上。

3.按照权利要求2所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：主体支架包括对称设置的两块支板、连接板、对称设置的两根支杆；连接板的一侧与两块支板的端部连接，连接板的另一侧与两根支杆的端部连接，支板上设有用于第一级吸能机构滑动的第一滑槽和用于第二级吸能机构滑动的第二滑槽，支杆上设有用于旋转机构滑动的第三滑槽。

4.按照权利要求3所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：第一级吸能机构和第二级吸能机构均包括压缩轴，套装在压缩轴上的压缩块，两个敞口的蜂窝盒，蜂窝，蜂窝架；蜂窝的一端置于一个蜂窝盒内，蜂窝的另一端置于另一个蜂窝盒内，其中一个蜂窝盒贴着压缩块，另外一个蜂窝盒连接在连接板上，压缩轴安装在蜂窝架上，支板和连接板位于蜂窝架的内侧；第一级吸能机构的压缩轴穿过第一滑槽，第二级吸能机构的压缩轴穿过第二滑槽，牵引带的一端连接在第一级吸能机构的蜂窝架上，牵引带的另一端连接在第二级吸能机构的蜂窝架上。

5.按照权利要求4所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：蜂窝架上设有连接杆，牵引带的端部连接在连接杆上。

6.按照权利要求3所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：旋转机构包括穿过第三滑槽的牵引轴，套装在牵引轴上的轴承，套装在轴承上的旋转件，套装在牵引轴上的U型块；安全带连接在U型块上。

7.按照权利要求4所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：压缩轴上设有开口挡圈，开口挡圈位于蜂窝架的外侧。

8.按照权利要求4所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：压缩块包括一体成型的压缩板和带孔块，其中一个蜂窝盒紧贴着压缩板，压缩轴穿过带孔块。

9.按照权利要求1所述的一种速度自适应的负泊松比蜂窝抗冲击吸能装置，其特征在于：第一级吸能机构的蜂窝和第二级吸能机构的蜂窝均由具有负泊松比效应的元胞组成，元胞的截面形状为内凹六边形。