【《汽车防撞梁理论基础概述》4000字】

I汽车防撞梁理论基础概述目录TOC\o"1-3"\h\u7581.1汽车防撞梁概述 1246841.2防撞梁的分类 1324551.3铝合金防撞梁的构造 1138141.1汽车前后防撞梁总成功能概述 2302981.2汽车前后防撞梁总成碰撞性能概述 2279751.3低速碰撞对前防撞梁设计的性能要求 2251851.4高速碰撞对前防撞梁设计的性能要求 3120031.5吸能盒设计要求 31.1汽车防撞梁的功能、结构特点及作用1.1汽车防撞梁概述汽车前后端保护装置的重要组成部分是防撞梁。低速碰撞当车辆行驶的时候,碰撞能量转移到车体部分，比如可以到防撞梁的左右吸能盒部分,和碰撞的能量全部都可以吸收,减轻车身外部的因素发生改变,在车辆和行人发生碰撞时，碰撞事故中车身结构对行人保护安全，起着降低事故率的重要作用。在同等的性能要求和碰撞条件下，铝合金防撞梁比钢制防撞梁轻35%～60%;当碰撞发生时，铝合金防撞梁吸收的碰撞能量比钢制防撞梁吸收的碰撞能量多50%～70%，并且铝具有良好耐腐蚀性，可以回收利用，有利于保护环境、节约能源和促进经济的可持续发展为减少防撞梁维修成本，要求前纵梁在汽车低速碰撞时不允许有大的变形，吸能盒所要求性能是屈服强度低、抗载能力较低等。吸能盒根据纵梁的截面尺寸大小、材料选择、不同车型的安装布置等因素而有所不同，其结构也不太一样。弹性缓冲层可以将碰撞时产生的冲击力减轻，吸能盒通过溃缩确保吸收多量的冲击力，减少碰撞带来车身纵梁的损害，把维修成本降低。现在有很多的汽车厂商都会在汽车的前防撞梁下方安装小腿防护梁，是为了当汽车撞到行人时，防止撞到的行人夹在车底造成更大伤害。1.2防撞梁的分类汽车的前后防撞梁是汽车最早承受撞击力的装置。根据汽车前部和后部所承受的碰撞力影响不同、不同的安装位置、人员乘坐位置等不同因素影响，前后防撞梁的工艺要求、材料选择、制造工艺和性能都有所差异。汽车车门是汽车特别薄弱的部位，在汽车发生侧面的碰撞时，车门容易凹陷同时驾驶员的活动空间减少，所以在车门的内部会装以一字型布置的车门防撞梁。如果车门防撞梁的性能达不到要求，一旦发生事故，车门就会发生很大的变形，导致防撞的梁断裂，对驾驶者的生命安全带来严重威胁。1.3铝合金防撞梁的构造如图2-1所示，=1\*GB3①防撞横梁、=2\*GB3②吸能盒、=3\*GB3③安装底板和=4\*GB3④拖钩套筒是铝合金防撞梁主要组成。图2-1汽车铝合金防撞梁结构1.2研究防撞梁的国家标准1.1汽车前后防撞梁总成功能概述前后防撞梁是汽车车身第一时间吸收承受的撞击力的装置，也是车身的重要组成部件，防撞梁的主要功能有：=1\*GB2⑴当低速碰撞发生时保护保险杠，尽可能的不要破裂或者发生永久变形。=2\*GB2⑵在行人保护或可维修性碰撞的情况下，保护车身骨架的前后纵梁免于永久变形或者破裂。=3\*GB2⑶在100%正面高速碰撞和后方高速碰撞中发挥第一时间吸能的效果。在偏置碰撞中它不仅起到首次的吸能作用，而且在碰撞过程中起把受力均衡的传递作用，防止车身的左、右两侧受力不均。1.2汽车前后防撞梁总成碰撞性能概述前防撞梁的碰撞性能应基本满足低速碰撞、高速碰撞两部分的法规要求。法规要求分别是：第一在低速碰撞中需满足的法规要求是：GB17354-1998汽车前、后端保护装置。第二在高速碰撞中需满足的法规要求是：GB11551-2003乘用车正面碰撞时的乘员保护；C-NCAP标准应满足100%正面碰撞和40%偏置碰撞的要求。1.3低速碰撞对前防撞梁设计的性能要求根据国家标准GBl7354—1998，低速正面碰撞的速度规定了为4千米/小时，车角碰撞速度为1.5千米/小时。对车身的要求是车身、吸能盒与前防撞梁等不应损坏，最好前保险杠也不应开裂或不应永久变形。在海外，汽车保险领域的保险机构通常采用以15千米/小时的碰撞试验来模拟最常见的可修复碰撞，测试的目的在于尽可能的减少零部件的损坏，减少维修费用与保险费用。特别是把受损部位应控制在翼子板、发动机罩盖、前保险杠系统、前格栅和前大灯在内的外表面零件与部分骨架件，如前防撞梁和吸能盒等范围里。车身部位，尤其是纵梁，不能发生任何变形。当然，最好不要损坏大灯支架、水箱上横梁等部件，如果发生损坏，也得方便修复。在可修复碰撞中，合理设计力传递路径非常重要的，重点在于吸能盒的设计。=1\*GB3①为了防止发生弯曲变形，把吸能盒设计成与纵梁在同一个轴线上。=2\*GB3②预设几个压溃筋到吸能盒上，使吸能盒沿在轴向发生压溃，吸收全部能量，防止含前纵梁在内的车身生成损害。=3\*GB3③如前防撞梁和吸能盒等这些易损坏的部分骨架件，为减少维修和保险成本，设计成用螺栓与车身本体联结的可拆卸结构。1.4高速碰撞对前防撞梁设计的性能要求目前,车身一般分为多个能量吸收区,前面的能量吸收区主要由前防撞梁和能量吸收盒这两个部件,强大的能量吸收材料能吸收尽可能多的能量通过形状的影响巨大的能量,同时采用了左、右连续的结构形式，能量最终转移到后面的环节。前纵梁和副车架是中间吸能区的主要组成，通过合理的变形吸收大部分能量。后部吸能区主要是高强度、刚度的驾驶舱。为防止发生危险的变形可能对乘车人产生不利影响，减少往驾驶舱的侵入，把碰撞减速保持的较低，确保车内人员的安全性。建立正面碰撞多层力传递路径的基础是前、中、后三个能量吸收区。在正面碰撞中设置多层传力路径的目的是为了体现三个吸能区的优势，使能量能够得到合理有效地吸收和传递。在正面碰撞中，力的传递路径通常是几层。上层由发动机舱的上纵梁和前悬架塔形盖板组成正面撞击力传递路径的，吸收了部分来自前方传递的碰撞能量，而其余的能量则以支柱和前方的美及其强化细扩散转移。前纵梁是中间层的主要结构，重要的传力路径包括吸能盒和前防撞梁。附着的碰撞能量将被前纵梁和吸能盒进行初步吸收，并经过它们分散传递到前纵梁延伸板、门槛、中央通道等。前副车架是下层主要组成，一些从前方扩散过来的碰撞能量被吸收，将还没吸收完的能量扩散到前纵梁的延伸板和门槛。1.5吸能盒设计要求通常在吸能盒上有必要设置2～3根吸能筋，主要目的在于车辆发生低速碰撞时吸收多量的能量，并确保车身本体不受破坏。以下4条原则是在设计吸能筋时需遵守的：=1\*GB2⑴为了避免在振动时发生扭转，加强筋的轴线必须与受力方向垂直。=2\*GB2⑵必须沿着支撑之间最短的距离设置。=3\*GB2⑶布置交叉筋时，必须考虑到交叉处容易产生应力集中，交叉处的刚性也相对的降低了，因此，在交叉处应注意圆角过渡，圆角半径(r)要大于筋的宽的二倍；=4\*GB2⑷加强筋形状在凸起或平的零件里，布置的加强筋应沿零件的对角线，对零件的弯曲轴线垂直。定义防撞梁横梁和吸能盒截面大小：X、Y、Z分别长度、宽度、高度。通常A和A0级车型吸能盒在X向长度分别大概为120mm和100mm左右。因吸能盒和保险杠位置横梁本体X向截面尺寸受到限制，因此该值不能太大，一般在55mm。可根据钣金材料水平、车辆受力大小与车辆安全等级等综合因素进行调整。吸能盒的Z方向的高度和Y方向的宽度跟纵梁截面基本相同，偏差小于5毫米。吸能盒中心轴与纵梁的中心轴相同的。1.6布置高度要求防撞梁横梁的布置高低应和纵梁的高低对应，二者应再同平面内，防止引起交错变形，否则会造成前梁压溃不稳定，过大的侵进驾驶舱。防撞梁高度高度不当不仅保护不到汽车本身，反而给对方的车辆造成伤害。有明确的布置标准，根据车身高低、轮毂直径大小来决定防撞梁的布置高度。一般在400毫米到500毫米左右。低速碰撞法规中要求基准高度为44毫米来做实验。1.7长度设计要求摆锤以30度角撞击并通过撞击点和汽车X轴向成30度角的直线，要求前防撞横梁Y向两侧延伸超过做直线100米（因造型影响，通常多为40毫米），如图2-1所示。为了达到车辆轻量化，应将实际长度调整为尽可能短。图2-1前防撞梁长度要求示意图1.8安装要求为了防撞梁碰撞发生变形后方便更换，使用八根通用的螺栓来连接防撞梁总成与车身。1.3防撞梁材料的选择1.3.1材料力学性能研究传统的汽车铝合金型材采用6系铝合金为主。6系铝合金常见的规格系列有:6061、6063、6082等。由于7系列的铝合金型材挤压成需要的形状难度非常大，主要用在航空飞行设备的项目上。随着近几年塑性成形技术的不断发展与改善，在汽车轻量化领域7系铝合金的使用逐年变多。6063和6082铝合金化学成分表见表2-2所示的情况。从里面的内容看看，从表中可以看出，在6系铝合金中除了主要的铝元素之外，里面还包含着镁与硅等化学元素。6系铝合金强度虽然不是很高，但是工艺性能和电焊焊接性能相当的好。表2-16063和6082铝合金化学成分表7003铝合金化学成分表如表2-2所示。从表中可以看出，7系铝合金中铝元素之外，含有的主要化学元素是镁与锌。此外，超硬铝合金的化学成分里面还包含锌元素。因此，与传统钢制材料相比，7系铝合金具有相当好的力学性能。表2-27003铝合金化学成分表如图2-2所示的是6063、6082、7003系列铝合金的金相图。经过等面积内晶粒数的对比和比较，可以得到单一晶粒尺寸，比较不同铝合金的晶粒尺寸进而可以比较。由图2-2可知，6系铝合金6063与6082的晶粒尺寸比7003系铝合金大，说明7系铝合金的力学性能比6系铝合金的佳。（a）Al6063（b）Al6082（c）Al7003图2-2铝合金的金相图1.3.2材料比较选择目前主要的防撞梁主要材料有三种：高强度钢板，玻璃纤维和铝合金。这三个材料各有自己特点。高强度钢板材质价格合理，强度高等优点应用广泛。玻璃纤维材质对比金属材质虽然成本低，但是弹性量变大，强度低慢慢被淘汰，铝合金材料质轻且强度好。本设计防撞梁材料我们以铝合金为主，经过上面对7系列和6系列材料进行性能分析，我们可以看出7系列在整体性能上是优于6系列的。挤压技术是目前，铝合金防撞梁的成型广泛采用的工艺。用到的材料主要有六系铝合金和七系铝合金。6系列铝合金强度高，挤压性能高，耐腐蚀性能优异，7系列铝合金强度大，但由于硬度非常大，挤压性能不好，抗应力腐蚀性能不好，被广泛应用于航空领域。目前，6系铝合金广泛应用于6082、6063两种材料的防撞梁中。因此本设计防撞梁本体选择6063-T6铝合金，吸能盒选择强