汽車碰撞緩沖裝置設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

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引言近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人民群眾的收入水平不斷提高，以及汽車價格的不斷降低。自2013年以來，我國城市汽車擁有量不斷增加。從私人汽車保有量突破1億后，各個城市的汽車保有量都呈現(xiàn)著增長趨勢。根據(jù)公安部交管局統(tǒng)計：截止2016年底，全國汽車保有量達1.94億輛，其中有49個城市的汽車保有量超過百萬輛，18個城市超過兩百萬輛，6個城市超過三百萬輛1。汽車保有量的持續(xù)增長無疑是我國人民生活水平進一步提高的表現(xiàn)，但是眾多車輛帶來的巨大交通運輸量也給交通運輸環(huán)境以前所未有的壓力。在我國，大大小小的交通事故屢見不鮮，因事故發(fā)生帶來的損失難以估量。以死亡人數(shù)來說，2014年，全國道路交通事故萬車死亡人數(shù)為2.22人，具體34292.34人，比起2013年死亡人數(shù)增長率為8.5%；2015年為萬車死亡人數(shù)2.1人，具體為36178.8人，比起2014年死亡人數(shù)增長率約為5.5%。比較包括2014年、2013年、2012年的死亡人數(shù)可知，我國道路交通事故死亡人數(shù)事實上應(yīng)呈現(xiàn)小幅度逐年上升趨勢。我國2015年全年各類生產(chǎn)安全事故共死亡66182人，而交通事故導(dǎo)致的死亡人數(shù)占據(jù)其約54%的份額，由此可見交通安全形勢之嚴(yán)峻2。因此，提高汽車安全性，盡量減少交通事故帶來的損失是汽車領(lǐng)域亟待解決的科技問題。研究汽車碰撞、保護乘員安全、降低碰撞損失己成為汽車設(shè)計領(lǐng)域非常重要的一部份。1 課題提出的目的及意義人們常將汽車與外部物體的碰撞稱為第一次碰撞，而將人體與車內(nèi)部件的碰撞稱為二次碰撞。顯然二次碰撞過分劇烈而導(dǎo)致人體與汽車快速相對運動而造成的3。良好的汽車乘員保護系統(tǒng)設(shè)計可以大幅減輕乘員在碰撞發(fā)生時受傷的程度，并大幅降低死亡率。目前，汽車碰撞安全性能已經(jīng)成為汽車的主要性能之一，與之相關(guān)的系統(tǒng)、零部件眾多。廣義上講，汽車上的每一個零件都或多或少與其安全性存在聯(lián)系。因此汽車碰撞安全行業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長、行業(yè)覆蓋面廣的特點，集群效應(yīng)非常顯著。國際知名的整車企業(yè)無不積極謀求在汽車碰撞安全行業(yè)中的領(lǐng)先地位，可以說，汽車碰撞安全技術(shù)的研發(fā)實力和技術(shù)儲備，是整車企業(yè)必不可少的內(nèi)功，因此整車企業(yè)對汽車碰撞安全產(chǎn)業(yè)的布局和產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化非常重視，將此作為企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略中不可缺少的一環(huán)。也正是由于碰撞安全性在汽車中的重要地位，其市場容量非常巨大。因此汽車碰撞安全行業(yè)的技術(shù)和市場，即是汽車產(chǎn)業(yè)鏈的核心之一，也是價值鏈中帶了豐厚的利潤的部分。目前世界主要的汽車消費市場均是汽車碰撞安全產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的密集區(qū)域4。2 汽車防碰撞安全技術(shù)現(xiàn)狀世界上申報汽車防碰撞專利已有數(shù)千項， 但由于解決不了汽車碰撞時產(chǎn)生巨大沖擊力著力點的問題, 更沒有找到能把巨大沖擊力在瞬間化解消失的新技術(shù)，汽車碰撞的安全問題陷入了尷尬局面，至今無法推廣應(yīng)用。當(dāng)前汽車上最好的安全裝置是安全帶，它在車速不太快的情況下遭碰撞，對駕乘人員有一定的保護作用，但保護不了汽車的安全。還有: 雷達掃描電腦自動駕駛系統(tǒng)，微波多普勒效應(yīng)防撞系統(tǒng)，ABS 防抱死系統(tǒng)， SRS 安全氣囊系統(tǒng)，減振吸能保險杠，防撞橫梁等安全設(shè)備等。其中高科技的電腦自動駕駛系統(tǒng)，在正常情況下可防止追尾碰撞前車，但卻躲避不了違章碰撞，如裝有先進電腦自動駕駛系統(tǒng)的奔馳 600 高級轎車也難逃被撞毀的厄運。安全氣囊并不安全，有多少被撞毀、撞壞的轎車，氣囊卻展不開，引起官司不斷。 至于各式吸能保險杠或橫梁等專利產(chǎn)品，不能有效地把碰撞時產(chǎn)生的巨大沖擊力消耗， 特別是在轎車上找不到可安裝的位置而被束之高閣5。總之，汽車防碰撞這一個難題。3 液壓式碰撞緩沖裝置概念及特點傳統(tǒng)的緩沖器的復(fù)位件主要是機械彈簧，也有部分緩沖器的復(fù)位件采用金屬彈簧與橡膠的組合結(jié)構(gòu)。這些緩沖器都普遍存在缺陷:如體積大、容量小、質(zhì)量大、阻抗力較大、性能不穩(wěn)定、使用壽命較短和維修工作量大等。為了適應(yīng)實際工況的需求，液壓緩沖器得到了廣泛的應(yīng)用。液壓緩沖器具有容量大、性能穩(wěn)定且便于調(diào)整等特點，其較好的阻抗特性不僅改善了機械結(jié)構(gòu)受力，同時也提高了緩沖器的抗沖擊性6。正因為液壓緩沖器較好的特性使其在起重機械、船舶、鐵路等領(lǐng)域也得到成熟應(yīng)用。但液壓緩沖器大多采用金屬彈簧作為復(fù)位件，在實際工作過程中緩沖器經(jīng)常受到?jīng)_擊，使得金屬彈簧的疲勞壽命問題極大地限制了其應(yīng)用7。液氣緩沖器正是為克服這一缺陷而發(fā)展起來的，其采用壓縮氣體作為復(fù)位件，不僅消除了金屬彈簧的疲勞問題，且實現(xiàn)了無磨耗工作，提高其使用壽命增強了緩沖器的穩(wěn)定性。液氣緩沖器具有新型的阻尼結(jié)構(gòu)且節(jié)流效果明顯。復(fù)位件采用性能穩(wěn)定的氣新型液氣緩沖器的設(shè)計及分析體，克服了液壓緩沖器復(fù)位件經(jīng)常受沖擊而引起的疲勞問題且回彈力較小。目前廣泛應(yīng)用于起重機械、紡織機械、飛機、汽車和鐵道車輛等領(lǐng)域。4 液壓緩沖裝置發(fā)展現(xiàn)狀液壓緩沖裝置在高檔轎車上的應(yīng)用，液壓緩沖吸能結(jié)構(gòu)是利用油液的粘性阻尼作用，將大部分的沖擊能量通過節(jié)流孔吸收轉(zhuǎn)化為油液的熱能蚪散發(fā)掉，其結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)加強件通過橡膠摯與液雎緩沖器的活寒相連接?；钊蓷U做成空心，內(nèi)裝一浮動活塞將其隔成左、右兩腔，左腔充滿氮氣，右腔充滿機械油，活塞桿外吲柱面與緩沖缸內(nèi)網(wǎng)面滑動配臺，緩沖缸內(nèi)機械油與活塞桿右腔相通。緩沖缸固定在牟槳或車身加強件上，當(dāng)汽車與障礙物碰撞時，保險杠橫杠受到的碰撞沖擊力由其橫杠內(nèi)側(cè)加強件傳到活塞桿，活鏖桿端部向右移動，推動機械油向流過節(jié)流孔，壓向活塞右腔，推動活塞向左移動，并使氮氣受到壓縮。這樣，利用機械油通過節(jié)流孔時的粘性阻力吸收撞擊能量，吸收能最的效率高達80%，工作特性比較穩(wěn)定。撞擊后靠氮氣產(chǎn)生復(fù)原動力，使保險杠復(fù)位。奧迪A6液壓緩沖保險杠液壓緩沖小僅能夠吸收巨人的沖擊能量，而且可以通過淵節(jié)節(jié)流孔來設(shè)計不同的碰撞緩沖規(guī)律，工作穩(wěn)定可靠，特別適合于沖擊能較大的場合。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修小使，密封要求高，需要經(jīng)常保養(yǎng).有時會產(chǎn)滲漏，對環(huán)境溫度變化也比較敏感8。汽車碰撞吸能裝置是汽車的關(guān)鍵部件，在汽車碰撞安全中占有舉足輕重的位置，減少事故傷亡率。汽車碰撞吸能裝置是汽車的關(guān)鍵部件，在汽車碰撞安全中占有舉足輕重的位置，因此，提高汽車安全性，盡量減少交通事故帶來的損失是汽車領(lǐng)域亟待解決的科技問題。研究汽車碰撞、保護乘員安全、降低碰撞損失己成為汽車設(shè)計領(lǐng)域非常重要的一部份。液氣緩沖器在軌道交通車輛上的應(yīng)用。緩沖器是軌道交通車輛最主要的能量緩沖裝置之一，通過它來緩和和削減列車在運行和調(diào)車作業(yè)過程中的縱向沖擊力。緩沖器性能好壞直接影響到列車的運行速度、調(diào)車作業(yè)效率以及乘坐的舒適性和安全性。液氣緩沖器具有容量大、吸收率高、緩沖特性易于調(diào)整等優(yōu)點，并且利用惰性氣體代替原來的鋼彈簧，不但消除了彈簧的疲勞現(xiàn)象，還實現(xiàn)了無損耗工作，減少了維修量，提高了使用壽命11。氣液聯(lián)合碰撞緩沖裝置在汽車上的應(yīng)用。本發(fā)明公開了一種氣液聯(lián)合作用的汽車碰撞緩沖裝置。該碰撞緩沖裝置包括液壓缸體，柱塞桿，阻尼孔組，氣囊，爆破片和帶刀端蓋。液壓缸體內(nèi)設(shè)有氣囊，其余部分充滿液壓油。液壓缸體外側(cè)壁上連接充氣閥，充氣閥與液壓缸體內(nèi)的氣囊連通。柱塞桿沿缸體內(nèi)壁滑動，活塞桿內(nèi)安裝爆破片和阻尼孔組，并有帶刀端蓋壓緊固定12。 CRHS型動車組上應(yīng)用的液氣緩沖1-柱塞；2-氣腔；3-缸體；4-浮動活塞；5-油腔；6-單向錐閥；7-錐閥節(jié)流孔； 8-節(jié)流阻尼環(huán) ；9-油缸；10-節(jié)流阻尼棒 OLEO液氣緩沖器 1-緩沖頭；2-柱塞；3-氣腔；4-活動活塞；5-調(diào)節(jié)桿； 6-油缸5 結(jié)論隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，汽車安全性能尤為重要，研發(fā)出帶有好的安全性能的汽車，不僅能更早的占領(lǐng)市場，給企業(yè)帶來豐厚的利潤，同時也能減少車輛發(fā)生事故時成員的傷亡率。在查閱和研究了當(dāng)前的一些汽車碰撞緩沖裝置之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前汽車安全防撞裝置存在很多的不足，也更加肯定了本課題汽車碰撞緩沖裝置設(shè)計提出的必要性和實用性。本著最有效、最經(jīng)濟實用的發(fā)展理念，結(jié)合本課題的設(shè)計要求，提出了創(chuàng)新改良現(xiàn)有液氣緩沖裝置的方案。通過查找資料，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的液氣緩沖器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要經(jīng)常保養(yǎng)，密封要求高，對環(huán)境溫度變化比較敏感，甚至發(fā)生緩沖器失效，造成非常嚴(yán)重的后果。結(jié)合TRIZ理論及反求工程理論13，我們將對現(xiàn)有的液氣緩沖裝置進行改造與創(chuàng)新，將設(shè)計一種結(jié)構(gòu)更加簡單，工作更加穩(wěn)定可靠，便于拆裝檢修的新型緩沖裝置。相信這個新型的液氣緩沖裝置將改變現(xiàn)有緩沖裝置的不足，是汽車安全性能得到更大的提高，給社會帶來不錯的經(jīng)濟效益和影響。參考文獻1 2016全國城市汽車保有量排名榜新鮮出爐.百度.2017.01.2 2015年全國道路交通事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計公報.http;/www.peichang-cn，2016.3 張維剛.車輛乘員碰撞安全保護技術(shù).長沙：湖南大學(xué)出版社，2007.4 楊鐵軍.產(chǎn)業(yè)專利分析報告.第9冊.汽車碰撞安全.北京;知識產(chǎn)權(quán)出版社.2013.5 常凌燕.碰撞緩沖吸能裝置的結(jié)構(gòu)抗撞性研究.碩士論文，2010.6 胡竟湘.液壓與氣壓傳動.大連：大連理工大學(xué)出版社，2015.7 Fluidon Company, DSHplus Thermohydraulic Handbook，2004.8 黃世霖等.汽車碰撞與安全.北京；清華大學(xué)出版社，2000.9 郭良等.城軌車輛用緩沖器的研制與實驗.北京；機械工業(yè)出版社，2008.10 徐立等.液氣緩沖器的發(fā)展及其應(yīng)用.鐵道機車車輛，2000.11 張鎖懷.軌道車輛新型液氣緩沖器特性研究.陜西科技大學(xué)，2014.12 朱桂華.一種氣液聯(lián)合作用的汽車碰撞緩沖裝置.中南大學(xué).2015.13 張春林.機械創(chuàng)新設(shè)計.北京；機械工業(yè)出版社，200714 成大先.機械設(shè)計手冊,北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.15 李明智.新型液氣緩沖器的設(shè)計及分析（碩士學(xué)位論文）大連海事大學(xué)，2010.16 劉繼波.動車液氣緩沖器仿真研究（碩士學(xué)位論文）.吉林大學(xué).2009.17 李偉剛.軌道車輛新型液氣緩沖器特性研究（碩士學(xué)位論文）陜西大學(xué).2014. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 開 題 報 告一、課題的目的與意義本課題主要是設(shè)計一種新型的汽車碰撞緩沖裝置，通過對目前緩沖器的性能對比，不難發(fā)現(xiàn)液氣緩沖器具有適應(yīng)能力強，性能穩(wěn)定和工作可靠等優(yōu)點。但也存在一些不足，為了克服液氣緩沖器存在的缺陷，更好的適應(yīng)汽車行業(yè)的發(fā)展，本文設(shè)計了一種新型的緩沖裝置，其結(jié)構(gòu)更加簡單實用，工作更加可靠，克服了原有液氣緩沖裝置的不足，使得核心部件模塊化，便于加工和檢修。新型緩沖裝置設(shè)計的基本過程如下:(l)通過對現(xiàn)有緩沖裝置的結(jié)構(gòu)與性能的分析，以相關(guān)的設(shè)計手冊為規(guī)范，自行設(shè)計一種結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定的新型緩沖裝置;(2)根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理，選取較為合適的建模方法，建立符合緩沖器實際工況的數(shù)學(xué)模型;(3)應(yīng)用UG建立三維模型;(4)根據(jù)運動仿真、有限元分析、運動分析該緩沖器的性能。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望隨著汽車碰撞安全事故的頻繁發(fā)生，人們越來越發(fā)現(xiàn)緩沖裝置的重要性。但是同樣也發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有液氣緩沖裝置設(shè)計的不足之處，如液氣緩沖裝置大多采用節(jié)流阻尼棒一節(jié)流阻尼環(huán)機構(gòu)，這樣對其對中性提出了更高要求，一旦對中不良將造成緩沖裝置的失效和機械的損壞。因此設(shè)計一種新型的緩沖裝置己成為提高我國汽車行業(yè)發(fā)展的一個重要課題。三、課題主要內(nèi)容和要求1、課題主要內(nèi)容（1）新型液氣緩沖裝置的總裝平面圖、三維圖、爆炸圖 （2）連接機構(gòu)設(shè)計 （3）全部零件圖設(shè)計 （4）控制系統(tǒng)設(shè)計 （選做） （5）應(yīng)用相關(guān)合適軟件分析研究 （選做） 2、課題主要要求 2.1.宣布設(shè)計任務(wù)，明確課題任務(wù)及要求，收集閱讀有關(guān)設(shè)計資料(1周) 2.2.調(diào)查研究、分析設(shè)計課題完成開題報告(1.5周 ) 2.3.實習(xí)(1周) 2.4.總體方案設(shè)計： （1）總體方案確定（1.5周） （2）總裝平面圖、三維圖設(shè)計（2.5周） （3）爆炸圖（1周） 2.5.詳細(xì)設(shè)計： （1）各結(jié)構(gòu)設(shè)計（2.5周） （2）零件工作圖設(shè)計 （1.5周） 2.6.性能分析（1.5周） 2.7.撰寫設(shè)計、計算說明書 （1.5周） 2.8.畢業(yè)答辯（1周）四、研究方法、步驟和措施1、查閱資料，翻譯英文資料查找設(shè)計所需的資料，資料的內(nèi)容要有深度，要具有參考意義。2、熟練掌握設(shè)計所需的內(nèi)容復(fù)習(xí)以前所學(xué)設(shè)計有關(guān)的專業(yè)知識，并熟練的運用到設(shè)計中去。還要學(xué)習(xí)一些設(shè)計中所用到的其它方面的知識，如：有限元法（FEM）、自由模態(tài)分析等。設(shè)計運用UG軟件繪制緩沖裝置所有零件的三維模型圖，裝配圖。 3、設(shè)計內(nèi)容（1）總體方案的設(shè)計（2）建立緩沖裝置三維模型，并進行干涉分析；（3）改進緩沖裝置關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu)，并再次進行分析。4、具體設(shè)計步驟 （1）利用CAD完成新型液氣緩沖裝置的零件圖和總裝圖； （2）利用UG完成新型液氣緩沖裝置的所有零件的三維建模； （3）利用UG完成新型液氣緩沖裝置的裝配總圖； （4）利用UG完成新型液氣緩沖裝置裝配總圖的爆炸圖； （5）利用UG對新型液氣緩沖裝置做相應(yīng)的分析； 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1對“文獻綜述”的評語： 2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測： 指導(dǎo)老師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日