2008年第20期企业科技与发展NO.20,2008
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浅谈当代汽车保险杠的设计
周伟
C上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心,广西柳州545007)
【摘要】汽车保险杠是汽车安全防护装置之一,是现代汽车结构的重要组成部分 。文章对保险枉的设计原则 、材料选择、结构设计2L:r_艺设计等方面进行了简要的介绍。
【关键词】汽车保险杠;设计;选材;结构;工艺
【中圈分类号】U461.91,【文献标识码】A【文章编号]1674-0688(2008)20-0092-03
Notes on the Bumper Design for Modem Automobile
ZHoU Wei
(TechnieM Center ofSGMIV,Liuz_,hou Guangxi545007)
【Abstract】The bumper,is one part of the protection system and an important component of the modem automobile.The is-
sue briefly introduced its design principle,selecting-material and
structure design.
【Key words】automobile bumper;,design;selecting-material;structure;craftsmanship
汽车问世已1个多世纪了,给世界带来了巨大的变化。随着人民生活水平的提高,汽车已进入平常百姓家,人们对汽车的要求也越来越高,美观性和安全性已成主题 。保险杠是汽车车身的一个重要部件,其除起装饰作用外,还起保护翼子板、散热器和灯具的作用。由于保险杠具有这些功能,国内外对它的研究十分重视,特别是轿车保险杠,众多厂家更是追求造型优美、结构独特和具有被动安全装置的保险杠。汽车保险杠安装在汽车的最前端和最后端,在整车造型风格中起到至关重要的作用。它能够诠释出整车外装饰的艺术风格,好的保险杠能够使用户感到赏心悦月,得到美的享受 。无论汽车的大 、小改型设计,保险杠总是成为造型师手中重点塑造的对象,造型美观是整车的亮点及卖点 。另外,发生碰撞时,大多数情况下都有保险杠的参与,保险杠作为安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分,它能有效地减轻人员伤亡程度以及汽车损坏程度 。由于汽车工业飞速发展,汽车数量与日俱增,交通事故的发生在所难免。为了把这种事故减少到最低限度,世界各国除了开发汽车被动安全装置以外,还在积极研制多功能型的保险杠 。多功能型保险杠不仅起装饰美化汽车的作用,更重要的是起安全保护作用。因此,这种实用型的保险杠具有广阔的发展前景和市场前途。
1保险杠的设计原则
在保险杠的开发过程中,应遵循以下几个原则:
(1)主动安全性,即必须最大限度地满足使用功能,保险杠的安装高度应符合法规(安全可靠、设计合理) 。
(2)被动安全性,即发生碰撞时,保险杠要有良好的吸能特性 。
(3)在外部造型 、色彩和质感上要与整车造型协调一致,浑然一体。
“)便于安装和维修 。做到间隙合理,无干涉现象,符合人机工程。
2保险杠的材料选择
2.1选材原则
正确地选择材料,必须满足3个方面的要求:
(1)良好的使用性能的要求;
(2)优良的工艺性能的要求;
(3)合理的成本方面的要求 。
2.2选材方法
2.2.1全面了解制件的使用要求
除应了解部件正常工作时具备的性能指标外,还应弄清部件的工作环境(如温度、湿度、介质)及其可能发生的变化等。
2.2.2掌握材料的性能特征
要正确选材,不能只对材料的性能作一般性的了解,应找出每一种材料1—2项比较突出的性能,作优先选用的对象。有些塑料,其树脂的性能不能满足部件的性能要求,则可通过改性或加入适宜的填料之后,方能变成理想的材料。保险杠的材料通常选用改性聚丙烯,即注射成型用热塑性塑料,它应满足如下的基本特征:
(1)耐热性在80一100℃。
(2)冲击强度在0.3—4J/cm20
(3)拉伸强度在29~39MPao
(4)成型性,耐候性良好 。
前保险杠一般用PP+EPEM等材料 。
【作者简介】周伟(1985一),男,江西南昌人,上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师。研究方向:汽车内外饰设计 。
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万方数据
3保险杠的结构设计
在整车外表面造型确定后,进行保险杠的结构设计 。首先考虑保险杠与其他车身部件的搭接关系,进行安装结构设计;其次进行保险杠的本体设计 。
3.1保险杠与车身的安装设计
下面以某汽车为例介绍保险杠与其他车体部件的搭接配合关系,如图1、图2所示。
图1某轿车前部
圈2栗轿车后部
3.1.1前保险杠的安装设计
(1)为了保证前保险杠与格栅 、前大灯的间隙以及安装效果,前保险杠上部与机舱之间共设计了5处装配关系 。图3所示为前保险杠上中部与支架的安装关系;图4所示为前保险杠左右上部与安装支架的搭接关系 。
图3前保险杠E中部与支架的安装关系
图4前保险杠E部与支架的搭接关系
(2)为了保证前保险杠与前翼子板之间的间隙及安装效果,侧上部与前翼子板共设计了4处装配关系,如图5所示 。前保险杠左,右侧加强板先与左,右前翼子板安装,然后前保险杠与左,右支座、左,右前翼子板及衬板安装 。
G)为了保证前保险杠与车身的整体性和牢固性 。下部与车身其他部件共设计3处装配关系,如图6所示。
图5前保险杠侧部与车身其他部件的装配关系
图6前保险杠下部与车身其他部件的装配关系
圈7前保险杠本体
(4)考虑前拖钩 、前雾灯 、前牌照的位置及安装方式,如图7所:示 。
3.1.2后保险杠的安装设计
(1)为了保证后保险杠与后组合灯 、后围及侧围之间的间隙以及安装效果,上部与后围总成设计了2处装配关系,与侧围总成-i,St计了4处装配关系。下部与后围总成 、密封挡泥板及挡泥板等设计了4处装配关系 。由于后保险杠的设计理念与前保险杠相同,故不作详细阐述。
(2)考虑后牵引钩 、排气管组件管等的位置以及安装方式,如图8所示 。
3.2保险杠的工艺设计
3.2.1圆角
保险杠不论内、外表面的转折处均应设计成圆角,这样不万方数据
但机械强度高,外观漂亮,塑料在型腔里流动也比较容易。否则,保险杠在使用时夹角处易受压而遭破坏,成型冷却时易产生内应力和裂纹 。
在塑件制品上若有圆角,可有助塑料成型,又可防止收缩应变或锐角而引起应力过度集中,还可增加其强度 。
图9是表示应变和P,/r关系曲线(curve) 。
R/T
图9
从曲线可以看出R/T＜0.3时 。
应力集会激烈地变多,而在PJIbO.8时,就会减少 。常见圆角的选取见图10,但最小亦不能小于0.5—1.0mm圆角。
图10
塑件常运用其圆角可减少塑件的弯曲,任何塑件除分模线要求尖角外,其他外表面的转角也都希望做成圆角,以利材料流动,降低塑料模具的制造成本和延长塑料模具的寿命 。
3.2.2壁厚
根据保险杠的使用要求,即强度、结构、重量、尺寸稳
定性以及装配等各项要求,保险杠应壁厚均匀 、厚薄适当且不应有突变,厚薄不同的部位应逐渐过渡。在成型过程中,收缩和硬化同时发生,薄的部分比厚的部分冷却快,厚的部分比薄的部分收缩量大。热塑性塑料制品的厚度一般为2—5cm,保险杠的基础厚度一般为3—3.5cm。
3.2.3斜度.
为了使保险杠从模具内取出或取出型芯时,不产生表面划伤和擦毛等情况。制品内外表面沿脱模方向都应有倾斜角度,即脱模斜度。脱模斜度的大小与塑料的性质、收缩率大小 、壁厚和形状有关,也和制品高度、型芯长度有关。最小脱模斜度为157,通常取0.50即可。在不影响制件装配要求的情况下,脱模斜度应尽量取大一些,一般为00一30 。
3.2.4加强筋
在不增大制品厚度的情况下,采用加强筋能够增强制品的机械强度,同时还可以防止制品的翘曲。加强筋和制品壁的连接处及端部,都应用圆弧相连,以防止应力集中而影响制品质量。设计加强筋应注意掌握以下几点:
(1)厚度应小于制品厚度,以免产生瘦陷(塑痕) 。
(2)高度不宜过大,否则会使筋部受力遭破坏 。
(3)设置方向应与槽内料流方向一致,以免由于料流的干扰而损害制品的质量 。
(4)多条加强筋要分布得当,排列应互相错开,以减少收缩不匀而引起破坏。
(5)不应设置在大面积制品的中央部位,如非设置在中央不可时,则应在其相对应的外表面上加设槽沟,以免消除可能产生的流纹 。
为了使塑件既有一定的强度和刚度,又不致使塑件截面过厚 。以防止产生成型缺陷,行之有效的办法是在塑件适当部位设置加强筋或增设防止变形结构 。加强筋不仅可以防止塑件变形,而且有利于改善塑件模塑成型的充模状况 。常见加强筋相关尺寸如图11所示。为掩饰塌坑的设计,常采用如图12的结构。・’
豳11
图12
3.2.5孔
保险杠上各种形状的孔,应尽可能开设在不减弱制品机械强度的部位,其形状也应力求不使模具制造工艺复杂化 。相邻两孔之间和孔与边缘之间的距离,通常都与孔径相等 。在设计塑件上各种孔的位置时,应不致影响塑件的强度,并且尽量不增加模具制造的复杂性。孔与孔之间,孔与边缘之间的距离不应太小,否则在装配其他零件时孔的周围易破裂。一般常用孔孔径与孔边距关系见表1 。
表1孔径与孔边距关系
l孔径d＜1.S1.5~33~66~1010~1818~30 l孔边距b1~1.51.5~22州33~44~55~7
4结语
汽车保险杠的结构设计,不仅影响到驾驶人员的安全性,而且影响到产品的耐用性。随着汽车与人类的关系越来越密不可分,其整体设计向人性化 、个性化发展,保险杠的功能和概念也从单一保护汽车方面向汽车车身美学、整体装饰协调 、减少风阻系数及提高驾驶机动性等诸方面发展 。{蕴
参考文献
[1]1刘志傀汽车技术[Il天津汽车。2005.
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[3]李会武,范兴国.塑料模具手册[M].北京:机械工业出版社,
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【责任编辑:黄庆发】
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