бампер транспортного средства

Формула изобретения

Бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове транспортного средства наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, связанные между собой упругим энергопоглощающим элементом, отличающийся тем, что упругий энергопоглощающий элемент образует сотовую конструкцию и выполнен в виде прикрепленного к неподвижной раме слоя упругопластичного материала с закрытой ячеистой структурой и глухими цилиндрическими отверстиями вдоль продольной оси транспортного средства, при этом в каждом из отверстий размещены по паре расположенных под углом друг к другу рычагов, одними концами шарнирно соединенных между собой и наружной подвижной рамой, а другими концами также шарнирно соединенных с концентрично введенными в отверстие фрикционными стальными накладками в форме продольных участков полого цилиндра, соединенными прижимной пружиной, причем в каждое из глухих отверстий между торцами накладок и дном отверстия плотно вставлены витая цилиндрическая пружина и пакет гофрированных деформирующихся при сжатии дисков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для поглощения энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.

Известен бампер транспортного средства, содержащий наружнюю энергопоглощающую ячеистую облицовку с открытыми с обеих сторон ячейками, выполненную из упруго-пластического материала, имеющую переменную по высоте и ширине передней части кузова толщину, армированную по наружной поверхности сеткой из пластичного материала, и снабженный с тыльной стороны клинообразными ребрами, образующими энергопоглощающую сотовую конструкцию, а также установленным поперек продольной оси транспортного средства полым брусом ромбического сечения /см. а.с. СССР №965840, кл. В60R 19/06, В62D 25/08, 1980 [1]/.

Недостатками данного бампера являются значительная сложность конструкции и его практически ремонтонепригодность, то есть возможность однократного использования, значительная зависимость степени энергопоглощения от зоны приложения к бамперу ударного усилия по его высоте и ширине, а также от направления действия ударного усилия при лобовых и боковых соударениях с препятствием.

Известны также бамперы транспортного средства, содержащие ударный брус, упруго соединенный с толкателем, взаимодействующим с подпружиненным пакетом энергопоглощающих, частично деформирующихся моментов в форме гофрированных дисков, размещенных между соединенным с толкателем поршнем и неподвижным упором /см. а.с. СССР №379787, кл. В60R 19/04, 1970 [2]; а.с. СССР №664544, кл. В60R 19/08, F16F 13/00, 1973 [3]/.

Недостатками известных устройств являются значительная сложность конструкции, большие габариты, низкая ремонтопригодность, связанная со значительным объемом ремонтно-восстановительных работ после соударения с препятствием, а главное - резкое снижение энергопоглощающих свойств при отклонении направления удара от лобового, низкая эффективность при боковых соударениях с препятствием.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове транспортного средства наружною подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, соединенные винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия, концы которых закреплены соответственно по краям подвижной и неподвижной рам под углом к горизонтальной плоскости, и снабженный устройством для фиксации винтовых пружин в сжатом состоянии в виде специальных болтов, шарнирно связанных с гнездами крепления пружин к рамам /см. а.с. СССР №116264, кл. В60R 19/18, 1984 [4]/, и принятый за прототип.

Недостатком устройства-прототипа является низкая эффективность поглощения энергии удара при столкновениях транспортного средства с препятствием, особенно - в случае боковых ударов, зависимость степени энергопоглощения как от направления удара, так и от места приложения к бамперу ударного усилия. Это объясняется практическим отсутствием в конструкции бампера элементов, обладающих свойством поглощения кинетической энергии удара и преобразования ее в другие виды энергии, то есть повышенной энергоемкостью, а также невозможностью достижения практической равноэффективности энергопоглощения при изменении направления и места удара конструкцией, состоящей из заданным образом ориентированных относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей цилиндрических пружин.

Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой конструкции бампера транспортного средства, обладающей при этом высокой эффективностью поглощения энергии удара и практической независимостью данного качества от направления и места приложения удара за счет изотропных диссипативных свойств, равномерно распределенных по всему объему конструкции, введения в конструкцию энергоемких элементов с сухим трением, упругими и пластическими деформациями.

Технический результат - повышение эффективности поглощения энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием как при лобовых, так и при боковых ударах.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства, содержащем смонтированные на кузове транспортного средства наружнюю подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, связанные между собой энергопоглощающим элементом, особенность заключается в том, что упругий энергопоглощающий элемент образует сотовую конструкцию и выполнен в виде прикрепленного к неподвижной раме слоя упруго-пластичного материала с закрытой ячеистой структурой и глухими цилиндрическими отверстиями вдоль продольной оси транспортного средства, при этом в каждом из отверстий размещены по паре расположенных под углом друг к другу рычагов, одними концами шарнирно соединенных между собой и наружней подвижной рамой, а другими концами также шарнирно соединенных с концентрично введенными в отверстие фрикционными стальными накладками в форме продольных участков полового цилиндра, соединенными прижимной пружиной, причем в каждое из глухих отверстий между торцами накладок и дном отверстия плотно вставлены витая цилиндрическая пружина и пакет гофрированных деформирующихся при сжатии дисков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично на виде сверху изображен предлагаемый бампер с местным продольным разрезом вдоль одного из глухих отверстий.

Бампер транспортного средства содержит смонтированную на кузове 1 внутреннюю неподвижную раму 2, жестко прикрепленную с помощью болтов к силовым узлам кузова 1, и наружнюю подвижную раму 3, связанные между собой упругими энергопоглощающими элементами. При этом последний выполнен в виде прикрепленного к неподвижной раме 2 слоя 4 упруго-пластического материала с закрытой ячеистой структурой, то есть материала с сотовой конструкцией, с образованием зазора 5 между слоем 4 и подвижной рамой 3. В слое 4 в разных местах равномерно по его поперечному сечению со стороны подвижной рамы 3 выполнены глухие цилиндрические отверстия 6, ориентированные вдоль продольной оси транспортного средства. При этом в каждом из отверстий 6 размещены по паре расположенных под углом друг к другу рычагов 7, одними концами шарнирно соединенных между собой и наружной подвижной рамой 3, а другими концами также шарнирно соединенных с концентрично введенными в отверстие 6 фрикционными стальными накладками 8 в форме продольных участков полого цилиндра, соединенными прижимной цилиндрической пружиной 9, навернутой торцами на резьбовые цилиндрические выступы шарниров 10. Наружние поверхности стальных накладок 8 выполнены со значительной искусственной шероховатостью 11, например, путем нанесения специальной сетчатой накатки или абразивной обработки и введены этой шероховатостью в контакт со стенками отверстия 6, в каждое из глухих отверстий 6 между одними торцами накладок 8 и дном отверстия 6 плотно последовательно вставлены витая цилиндрическая пружина 12 и пакет гофрированных, деформирующихся при сжатии металлических дисков 13, а вплотную к другим торцам накладок 8 со стороны подвижной рамы 3 в отверстие 6 жестко по посадке введено фиксирующее кольцо 14. Слой 4 изготовлен методом литья на упруго-пластического материала, например эластомера, с закрытыми ячейками, например, шестигранной формы. Отдельные диски в пакете 13 выполнены в виде тонких металлических пластин с радиальными гофрами, при этом гофры смежных дисков смещены относительно друг друга. Естественно, величина зазора 5 между подвижной рамой 3 и слоем 4, то есть величина хода подвижной рамы 3 бампера, должна быть больше максимального суммарного рабочего хода при полном упругом сжатии пружины 12 и полной пластической деформации пакета 13.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В исходном статическом состоянии пакет 13 гофрированных дисков не деформирован, пружина 12 частично сжата и прижимает накладки 8 торцами к фиксирующему кольцу 14, прижимная пружина 9 исходно сжата и прижимает накладки 6 шероховатыми наружними боковыми поверхностями 11 /участками полого цилиндра/ к внутренним цилиндрическим стенкам отверстия 6. Сжатая пружина 9 создает первичное усилие поджатия накладок 8 к стенкам отверстия 6 /нормальное усилие/, обуславливающее возникновение при попытке взаимного осевого смещения в зоне шероховатых поверхностей 11 сил сухого трения. При слабых лобовых ударах подвижной рамы 3 о препятствие и соответственно малых смещениях рамы 3 происходит некоторое увеличение угла между рычагами 7, в соответствии с этим - увеличение нормального давления на накладки 8 при одновременном смещении их шероховатых поверхностей 11 относительно стенок отверстия 6, сопровождающееся сжатием пружины 12, однако с усилием, не приводящим пока к пластическим деформациям пакета дисков 13. Такое смещение за счет возникновения указанных выше сил сухого трения и сил упругости приводит к энергопоглощению слабых ударов, диссипации их энергии, преобразованию кинетической энергии удара в тепловую и потенциальную энергию упруго-сжатой пружины. После окончания удара пружина 12 разжимается, преодолевая силы сухого трения /так подобрано ее соотношение жесткостных параметров/, и возвращает систему в исходное состояние. При сильном лобовом столкновении и, соответственно, резком увеличении угла между тягами 7 огромные нормальные напряжения на накладках 8 приводят к продавливанию последними стеной отверстия 6 с дальнейшим разрушением накладками 8 ячеистой структуры слоя 4 как в поперечном, так и одновременно в продольном направлениях вдоль всего отверстия 6. Такое смятие ячеек слоя 4 происходит практически одновременно по всему объему слоя 4 и приводит к интенсивному энергопоглощению этим слоем кинетической энергии удара. Одновременно с этим после полного сжатия пружины 12 происходит пластическая деформация смятия пакета 13 дисков, также сопровождающаяся активным энергопоглощением. При боковых ударах за счет равномерного распределения отверстий 6 по сечению бампера, а главное - за счет изотропного равномерного распределения ячеек по всему объему слоя 4 упруго-пластичного материала характер энергопоглощения по сравнению с лобовым ударом практически не изменяется. Любое по направлению и точке приложения к бамперу соударение сопровождается осевым перемещением рычагов 7 с накладками 8 в полости отверстий 6, возникновением сил сухого трения и упругости, а при значительной интенсивности удара - пластической деформацией с разрушением ячеистой структуры слоя 4 и пакета гофрированных дисков 13. Для восстановления конструкции бампера после сильного удара с разрушением структуры необходимо заменить слой 4 ячеистой структуры и пакет 13 дисков.

Таким образом, предлагаемый бампер, имея сравнительно простую конструкцию, характеризуется предельно высокой интенсивностью поглощения энергии удара, причем как при лобовых, так и при боковых столкновениях с препятствием. Конструкция легка в сборке, регулировке, не требует применения сложных конструктивно и технологически деталей и узлов.