CN106828600A - 一种仿生抗冲击轻量化结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生抗冲击轻量化结构，其中，该结构由外环、内环和弧形支撑件组成，该弧形支撑件设有多个，呈环形布置且均匀固接在外环和内环之间。本发明根据仿生学原理，并根据牛筋草和狗尾巴草茎秆结构设计成一种新型的仿生抗冲击轻量化结构，在具有该横截面结构的部件产生撞击时，因内外环结构之间存在着弧形结构的支撑件，使其在撞击过程中能缓冲部分能量，从而减少因撞击过程对部件产生的损坏，提高部件的使用寿命，同时可实现结构的轻量化，达到节省材料的目的。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件制造领域，特别是涉及到一种仿生抗冲击轻量化结构。
背景技术
随着汽车工业的不断发展，轻量化、抗冲击性能对于汽车的燃油经济性和碰撞安全性至关重要，而整车的轻量化和抗冲击性能取决于每一个零部件，尤其是CCB支架、转向柱、横拉杆等圆杆型相关零部件的轻量化和抗冲击性能，会显著影响整车燃油经济性和碰撞安全性能。目前生产厂家大部分都通过采用新型材料来达到轻量化的目的，这样可能导致零部件的强度和机械性能有所削弱，对汽车抗冲击性能产生影响。汽车零部件抗冲击性能的提高，多通过对特定装置结构的优化设计以实现。但鲜有对轻量化兼顾抗冲击性能的通用性结构的研究。
以仿生学为研究手段设计机械部件抗冲击轻量化结构已取得突破性进展。以植物茎秆横截面结构设计出的抗冲击结构，经试验验证具有良好的抗冲击性能，并可实现零部件的轻量化设计。
发明内容
本发明的目的是，提供一种仿生抗冲击轻量化结构，该结构能够提高汽车零部件的使用寿命，减少部件在碰撞过程中的损坏，同时可实现结构的轻量化，达到节省材料的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种仿生抗冲击轻量化结构，该结构由外环、内环和弧形支撑件组成，该弧形支撑件设有多个，呈环形布置且均匀固接在外环和内环之间。
进一步地，在上述一个优选的方案中，所述弧形支撑件由与外环相连接的第一端、与内环相连接的第二端，以及分别与该第一端和第二端的两个端部相连接的两条弧线组成，其中，该两条弧线分别朝向另外对边弧形所在方向弯曲形成内凹状。
进一步地，在上述一个优选的方案中，该支撑件的两条弧线关于连接该第一端和第二端的中线对称，且形成的该第一端和第二端弧长相等。
进一步地，在上述一个优选的方案中，所述支撑件设有12个，各个相邻的所述支撑件之间的距离相同。
进一步地，在上述一个优选的方案中，所述外环与内环共圆心，所述外环所在圆环的中心线的直径为所述内环所在圆环中线线的直径的两倍。
进一步地，在上述一个优选的方案中，所述外环的厚度为所述外环所在圆环的中心线的直径的五十分之一，所述内环的厚度为外环厚度的1.5倍。
进一步地，在上述一个优选的方案中，所述支撑件的各条所述弧线的中点到其两端的距离相等，且两条弧线的中点之间的距离为各弧线距离其两个端部的距离的1.5倍。
本发明的有益效果是：在具有该横截面结构的部件产生撞击时，因内外环结构之间存在着弧形结构的支撑件，使其在撞击过程中能缓冲部分能量，从而减少因撞击过程对部件产生的损坏，提高部件的使用寿命，同时可实现结构的轻量化，达到节省材料的目的。
附图说明
图1为本发明实施例所述的仿生抗冲击轻量化结构的结构示意图。
图2为本发明实施例所述的支撑件的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种仿生抗冲击轻量化结构，使其可适用于汽车零部件的抗冲击。
牛筋草和狗尾巴草均属一年生草本植物，因其茎杆颇为结实，而不易被拉断，且抗风冲击、抗弯折能力强。其茎秆横截面由内外两环形结构组成，且内外环形结构之间均布着规则的几何体，这些横截面结构能够使牛筋草和狗尾巴适应于各种恶劣环境，而使其茎秆不被折断。本发明根据仿生学原理，依据牛筋草和狗尾巴草茎秆结构设计成一种新型的仿生抗冲击轻量化结构。
参照图1所示，本发明实施例所公开的一种仿生抗冲击轻量化结构，由外环1、内环2和弧形支撑件3组成，该弧形支撑件3设有多个，呈环形布置且均匀固接在外环和内环之间，所述外环1和内环2均为具有一定厚度的圆环状体且二者具有相同的圆心，弧形支撑件3为一段弯曲的弧面结构。在具有该横截面结构的部件产生撞击时，因内外环结构之间存在着弧形结构的支撑件，使其在撞击过程中能缓冲部分能量，从而减少因撞击过程对部件产生的损坏，提高部件的使用寿命，同时可实现结构的轻量化，达到节省材料的目的。
配合参照图2所示，所述弧形支撑件3由与外环相连接的第一端、与内环相连接的第二端，与该第一端和第二端的两个端部分别相连接的两条弧线组成，该第一端和第二端分别具有两个弧形的端部，其中，该两条弧线分别朝向其相对边弧形所在方向弯曲形成内凹状，也即形成的该弧形支撑件3从中央部位向两端宽度逐渐变大。各个弧形支撑件3之间具有供其挤压变形的空隙，一方面起到留给弧形支撑件3变形空间，另一方面在不降低抗冲击性的情况下，可以节省材料。
作为本发明一个优选的实施方式，该支撑件3的两条弧线关于连接该第一端和第二端的中线对称，且形成的该第一端和第二端弧长相等，这样，该支撑件3也关于两条弧线的中线对称。需要强调的是，弧形支撑件3均匀布置在两环之间，使得在撞击过程中能够充分的缓冲部分能量，且各点受力均匀，对零部件不会造成损坏。而且弧形支撑件3本身也高度对称，中央部位最窄，其弯曲度最高，在挤压过程中，弧形支撑件3本身可通过变形来减小冲击的压力。
进一步地，在上述一个优选的方案中，所述支撑件3设有12个，各个相邻的所述支撑件3之间的距离相同，配合参照图1所示，所述支撑件3环形布置有12个，由于弧形支撑件3本身高度对称，弧形支撑件3与内环2、外环1分别相连，内环2的内径小于外环1的内径，相邻的两个支撑件3在内环2上的距离相对在外环1上的距离要小，而内环上的相邻的两个支撑件3的两个弧线在内环上可以具有相同的端点。当然,本领域技术人员应当理解的是，上述支撑件的个数不限于本申请所限定的12个，根据不同的汽车零配件的大小或者抗压性要求，其支撑件个数可以增多或者减少，支撑件两端的弧形的弧度大小也可以变大或变小，在此不做任何限定。
在本实施例中，所述外环1与内环2均为圆环状，且共圆心，所述外环1所在圆环的中心线的直径为所述内环2所在圆环中心线的直径的两倍。所述外环的厚度为所述外环所在圆环的中心线的直径的五十分之一，所述内环的厚度为外环厚度的1.5倍。所述支撑件3的各条所述弧线的中点到其两端的距离相等，且两条弧线的中点之间的距离为各弧线距离其两个端部的距离的1.5倍。
参照图2所示，假设外环1所在圆环中心线的直径为d1，厚度为m1＝(0.07-0.05)d1；内环2所在圆环中心线的直径d2＝d1/2，且厚度m2＝1.5m1。
支撑件3由两段对称的弧线ACB组成，其中C点为弧线ACB中点，A点和B点对称分布于C点两侧，A点和B点到对称线X轴的距离为hA＝hB＝m1，C点到对称线X轴的距离为hC＝0.75m1。
外环直径、内环直径、外环厚度、内环厚度、支撑件的设计参数及支撑件个数的设置，因各个参数之间的相互关联，使得支撑件随着内环向外环呈放射性分布，使整体结构在受到外力冲击时可以较好的实现力的缓冲与释放，因相邻支撑件与内环连接处微小弧线距离的存在可提高结构受力强度，有效减少支撑件与内环连接处出现的断裂破坏，内环厚度是外环厚度1.5倍的设置，是由于外环在受力时其受力接触面积要大于内环，因此增加内环厚度可提高结构整体的抗冲击性，加之在外环不损坏条件下，内环厚度设置为外环厚度的1.5倍足以满足其抗冲击性能。
当然，本领域技术人员应当理解的是，上述外环的直径，内环的直径，、弧线的长度或者弯曲度大小，以及各个长度之间的比例大小，只是本发明的一个优选的设置方式，但并不以此作为限定。
本发明通过内外环形结构和内外环形结构之间的支撑件参数的结合，根据植物仿生学特性，使拥有该种横截面结构的杆件具有良好的抗冲击性能，提高了其使用寿命，同时实现了结构的轻量化设计。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种仿生抗冲击轻量化结构，其特征在于，该结构由外环、内环和弧形支撑件组成，该弧形支撑件设有多个，呈环形布置且均匀固接在外环和内环之间。
2.如权利要求1所述的仿生抗冲击轻量化结构，其特征在于，所述弧形支撑件由与外环相连接的第一端、与内环相连接的第二端，以及分别与该第一端和第二端的两个端部相连接的两条弧线组成，其中，该两条弧线分别朝向另外对边弧线所在方向弯曲形成内凹状。
3.如权利要求2所述的仿生抗冲击轻量化结构，其特征在于，该支撑件的两条弧线关于连接该第一端和第二端的中线对称，且形成的该第一端和第二端弧长相等。
4.如权利要求3所述的仿生抗冲击轻量化结构，其特征在于，所述支撑件设有12个，各个相邻的所述支撑件之间的距离相同。
5.如权利要求4所述的仿生抗冲击轻量化结构，其特征在于，所述外环与内环共圆心，所述外环所在圆环的中心线的直径为所述内环所在圆环中线线的直径的两倍。
6.如权利要求5所述的仿生抗冲击轻量化结构，其特征在于，所述外环的厚度为所述外环所在圆环的中心线的直径的五十分之一，所述内环的厚度为外环厚度的1.5倍。
7.如权利要求3所述的仿生抗冲击轻量化结构，其特征在于，所述支撑件的各条所述弧线的中点到其两端的距离相等，且两条弧线的中点之间的距离为各弧线距离其两个端部的距离的1.5倍。
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