本發(fā)明屬于汽車零部件制造領(lǐng)域，特別是涉及到一種仿生抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，輕量化、抗沖擊性能對于汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和碰撞安全性至關(guān)重要，而整車的輕量化和抗沖擊性能取決于每一個零部件，尤其是CCB支架、轉(zhuǎn)向柱、橫拉桿等圓桿型相關(guān)零部件的輕量化和抗沖擊性能，會顯著影響整車燃油經(jīng)濟(jì)性和碰撞安全性能。目前生產(chǎn)廠家大部分都通過采用新型材料來達(dá)到輕量化的目的，這樣可能導(dǎo)致零部件的強(qiáng)度和機(jī)械性能有所削弱，對汽車抗沖擊性能產(chǎn)生影響。汽車零部件抗沖擊性能的提高，多通過對特定裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以實現(xiàn)。但鮮有對輕量化兼顧抗沖擊性能的通用性結(jié)構(gòu)的研究。

以仿生學(xué)為研究手段設(shè)計機(jī)械部件抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)已取得突破性進(jìn)展。以植物莖稈橫截面結(jié)構(gòu)設(shè)計出的抗沖擊結(jié)構(gòu)，經(jīng)試驗驗證具有良好的抗沖擊性能，并可實現(xiàn)零部件的輕量化設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種仿生抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠提高汽車零部件的使用壽命，減少部件在碰撞過程中的損壞，同時可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化，達(dá)到節(jié)省材料的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種仿生抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由外環(huán)、內(nèi)環(huán)和弧形支撐件組成，該弧形支撐件設(shè)有多個，呈環(huán)形布置且均勻固接在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間。

進(jìn)一步地，在上述一個優(yōu)選的方案中，所述弧形支撐件由與外環(huán)相連接的第一端、與內(nèi)環(huán)相連接的第二端，以及分別與該第一端和第二端的兩個端部相連接的兩條弧線組成，其中，該兩條弧線分別朝向另外對邊弧形所在方向彎曲形成內(nèi)凹狀。

進(jìn)一步地，在上述一個優(yōu)選的方案中，該支撐件的兩條弧線關(guān)于連接該第一端和第二端的中線對稱，且形成的該第一端和第二端弧長相等。

進(jìn)一步地，在上述一個優(yōu)選的方案中，所述支撐件設(shè)有12個，各個相鄰的所述支撐件之間的距離相同。

進(jìn)一步地，在上述一個優(yōu)選的方案中，所述外環(huán)與內(nèi)環(huán)共圓心，所述外環(huán)所在圓環(huán)的中心線的直徑為所述內(nèi)環(huán)所在圓環(huán)中線線的直徑的兩倍。

進(jìn)一步地，在上述一個優(yōu)選的方案中，所述外環(huán)的厚度為所述外環(huán)所在圓環(huán)的中心線的直徑的五十分之一，所述內(nèi)環(huán)的厚度為外環(huán)厚度的1.5倍。

進(jìn)一步地，在上述一個優(yōu)選的方案中，所述支撐件的各條所述弧線的中點到其兩端的距離相等，且兩條弧線的中點之間的距離為各弧線距離其兩個端部的距離的1.5倍。

本發(fā)明的有益效果是：在具有該橫截面結(jié)構(gòu)的部件產(chǎn)生撞擊時，因內(nèi)外環(huán)結(jié)構(gòu)之間存在著弧形結(jié)構(gòu)的支撐件，使其在撞擊過程中能緩沖部分能量，從而減少因撞擊過程對部件產(chǎn)生的損壞，提高部件的使用壽命，同時可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化，達(dá)到節(jié)省材料的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所述的仿生抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例所述的支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的目的是提供一種仿生抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)，使其可適用于汽車零部件的抗沖擊。

牛筋草和狗尾巴草均屬一年生草本植物，因其莖桿頗為結(jié)實，而不易被拉斷，且抗風(fēng)沖擊、抗彎折能力強(qiáng)。其莖稈橫截面由內(nèi)外兩環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，且內(nèi)外環(huán)形結(jié)構(gòu)之間均布著規(guī)則的幾何體，這些橫截面結(jié)構(gòu)能夠使牛筋草和狗尾巴適應(yīng)于各種惡劣環(huán)境，而使其莖稈不被折斷。本發(fā)明根據(jù)仿生學(xué)原理，依據(jù)牛筋草和狗尾巴草莖稈結(jié)構(gòu)設(shè)計成一種新型的仿生抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)。

參照圖1所示，本發(fā)明實施例所公開的一種仿生抗沖擊輕量化結(jié)構(gòu)，由外環(huán)1、內(nèi)環(huán)2和弧形支撐件3組成，該弧形支撐件3設(shè)有多個，呈環(huán)形布置且均勻固接在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間，所述外環(huán)1和內(nèi)環(huán)2均為具有一定厚度的圓環(huán)狀體且二者具有相同的圓心，弧形支撐件3為一段彎曲的弧面結(jié)構(gòu)。在具有該橫截面結(jié)構(gòu)的部件產(chǎn)生撞擊時，因內(nèi)外環(huán)結(jié)構(gòu)之間存在著弧形結(jié)構(gòu)的支撐件，使其在撞擊過程中能緩沖部分能量，從而減少因撞擊過程對部件產(chǎn)生的損壞，提高部件的使用壽命，同時可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化，達(dá)到節(jié)省材料的目的。

配合參照圖2所示，所述弧形支撐件3由與外環(huán)相連接的第一端、與內(nèi)環(huán)相連接的第二端，與該第一端和第二端的兩個端部分別相連接的兩條弧線組成，該第一端和第二端分別具有兩個弧形的端部，其中，該兩條弧線分別朝向其相對邊弧形所在方向彎曲形成內(nèi)凹狀，也即形成的該弧形支撐件3從中央部位向兩端寬度逐漸變大。各個弧形支撐件3之間具有供其擠壓變形的空隙，一方面起到留給弧形支撐件3變形空間，另一方面在不降低抗沖擊性的情況下，可以節(jié)省材料。

作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方式，該支撐件3的兩條弧線關(guān)于連接該第一端和第二端的中線對稱，且形成的該第一端和第二端弧長相等，這樣，該支撐件3也關(guān)于兩條弧線的中線對稱。需要強(qiáng)調(diào)的是，弧形支撐件3均勻布置在兩環(huán)之間，使得在撞擊過程中能夠充分的緩沖部分能量，且各點受力均勻，對零部件不會造成損壞。而且弧形支撐件3本身也高度對稱，中央部位最窄，其彎曲度最高，在擠壓過程中，弧形支撐件3本身可通過變形來減小沖擊的壓力。

進(jìn)一步地，在上述一個優(yōu)選的方案中，所述支撐件3設(shè)有12個，各個相鄰的所述支撐件3之間的距離相同，配合參照圖1所示，所述支撐件3環(huán)形布置有12個，由于弧形支撐件3本身高度對稱，弧形支撐件3與內(nèi)環(huán)2、外環(huán)1分別相連，內(nèi)環(huán)2的內(nèi)徑小于外環(huán)1的內(nèi)徑，相鄰的兩個支撐件3在內(nèi)環(huán)2上的距離相對在外環(huán)1上的距離要小，而內(nèi)環(huán)上的相鄰的兩個支撐件3的兩個弧線在內(nèi)環(huán)上可以具有相同的端點。當(dāng)然,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，上述支撐件的個數(shù)不限于本申請所限定的12個，根據(jù)不同的汽車零配件的大小或者抗壓性要求，其支撐件個數(shù)可以增多或者減少，支撐件兩端的弧形的弧度大小也可以變大或變小，在此不做任何限定。

在本實施例中，所述外環(huán)1與內(nèi)環(huán)2均為圓環(huán)狀，且共圓心，所述外環(huán)1所在圓環(huán)的中心線的直徑為所述內(nèi)環(huán)2所在圓環(huán)中心線的直徑的兩倍。所述外環(huán)的厚度為所述外環(huán)所在圓環(huán)的中心線的直徑的五十分之一，所述內(nèi)環(huán)的厚度為外環(huán)厚度的1.5倍。所述支撐件3的各條所述弧線的中點到其兩端的距離相等，且兩條弧線的中點之間的距離為各弧線距離其兩個端部的距離的1.5倍。

參照圖2所示，假設(shè)外環(huán)1所在圓環(huán)中心線的直徑為d1，厚度為m1＝(0.07-0.05)d1；內(nèi)環(huán)2所在圓環(huán)中心線的直徑d2＝d1/2，且厚度m2＝1.5m1。

支撐件3由兩段對稱的弧線ACB組成，其中C點為弧線ACB中點，A點和B點對稱分布于C點兩側(cè)，A點和B點到對稱線X軸的距離為hA＝hB＝m1，C點到對稱線X軸的距離為hC＝0.75m1。

外環(huán)直徑、內(nèi)環(huán)直徑、外環(huán)厚度、內(nèi)環(huán)厚度、支撐件的設(shè)計參數(shù)及支撐件個數(shù)的設(shè)置，因各個參數(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)，使得支撐件隨著內(nèi)環(huán)向外環(huán)呈放射性分布，使整體結(jié)構(gòu)在受到外力沖擊時可以較好的實現(xiàn)力的緩沖與釋放，因相鄰支撐件與內(nèi)環(huán)連接處微小弧線距離的存在可提高結(jié)構(gòu)受力強(qiáng)度，有效減少支撐件與內(nèi)環(huán)連接處出現(xiàn)的斷裂破壞，內(nèi)環(huán)厚度是外環(huán)厚度1.5倍的設(shè)置，是由于外環(huán)在受力時其受力接觸面積要大于內(nèi)環(huán)，因此增加內(nèi)環(huán)厚度可提高結(jié)構(gòu)整體的抗沖擊性，加之在外環(huán)不損壞條件下，內(nèi)環(huán)厚度設(shè)置為外環(huán)厚度的1.5倍足以滿足其抗沖擊性能。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，上述外環(huán)的直徑，內(nèi)環(huán)的直徑，、弧線的長度或者彎曲度大小，以及各個長度之間的比例大小，只是本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)置方式，但并不以此作為限定。

本發(fā)明通過內(nèi)外環(huán)形結(jié)構(gòu)和內(nèi)外環(huán)形結(jié)構(gòu)之間的支撐件參數(shù)的結(jié)合，根據(jù)植物仿生學(xué)特性，使擁有該種橫截面結(jié)構(gòu)的桿件具有良好的抗沖擊性能，提高了其使用壽命，同時實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。