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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目： 汽車碰撞緩沖裝置設(shè)計(jì)
學(xué)院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)
誠(chéng) 信 聲 明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；
2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；
3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。
作者簽名： 曾輝 日期：2017 年 5 月 26 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
題目： 汽車碰撞緩沖裝置設(shè)計(jì)
姓名基本任務(wù)及要求：
（1）緩沖總裝平面圖、三維圖、爆炸圖
（2）連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（3）全部零件圖設(shè)計(jì)
（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （選做）
（5）應(yīng)用相關(guān)合適軟件分析研究 （選做）
一、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間：
1.宣布設(shè)計(jì)任務(wù)，明確課題任務(wù)及要求，收集閱讀有關(guān)設(shè)計(jì)資料(1周)
2.調(diào)查研究、分析設(shè)計(jì)課題完成開(kāi)題報(bào)告(1.5周 )
3.實(shí)習(xí)(1周)
4.總體方案設(shè)計(jì)：
（1）總體方案確定（1.5周）
（2）總裝平面圖、三維圖設(shè)計(jì)（2.5周）
（3）爆炸圖（1周）
5.詳細(xì)設(shè)計(jì)： （1）各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2.5周）
（2）零件工作圖設(shè)計(jì) （1.5周）
6.性能分析（1.5周）
7.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書(shū) （1.5周）
8.畢業(yè)答辯（1周）
1
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目： 汽車碰撞緩沖裝置設(shè)計(jì)
學(xué)院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)
誠(chéng) 信 聲 明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；
2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；
3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。
作者簽名： 曾輝 日期： 年 5 月 26 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
題目： 汽車碰撞緩沖裝置設(shè)計(jì)
姓名基本任務(wù)及要求：
（1）緩沖總裝平面圖、三維圖、爆炸圖
（2）連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（3）全部零件圖設(shè)計(jì)
（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （選做）
（5）應(yīng)用相關(guān)合適軟件分析研究 （選做）
一、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間：
1.宣布設(shè)計(jì)任務(wù)，明確課題任務(wù)及要求，收集閱讀有關(guān)設(shè)計(jì)資料(1周)
2.調(diào)查研究、分析設(shè)計(jì)課題完成開(kāi)題報(bào)告(1.5周 )
3.實(shí)習(xí)(1周)
4.總體方案設(shè)計(jì)：
（1）總體方案確定（1.5周）
（2）總裝平面圖、三維圖設(shè)計(jì)（2.5周）
（3）爆炸圖（1周）
5.詳細(xì)設(shè)計(jì)： （1）各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2.5周）
（2）零件工作圖設(shè)計(jì) （1.5周）
6.性能分析（1.5周）
7.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書(shū) （1.5周）
8.畢業(yè)答辯（1周）
目 錄
摘要 I
Abstract. II
第1章 緒 論 1
1.1引言 1
1.2 研發(fā)背景及意義 1
1.3 課題的提出和主要研究?jī)?nèi)容 3
1.4 緩沖裝置分類 5
1.5 緩沖裝置工作原理 9
1.6碰撞過(guò)程分析 11
1.6.1恢復(fù)系數(shù) 11
1.6.2碰撞基本規(guī)律 12
1.7碰撞前后的能量分析 13
第2章 汽車碰撞緩沖裝置總體方案設(shè)計(jì) 15
2.1液氣緩沖裝置特性分析 15
2.2新型液氣緩沖裝置的設(shè)計(jì) 17
2.2.1設(shè)計(jì)理念 17
2.2.2總體方案 18
2.2.3工作原理 19
2.2.4設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn) 20
第3章 新型液氣緩沖裝置主要構(gòu)件及部分零件設(shè)計(jì) 22
3.1限速閥的設(shè)計(jì) 22
3.1.1氣腔限速閥的設(shè)計(jì) 22
3.1.2液腔限速閥的設(shè)計(jì) 23
3.1.3彈簧的設(shè)計(jì) 24
3.2限速閥的工作原理 25
3.3限速閥的優(yōu)點(diǎn) 25
3.3.1三種緩沖裝置阻尼結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 25
3.3.2限速閥阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì) 26
第4章 三維建模與分析 27
4.1三維建模 27
4.2爆炸圖 31
4.3新型液氣緩沖裝置運(yùn)動(dòng)仿真 32
4.4缸體1有限元分析 33
4.5運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊分析 35
結(jié)論 38
參考文獻(xiàn) 39
致謝 40
附錄 41
47
汽車碰撞緩沖裝置
摘要：根據(jù)本課題設(shè)計(jì)要求，自行設(shè)計(jì)了一種新型的液氣緩沖裝置。本裝置使用了新型的限速閥，并利用氮?dú)獾臒o(wú)疲勞、體積模量小的特點(diǎn)，使其容量及吸能性能優(yōu)越，回彈時(shí)間短，能夠以較小的行程獲得較大的緩沖力。本文介紹了新型液氣緩沖裝置的機(jī)構(gòu)特征、工作原理及性能特點(diǎn)，建立了三維模型，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真、有限元分析及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析證明了設(shè)計(jì)的合理性，本設(shè)計(jì)必將促進(jìn)汽車安全技術(shù)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：汽車；安全；碰撞緩沖裝置;限速閥.
AUTOMOBILE COLLISION BUFFER DEVICE
Abstract ：According to the design requirements of this topic ,a new kind of liquid gas buffer device is designed. The design has aplied new speed limit valve,and utilized the characteristic of nitrogen , such as no fatigue and small modulus. It made the a pability and the power-absorption ability prior , there boundtime short and the cushion for creased sharply .The paper introduced the operation principle ,the structure characteristics and the performance of the new buffer , a three-dimensional model is established ,and the rationality of the design is proved by motion simulation , finite element analysis and kinematics analysis. This design will certainly the development of vehicle safety technology , etc.
KEY WORDS: Automobile; Security; Collision device；the speed limit valve.
第1章 緒 論
1.1 引言
相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，我國(guó)的汽車工業(yè)起步較晚，汽車工業(yè)的發(fā)展水平特別是汽車技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有不小的差距。但隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，購(gòu)車的人越來(lái)越多，據(jù)調(diào)查所知，許多人在購(gòu)車時(shí)更多的是關(guān)注汽車的價(jià)格，外觀，內(nèi)飾等因素，很少有人去關(guān)注汽車安全方面的問(wèn)題[1] 。
目前，隨著汽車數(shù)量的增加和行駛速度的不斷提高，行車安全越來(lái)越重要。一起起血淋淋的交通事故確實(shí)讓人觸目驚心，最大限度地減少交通事故中的人員傷亡是汽車工業(yè)發(fā)展中的急需解決的關(guān)鍵難題。多年來(lái)人們想出了各種辦法，釆用了各種各樣的裝置來(lái)避免碰撞、或減輕碰車時(shí)所帶來(lái)的人員和車輛的損失。當(dāng)車輛在行駛過(guò)程中與其它車輛或障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，為了抵御沖擊、吸收和消散碰撞能量，需要在汽車上設(shè)計(jì)碰撞吸能裝置來(lái)保證乘員安全，降低汽車零部件的受損程度。在這些裝置中，采用得最多和使用得最廣泛的是碰撞緩沖裝置，碰撞緩沖的方式很多，有流體緩沖，機(jī)械緩沖，以及流體、機(jī)械并用的緩沖等[2]。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，大部分汽車緩沖裝置是通過(guò)吸能裝置的塑性變形來(lái)吸收能量。本緩沖裝置在分析了國(guó)內(nèi)外碰撞緩沖吸能裝置研制水平與發(fā)展現(xiàn)狀，以及碰撞損傷理論和法規(guī)的基礎(chǔ)之上，研究了一種較新的機(jī)械緩沖吸能裝置。主要是針對(duì)保護(hù)車體和司乘人員，在分析碰撞沖擊力的基礎(chǔ)上;再根據(jù)碰撞變形過(guò)程和碰撞損傷理論[3]研究了本緩沖吸能裝置的總體方案。裝置通過(guò)二級(jí)緩沖吸收碰撞能量，延長(zhǎng)碰撞時(shí)間，減輕碰撞變形段的碰撞變形和沖擊，再通過(guò)理論計(jì)算對(duì)該裝置進(jìn)行了可行性分析。提高吸能裝置的性能不僅能降低整車的受損程度，減少碰撞損失，而且能提高乘員的安全性，減少事故傷亡率。
1.2 研發(fā)背景及意義
近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民群眾的收入水平不斷提高，以及汽車價(jià)格的不斷降低。自2013年以來(lái)，我國(guó)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(gè)城市的汽車保有量都呈現(xiàn)著增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)：截止2016年底，全國(guó)汽車保有量達(dá)1.94億輛，其中有49個(gè)城市的汽車保有量超過(guò)百萬(wàn)輛，18個(gè)城市超過(guò)兩百萬(wàn)輛，6個(gè)城市超過(guò)三百萬(wàn)輛[4]。
汽車保有量的持續(xù)增長(zhǎng)無(wú)疑是我國(guó)人民生活水平進(jìn)一步提高的表現(xiàn)，但是眾多車輛帶來(lái)的巨大交通運(yùn)輸量也給交通運(yùn)輸環(huán)境以前所未有的壓力。在我國(guó)，大大小小的交通事故屢見(jiàn)不鮮，因事故發(fā)生帶來(lái)的損失難以估量。以死亡人數(shù)來(lái)說(shuō)，2014年，全國(guó)道路交通事故萬(wàn)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(zhǎng)率為8.5%；2015年為萬(wàn)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(zhǎng)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(guó)道路交通事故死亡人數(shù)事實(shí)上應(yīng)呈現(xiàn)小幅度逐年上升趨勢(shì)。
我國(guó)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(jiàn)交通安全形勢(shì)之嚴(yán)峻[5]。因此，提高汽車安全性，盡量減少交通事故帶來(lái)的損失是汽車領(lǐng)域亟待解決的科技問(wèn)題。研究汽車碰撞、保護(hù)乘員安全、降低碰撞損失己成為汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域非常重要的一部分。
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(guò)分劇烈而導(dǎo)致人體與汽車快速相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的[3]。良好的汽車乘員保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以大幅減輕乘員在碰撞發(fā)生時(shí)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(gè)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(zhǎng)、行業(yè)覆蓋面廣的特點(diǎn)，集群效應(yīng)非常顯著。國(guó)際知名的整車企業(yè)無(wú)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(shuō)，汽車碰撞安全技術(shù)的研發(fā)實(shí)力和技術(shù)儲(chǔ)備，是整車企業(yè)必不可少的‘內(nèi)功’，因此整車企業(yè)對(duì)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(yíng)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(chǎng)容量非常巨大。因此汽車碰撞安全行業(yè)的技術(shù)和市場(chǎng)，即是汽車產(chǎn)業(yè)鏈的核心之一，也是價(jià)值鏈中帶了豐厚的利潤(rùn)的部分。目前世界主要的汽車消費(fèi)市場(chǎng)均是汽車碰撞安全產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的密集區(qū)域[6]。
1.3 課題的提出和主要研究?jī)?nèi)容
世界上申報(bào)汽車防碰撞專利已有數(shù)千項(xiàng)， 但由于解決不了汽車碰撞時(shí)產(chǎn)生巨大沖擊力著力點(diǎn)的問(wèn)題, 更沒(méi)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(wèn)題陷入了尷尬局面，至今無(wú)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(duì)駕乘人員有一定的保護(hù)作用，但保護(hù)不了汽車的安全。還有: 雷達(dá)掃描電腦自動(dòng)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(xiǎn)杠，防撞橫梁等安全設(shè)備等。
其中高科技的電腦自動(dòng)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(jìn)電腦自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的奔馳 600 高級(jí)轎車也難逃被撞毀的厄運(yùn)。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(kāi)，引起官司不斷。 至于各式吸能保險(xiǎn)杠或橫梁等專利產(chǎn)品，不能有效地把碰撞時(shí)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[13]?？傊嚪琅鲎策@一個(gè)難題。
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(guò)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(qiáng)件通過(guò)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(dòng)活塞將其隔成左、右兩腔，左腔充滿氮?dú)?，右腔充滿機(jī)械油，活塞桿外吲柱面與緩沖缸內(nèi)網(wǎng)面滑動(dòng)配臺(tái)，緩沖缸內(nèi)機(jī)械油與活塞桿右腔相通。緩沖缸固定在牟槳或車身加強(qiáng)件上，當(dāng)汽車與障礙物碰撞時(shí)，保險(xiǎn)杠橫杠受到的碰撞沖擊力由其橫杠內(nèi)側(cè)加強(qiáng)件傳到活塞桿，活鏖桿端部向右移動(dòng)，推動(dòng)機(jī)械油向流過(guò)節(jié)流孔，壓向活塞右腔，推動(dòng)活塞向左移動(dòng)，并使氮?dú)馐艿綁嚎s。這樣，利用機(jī)械油通過(guò)節(jié)流孔時(shí)的粘性阻力吸收撞擊能量，吸收能最的效率高達(dá)80%，工作特性比較穩(wěn)定。撞擊后靠氮?dú)猱a(chǎn)生復(fù)原動(dòng)力，使保險(xiǎn)杠復(fù)位。奧迪A6液壓緩沖保險(xiǎn)杠液壓緩沖小僅能夠吸收巨人的沖擊能量，而且可以通過(guò)淵節(jié)節(jié)流孔來(lái)設(shè)計(jì)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(chǎng)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(shí)會(huì)產(chǎn)滲漏，對(duì)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(lái)的損失是汽車領(lǐng)域亟待解決的科技問(wèn)題。研究汽車碰撞、保護(hù)乘員安全、降低碰撞損失己成為汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域非常重要的一部份。但是同樣也發(fā)現(xiàn)了液氣緩沖裝置設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，這樣對(duì)其對(duì)中性提出了更高要求，一旦對(duì)中不良將造成緩沖器的失效和機(jī)械的損壞。因此設(shè)計(jì)一種新型的液氣緩沖器己成為提高我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要課題。
本課題正是在這樣的背景下提出的，通過(guò)對(duì)目前緩沖裝置的性能對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)液氣緩沖裝置具有適應(yīng)能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。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(jì)了一種新型的液氣緩沖器，其阻尼結(jié)構(gòu)為自行設(shè)計(jì)的限速閥，該閥件工作可靠，克服了原有液氣緩沖器的不足，使得核心部件模塊化，便于加工和檢修。
新型液氣緩沖器設(shè)計(jì)的基本過(guò)程如下:
(l)通過(guò)對(duì)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(jì)手冊(cè)[21]為規(guī)范，自行設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定的新型液氣緩沖裝置;
(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(shí)際工況的模型;
(3)應(yīng)用UG軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真;
(4)根據(jù)相關(guān)的計(jì)算分析該緩沖器的性能。
擬解決的關(guān)鍵性問(wèn)題:
(l)該緩沖裝置的核心部件是限速閥，所以限速閥結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取對(duì)緩沖性能起著至關(guān)重要的作用;
(2)緩沖裝置氣腔氣體初始?jí)簭?qiáng)的選取也對(duì)緩沖性能具有一定的影響;
(3)模型方法的選取將決定所建立的模型是否更真實(shí)的反應(yīng)緩沖裝置在實(shí)際工作工況下的性能;
(4)通過(guò)有限元分析結(jié)果分析各參數(shù)對(duì)緩沖裝置的影響。
1.4 緩沖裝裝置分類
目前應(yīng)用最廣泛的緩沖裝置類型有：彈簧緩沖裝置、聚氨醋泡沫塑料緩沖裝置、液壓緩沖裝置、液氣緩沖裝置[2]。
(1)彈簧緩沖裝置
彈簧緩沖裝置應(yīng)用較廣，該緩沖器主要是通過(guò)金屬?gòu)椈傻膲嚎s將大部分的沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓縮勢(shì)能，繼而達(dá)到緩沖的效果。它的構(gòu)造與維修比較簡(jiǎn)單，對(duì)工作溫度沒(méi)有特殊要求，吸收能量較大。缺點(diǎn)是反彈現(xiàn)象嚴(yán)重，不適用于運(yùn)行速度大于2 m/s的工況。
圖2.1 楔塊式緩沖裝置結(jié)構(gòu)圖
1-摩擦斜楔塊；2-瓦片簧； 3-彈簧墊塊； 4-雙卷螺旋彈簧； 5-彈簧箱體
(2)聚氨醋泡沫塑料緩沖裝置
聚氨醋緩沖裝置是通過(guò)聚氨酷發(fā)泡塑料吸收外部撞擊產(chǎn)生的動(dòng)能，致使發(fā)泡材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的阻抗力，達(dá)到使運(yùn)動(dòng)體產(chǎn)生減速的目的，從而達(dá)到緩沖效果。其變形體適用聚氨醋材料經(jīng)過(guò)適當(dāng)配方處理制成的，重量輕，價(jià)格便宜;在緩沖過(guò)程中可消耗約40%的能量，反彈力小;可壓縮性和回彈性好，可壓縮至50%以上，卸載5min后回復(fù)率不小于95%，該材料的微孔構(gòu)造使其工作過(guò)程類同于一個(gè)帶有空氣阻尼的彈簧，因而其緩沖容量可隨碰撞速度的提高而加大;工作中是軟碰撞，無(wú)噪聲、無(wú)火花，特別適用于防爆場(chǎng)合。
圖2.2 聚氨醋緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
(3)液壓緩沖裝置
液壓緩沖裝置主要由撞頭、復(fù)位彈簧、活塞桿、浮動(dòng)活塞、缸套及缸體等構(gòu)件組。在緩沖裝置受到?jīng)_擊時(shí)，油液通過(guò)阻尼機(jī)構(gòu)流入蓄油腔，由縫隙或阻尼小孔的阻尼作用，將運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，消除了反彈現(xiàn)象。液壓緩沖裝置吸能能力大且無(wú)反彈，在保證要求的最大減速度和緩沖行程條件下尺寸新型液氣緩沖裝置的設(shè)計(jì)及分析最小;但是液壓緩沖裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要經(jīng)常保養(yǎng),密封要求高，對(duì)環(huán)境溫度變化比較敏感，在速度高于2m/s或運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較大的起重機(jī)上，宜采用液壓緩沖裝置。液壓緩沖器可分為芯棒式、閥式、多孔式緩沖裝置等。
圖2.3 閥式液壓緩沖裝置
1-撞頭 ；2-活塞桿； 3-活塞； 4-筒； 5-閥芯； 6-閥座；7-底座
(4)液氣緩沖裝置
傳統(tǒng)的緩沖裝置的復(fù)位件主要是機(jī)械彈簧，也有部分緩沖器的復(fù)位件采用金屬?gòu)椈膳c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)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(diǎn)，其較好的阻抗特性不僅改善了機(jī)械結(jié)構(gòu)受力，同時(shí)也提高了
緩沖器的抗沖擊性。正因?yàn)橐簤壕彌_器較好的特性使其在起重機(jī)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?gòu)椈勺鳛閺?fù)位件，在實(shí)際工作過(guò)程中緩沖器經(jīng)常受到?jīng)_擊，使得金屬?gòu)椈傻钠趬勖鼏?wèn)題極大地限制了其應(yīng)用。液氣緩沖器正是為克服這一缺陷而發(fā)展起來(lái)的，其采用壓縮氣體作為復(fù)位件，不僅消除了金屬?gòu)椈傻钠趩?wèn)題，且實(shí)現(xiàn)了無(wú)磨耗工作，提高其使用壽命增強(qiáng)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(jì)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(wèn)題且回彈力較小。目前廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械、紡織機(jī)械、飛機(jī)、汽車和鐵道車輛等領(lǐng)域。
圖2.4 CRHS型動(dòng)車組上應(yīng)用的液氣緩裝置
1-柱塞；2-氣腔；3-缸體；4-浮動(dòng)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
圖2.5 OLEO液氣緩沖裝置
1-緩沖頭；2-柱塞；3-氣腔；4-活動(dòng)活塞；5-調(diào)節(jié)桿； 6-油缸
圖2.6 油氣門式液氣緩沖裝置
1-外筒； 2-活塞桿；3-限壓閥； 4-定壓活門； 5-密封裝置
1.5 緩沖裝置工作原理
緩沖裝置的結(jié)構(gòu)一般為圓筒形，它主要由承壓件、緩沖件(介質(zhì))、復(fù)位件及殼體等四部分構(gòu)成。其基本工作原理如下:沖擊載荷作用于承壓件時(shí)，緩沖介質(zhì)吸收沖擊動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)換為熱能耗散掉或轉(zhuǎn)換成彈性的壓縮能儲(chǔ)存于復(fù)位件中，待沖擊物移去時(shí)，復(fù)位件的恢復(fù)能使承壓件恢復(fù)至初始位置。通常要求在無(wú)反復(fù)沖擊情況下，復(fù)位時(shí)間應(yīng)盡量短。
衡量緩沖裝置性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)是容量和緩沖效率。容量是指緩沖裝置所能吸收的沖擊物的動(dòng)能，從緩沖特性曲線上看是緩沖力-行程曲線與坐標(biāo)軸所包圍的面積。緩沖效率是指實(shí)際的緩沖力-行程曲線所包圍的面積與最大緩沖力和緩沖行程所構(gòu)成的長(zhǎng)方形面積之比。
圖2.7 理論緩沖特性曲線
圖2.8 理想緩沖特性曲線
顯而易見(jiàn)，緩沖效率越高，相同體積的緩沖器吸收的能量就越多，緩沖性能越好。理想的緩沖特性曲線為矩形，此時(shí)緩沖效率為100%。但實(shí)際上，緩沖力的建立和消失都要有一個(gè)過(guò)程，因此，實(shí)際的緩沖特性曲線如能達(dá)到所示的梯形曲線即認(rèn)為緩沖效果令人滿意，將此梯形緩沖力曲線稱為緩沖器的理論曲線。
不同類型緩沖器的F-S曲線。顯而易見(jiàn)，以液壓油為緩沖介質(zhì)的緩沖裝置，其緩沖效率遠(yuǎn)大于另兩種緩沖裝置的緩沖效率。以彈簧機(jī)構(gòu)或橡膠作為緩沖件的緩沖裝置，彈簧或橡膠兼作復(fù)位件，緩沖裝置接受的沖擊能大部分轉(zhuǎn)換為彈性能儲(chǔ)存于介質(zhì)中構(gòu)成恢復(fù)能。而以液壓油為緩沖介質(zhì)的液壓緩沖裝置，復(fù)位件為機(jī)械彈簧、橡膠、惰性氣體之一或它們的組合，緩沖器接受的沖擊能大部分通過(guò)節(jié)流小孔或縫隙的液阻作用轉(zhuǎn)換成熱能耗散于空氣中，僅少部分沖擊能變成彈性能儲(chǔ)存于復(fù)位件中[7] 。
（1）行程一定時(shí) （2）緩沖力一定時(shí)
圖2.9 不同類型緩沖裝置的F-S曲線
1.6 碰撞過(guò)程分析
1.6.1恢復(fù)系數(shù)
汽車碰撞事故是一種碰撞現(xiàn)象。碰撞有3種形式，即彈性碰撞、非彈性碰撞和塑性碰撞。碰撞形式可用恢復(fù)系數(shù)e表示，即
式中V10,V20為碰撞物體A、B在碰撞前瞬間的速度(正碰撞時(shí)為負(fù)值);Vl、V2是碰撞物體A、B在碰撞后瞬間的速度。
例如兩橡皮求分別以3m/s和3m/s的速度正面碰撞，當(dāng)變形到速度為零后，又分別以3m/s的速度分開(kāi)，則碰撞后的相對(duì)速度為1，故恢復(fù)系數(shù)為:
如果同樣的兩戮土球，碰撞的能量全部由永久變形而吸收，則碰撞后的相對(duì)速度為零，即e=0。
所以，在三種碰撞形式中，彈性碰撞e=1，塑性碰撞e=O，非彈性非塑性碰撞0
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