[發(fā)明專利]一種新型多胞結(jié)構(gòu)的汽車潰縮式吸能轉(zhuǎn)向柱

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811170995.0
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109263711A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設計）人: 張偉;白曉煜;孫皓;侯博文;孫亞東;馬躍;孫偉
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: B62D1/19
• 分類號: B62D1/19
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種新型多胞結(jié)構(gòu)的汽車潰縮式吸能轉(zhuǎn)向柱,屬于機械設計領(lǐng)域,包括下轉(zhuǎn)向軸、下轉(zhuǎn)向柱管、負泊松比多胞結(jié)構(gòu)的吸能裝置、上轉(zhuǎn)向柱管、上轉(zhuǎn)向軸，吸能裝置設于上轉(zhuǎn)向柱管和下轉(zhuǎn)向柱管之間，上轉(zhuǎn)向柱管和下轉(zhuǎn)向柱管上分別安裝上轉(zhuǎn)向軸、下轉(zhuǎn)向軸。吸能裝置包括圓盤狀的頂板和底板，二者之間設有圓筒，圓筒上設有三維負泊松比多胞結(jié)構(gòu)。本發(fā)明，由于負泊松比結(jié)構(gòu)具有軸向受壓?收縮的特性，在發(fā)生碰撞時，汽車轉(zhuǎn)向柱能夠吸收更多的能量；并且該結(jié)構(gòu)從開始潰縮到最后吸能的停止，整個過程結(jié)構(gòu)收縮的位移很大，可以給駕駛員提供更大的生存空間；另外，此多胞結(jié)構(gòu)剛度較大，能夠更高效地傳遞扭矩。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械設計領(lǐng)域，涉及一種轉(zhuǎn)向柱，更具體地說，涉及一種新型多胞結(jié)構(gòu)的汽車潰縮式吸能轉(zhuǎn)向柱。

背景技術(shù)

當汽車發(fā)生正面碰撞時，由于慣性，駕駛員有向前傾的趨勢，因為這個趨勢，人體的頭部和胸部可能會和轉(zhuǎn)向柱方向盤部分碰撞，造成駕駛員的損傷。所以提高轉(zhuǎn)向管柱的吸能能力和抵抗位移能力是提高駕駛?cè)藛T安全性的關(guān)鍵。

轉(zhuǎn)向柱是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接方向盤和轉(zhuǎn)向器的元件。通過轉(zhuǎn)向柱，駕駛員可以把扭矩傳遞給轉(zhuǎn)向器，帶動轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向柱大體由三部分構(gòu)成，分別是上軸總成、轉(zhuǎn)向支架、下軸總成這三大部件。目前轉(zhuǎn)向柱可以分為兩類：潰縮式轉(zhuǎn)向柱和波紋管式轉(zhuǎn)向柱。潰縮式轉(zhuǎn)向柱是在兩個部件之間設計一個轉(zhuǎn)向節(jié)之類的東西，潰縮式轉(zhuǎn)向柱包括兩種:可潰縮式和可伸縮式。當汽車發(fā)生正面撞擊時，潰縮式的轉(zhuǎn)向柱可以自動收縮進去，或者瞬間“折斷”，而可伸縮式轉(zhuǎn)向柱會自動斷開或脫開，以上兩種潰縮式轉(zhuǎn)向柱都可以在汽車發(fā)生碰撞時，拉開轉(zhuǎn)向柱與駕駛員的距離，增加生存空間。波紋管式轉(zhuǎn)向柱，則需要在各個主部件之間設計一個波紋管結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)向柱主要靠波紋管被壓縮而吸收碰撞帶來的能量，同時可以減少一定轉(zhuǎn)向柱的移動量。這兩種形式的轉(zhuǎn)向柱能一定程度減少駕駛員的損傷，但受結(jié)構(gòu)空間的限制，這兩種結(jié)構(gòu)吸收的能量和抵抗的位移都是十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服當汽車發(fā)生碰撞時，汽車轉(zhuǎn)向柱吸收能量不足和抵擋的位移有限等問題，本發(fā)明提供了一種新型多胞結(jié)構(gòu)的汽車潰縮式吸能轉(zhuǎn)向柱。此新型轉(zhuǎn)向柱需要在上轉(zhuǎn)向管和下轉(zhuǎn)向管之間加一個負泊松比多胞結(jié)構(gòu)的吸能裝置。此轉(zhuǎn)向柱的新型三維負泊松比多胞結(jié)構(gòu)的泊松比小于0，能夠產(chǎn)生受壓-收縮的現(xiàn)象，可以使轉(zhuǎn)向柱在發(fā)生碰撞時剛度提高，吸收更多的能量和抵抗更多的位移。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種新型多胞結(jié)構(gòu)的汽車潰縮式吸能轉(zhuǎn)向柱，包括下轉(zhuǎn)向軸1、下轉(zhuǎn)向柱管2、負泊松比多胞結(jié)構(gòu)的吸能裝置3、上轉(zhuǎn)向柱管4、上轉(zhuǎn)向軸5，吸能裝置3設于上轉(zhuǎn)向柱管4和下轉(zhuǎn)向柱管2之間，上轉(zhuǎn)向柱管4和下轉(zhuǎn)向柱管2上分別安裝上轉(zhuǎn)向軸5、下轉(zhuǎn)向軸1。

所述的吸能裝置3包括圓盤狀的頂板31和底板32，在頂板31和底板32之間設有薄壁圓筒33，即薄壁圓筒33的一端與頂板31固連，另一端與底板32固連。所述的薄壁圓筒33上設有三維負泊松比多胞結(jié)構(gòu)34。所述的三維負泊松比多胞結(jié)構(gòu)34是由若干層多胞結(jié)構(gòu)疊加而成，一層多胞結(jié)構(gòu)為圓環(huán)形，由三維負泊松比元胞341緊密拼接而成。

所述的三維負泊松比多胞結(jié)構(gòu)34過盈裝配于薄壁圓筒33內(nèi)側(cè)。

所述的頂板31和底板32上設有均勻分布的螺栓孔，分別通過螺栓與上轉(zhuǎn)向柱管4和下轉(zhuǎn)向柱管2連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點包括：

將新型三維負泊松比多胞結(jié)構(gòu)應用于汽車轉(zhuǎn)向柱，由于負泊松比結(jié)構(gòu)軸向受壓-收縮的特性，當此結(jié)構(gòu)受到軸向壓縮時，材料的剛度會得到提高，在發(fā)生碰撞時，汽車轉(zhuǎn)向柱將能夠吸收更多的能量；并且轉(zhuǎn)向柱會發(fā)生潰縮，抵抗位移能力明顯增高，所以安全性能大大提高。

另外，轉(zhuǎn)向柱的最重要的功能就是傳遞扭矩，而此多胞結(jié)構(gòu)，剛度較大，因此能夠更高效地傳遞扭矩。

附圖說明