бампер транспортного средства

Формула изобретения

Бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, связанные винтовыми цилиндрическими пружинами, жестко прикрепленными одними из торцов к подвижной раме, отличающийся тем, что другие торцы пружин с прикрепленными к ним дисками свободно с радиальными зазорами размещены внутри установленных на неподвижной раме концентрично пружинам кольцевых ограничителей, контактирующие поверхности дисков и неподвижной рамы внутри ограничителей выполнены со значительной искусственной шероховатостью, в средней части к каждой из пружин прикреплены снаружи с диаметрально противоположных сторон две поперечные полуоси, при этом каждая из пружин снабжена двумя продольными тягами, размещенными по разные стороны пружины параллельно ее продольной оси и состоящими из двух элементов каждая, внутренние концы которых шарнирно закреплены на соответствующей поперечной полуоси, а наружные концы также шарнирно закреплены соответственно на подвижной и неподвижной рамах с возможностью проворота вокруг параллельной пружинам оси.

Описание изобретения к патенту

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

Известны бамперы транспортного средства, содержащие наружнюю энергопоглощающую ячеистую облицовку, выполненную из упругопластичного материала, армированную сеткой из пластичного материала, и снабженные с тыльной стороны клинообразными ребрами, образующими энергопоглощающую сотовую конструкцию /см., например, а.с. СССР №965840, кл. B 60 R 19/08, В 62 D 25/08, 1980 [1]; a.c. СССР №1076336, кл. В 62 D 21/10, 1982 [2]/.

Недостатками известных бамперов являются значительная сложность конструкции и их практически ремонтонепригодность, то есть возможность однократного использования.

Известен также бампер транспортного средства, содержащий ударный брус, упруго соединенный с толкателем, взаимодействующим с подпружиненным пакетом энергопоглощающих деформирующихся элементов, в форме гофрированных дисков с возможностью их замены после нескольких срабатываний устройства /см. а.с. СССР №664544, кл. В 60 R 19/08, F 16 F 13/00, 1973 [3].

Недостатками известного устройства являются значительная сложность конструкции, большие габариты, а также низкая ремонтопригодность, связанная со значительным объемом ремонтно-восстановительных работ, и возможность повторного удара за счет распрямления упругих элементов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузовке наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, соединенные винтовыми цилиндрическими пружинами с помощью гнезд крепления, и снабженный устройством фиксации пружин в сжатом состоянии для устранения повторного удара /см. а.с. СССР №1162641, кл. В 60 R 19/18, 1984 [4]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются низкая эффективность поглощения энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием, сложность конструкции устройства и его эксплуатации. Это объясняется малой степенью энергопоглощения конструкцией бампера, практическим отсутствием в конструкции элементов, обладающих свойством поглощения кинетической энергии удара и ее преобразования в другие виды энергии, сложностью устройства устранения повторного удара, включающего ушковые болты с фигурными пазами, шарнирное крепление их на крюках и т.п., специальной операцией для послеударного возвращения бампера в исходное положение, включающей упор подвижной рамой в препятствие, подъем при этом болта и т.д.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции бампера транспортного средства, обеспечивающей высокую степень поглощения кинетической энергии соударения за счет преобразования последней в потенциальную энергию одновременно сжимаемых, закручиваемых и радиально смещаемых пружин, а также за счет интенсивной диссипации энергии при крутильном и линейном контактном взаимодействии поверхностей со значительными коэффициентами трения скольжения, находящихся в условиях значительных нормальных давлений.

Технический результат - повышение степени энергопоглощения и упрощение конструкции бампера транспортного средства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства, содержащем смонтированные на кузове наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, связанные винтовыми цилиндрическими пружинами, жестко прикрепленными одними из торцов к подвижной раме, особенность заключается в том, что другие торца пружин с прикрепленными к ним дисками свободно с радиальными зазорами размещены внутри установленных на неподвижной раме концентрично пружинам кольцевых ограничителей, контактирующие поверхности дисков и неподвижной рамы внутри ограничителей выполнены со значительной искусственной шероховатостью, в средней части каждой из пружин прикреплены снаружи с диаметрально противоположных сторон две поперечине полуоси, при этом каждая из пружин снабжена двумя продольными тягами, размещенными по равные стороны пружины параллельно ее продольной оси и состоящими из двух элементов каждая, внутренние концы которых шарнирно закреплены на соответствующей поперечной полуоси, а наружные торцы также шарнирно закреплены соответственно на подвижной и неподвижной рамах.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично на виде сверху изображен предлагаемый бампер /показана только одна пружина с продольным разрезом и двумя тягами/, на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Бампер транспортного средства содержит смонтированные на кузове 1 внутреннюю неподвижную раму 2, жестко закрепленную болтами к силовым узлам кузова 1 /на чертеже крепление рамы 2 к кузову 1 не показано/, и наружную подвижную раму 3, связанные винтовыми цилиндрическими пружинами 4 /на чертеже показана только одна пружина 4/, жестко прикрепленными /приваренными по контуру торцов/ одними из торцов к подвижной раме 3. При этом противоположные торцы пружин 4 с прикрепленными к ним дисками 5 /также приваренными по контуру торца пружины 4/ свободно с радиальными зазорами размещены внутри жестко установленных на неподвижной раме 2 концентрично пружинам 4 кольцевых ограничителей 6, а контактирующие между собой поверхности 7 дисков 5 и неподвижной рамы 2 внутри ограничителей 6 выполнены со значительной искусственной шероховатостью путем выполнения, например, на них рельефной накатки, что обеспечивает возникновение при значительных осевых усилиях прижатия пружин 4 к раме 2 и попытке поворота и радиального смещения пружины 4 относительно рамы 2 предельно высоких значений сил сухого трения и соответственно значительной интенсивности диссипации энергии удара. В средней части к каждой из пружин 4 прикреплены /приварены/ снаружи с диаметрально противоположных сторон две поперечные полуоси 8, 9. Каждая из пружин 4 снабжена двумя продольными тягами, размещенными по разные стороны от пружины 4 параллельно ее продольной оси и состоящими из двух элементов 10, 11 и 12, 13 каждая, внутренние, обращенные друг к другу концы которых шарнирно закреплены на соответствующей поперечной полуоси 8, 9, а наружные концы также шарнирно закреплены соответственно на подвижной 3 и неподвижной 2 рамах с помощью зажимов 14, 15, укрепленных на втулках 16, 17, имеющих возможность проворота относительно параллельной пружинам 4 оси. Кольцевые ограничители по диаметру несколько больше дисков 5, поэтому последние имеют возможность не только проворота относительно оси пружины 4, но и малых радиальных смещений относительно поверхности неподвижной рамы 2. Это, во-первых, увеличивает диссипацию энергии, а во-вторых, исключает возможность заклинивания пружин. Кольцевые ограничители 6 только предотвращают возможность "ухода" свободных торцов пружин 4 в сторону - в бок с потерей пружиной 4 при этом осевой устойчивости. Возможность проворота втулок 16, 17 вместе с укрепленными на них концами тяг 10, 11 и 12, 13 вокруг параллельных пружинам 4 осей обеспечивает движение точек крепления внутренних концов тяг к полуосям 8, 9 по окружностям, концентричным траекториям внешнего контура закручиваемых пружин 4.

Работа предлагаемого бампера осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии пружины 4 находятся в деформированно-сжатом состоянии, при этом диски 5 на торцах пружин 4 свободно введены внутрь кольцевых ограничителей 6 на неподвижной раме 2. Таким образом, взаимно контактирующие шероховатые поверхности 7 на неподвижной раме 2 внутри ограничителей 6 и на обращенных к раме 2 торцах дисков 5 находятся в условиях значительных нормальных давлений, роль которых выполняют осевые усилия пружин 4 при значительных коэффициентах трения скольжения. При этом кольцевые ограничители 6 не позволяют свободным торцам сжатых пружин 4 уйти в сторону - в бок и нарушить контакт с неподвижной рамой 2. Также в исходном состоянии тяги 10, 11 и 12, 13 каждой из пружин 4 /см. фиг.2/ находятся в положении, смещенном от начального, когда элементы 10, 11 и 12, 13 были ориентированы вдоль одной прямой, причем это смещение осуществлено в одном угловом направлении, обеспечивающем совместное закручивание пружины 4 одновременно обеими тягами 10, 11 и 12, 13 при их дальнейшем смещении от начального положения. При соударении транспортного средства с препятствием наружная подвижная рама 3 воспринимает удар и сжимает пружины 4. За счет наличия тяг 10, 11 и 12, 13 сжатие каждой пружины 4 сопровождается ее одновременным закручиванием вокруг продольной оси и малыми радиальными смещениями свободного торца пружины. Это приводит к тому, что диски 5 на свободном торце каждой пружины 4, находясь под огромным нормальным давлением /осевым усилием сжатой пружины/, одновременно стремятся провернуться своей шероховатой поверхностью 7 относительно такой же шероховатой поверхности на неподвижной раме 2 и одновременно сместиться в радиальном направлении относительно рамы 2 в пределах ограничителей 6.

В предлагаемом бампере кинетическая энергия удара переходит в потенциальную энергию сжимаемых и одновременно закручиваемых пружин, и сразу же происходит интенсивная диссипация последней, преобразование в тепловую энергию за счет значительных сил и моментов сухого трения при радиально-крутильных перемещениях свободного торца пружин относительно неподвижной рамы 2. Очевидно, что протекание таких процессов обеспечивает предельно высокую степень поглощения энергии удара конструкцией бампера. Кроме того, сам принцип работы предлагаемого бампера исключает возможность возникновения повторного удара после столкновения. В предлагаемом бампере после резкого после ударного освобождения подвижной рамы 3, то есть после скачкообразного снятия осевой нагрузки со сжатых пружин последние не могут как в известных конструкциях скачком восстановить свою исходную длину, во избежание чего их приходится после удара фиксировать. Здесь пружины 4 вместе с расжатием при снятии осевой нагрузки должны одновременно раскрутиться в обратную сторону. А так как пружины исходно деформированы /сжаты/, то такая их раскрутка опять сопровождается возникновением значительных моментов и сил сухого трения скольжения в контактирующих поверхностях 7. Поэтому послеударное распрямление пружин 4 при снятии нагрузки здесь происходит постепенно и плавно.

Очевидно, что предлагаемая конструкция бампера предельно проста, здесь в принципе не требуется никаких фиксирующих механизмов и специальных кинематических устройств. Вследствие этого конструкция отличается высокой надежностью, отсутствием специальных элементов и т.п.