摘要：汽车保险杠不仅是汽车安全防护装置，满足空气动力性能件，还是汽车造型装饰协调的重要组成部分。保险杠设计有着较严格外部条件约束和复杂的内部结构关系，在具体的结构设计中，会遇到诸多因素制约。本文从保险杠的设计原则出发，对保险杠的结构优化设计进行总结探讨。
关键词：汽车保险杠；设计原则；结构设计
汽车保险杠是汽车中非常独特的零部件，是汽车上较大的外覆盖件之一，集安全性、功能性和装饰性于一身，属于法规安全件。在现代车型设计开发中，保险杠除了满足空气动力性能，在低速碰撞中起到对车辆和行人的保护作用外，越来越注重外部装饰功能，追求流线美，以吻合整车造型风格。因此，保险杠设计有着较严格外部条件约束和复杂的内部结构关系，在具体的结构设计中，会遇到诸多因素制约。本文从保险杠的设计原则出发，对保险杠的结构优化设计进行总结探讨。
1保险杠的设计原则
在进行汽车保险杠设计和幵发的过程中，应遵循以下几个原则：
1主动安全性，即最大限度地满足使用功能（安全性、空气动力性能、耐久性、可靠性），保险杠的布置高度及外部造型应符合法规标准。
2被动安全性，即在车辆发生碰撞时，保险杠起缓冲吸收能量的作用，减少撞击对车辆造成的影响，及保护乘员的安全。在车辆意外撞击到行人时，起到行人保护的作用，减少行人在被碰撞时所受到的伤害。
3提高车辆空气动力性能。通过改变空气流动方向，有效改善整车流畅性，降低整车油耗。
4在外部、色彩和质感上要与整车造型协调一致，浑然一体，体现整车造型风格。
5便于安装和维修，符合人机工程，易做到间隙面差合理。
2保险杠的结构设计
1保险杠结构形式的确定
保险杠的结构形式，应按造型的复杂程度，车辆的级别、配置要求、空间位置等条件综合确定，另外还应结合工艺对结构设计的限制来考虑。前保险杠主要的结构组成，及对应功能说明，见表1。后保险杠主要的结构组成，及对应功能说明，见表2。
表1 前保险杠主要结构组成表
2保险杠定位设计
根据定位法则，限制6个自由度。保险杠通常采用3个Z，2个X，1个Y的主定位方式，辅助定位随结构的不同，在X/ Y/ Z方向上布置的定位结构数量不同，往往Z向的辅助定位是最多的。具体定位方案依据不同车型的产品结构而定。定位点结构位置通常选择在可以设计出有明显定位效果结构的位置，即与环境件对应贴合面，与X/Y/Z相对垂直或平行。定位结构与对应的环境结构之间的间隙一般设计为矣0.2mm。每间隔150mm左右距离布置一个定位点。定位点位置的选择，不仅要考虑造型和结构的影响，同时也要工艺及材料对产品结构设计的影响。
3前保险扛内部结构设计
首要考虑的是格栅、雾灯、雾灯装饰板、装饰条、脱钩盖、大灯清洗盖、吸能器等组件的位置，及其与前保蒙皮配合达到要求的安装方式。
前保险杠上下格栅的设计，相对于其它组件的设计较为复杂，设计不仅要考虑到格栅工艺的可行性和法规要求，还要满足空气进气要求，保险杠上留出的通风孔面积在X正投影方向上，要达到散热器面积的30%左右。因此，格栅格子的长宽尺寸、格栅的尺寸、格栅装配结构等都是重要设计要点。格栅装配在蒙皮，通常采用舌片类型卡扣和螺栓配合使用的方式。格栅上的亮条，多采用卡接或粘接的安装方式。卡扣设计时，不仅要注意卡接方向交错防失效，还要设计好卡扣之间的距离，这些因素都关系到卡扣卡得是否到位。并排卡扣之间的距离一般设计在120mm左右。格栅亮条一定要低进于格栅，使亮条分型线不外露保证外观质量。
雾灯与保险杠的配合设计，要满足雾灯功能要求，如光束范围和高度。雾灯装饰板、装饰条的设计理念与格栅的安装理念一致。脱钩盖、大灯清洗盖尽可能设计为上下开启，且开启方向一致，若设计为左右开启会导致关闭后与蒙皮间隙不均匀。吸能器一般通过锯齿金属卡片，卡在穿过吸能器的舌片上，将吸能器固定在蒙皮上，两端分别布置一个紧固点。
4后保险扛内部结构设计
后保险杠主要考虑后雾灯或反射片、装饰条、脱钩盖、雷达、吸能器等组件的位置，及其与后保蒙皮配合达到要求的安装方式。后雾灯（反射片）、装饰条、脱钩盖、吸能器的设计理念与前保险杠对应的组件相同，故不作详细阐述。后保险杠与排气管配合区域周边至少保证20mm间隙，避免排气管温度过高时，保险杠软化。倒车雷达通过雷达支架装配在蒙皮上，雷达支架与蒙皮固定的方式分为卡接式、粘接式和焊接式3种装配式样。
5圆角处理
保险杠不论内表面、还是外表面的转折均应设计成圆角，这样不但机械强度高，外观美观且符合外凸法规要求，而且塑料在型腔里流动也比较容易，还可以降低塑料模具的制造成本和延长塑料模具的寿命。否则，保险杠在使用时夹角处容易受压破坏，成型冷却时易产生内经历和裂纹。
6料厚确定
依据保险杠系统的使用要求，即尺寸稳定性、强度、重量、以及装配等各项要求，保险杠应做到料厚均匀，厚薄变化不能超过料厚设计值的1/2，且厚薄变化的位置应逐渐过渡，不应有突变。热塑性塑料制品的料厚一般为2-5mm，保险杠蒙皮的厚度一般为2-3.5mm。保险杠组件的料厚在＞4mm或＜6.5mm时，使用结构性发泡。
7拔模角度
为了使保险杠从模具内取出或抽芯时，不产生表面划伤和擦毛等情况，制品内表面沿脱模方向都应设计倾斜角度，即拔模角度。拔模角度的大小与制品壁厚、形状、高度、型芯长度 有关，也和材料的性质、收缩率大小有关。常规短距离1-2°，长距离3-5°，外观A面出模角≥3°，纹理出模角≥7°。在不影响制件装配要求的情况下，脱模斜度应尽量取大一些。
8加强筋
使塑料件既有一定的强度和刚度，又不致使塑料件料厚过厚，产生缺陷，有效的办法是在塑料件适当的位置增设加强筋或防止变形结构。加强筋能够增强制品的机械性能，同时还可以防止制品的翘曲，而且有利于改善塑料件注射成型的填充状况。加强筋的设置方向应与槽内料流方向一致，以免由于料流的干扰而损害制品的质量。需要设置多条加强筋时，要分布得当，应相互错开，以减少收缩不均而引起破坏。加强筋不应设置在大面积的中间部位，若避免不了，则应在其相应的外表面上加设槽沟，消除可能产生的流纹。加强筋和制品壁的连接处即根部，都应做圆弧相连，以防止应力集中而影响产品质量。
结论
随着汽车与人类的关系越来越密不可分，人们对汽车的要求也越来越髙，安全可靠、造型美观、使用人性化已成为主题。保险杠的设计不仅影响驾车人员的安全性和汽车的美观性，而且影响到汽车的使用久性和可靠性。保险杠的功能要求也从单一保护性能方面向车身造型美感，整体装饰协调、减少风阻系数等多方面发展。如今新车开发和车型改款周期越来越短，需要设计人员掌握设计理念和方法，保证在规定时间内设计出满足性能要求的产品。
参考文献：
[1]陈家起.汽车保险杠的发展趋势[J].汽车研究与开发.1995（02）：32-33.
[2]刘景峰.现代汽车保险杠的“保险”功能[J].北京汽车.1998（01）：21-22.
第一作者简介：李波 身份证号130625199005261219
论文作者:李波,孙强,石腾
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：保险杠论文; 格栅论文; 蒙皮论文; 结构论文; 汽车论文; 雾灯论文; 结构设计论文; 《基层建设》2018年第36期论文;