（优秀毕业全套设计）汽车碰撞模拟实验台设计（整套下载）

．液压缓冲器.冲击块.丝杆图.缓冲过程原理图.碰撞试验台的设计和计算.碰撞试验台的总体设计本实验台的主要部件如下图所示.墙体.导轨安装板.液压缓冲器.缓冲块.滑车.牵引车.导轨.电动机图.试验台总体结构.导轨机构的设计和计算导轨的功能是为滑车和拖车进行导向。

导轨的断面形状为工字形．用钢轨型钢加工而成。

两根导轨的长度各为，彼此平行排列，距离为．在导轨的下面有调整垫铁和水泥地基。

这样的话小车可以稳定在导轨上滑行并且比较稳定。

如图.所示图.导轨示意图.小车的选择和设计及释放机构滑车的长度为．，宽度为．，其上表面铺设钢板。

在钢板上面装有塑料吸能器的钢筒与支承．根据需要还可装座椅及其它试验需要的装置或部件。

滑车后端设有与拖车插销相连接的带孔的零件和两个电磁铁偶件的吸盘。

滑车的下面装有组与导轨接触并上下左右限位的滚轮，借此与导轨实现滚动摩擦，为减少噪声，在钢滚轮外装有尼龙套。

本系统采用电磁铁吸合安全插销保险的简易机构。

个电磁铁的吸力约，安全插销是利用台小电机驱动的螺杆机构带着上下移动的，从而实现插销和拔销动作，由电控设计保证，在电磁铁吸合和安全插销插入滑车的带孔零件之中后，卷扬机才能往后拉动拖车，并且只有在安全插销从滑车带孔零件中拔出后，才能释放滑车。

如果停电，安全插销便会锁住滑车，避免产生不需要的碰撞，从而达到安全保险的目的。

图.滑车与导轨配合图.墙体的选择为了适应广泛的需要，壁障深入地下.，宽，长，总质量约，为钢筋混凝土结构，并同导轨的地基浇筑成体，壁障的碰撞平面装有厚的钢板，并在钢板上装置吸能器偶件之的橄榄头杆座，根据需要还可装设载荷传感器等部件。

图.碰撞墙体.传动装置拖车的结构与滑车相同，只不过长度仅为．，上面装有插安全销的部件及其支承以及两个电磁铁吸盘，其后端装有钢丝绳牵引钩环。

利用卷扬机钢丝绳并通过拖车和释放机构将滑车拉回到设定位置，以保证在碰撞前达到规定的车速在设定位置的滑车将多根橡胶绳拉紧，当释放机构放时，橡胶绳的拉紧力便使滑车向前加速运行，直到水泥壁障前，吸能器使其停止为止。

根据车装载质量的多少和要求车速的大小，橡胶绳的数量可以相应地增减。

.减速缓冲装置的设计和计算.减速缓冲器的种类在台车模拟碰撞实验过程中，缓冲减速装置决定了碰撞减速度波形，因此是台车实验的关键设备，国内外各厂家和科研机构关于缓冲减速装置的研究很多，缓冲的形式也多种多样。

包括高压气体型节流芯柱式，液压伺服式，金属或塑料褶皱吸能式和液压节流式等。

.吸能缓冲器正碰台车试验装置的设计思路将根金属棒材的两端分别用根销固定如图所示，若给其定的预变形后在中间施加质量为，速度为的冲击载荷如图所示，金属棒材将发生如图所示的变形。

在变形的过程中金属棒材将吸收能量，其大小为冲击载荷即质量块所做的功。

在质量块上测得其在冲击过程中的减速度或力，并通过两次积分运算得到质量块和金属棒材的相对位移。

结果表明，在冲击过程中质量块所受到的减速度或力与质量块和金属棒材的相对位移或作用时问具有图所示的梯形关系，即金属棒材受到的力或减速度逐渐增大到定值后保持稳定，直到冲击块的速度减为零或金属棒材从销中脱离。

棒材固定棒材预变形棒材受冲击后变形图.单根金属棒材受冲击载荷作用时的变形过程根据作用力与反作用关系，图.所示的即为单根金属棒材在图.所示状态下的力学特性。

另外，根据，在冲击块质量不变的情况下金属棒材所能承受的减速度不变与质量块的冲击速度无关。

基于单根金属棒材在这工作模式下的力学特性，正碰台车试验装置以金属棒材作为复现波形用的吸能材料。

图.单根金属棒材的力学特性图.为整套金属棒材吸能式正面碰撞台车试验装置的设计简图。

该系统可分为两部分部分是用于固定车身的台车装置，另部分是用于模拟车身减速即车体变形的波形复现装置。

其工作过程与实车正面碰撞过程类似，可分为如下个阶段引系统牵引台车车架车体焊接在其上获得预定的速度在探杆离吸能装置处牵引系统与台车装置分离，台车车架以预定的速度作匀速的自由运动地面摩擦忽略不计探杆与第排金属棒材接触，在金属棒材的阻尼作用下台车装置开始作减速运动，直至速度减为，试验结束。

台车车架正视图俯视图波形复现装置图.正碰台车试验系统的设计简图.多孔式液压缓冲器清华大学碰撞实验室根据自身的特点和我国的国情，研制出液压节流式缓冲器。

液压节流式缓冲器通常情况下是高速运行设备种有效的安全保护装置，广泛应用于起重机电梯和车辆机械中，但在传统的工程设计中，只是用估算的方法，对缓冲波形和模拟计算精度的要求都比较低。

在台车模拟碰撞试验中，要求能精确地控制缓冲器的波形，因此需要高精度的模拟计算进行辅导设计和调试。

图.为多孔式液压缓冲器的原理图，在碰撞前，蓄能器中预先充满定的氮气，当台车撞击活塞时，液压油由节流孔从高压腔压缩到外腔，外腔通过回油孔与低压腔相通，节流孔产生的阻尼力对台车产生制动。

台车的动能大部分转化为液压油的热能，同时还有部分能量储存在蓄能器中，节流孔沿活塞的行程不等间距分布，每个节流孔的大小可以通过更换不同尺寸的节流螺钉来控制。

这样可以按不同的碰撞要求控制缓冲器碰撞波形。

图.多孔液压缓冲器的工作原理图本模型主要考虑了湍流状态下小孔节流流量特性偏心环缝的流量特性油的压缩性活塞的运动特性和缓冲块的力学特性等，以动力特性为主。

考虑到两次台车模拟碰撞时间间隔太长，温度对模型影响不大，因此忽略温度影响。

小孔节流流量方程为式.式中其为密度，为流量系数，为节流面积。

偏心环缝流量方程图式.其中为动力粘度，为活塞头行程方向宽度，为活塞头偏心量，为修正系数图.偏心环缝油的压缩性方程式.式中为体积弹性模量，为高压油体积。

液压油的流量连续性方程式.式中为其他缝隙泄漏补充流量活塞的力平衡方程式.台车的力平衡方程式.其他补充方程气体绝热压缩式.节流面积曲线式.缓冲块的力学特性曲线式.综合上面方程可以得到微分方程组如下式.输入特性参数和其他些试验参数以及节流面积曲线，缓冲块压力曲线，最后确定台车的初速度，就可以用数值积分法求解上面的方程。

这里用变步长的四阶龙格库塔法求解方程组，可以得到高压腔的压力曲线台车和活塞的减速度速度和位移曲线，其中台车的减速度曲线是和试验进行对比的重点，通过对比验证模型的准确性，并对模型的各参数进行优化和修正。

.圆槽减速缓冲器的设计计算液压缓冲器的设计原理为了汽车各种零部件的试验研究，缓冲器应能模拟汽车在不同速度下实车碰撞的波形。

多孔式液压缓冲器由于结构的原因，很难把次实车的碰撞波形模拟的非常精确。

从统计学的观点来讲，模拟次实车碰撞波形其实是没有意义的，缓冲器能模拟出碰撞过程中的加速度峰值和脉宽等重要参数就足够了。

但由于实车碰撞的速度特性和液压缓冲器的速度特性存在本质不同，这就需要套调节缓冲器的方法，以适应在不同速度下的碰撞试验的需要。

在此设计的液压缓冲器模拟汽车碰撞波形要满足的要求，要求台车试验模拟出来的减速度波形在定范围内且停车距离在之间。

图.为本系统模拟出的满足要求的减速度波形，图中两条虚线为法规要求的减速度波形的上下限，该减速度波形的停车距离为。

是关于座椅强度的法规，要求台车试验模拟出的大于的减速度波形持续时间不小于。

图.是要用本系统模拟出的满足的减速度波形，该减速度波形最大减速度为.，大于的减速度波形持续时间为.。

图.满足法规要求的减速度波形图.满足法规要求的减速度波形图。

为液压缓冲器的局部正视图，从图中可以看出在液压缸底部有个圆槽，因此称之为圆槽式液压缓冲器。

改缓冲器主要依靠活塞在圆槽的位置变化改变驻退液的流量来改变小车碰撞的加速度变化。

，在整个撞击的过程中，内压缸内的压力始终保持定，如此便产生固定大小之缓冲力，也就是所谓的线性减速。

经由此线性减速过程，油压缓冲器能将运动工作件平稳且安静地以最小的力量将运动件停止下来。

图.缓冲器局部正视图.工作腔.非工作腔图.缓冲器结构图由于活塞挤压腔工作腔内液体，使其压力升高，被压缩液体通过活塞和变深度沟槽组成的流液孔高速射入腔非工作腔，这股高速射流最后射到驻退筒的底部，成为杂乱无章的涡流，随着后坐运动驻退杆不断从驻退筒中抽出，腔出现真空，流液在变深度沟槽中受阻尼力对台车进行制动。

汽车碰撞中的巨大动能转化为驻退液的热能，还有部分能量贮存在腔中。

不难看出，缓冲装置内流体流动是十分复杂的，它属于可压缩粘性液体带有热传导的三维非定向层流动，过渡到大雷诺数紊流流动的问题。

为了工程上处理方便，对缓冲装置中液体的流动作如下假设驻退液是不可压缩的流动是维定常数驻退液在缓冲装置通道中的流动是以地球为惯性参考系的液流通道中点的流速和压力，即为该点所在截面上的平均流速和液体压力，并认为该截面上的值处处相等，对于恒定紊流即流速和压力的时间均值不随时间变化的紊流，还应理解为对时间的平均流速和压力，这样，所讨论的模型不需要再区分层流和恒定紊流了。

下面建立描述在缓冲装置作用下运动的基本方程组建立驻