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空心制动踏板的设计

2020-02-14 00:15:50·  来源:IND4汽车人  
 
对于汽车工业的发展,轻量化一直是个绕不过去的技术路线,从凤毛麟角的高端碳纤维车身。到大面积采用的铝合金车身。再到底盘受力件轻量化材料应用,无不透露着工
对于汽车工业的发展,轻量化一直是个绕不过去的技术路线,从凤毛麟角的高端碳纤维车身。 
到大面积采用的铝合金车身。
再到底盘受力件轻量化材料应用,无不透露着工程师对产品轻量化的探索与追求。 
目前的情况是汽车上能轻量化处理的大型零部件基本上都有轻量化的痕迹,比如铝合金发动机刚体、铝合金车身、铝合金底盘件等等,轻量化这颗大树,枝干已经足够粗壮,慢慢的轻量化的触角开始伸向了末端的小部件。比如我们今天讨论的制动踏板。
一 常规制动踏板设计
制动踏板的常规设计,最常见的就是碳素钢冷轧板料直接冲压,成本低廉,成型好,焊接容易。但唯一的缺点就是太重。
因为制动踏板的承受力,比离合踏板和油门踏板要大的多(最大2000N),所以离合、油门踏板都已经用上了高分子复合材料(尼龙、碳纤维…)但制动踏板仍然是钢材打天下。
虽然也有一些车型上用上了铸铝合金的制动踏板,但成本居高不下。 
材料力学课程告诉我们,结构件在承受载荷时,最表层的材料受力最大。越往中间,材料应力越小。如果我们能将制动踏板中间没用的材料挖去,形成一个空心结构,那将是很完美的结构形式。而空心结构的成型以目前的技术来说,无非铸造和3D打印,铸造虽然成熟,但对于踏板这样纤细的杆件来说,铸造成空心的并不容易,而3D打印就更不用说了,尙处于研发阶段。工程师的天职就是解决问题,今天我们就来看看工程师们探索出的另一种空心踏板的设计方案。
二 空心结构设计
如果我们事先将踏板臂用薄的钢板卷曲并焊接,形成一个封闭结构,再如同常规的冷轧板踏板结构的成型方法来生产呢?
如下图所示,成型后的踏板结构,绿色为最终的踏板臂结构,黄色部分为焊缝。
如果我们将过程分解开来,它的过程是这样的。
Step1根据最终的踏板臂结构,还原出它展开的落料形状 
Step2 翻遍,这是为了对折后焊接。
Step 3 对折,沿着对称轴线将板料对折。
Step 4 对扣焊接,如下图所示,将对折后的板料再次对扣,第二步成型的翻遍相互对齐,然后进行焊接,形成一个封闭的结构。
Step 5 第一次成型,将上一步焊接生成的封闭结构,放置于模具内,进行第一次成型
Step 6 二次成型,方法跟上一步相同,只不过换个方向再来一次。
这就是空心踏板的基本成型过程,当然在成型过程中还有其他一些诸如整型,切飞边等小工艺。整体来说过程比较清晰,但最后两次折弯的时候,面临一个很大的考验,因为这里属于薄壁管件,在折弯的时候不可避免的存在溃缩的风险,溃缩之后截面形状发生变化,抗弯、抗扭的性能就会下降。所以这一块是工程师需要解决的,最直接的方法就是折弯处增加加强筋。如下图所示
 
 
 
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