趙嘉琦 蔣敏隆

摘 要：在機(jī)動(dòng)車車身上，附件存在多種可能的附著方式。對(duì)文章針對(duì)真空吸盤吸附和配合納米孔面材料的磁性吸附這兩種方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：附著;吸附式;磁性

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）12-68-02

Abstract： there exists many possibly attachment ways on automobile body. This paper offers a discussion about the two methods of vacuum sucker adsorption and magnetic adsorption with nano porous surface materials.

Keywords： attachment; suction; magnetism

CLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-68-02

1 引言

截至2018年底，全國(guó)汽車保有量達(dá)到2.4億輛，其中私家車數(shù)量為1.89億輛。三廂家用轎車后備箱乘物空間受其尺寸限制裝載物品體積較小，承載能力有限;常見SUV，后備箱與乘員空間相連，后備箱空間得到擴(kuò)展，但要求裝載物品高度不得遮擋汽車內(nèi)后視鏡視野，這使得利用行李架承載貨物成為了大眾的選擇。我國(guó)于2014年3月1日實(shí)施了編號(hào)QC/T 948-2013的汽車頂部裝載裝置標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的行李架采用鉚接的方式與車頂相連接，在緊固性上得到了保障，但同時(shí)也對(duì)汽車車體造成了不可逆?zhèn)η也鹦恫槐恪ｋp橫梁式的行李架功能單一，貨物破壞了汽車空氣動(dòng)力性能，增加了汽車的Cd值，產(chǎn)生了更高的油耗。

為了保證行李架連接強(qiáng)度的同時(shí)提高便捷性，本文主要探討以下兩種附著方式。

2 通過多個(gè)真空吸盤吸附

真空吸盤利用真空負(fù)壓吸附在物體表面，吸附力大小與吸盤有效面積成正比關(guān)系。真空吸盤要求被吸附物體表面光滑平整，加工精度較高，這樣才能減緩漏氣的發(fā)生過程，可利用泡沫橡膠[1]來增加吸盤真空密封性能，同時(shí)增大最大靜摩擦力。真空吸盤的吸附效果受到曲面面積和形狀的限制。真空吸盤的原理和布置優(yōu)化引用自文獻(xiàn)[2]，可見單一大面積真空吸盤會(huì)造成吸附物體表面產(chǎn)生較大形變，可能會(huì)破壞汽車頂部平整表面即造成不可恢復(fù)的塑性變形。為解決以上問題，可將單一大面積吸盤分散化，利用同等面積的小型吸盤進(jìn)行優(yōu)化[3]。

分散化吸盤的優(yōu)點(diǎn)：

（1）減小單個(gè)吸盤的吸附力從而在車輛表面形成的微小形變。

（2）多個(gè)小型吸盤可分散附著在復(fù)雜曲面上，除折面、尖銳直角面等極特殊車用曲面。

（3）節(jié)省材料，降低成本。同等面積下，多個(gè)小型吸盤可以減薄化處理，在保證與大吸盤造型同比例的情況下，高度整體降低，所用材料更少。

（4）單個(gè)小型真空吸盤減負(fù)時(shí)更加方便。由于單個(gè)小型吸盤的附著力比單個(gè)大型吸盤小，在翻開邊緣時(shí)更加容易。

（5）構(gòu)成型態(tài)多樣化。小型吸盤的分散性讓整體布局上有更多的可能性。

（6）更換和迭代成本低。單個(gè)吸盤損壞后可分別替換，降低迭代費(fèi)用。

但小型吸盤也存在一定缺點(diǎn)。汽車高速行駛時(shí)，吸盤上方流速增加，內(nèi)外壓差減小，吸附力降低。同時(shí)行車時(shí)的風(fēng)動(dòng)側(cè)向力會(huì)影響吸盤盤面形變，產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。針對(duì)該問題的解決方法是：

（1）對(duì)小型吸盤形成的整體造型進(jìn)行覆蓋。使覆蓋件內(nèi)部空間壓力維持在所需最小吸附力之上。

（2）在吸盤盤面內(nèi)部埋入由中心向邊緣散發(fā)的條形磁線以減小在工作狀態(tài)下的盤面變形。

（3）在貨物整體上覆蓋導(dǎo)流罩或?qū)Я鞅∧ぁ?/p>

分散化吸盤設(shè)計(jì)不僅可以用于車頂?shù)牟贾?，同時(shí)在符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》和《機(jī)動(dòng)車登記條例》的條件下可以進(jìn)行車側(cè)面和車后面的布置，提高車身表面利用率。

3 配合納米孔面材料的磁性吸附方法

磁體相較于傳統(tǒng)固定方式，不會(huì)對(duì)車體造成明顯損傷，拆卸難度也更低。相比于吸盤吸附，磁體吸附對(duì)外界環(huán)境要求更低，同時(shí)利用電磁體可以通過壓力傳感裝置收集磁體表面壓力信號(hào)從而對(duì)吸附力進(jìn)行有效調(diào)節(jié)[4]。磁性粘附相比真空吸盤粘附最大優(yōu)勢(shì)在于它并不要求結(jié)構(gòu)上的固定形態(tài)，在滿足產(chǎn)生磁性的狀態(tài)下以更多種形態(tài)和別的材料混合。

納米孔面材料是一種新型材料，其兩表面上存在大量的納米級(jí)別的微小孔洞而材料中間卻完全封閉[5]。這種材料的附著時(shí)間可以保持很久，經(jīng)過清洗后可以再次使用。此種材料摩擦系數(shù)很大，能提供較大的橫向最大摩擦。考慮到此種材料生產(chǎn)成本，可用作輔助性材料。

在此提出兩種應(yīng)用方案：

3.1 微小永磁體嵌入納米孔面材料形成的磁性吸附材料

在納米孔面材料的中間部位嵌入較小的永磁體使其成為同時(shí)具有磁吸附力和負(fù)壓力的混合材料。這樣的混合材料保證了吸附力的同時(shí)也克服了大塊磁鐵對(duì)平整表面的要求。與其配套的汽車頂部裝載裝置的連接方式也可以使用磁力連接，簡(jiǎn)化了頂部裝載裝置與車體的雙向連接。考慮到磁力會(huì)將納米孔面材料中的小型永磁體向下或向上吸附從而導(dǎo)致小型磁體侵入表層。在嵌入磁體時(shí)應(yīng)在兩側(cè)設(shè)置無磁性的軟金屬隔離帶。

3.2 小型電磁鐵粘合納米孔面材料

電磁鐵相較于永磁鐵具有可控性，通過對(duì)線圈中電流的調(diào)整可以控制磁力。在復(fù)雜路況下，汽車可能發(fā)生不同程度的震動(dòng)和顛簸，突然的顛簸可能導(dǎo)致汽車頂部裝置所需的吸附力大幅提高。通過壓力傳感器的反饋電磁鐵提供的磁力可以做出實(shí)時(shí)改變。但這種方式也存在散熱困難導(dǎo)致納米孔面材料加速老化的缺點(diǎn)。

4 結(jié)論

目前市面上對(duì)汽車車頂附件的固定方式更傾向于傳統(tǒng)鉚釘連接或膠粘連接。諸如吸盤或磁性材料的生產(chǎn)方式經(jīng)濟(jì)性欠佳，因此本文提出的參考性方案仍需進(jìn)一步探究，但對(duì)材料和附著方式的突破性研究仍存在廣泛的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 白聯(lián)強(qiáng)，宋仲康，王鵬.新型單兵爬墻裝備專用吸盤密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析[J].潤(rùn)滑與密封，2018，43（12）：92-96.

[2] 秦建華，鄧晨韻，王敦球，李穩(wěn).基于有限元的不同布局方式對(duì)真空吸附裝置的影響[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37（04）：713-717.

[3] 劉永剛，周利坤.仿章魚吸盤式輪胎彈塑性黏著接觸性能研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（12）：238-241.

[4] 趙波，詹發(fā)民，王濤.磁性爆破切割裝置研究[J].四川報(bào)，2015，36（02）： 18-20.

[5] Katie A.Cychosz，MatthiasThommes.納米多孔儲(chǔ)氣材料的物理吸附特性研究進(jìn)展[J].Engineering，2018，4（04）：279-295.