對機動車車身附件的多種附著方式的探討

趙嘉琦 蔣敏隆

摘 要：在機動車車身上，附件存在多種可能的附著方式。對文章針對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行探討。

關鍵詞：附著;吸附式;磁性

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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，全國汽車保有量達到2.4億輛，其中私家車數量為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，后備箱空間得到擴展，但要求裝載物品高度不得遮擋汽車內后視鏡視野，這使得利用行李架承載貨物成為了大眾的選擇。我國于2014年3月1日實施了編號QC/T 948-2013的汽車頂部裝載裝置標準。傳統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，但同時也對汽車車體造成了不可逆傷害且拆卸不便。雙橫梁式的行李架功能單一，貨物破壞了汽車空氣動力性能，增加了汽車的Cd值，產生了更高的油耗。

為了保證行李架連接強度的同時提高便捷性，本文主要探討以下兩種附著方式。

2 通過多個真空吸盤吸附

真空吸盤利用真空負壓吸附在物體表面，吸附力大小與吸盤有效面積成正比關系。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生過程，可利用泡沫橡膠[1]來增加吸盤真空密封性能，同時增大最大靜摩擦力。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化引用自文獻[2]，可見單一大面積真空吸盤會造成吸附物體表面產生較大形變，可能會破壞汽車頂部平整表面即造成不可恢復的塑性變形。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行優化[3]。

分散化吸盤的優點：

（1）減小單個吸盤的吸附力從而在車輛表面形成的微小形變。

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

（3）節省材料，降低成本。同等面積下，多個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）單個小型真空吸盤減負時更加方便。由于單個小型吸盤的附著力比單個大型吸盤小，在翻開邊緣時更加容易。

（5）構成型態多樣化。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。單個吸盤損壞后可分別替換，降低迭代費用。

但小型吸盤也存在一定缺點。汽車高速行駛時，吸盤上方流速增加，內外壓差減小，吸附力降低。同時行車時的風動側向力會影響吸盤盤面形變，產生漏氣現象。針對該問題的解決方法是：

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

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

（3）在貨物整體上覆蓋導流罩或導流薄膜。

分散化吸盤設計不僅可以用于車頂的布置，同時在符合國家相關規定《中華人民共和國道路交通安全法》和《機動車登記條例》的條件下可以進行車側面和車后面的布置，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

磁體相較于傳統固定方式，不會對車體造成明顯損傷，拆卸難度也更低。相比于吸盤吸附，磁體吸附對外界環境要求更低，同時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從而對吸附力進行有效調節[4]。磁性粘附相比真空吸盤粘附最大優勢在于它并不要求結構上的固定形態，在滿足產生磁性的狀態下以更多種形態和別的材料混合。

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]。這種材料的附著時間可以保持很久，經過清洗后可以再次使用。此種材料摩擦系數很大，能提供較大的橫向最大摩擦。考慮到此種材料生產成本，可用作輔助性材料。

在此提出兩種應用方案：

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具有磁吸附力和負壓力的混合材料。這樣的混合材料保證了吸附力的同時也克服了大塊磁鐵對平整表面的要求。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，簡化了頂部裝載裝置與車體的雙向連接。考慮到磁力會將納米孔面材料中的小型永磁體向下或向上吸附從而導致小型磁體侵入表層。在嵌入磁體時應在兩側設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，通過對線圈中電流的調整可以控制磁力。在復雜路況下，汽車可能發生不同程度的震動和顛簸，突然的顛簸可能導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時改變。但這種方式也存在散熱困難導致納米孔面材料加速老化的缺點。

4 結論

目前市面上對汽車車頂附件的固定方式更傾向于傳統鉚釘連接或膠粘連接。諸如吸盤或磁性材料的生產方式經濟性欠佳，因此本文提出的參考性方案仍需進一步探究，但對材料和附著方式的突破性研究仍存在廣泛的市場前景。

參考文獻

[1] 白聯強，宋仲康，王鵬.新型單兵爬墻裝備專用吸盤密封結構設計與仿真分析[J].潤滑與密封，2018，43（12）：92-96.

[2] 秦建華，鄧晨韻，王敦球，李穩.基于有限元的不同布局方式對真空吸附裝置的影響[J].桂林理工大學學報，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].機械設計與制造，2013（12）：238-241.

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

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