安全气囊压力发生器结构设计

目录

第一章绪论 (1)

1.1 问题的提出及研究的目的和意义 (1)

1.2 汽车安全气囊及其性能测试国内外发展状况 (1)

1.3 汽车安全气囊系统结构原理 (2)

1.4 测试装置及原理 (4)

1.5 本论文所要进行的工作 (5)

第二章安全气囊气体发生器压力容器结构设计 (5)

2.1 压力容器的分类[4] (6)

2.2 压力容器的结构 (7)

2.3 压力容器设计准则 (8)

2.4 压力容器壳体形状选择 (17)

第三章压力容器基本参数设计 (17)

3.1 压力容器壳体材料的选择 (17)

3.2 筒体设计参数的确定 (20)

3.3 压力容器封头设计 (23)

3.4 封头与圆筒的连接设计 (29)

3.5 压力容器底部设计 (30)

3.6 密封圈的选择 (31)

第四章压力容器与测试装置接口设计 (31)

第五章开孔补强设计 (31)

5.1 开孔的形状 (32)

5.2 开孔后的补强 (32)

5.3 等截面积补强法 (33)

总结 (36)

参考文献 (37)

致谢 (39)

第一章绪论

1.1 问题的提出及研究的目的和意义

随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车的行驶速度越来越快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，使得事故更为频繁，所以汽车的安全性显得特别重要。安全气囊作为一种安全配置，以其较高的安全性已经逐渐在各类轿车上普及,并迅速发展成为一个全新的高科技产业。因此,安全气囊的研究与发展对中国的汽车工业的现代化具有十分重要的意义，尤其是中国加入WTO 之后，这种意义将更加深刻。目前，我国安全气囊的研究与发展已初具基础和规模，但是离世界先进水平还相差甚远，这些差距主要包括安全气囊法规、撞车实验系统、安全气囊的设计、制造和测试等方面。在测试方面、传感器、气体发生器和气囊技术规范及检测还未达到一个令人满意的状态。据资料表明，国内还没有一套完整的安全气囊性能测试系统，我国生产的安全气囊一般要到国外进行测试。这样提高的费用，削弱了我国的安全气囊在市场上的竞争力。随着我国汽车工业的迅速发展，国内一些大公司准备建立大规模安全气囊生产线。所以，设计一套安全气囊性能测试系统，对我国汽车工业具有重要意义[1]。

1.2 汽车安全气囊及其性能测试国内外发展状况

汽车安全气囊的初步想法产生于美国。1952 年 ,美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性,1953 年8 月18日,J.W.HETRICK取得了第一个美国安全气囊的专利权,但是,当时由于技术水平的限制,还不能把这种想法或专利付诸实现, 直至 1984 年，汽车碰撞安全标准（FMVSS208）在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施，其中规定从 1995 年 9 月 1 日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，同时还要求 1998 年以后的轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，自此才确认了安全气囊的作用。

目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。例如在美国，相应的法规已从1989年起实施该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是：安全带和小尺寸气囊的配合使用。所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。现在，在汽车上，一个气囊安装在驾驶盘上，一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。侧面气囊或者装在车门上，或者装在座椅靠背上，气囊用尼龙制成，材料厚度为0.45mm。为了保证气囊的气密性，在其内表面涂复薄薄一层合成橡胶或硅橡胶。在气囊的内表面

固定有专门的带子，这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快速从气囊中排出气体。这点十分重要的，否则，人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而受伤。为避免气囊因长期叠置而成硬块，在气囊内部覆盖一层特殊的材料，它可使气囊的有效使用期达到15年。在20 世纪80 年代末，我国一批从事汽车碰撞安全和军工研究的专家与学者开始关注汽车安全气囊的研究与发展。1992年9月，我国自行设计与研制的FS-01型安全气囊，通过了撞车实验与设计定型。在“九五”规划和“十五”规划中，国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三个重大发明之一（电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统）。在十多年的研究与发展过程中，国内许多大学与公司的安全气囊的研究与产品已初具基础，其中部分研究与技术已接近国际水平[2]。例如清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验中，系统的研究了多种国产汽车中安全气囊的匹配技术，对汽车安全气囊的点火控制模拟、汽车碰撞的过程模拟和实验验证以及有关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用方面作了大量工作。还有南京理工大学在传感器、气体发生器和气囊设计方面具有雄厚的基础，他们的机电一体式传感器、叠氮化钠气体发生器、分步式气囊的研究与产品曾受国外著名公司邀请在德国做过数次评估，得到极大关注。但是，国内对安全气囊性能测试系统方面的研究比较少[3]，尚没有一套完整的测试系统。目前国内仅航天系统某所对汽车安全气囊性能能够进行简单测试，且采用弹簧式，受到多种条件限制，稳定性不是很好。自由落体式测试装置系统在国内尚属空白。我国生产的安全气囊性能大部分要到国外测试，例如，锦恒汽车安全系统公司生产的SR－40 安全气囊在国内无法测试需要到国外进行匹配装置实验。随着我国汽车工业的发展，安全气囊及测试系统研究方面有所创新并拥有自己的关键技术的知识产权才是安全气囊发展的立足之本。国外对汽车安全气囊性能测试装置设计主要为弹簧式、自由落体式等。

1.3 汽车安全气囊系统结构原理

现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及控制块（电脑）

等组成。

1.传感器：碰撞传感器、电子式传感器、机电式传感器。

碰撞传感器。安全气囊系统中的重要部件，其功能是检测、判断汽车发生碰撞后的撞击信号，以便决定是否展开缓冲气囊。碰撞传感器主要有三种类机械式传感器在早期的安全气囊中使用较多，主要应用惯性原理，利用传感器中元件的惯性力克服弹簧力来