对机动车车身附件的多种附着方式的探讨

赵嘉琦 蒋敏隆

摘 要：在机动车车身上，附件存在多种可能的附着方式。对文章针对真空吸盘吸附和配合纳米孔面材料的磁性吸附这两种方法进行探讨。

关键词：附着;吸附式;磁性

中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：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

1 引言

截至2018年底，全国汽车保有量达到2.4亿辆，其中私家车数量为1.89亿辆。三厢家用轿车后备箱乘物空间受其尺寸限制装载物品体积较小，承载能力有限;常见SUV，后备箱与乘员空间相连，后备箱空间得到扩展，但要求装载物品高度不得遮挡汽车内后视镜视野，这使得利用行李架承载货物成为了大众的选择。我国于2014年3月1日实施了编号QC/T 948-2013的汽车顶部装载装置标准。传统的行李架采用铆接的方式与车顶相连接，在紧固性上得到了保障，但同时也对汽车车体造成了不可逆伤害且拆卸不便。双横梁式的行李架功能单一，货物破坏了汽车空气动力性能，增加了汽车的Cd值，产生了更高的油耗。

为了保证行李架连接强度的同时提高便捷性，本文主要探讨以下两种附着方式。

2 通过多个真空吸盘吸附

真空吸盘利用真空负压吸附在物体表面，吸附力大小与吸盘有效面积成正比关系。真空吸盘要求被吸附物体表面光滑平整，加工精度较高，这样才能减缓漏气的发生过程，可利用泡沫橡胶[1]来增加吸盘真空密封性能，同时增大最大静摩擦力。真空吸盘的吸附效果受到曲面面积和形状的限制。真空吸盘的原理和布置优化引用自文献[2]，可见单一大面积真空吸盘会造成吸附物体表面产生较大形变，可能会破坏汽车顶部平整表面即造成不可恢复的塑性变形。为解决以上问题，可将单一大面积吸盘分散化，利用同等面积的小型吸盘进行优化[3]。

分散化吸盘的优点：

（1）减小单个吸盘的吸附力从而在车辆表面形成的微小形变。

（2）多个小型吸盘可分散附着在复杂曲面上，除折面、尖锐直角面等极特殊车用曲面。

（3）节省材料，降低成本。同等面积下，多个小型吸盘可以减薄化处理，在保证与大吸盘造型同比例的情况下，高度整体降低，所用材料更少。

（4）单个小型真空吸盘减负时更加方便。由于单个小型吸盘的附着力比单个大型吸盘小，在翻开边缘时更加容易。

（5）构成型态多样化。小型吸盘的分散性让整体布局上有更多的可能性。

（6）更换和迭代成本低。单个吸盘损坏后可分别替换，降低迭代费用。

但小型吸盘也存在一定缺点。汽车高速行驶时，吸盘上方流速增加，内外压差减小，吸附力降低。同时行车时的风动侧向力会影响吸盘盘面形变，产生漏气现象。针对该问题的解决方法是：

（1）对小型吸盘形成的整体造型进行覆盖。使覆盖件内部空间压力维持在所需最小吸附力之上。

（2）在吸盘盘面内部埋入由中心向边缘散发的条形磁线以减小在工作状态下的盘面变形。

（3）在货物整体上覆盖导流罩或导流薄膜。

分散化吸盘设计不仅可以用于車顶的布置，同时在符合国家相关规定《中华人民共和国道路交通安全法》和《机动车登记条例》的条件下可以进行车侧面和车后面的布置，提高车身表面利用率。

3 配合纳米孔面材料的磁性吸附方法

磁体相较于传统固定方式，不会对车体造成明显损伤，拆卸难度也更低。相比于吸盘吸附，磁体吸附对外界环境要求更低，同时利用电磁体可以通过压力传感装置收集磁体表面压力信号从而对吸附力进行有效调节[4]。磁性粘附相比真空吸盘粘附最大优势在于它并不要求结构上的固定形态，在满足产生磁性的状态下以更多种形态和别的材料混合。

纳米孔面材料是一种新型材料，其两表面上存在大量的纳米级别的微小孔洞而材料中间却完全封闭[5]。这种材料的附着时间可以保持很久，经过清洗后可以再次使用。此种材料摩擦系数很大，能提供较大的横向最大摩擦。考虑到此种材料生产成本，可用作辅助性材料。

在此提出两种应用方案：

3.1 微小永磁体嵌入纳米孔面材料形成的磁性吸附材料

在纳米孔面材料的中间部位嵌入较小的永磁体使其成为同时具有磁吸附力和负压力的混合材料。这样的混合材料保证了吸附力的同时也克服了大块磁铁对平整表面的要求。与其配套的汽车顶部装载装置的连接方式也可以使用磁力连接，简化了顶部装载装置与车体的双向连接。考虑到磁力会将纳米孔面材料中的小型永磁体向下或向上吸附从而导致小型磁体侵入表层。在嵌入磁体时应在两侧设置无磁性的软金属隔离带。

3.2 小型电磁铁粘合纳米孔面材料

电磁铁相较于永磁铁具有可控性，通过对线圈中电流的调整可以控制磁力。在复杂路况下，汽车可能发生不同程度的震动和颠簸，突然的颠簸可能导致汽车顶部装置所需的吸附力大幅提高。通过压力传感器的反馈电磁铁提供的磁力可以做出实时改变。但这种方式也存在散热困难导致纳米孔面材料加速老化的缺点。

4 结论

目前市面上对汽车车顶附件的固定方式更倾向于传统铆钉连接或胶粘连接。诸如吸盘或磁性材料的生产方式经济性欠佳，因此本文提出的参考性方案仍需进一步探究，但对材料和附着方式的突破性研究仍存在广泛的市场前景。

参考文献

[1] 白联强，宋仲康，王鹏.新型单兵爬墙装备专用吸盘密封结构设计与仿真分析[J].润滑与密封，2018，43（12）：92-96.

[2] 秦建华，邓晨韵，王敦球，李稳.基于有限元的不同布局方式对真空吸附装置的影响[J].桂林理工大学学报，2017，37（04）：713-717.

[3] 刘永刚，周利坤.仿章鱼吸盘式轮胎弹塑性黏着接触性能研究[J].机械设计与制造，2013（12）：238-241.

[4] 赵波，詹发民，王涛.磁性爆破切割装置研究[J].四川报，2015，36（02）： 18-20.

[5] Katie A.Cychosz，MatthiasThommes.纳米多孔储气材料的物理吸附特性研究进展[J].Engineering，2018，4（04）：279-295.