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流线型一体化防护头盔结构设计

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2021-12-19 ID:463554
  • 流线型一体化防护头盔结构设计

  这款头盔的曲面壳体设计,首先考虑的是户外骑行、作业场景下的冲击载荷分散需求,整体采用一体化弧面过渡,没有突兀的棱角结构,当受到侧向或正向外力冲击时,应力能够顺着连续的曲面壳体均匀传导到整个盔体边缘,避免局部应力集中造成的壳体碎裂或穿刺风险。从结构边界来看,盔体的下部开口轮廓贴合人体头围的生理曲线,预留了足够的耳部避让空间,侧面延伸出的护耳结构既能够覆盖颞部的脆弱区域,又不会对佩戴者的转头动作造成干涉,同时护耳区域的曲面做了微收处理,减少高速移动过程中的侧风阻力,避免风噪过大影响佩戴者的环境感知。

  盔体正面下方预留的椭圆形开孔,是为通风系统预留的安装位,实际使用中可以搭配可拆卸的通风滤片,在保证盔体内外空气流通、减少长时间佩戴的闷热感的同时,避免飞虫、碎石碎屑从开孔处直接冲入盔体内部。整个盔体的壁厚设计遵循渐变原则,顶部受冲击概率最高的区域壁厚做了加厚处理,往侧面护耳、下边缘区域逐步过渡到常规壁厚,在保证整体抗冲击强度的前提下,尽可能控制盔体的整体重量,减少长时间佩戴对颈椎造成的额外负荷。

  在设计思路上,这款头盔没有采用传统的多部件拼接结构,而是用一体化的连续曲面构建整个外盔主体,减少拼接缝隙带来的结构强度薄弱点,同时也降低了后续生产环节的装配复杂度。盔体的外表面做了顺滑的曲面连续性处理,所有曲面之间的过渡都达到G2连续级别,既能够降低高速移动时的空气阻力,也避免了尖锐凸起在碰撞过程中造成额外的二次伤害。从安装适配性来看,盔体的内部预留了缓冲衬层的安装卡槽,卡槽的位置沿着盔体内壁的环形区域均匀分布,能够适配不同厚度的EPS缓冲衬层,满足不同防护等级的使用需求,不管是日常通勤骑行,还是普通作业场景的头部防护,都可以通过更换内部衬层来调整防护性能,不需要重新开模制作外盔结构。

  实际应用中,这款盔体的外形尺寸适配绝大多数成年人的头围范围,下边缘的轮廓线在颈部位置做了上抬处理,佩戴者低头、抬头的动作都不会被盔体下沿卡滞,同时后部的盔体延伸长度刚好覆盖枕骨区域,在向后摔倒时能够给后脑提供足够的防护,又不会因为延伸过长影响佩戴者佩戴头盔后倚靠座椅或者其他支撑面。侧面的曲面弧度也考虑了护目镜、通讯耳麦等配件的安装需求,预留的安装位隐藏在曲面的过渡区域,安装配件后不会破坏整体的流线型外形,也不会因为配件突出增加额外的风阻。

  从结构力学的角度验证,这款盔体的弧面曲率经过反复调整,当受到垂直方向的冲击时,冲击力会沿着曲面的切线方向分解到整个盔体的环形支撑结构上,配合内部的缓冲衬层能够将冲击峰值降到人体可承受的安全范围内;当受到斜向的摩擦冲击时,顺滑的外表面能够让冲击力产生滑移,减少盔体因为瞬间扭矩过大对颈椎造成的扭伤风险。整个盔体没有多余的装饰性结构,所有的曲面变化都服务于防护性能和佩戴舒适度的需求,比如顶部的微弧隆起既能够增加盔体的垂直方向结构强度,也能够引导雨水顺着曲面从两侧流下,避免雨水顺着正面流到佩戴者的视线区域。

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