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流线型竞速运动防护头盔结构设计

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2022-01-13 ID:498795
  • 流线型竞速运动防护头盔结构设计
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  这款头盔的壳体曲面采用多段连续G2曲率过渡构建,建模阶段优先匹配高速运动下的空气绕流特性,正面风挡区域做了17度的后倾角度,既保证骑行时的前方视野无遮挡,也能引导正面气流顺着壳体上沿向侧后方分流,减少正面迎风带来的风阻与紊流噪音。壳体侧面的导流槽并非装饰性结构,建模时对应了高速骑行时耳部区域的负压区,通过三道平行的内凹导气结构,引导外部气流从头盔前部的隐藏式进气口进入,顺着内衬与壳体之间的间隙流经头部区域,再从侧后方的出气槽排出,形成完整的被动散热通路,避免长时间佩戴时内部积热。

  从实际应用场景来看,这类全覆式头盔主要适配场地竞速摩托、高速电动两轮车以及封闭赛道卡丁车的使用需求,整体包裹范围从额头区域一直延伸到下颌位置,相比半盔结构能在发生正面、侧面碰撞时提供更完整的头部覆盖。建模时壳体的厚度按照不同区域做了差异化分布,额头、后脑这些碰撞概率高的区域壳体厚度预留了足够的缓冲层安装空间,侧面靠近耳部的区域适当减薄壳体厚度,兼顾佩戴时的听觉感知需求,不会完全隔绝外部环境音,提升骑行时的路况判断能力。

  风挡部分采用深色半透明曲面结构,建模时与壳体上沿做了齐平的贴合设计,没有突出的安装棱边,避免高速行驶时产生额外风阻,风挡的曲面弧度经过反复调整,保证正常骑行坐姿下视线穿过风挡时不会产生光学畸变,同时曲面的弧度能在雨天引导雨水向两侧滑落,不会在视野中心形成水膜影响视线。壳体表面的标识区域做了下沉式的曲面凹槽,后续粘贴标识时不会因为贴纸突出壳体表面破坏整体的流线完整性,也能减少高速气流对标识边缘的冲刷,避免标识长时间使用后起边脱落。

  安装边界方面,头盔内部的内衬安装位做了均匀分布的卡扣定位柱,建模时定位柱的位置完全匹配主流竞速头盔的通用内衬尺寸,不需要额外修改结构就能直接适配市面上的缓冲内衬组件,内衬的厚度预留空间在25-30mm之间,足够填充高密度EPS缓冲层,碰撞时能通过缓冲层的溃缩吸收大部分冲击能量,避免冲击力直接传递到头部。下颌位置的壳体做了向内的收边结构,既可以提升正面碰撞时对下颌部位的防护能力,也能减少骑行时气流从下颌位置灌入头盔内部,降低冬季骑行时的灌风问题。

  从结构强度设计角度,整个壳体没有出现锐角转折的结构,所有曲面过渡位置都做了圆角处理,避免碰撞时应力集中在棱角位置导致壳体开裂。壳体后部的造型做了轻微的上翘设计,高速行驶时能产生一定的下压力,帮助头盔在高速气流中保持稳定,不会因为气流抬升产生头盔向上移位的问题,同时这个上翘结构也整合了后部的出气口,让流经头盔内部的热空气能更顺畅地排出。侧面的纹理区域建模时做了微凸的曲面结构,既可以提升壳体侧面的视觉层次感,也能在侧面发生剐蹭时作为第一层磨损结构,避免剐蹭直接破坏壳体主结构的完整性。

  佩戴适配层面,建模时参考了国内成年人群的头围数据,整体内部腔体尺寸适配54-60cm的头围范围,两侧的夹持区域做了符合人体头型的弧度设计,不会对太阳穴位置产生过度压迫,长时间佩戴也不容易产生疲劳感。头盔的整体重心经过调整,尽量靠近头部的自然重心位置,避免骑行时头盔前倾或者后坠带来的颈部负担,哪怕长时间高速骑行,颈部的负荷也能控制在合理范围内。

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