【正文】 汽車座椅腰部支撐機(jī)構(gòu)分析畢業(yè)論文第1章 緒論 汽車座椅設(shè)計綜述座椅是汽車的主要功能件之一。座椅的舒適性在車輛的個性化設(shè)計中非常重要，同時也是保障車輛安全性能的一部分。設(shè)計合理的汽車座椅能為駕乘人員提供安全、舒適、便于操作和不易疲勞的駕乘感受。汽車技術(shù)的飛速發(fā)展和人們對汽車各方面性能要求的提高，對汽車座椅的要求也在不斷提高。本文基于人們對汽車座椅的要求，對汽車座椅的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。汽車座椅設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及機(jī)械、化工、防止、噴涂、熱處理、美學(xué)、力學(xué)、人體工程學(xué)等多門學(xué)科，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理綜合考慮座椅的舒適性、減振性、安全性以及座椅的合理布置，此外，還要考慮人體生理特征及尺寸，進(jìn)行量身定做，以提高座椅的乘坐舒適性。1) 安全設(shè)計時首先要絕對保證駕乘者的安全，這就要求座椅要有足夠的強(qiáng)度，在發(fā)生碰撞時，座椅不會或可以減輕對乘坐者造成傷害，并能起到一定的保護(hù)作用。2) 操縱方便設(shè)計的座椅還需要操縱方便，調(diào)整手柄和按鈕的布置必須在駕乘者伸手可及的位置，并符合常人的習(xí)慣且操縱力量適中。3) 乘坐舒適設(shè)計的座椅必須能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然彎曲，保證合理的體壓分布冰使其肌肉松弛，上體通向大腿的血管不受壓迫，血液循環(huán)正常；冰具有腰椎依托感、腰背部貼和感和側(cè)向穩(wěn)定感。能有效隔離或衰減路面不平產(chǎn)生的振動，滿足大多數(shù)駕乘者坐姿舒適性的要求。座椅部件主要包括坐墊、靠背、頭枕、骨架蒙皮、減振機(jī)構(gòu)調(diào)整機(jī)構(gòu)等，設(shè)計原則的依據(jù)是：座椅靠背的造型和曲線應(yīng)與人體放松狀態(tài)下的背部曲線和臀部曲線相吻合，能支撐到腰椎部位，不會因血液循環(huán)不良而引起肢體麻木，長時間乘坐不易感到疲勞；骨架及各機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿足強(qiáng)度(安全)要求和使用要求，通過對座椅的前后上下、靠背的傾斜角度、頭枕前后上下等位置的有限調(diào)節(jié)，使大部分人處于舒適狀態(tài)[1]。. 靠背 靠背的設(shè)計主要指強(qiáng)度設(shè)計和造型設(shè)計，設(shè)計時應(yīng)使靠背的高度、形狀符臺人體曲線，使背部肌肉處于放松狀態(tài)，并能給背部肩部有效可靠的支撐，使駕駛員保持穩(wěn)定的坐姿，還要有足夠的側(cè)背支撐，從而避免高速轉(zhuǎn)彎時的橫向滑動。設(shè)計時，靠背的高度和寬度一般分別為600mm和480mm。不同的靠背傾角會導(dǎo)致不同的椎間盤內(nèi)壓力及背部肌肉負(fù)荷。當(dāng)靠背傾角超過110o時椎間盤壓力顯著減小，所以設(shè)計時應(yīng)考慮座椅的靠背傾角。為了提高舒適性．滿足司乘員在休息時的需求，靠背傾角應(yīng)為可調(diào)式，并且調(diào)整范圍盡可能大。一般載重汽車為100o~~115o。．大客車為95o~~135o，轎車為80o~~170o。 此外，腰部支撐和扶手也可以減少椎間盤的壓力。設(shè)計時，腰部支撐要有一定的厚度硬度和透氣性，確保乘坐人員的體重能夠均勻地分布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域。腰部支撐的位置應(yīng)處于第3至第5腰椎部位，且支撐厚度以5 cm左右為宜。腰部支撐分機(jī)械支撐和空氣支撐。機(jī)械支撐是通過機(jī)械裝置支撐人體，支撐部位為剛性，舒適性差?？諝庵问怯每諝鈿饽襾碇稳梭w，通過氣囊控制閥控制氣囊的充放氣，使腰部得到良好的保護(hù)和有效支撐?！哂泄に嚭唵?、成本低、耐磨性好、耐老化使用壽命長等特點．目前已得到廠泛推廣。腰支撐氣囊控制閥除可以控制氣囊的進(jìn)排氣外，還能起溢流保護(hù)的作用，即當(dāng)氣囊內(nèi)壓力超過氣囊的額定壓力時，氣囊控制閥溢流卸壓保證氣囊的安全使用。目前我國新開發(fā)出種新型空氣腰支撐裝置{圖11)，該裝置可以按定的順序和頻率有規(guī)律地對頸部、肩部、腰部等氣囊進(jìn)行充氣、放氣，利用氣囊有規(guī)律的癟或脹，實現(xiàn)對腰、肩，頸等部位的擠壓，達(dá)到局部按摩的目的．大大提高了舒適性。座椅扶手的安裝位置應(yīng)符合人體坐姿時肘部的高度尺寸， 般安裝在距座墊水平面高250 mm處。座椅扶手有固定式、角度可調(diào)式和可翻轉(zhuǎn)式，可翻轉(zhuǎn)式又有橫向翻轉(zhuǎn)式和縱向翻轉(zhuǎn)式。. 坐墊坐墊設(shè)計主要是坐墊和坐墊傾角的確定．坐墊深度的設(shè)計原則是在充分利用靠背的情況下．使臀部得到合理支撐。人體在合適的坐墊下，坐骨與小腿足部構(gòu)成穩(wěn)定的人體支撐。坐墊過大時，造成人體軀干相對前移，腰部得不到良好的支撐，引起疲勞；坐墊過小時，會因大腿得不到良好的支撐而感到不舒適：因此，坐墊度應(yīng)按臀部至大腿表面全長的3／4設(shè)計，一般取400～480mm。坐墊傾角應(yīng)兼顧安全性和舒適性,一般為2o～10o。圖11新型空氣腰支撐裝置. 頭枕頭枕是為提高汽車乘坐舒適性和安全性而設(shè)置的一種輔助裝置。頭枕的主要作用是保障安全，一旦汽車發(fā)生追尾碰撞，頸椎會承受到很大的加速度而容易傷害。有了頭枕的承托，可以減少頭部自由移動的空間，降低對頸椎的沖擊力，起到避免或減輕乘員頸部受傷的作用。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，汽車座椅頭枕屬汽車整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測項目。車前排座椅應(yīng)裝有頭枕。頭枕要起到保護(hù)頸椎的作用，正確的安裝位置十分重要。頭枕應(yīng)該安裝在至少與耳朵上緣平齊的地萬，后腦與頭枕之問的距離最好不要超過10cm。目前VOLVO公司首先在s80型車上推出了一種為WHIPS頸椎保護(hù)系統(tǒng)(圖12)，由一個安全頭枕和一個設(shè)計合理可有效而均勻地承受乘員身體運動的椅背支撐結(jié)構(gòu)，以及位于椅背和坐墊連接處的內(nèi)置式能量吸收機(jī)構(gòu)組成，具有均勻的支撐功能。一旦發(fā)生追尾撞車事故，椅背與乘員一起向后移動，在稍微向后傾斜前首先做平行運動。由于在椅背和坐墊之間的連接件上安裝了可變形部件．從頭枕椅背到座墊連接成一體，給乘員的軀體有效支撐，從而進(jìn)步減輕碰撞力對乘員背部的沖擊[6]。圖12 WHIPS頸椎保護(hù)系統(tǒng). 座椅蒙皮座椅蒙皮是包裹在座椅總成表面的層材料，它直接與乘員接觸，一方面對座椅泡沫有保護(hù)作用同時又可直接體現(xiàn)設(shè)計者的設(shè)計意圖。座椅蒙皮必須阻燃，其燃燒特性必須符臺GB 8410—1994《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》要求。. 泡沫軟墊目前坐墊、靠背緩沖用軟墊基本上是由軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡而成，在汽車上應(yīng)用較多的是高回彈軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料?？紤]到座椅的舒適性和人體坐姿時的體壓分布，需將泡沫軟墊的密度設(shè)計為不同，即“軟硬兼施’．主要生產(chǎn)方法有2種，一是拼接法，將坐墊前端與大腿接觸的部分用低硬度泡沫塑料，與坐骨處接觸的部分用中硬度泡沫塑料，下部及兩側(cè)用高硬度泡沫塑料。這種方法工藝繁雜且效率低，一般極少采用．二是嵌件法(圖13)，在澆注軟墊時，在模具中相應(yīng)部位放^高密度泡沫塑料嵌件，然后在周圍澆注低密度泡沫塑料。這種方法可以解決體壓分布和橫向支撐問題，并且工藝適合批量生產(chǎn)。圖13 嵌件法坐墊橫截面. 座椅骨架座椅骨架必須能夠承受一定的載荷，通常所指的座椅強(qiáng)度其實就是座椅骨架的強(qiáng)度，它屬于汽車整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測項目之，應(yīng)符合GB1 5083 1 994《汽車座楠系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實驗方法》的規(guī)定?？勘臣白鴫|骨架的形狀，應(yīng)以能滿足人體生理特征、給駕駛?cè)藛T提供安全和有效支撐為目的進(jìn)行設(shè)計。例如：為了避免因靠背型芯偏軟而造成的側(cè)背支撐在急轉(zhuǎn)彎時減小或失效．在靠背骨架兩側(cè)加焊凸起的側(cè)支撐板或支撐筋，將泡沫型芯加以支撐襯墊，保證支撐的有效性。為了保證駕駛員腰部、肩部有良好的支撐而在靠背骨架上設(shè)計出符臺背部曲線的弧度。對于高靠背為使腰部、背部及肩部同時緊貼靠背，更好地起到支撐和安全保護(hù)作用，設(shè)計師把靠背設(shè)計成上下兩部分,并且角度可分別調(diào)整等。座椅骨架一般由鋼質(zhì)材料焊接而成，但在輕量化成為現(xiàn)代化汽車設(shè)計的新趨勢下．汽車座椅薄型化顯得非常重要，其中骨架是座椅薄型化的關(guān)鍵，骨架的材料也有所不同，熱塑性塑料成型的座椅骨架和鎂制座椅骨架正在推廣應(yīng)用。. 減振機(jī)構(gòu)座椅減振機(jī)構(gòu)主要包括彈性元件和減振元件。彈性元件在機(jī)械懸架座椅中一般指彈簧，在空氣懸架座椅中指空氣氣囊．它能產(chǎn)生使座椅恢復(fù)到初始位置的回復(fù)力。減振元件一般是指減振器，它設(shè)計有固有的阻尼值，阻尼值越大，阻尼力越大。對于座椅的振動來說，外力使座椅減振系統(tǒng)發(fā)生振動，彈性元件使座椅恢復(fù)到初始位置，阻尼力使振動衰減或消亡。在座椅設(shè)計時，必須對座椅的剛度、阻尼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計座椅剛度和阻尼時，要根據(jù)整車的振動特性充分考慮人體生理特點綜合選擇最佳值，使車身振動得到衰減。為了使設(shè)計的座椅阻尼和剛度能更臺理地搭配，工程師們一般將座椅剛度和阻尼均設(shè)計為可調(diào)節(jié)式。例如：機(jī)械懸架座椅通過調(diào)整彈簧的預(yù)緊力來調(diào)整座椅的剛度，而空氣懸架座椅則設(shè)計有高度控制閥，可以根據(jù)不同人的體重，自動調(diào)節(jié)空氣氣囊內(nèi)的壓力，達(dá)到調(diào)整座椅剛度的目的。格拉默公司生產(chǎn)的新型King空氣懸架座椅除剛度可調(diào)外，阻尼也為無級可調(diào)．以適應(yīng)不同的路況。. 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要包括座椅高度調(diào)整機(jī)構(gòu)前后位移調(diào)整機(jī)構(gòu)(即座椅滑道)、靠背仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)(即調(diào)角器)及坐墊前傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)等。1) 高度調(diào)整機(jī)構(gòu)高度調(diào)整機(jī)構(gòu)是調(diào)整座椅在車廂內(nèi)垂直位置上下移動的機(jī)構(gòu)，有機(jī)械調(diào)構(gòu)控空氣彈簧調(diào)整機(jī)構(gòu)氣動調(diào)整機(jī)構(gòu)和電動調(diào)整機(jī)構(gòu)等。高度調(diào)整的范圍應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，以能滿足大部分人群的使用要求為目標(biāo)進(jìn)行確定，一般調(diào)整范圍為0~100mm。2) 滑道滑道是調(diào)整座椅在車廂縱向水平位置前后位移的機(jī)構(gòu)，有單鎖止滑道和雙鎖止滑道之分，滑道的選用一般根據(jù)鎖止強(qiáng)度確定。例如：當(dāng)安全帶固定點不在座椅上時，一般選用單鎖止滑道；當(dāng)安全帶固定點在座椅上時，選用雙鎖止滑道或加強(qiáng)雙鎖止滑道?；牢灰频某叽缂醋吻昂笳{(diào)整的距離需根據(jù)相應(yīng)人體尺寸和人機(jī)工程學(xué)原理確定， 般前后調(diào)整距離為0~177。100 mm。3) 調(diào)角器調(diào)角器是對靠背、坐墊夾角進(jìn)行調(diào)整和鎖止的機(jī)構(gòu)。鎖止強(qiáng)度必須能滿足GB 1 5083 1 994《汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實驗方法》的規(guī)定。調(diào)角器分為機(jī)械調(diào)角器和電動調(diào)角器，機(jī)械調(diào)角器又包括機(jī)械板式調(diào)角器、機(jī)械桿式調(diào)角器、雙聯(lián)動調(diào)角器等。機(jī)械板式調(diào)角器一般是采用棘輪棘爪或齒條齒板工作原理及板簧式復(fù)位結(jié)構(gòu)，最大能夠?qū)崿F(xiàn)范圍有級調(diào)節(jié)及折疊，適用于各糞汽車駕駛員座椅。機(jī)械桿式調(diào)角器由可控氣彈簧和連接件組成，適用于大客車乘客座椅。雙聯(lián)動調(diào)角器是指左右兩套調(diào)整鎖止機(jī)構(gòu)在一套調(diào)整機(jī)構(gòu)控制下同時動作，同時鎖止具有鎖止強(qiáng)度高等優(yōu)點，適用于各類載重汽車駕駛員座椅。電動調(diào)角器般采用齒差行星齒輪傳動原理或齒差雙聯(lián)擺線針輪行星齒輪傳動原理，具有傳動平穩(wěn)、強(qiáng)度高、調(diào)解范圍大等優(yōu)點，適用于高檔汽車駕駛員座椅。4) 坐墊前傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)坐墊前傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)一般是機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)，多采用安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單的多桿機(jī)構(gòu)。隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，人們對汽車座椅將提出越來越高的要求。為了進(jìn)一步提高座椅的舒適性及安全性。全球各大汽車公司及汽車零部件公司也在持續(xù)不斷地加大座椅的研發(fā)力度，在座椅的新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料的研發(fā)及應(yīng)用上下工夫，不斷研制出各類懸架座椅、電動座椅、電腦記憶座椅等，按摩裝置輔助冷熱智能空調(diào)座椅等各類輔助裝置也不斷誕生。此外，采用環(huán)保織物作為座椅面料，也將成為一種新趨勢。 本課題的研究內(nèi)容和意義座椅的舒適性在車輛的個性化設(shè)計中非常重要，同時也是保障車輛安全性能的一部分。設(shè)計合理的汽車座椅能為駕乘人員提供安全、舒適、便于操作和不易疲勞的駕乘感受。汽車技術(shù)的飛速發(fā)展和人們對汽車各方面性能要求的提高，對汽車座椅的要求也在不斷提高。本文基于人們對汽車座椅的要求，對汽車座椅的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。基于當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，本文采用了SolidWorks軟件進(jìn)行分析求解，對某些部件進(jìn)行了處理。論文主要完成內(nèi)容如下：(1)學(xué)習(xí)SolidWorks軟件的應(yīng)用，并結(jié)合理論內(nèi)容，研究與探討汽車座椅模型的建立過程；(2)著重分析腰部支撐部位結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算，對有關(guān)數(shù)據(jù)做出處理；(3)對有關(guān)部位進(jìn)行強(qiáng)度校核，以求所設(shè)計的座椅滿足各項要求；(4)按照實習(xí)座椅的有關(guān)數(shù)據(jù)，在SolidWorks軟件中建立座椅的模型。71東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 第2章 汽車座椅舒適性研究第2章 汽車座椅舒適性研究 從汽車舒適性到座椅舒適性影響汽車舒適性的因素很多，分析人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)，可以提出整車舒適性影響因素的框架圖，如圖21。圖中“人”即指乘坐者，是最終對舒適性做出評價的主體，其生理因素以及心理因素都會影響對舒適性的評價。“機(jī)”指汽車的座椅、儀表盤、方向盤、變速桿等?！碍h(huán)境”主要指車內(nèi)環(huán)境及路面狀況等。機(jī)系統(tǒng)中的影響因素通過直接影響環(huán)境中的因素而影響人體的生理因素，最終影響人對舒適性的評價。如由輪胎和懸架產(chǎn)生的噪聲通過影響人的聽覺而影響人對舒適性的評價[12]。從圖1可以看出，座椅在影響整車的舒適性中起了關(guān)鍵作用。圖21 座椅整車舒適性的評價圖 汽車座椅舒適性的指標(biāo)體系設(shè)計根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，為保證良好的舒適性，針對靜態(tài)舒適性，設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則：(1)座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸相適宜。(2)座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并大范圍滿足各類人體的乘坐要求。(3)座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐，使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。據(jù)此，本文將座椅的特性分為兒何、調(diào)節(jié)及物理特性(見圖22)。座椅的各種特性都會影響到乘坐舒適性。圖22 座椅特性與舒適性的關(guān)系合理有效的評價指標(biāo)應(yīng)符合如下原則:簡明科學(xué)、公正合理、易于操作，定量指標(biāo)為主、定性指標(biāo)為輔。根據(jù)上述原則，本文對座椅的靜態(tài)不舒適度建立了二級評價指標(biāo)體系(表21)。其中一級指標(biāo)包括:兒何參數(shù)、調(diào)節(jié)特性、物理特性3個方面。根據(jù)座椅結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計出二級指標(biāo)。表21 汽車座椅靜態(tài)不舒適性的評價指標(biāo)體系一級座椅靜態(tài)不舒適度二級幾何參數(shù)調(diào)節(jié)特性物理特性三級指標(biāo)座面參數(shù)靠背參數(shù)腰托參數(shù)頭枕參數(shù)扶手參數(shù)座面調(diào)節(jié)靠背調(diào)節(jié)腰托調(diào)節(jié)頭枕參數(shù)座面靠背長度深度寬度角度輪廓長度寬度角度輪廓高度高度角度高度角度高度調(diào)節(jié)前后調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)壓力分布溫濕度硬度摩擦壓力分布溫濕度硬度摩擦本指標(biāo)體系歸納了有關(guān)座椅標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 13057 91,客車駕駛員座椅尺寸規(guī)格。QC /T47179汽車座椅術(shù)語)及國內(nèi)外文獻(xiàn)中的舒適性影響因素，將舒適性特征中的定性描述用可測量的指標(biāo)表示出來，符合建立指標(biāo)評價體系的上述4項原則，能為座椅的舒適性設(shè)計及評價起到