【文章內(nèi)容簡介】 車非常重要 的組成部分，它影響著人們對轎車的第一感受。一把座椅的質量品味很大一部分能體現(xiàn)出這輛車的品質。轎車座椅在保證人員安全的前提下，還必須要保證調節(jié)的可靠性、方便性，以及乘坐的舒適性。 轎車座椅是伴隨著轎車的發(fā)展而發(fā)展的。從傳統(tǒng)的手動調節(jié)座椅已逐步過渡到電動調節(jié)座椅?，F(xiàn)在汽車已不僅僅是代步工具，人們越來越享受駕駛所帶來的樂趣，轎車座椅必須要跟得上時代的潮流。轎車座椅現(xiàn)在已全面的向數(shù)字化設計、制造、生產(chǎn)方式轉化。這既節(jié)約了時間又節(jié)約了成本。 本課題 的主要內(nèi)容是設計出一個安全、舒適、人性化的轎車后排座椅。首先查找了相關資 料，包括人體工程學等。再確定座椅調節(jié)的機構，并用三維軟件將座椅機構的模型畫出來，并進行仿真。選取各個零件的材料，用有限元分析軟件分析重要部件靠背。然后用 CAD 繪制出裝配圖和部分零件圖。 本課題的內(nèi)容可以歸納為以下幾個方面： ⑴ 查找與轎車座椅和人體尺寸相關的資料。 ⑵ 確定座椅的結構尺寸。 ⑶ 繪制座椅骨架的三維模型和仿真。 ⑷ 對靠背進行有限元受力分析。 ⑸ 繪制裝配圖和部分零件圖的 CAD 圖。 轎車座椅的作用 轎車座椅將人體與車體聯(lián)系在一起，是轎車非常重要的組成部分。轎車后排座椅的 一大作用是為乘員提供良好的支撐和合理的體壓分布。保證在轎車行駛過程中保證人體的平穩(wěn)。另一個作用是為乘員提供良好舒適的乘坐環(huán)境。現(xiàn)在豪華轎車的各種人性化裝置能最大限度的減小轎車在凹凸不平的路面行駛時 的震動等各種不西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 舒適感。讓乘員能夠享受在轎車中的生活。第三個作用是保護乘員的安全。在轎車收到?jīng)_擊時 靠枕能很好的保護乘員的頭部和頸部?？傊褪寝I車座椅在保證乘員安全的前提下能夠給乘員舒適的環(huán)境。 轎車座椅的設計要求 轎車座椅設計原則是 ： 座椅尺寸與就座者人體測量尺寸相適宜，并可以調節(jié)；座椅能使就座者有舒適的坐姿 ，座椅靠背和尺寸能給予就座者腰部充分的支撐，使脊柱接近于正常自然彎曲的狀態(tài)；座椅能支持就座者的正確體味且能使就座者保持穩(wěn)定；座椅能使就座者靈活平穩(wěn)變換坐姿，進行體態(tài)自動調節(jié)。 具體設計時，需要考慮一下幾點： 座椅結構形式應盡可能適應坐姿的各種活動要求，使就座者保持身體舒適穩(wěn)定并且能進行準確的控制盒操作。 座椅可調節(jié)的部分的結構必須易于調節(jié)，保證在使用過程中已調節(jié)好的位置不會改變并不得松動。 座椅應有足夠的強度和剛度，壽命長。并能在發(fā)生事故時盡量減少乘員的受傷程度，即具有足夠的座椅安全性。 制 造工藝簡單，質量小，成本低。 外形及色彩美觀大方，與車身內(nèi)飾及整車外觀協(xié)調。 座椅布置及性能應符合車輛用途及總體設計要求。 轎車座椅的組成 為了實現(xiàn)座椅位置的調節(jié)，普通電動座椅包括若干個雙向電 機、傳動裝置和控制電路 3 個主要部分。雙向直流電 機產(chǎn)生動力，傳動裝置可以把動力傳至座椅，通過控制開關實現(xiàn)座椅不同位置的調節(jié)。 （ l）電 機 電動座椅中使用的電 機一般為永磁式雙向直流電動機。它通過控制開關來改變流經(jīng)電機內(nèi)部的電流方向，從而實現(xiàn)轉動方向的改變。 （ 2）傳動裝置 電動座椅的傳動裝置主要包括 變速器、螺桿傳動、及齒輪傳動機構等。變速器的作用是降速增扭。電動機軸分別與 變速箱 相連，動力經(jīng)過變速西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 器的降速增扭以后，從變速器的輸出軸輸出，變速器的輸出軸與 螺桿 相連，最終 螺桿傳動 帶動座椅支架產(chǎn)生位移。 （ 3）控制電路 控制電路控制電動座椅包括滑動電機、垂直電動機、傾斜電動機，可以實現(xiàn)座椅的前后移動、高度調節(jié)、靠背傾斜程度調節(jié)、頭枕高度調節(jié) 。 轎車座椅分類 轎車座椅可分為手動調節(jié)式和電動調節(jié)式。電動座椅按電機數(shù)量又可 大致 分為以下幾種： （ 1）單電動機式 單電動機式只能對電動座椅的前后兩個方向進行 調整。 （ 2）雙電動機式 雙電動機式可以對電動座椅的 4 個方向進行調整，前后兩個方向的位置可以移動，其高低也可以進行 調整。 （ 3）三電動機式 三電動機式可以對電動座椅的 6 個方向進行調整，即不僅能向前后兩個方向移動，還可分別對座椅的前部和后部的高低進行調整。 （ 4）四電動機式 四電動機式的調整功能除了具有以上三電動機式的調整功能以外，還可對靠背的傾斜度進行調整。 電動座椅裝用的電動機最多可達 8 個，除了保證上述基本運動外，還可對頭枕高度、座椅長度和扶手的位置進行調整。 轎車座椅的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 自轎車誕生開始國外就著手研究轎車座椅了 ，經(jīng)歷了一百多年的歷史，和座椅有關 的安全標準和法規(guī)已經(jīng)非常健全。早在 上 世紀 60 年代，國外很多 國家已開發(fā)國家或行業(yè)內(nèi)保證性能的各種汽車座椅安全法規(guī)和標準，如美國聯(lián)邦機動車輛實施安全法規(guī)（ FMVSS）和商業(yè)設備制造商協(xié)會（ BIFMA）的非強制性法規(guī)，并開發(fā)了多種特殊的測試設備。我國 的座位安全法規(guī)和標準是參考國外的規(guī)則制定 的 。 從國外汽車座椅調研情況看，由于中國轎車行業(yè)起步很 晚， 導致了 相對落后的座位設計研究。 落后的設計方法是阻礙我國座椅發(fā)展的重要因素。我國的座椅安全性標準雖 然是參考國外座椅標準制定的，但內(nèi)容相對簡單，要求也偏低。以座椅總成靜強度為西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 例，我國標準中要求座椅總成能承受 20 倍總成重力的載荷，而德國的企業(yè)標準中有的則要求其能夠承受 24 倍甚至更高的總成重力的載荷。針對承受沖擊時的座椅安全性，國外已經(jīng)開展了相關的研究，而我國的一些企業(yè)由于對座椅研發(fā)重視不夠，尚未開展專門的研究，這不僅給座椅的安全帶來隱患，而且制約了座椅的發(fā)展。 目前轎車 座椅在國際上 向 電動座椅 、 懸掛座椅 、 記憶座椅 、 輕量型座椅 、 安全座椅 、等方向發(fā)展。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 第 2 章 轎車座椅理論 研究與設計基礎 人機工程學在轎車座椅設計中的應用 舒適的坐姿使人體重量分布合理。，大腿近似成水平狀態(tài)，兩組自然著地，上臂不負身體重量，肌肉放松，操作時軀干穩(wěn)定，變換坐姿輕松方便。 坐姿狀態(tài)下，脊柱、骨盆、腿和腳 支撐著身體 。脊柱 由椎骨、 骸骨 、尾骨組成，是人體 的主要支柱 ，如圖 21 所示，椎骨從上到下 分為頸椎 (共 7 節(jié) )、胸椎 (共 12 節(jié) )、腰椎 (共 5 節(jié) )三部分， 軟骨組織和韌帶 聯(lián)系 著 兩節(jié)椎骨 ，這樣人體可以 進行屈伸、側屈 和扭轉動作等 活動。 胸腔 由 肋椎與肋骨構成 ，頭部由頸椎支撐 ， 人體 在 坐姿 狀態(tài) 下 的主要負荷 由 椎間盤 ， 腰椎、骸骨和承擔 。 圖 21 人的 脊椎構造 圖 22 人在 不同狀態(tài)下腰椎彎曲形狀 圖 22 為人體在各種不同姿勢下的腰椎彎曲形狀。曲線 B 表示人體松弛側臥時，脊柱呈自然彎曲狀態(tài) 。曲線 C 是最接近人體脊柱自然彎曲狀態(tài)的坐姿 。曲線萬是當人體的軀干與大腿的夾角呈 90176。 時情形，此時脊柱嚴重變形，椎間盤上的壓力不能正常分布。因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲形態(tài)，軀干與大腿之間必須有大約 135176。 的夾角，并且座椅的設計應使坐者的腰部有適當?shù)闹危员阊⌒巫匀粡澢?，腰背肌肉處于放松狀態(tài)。 圖 22 為 身體 在不同 姿勢 下 腰椎彎曲的形狀。曲線 B 代表 側臥時脊柱自然彎曲 。曲線 C 是最接近自然狀態(tài)下脊椎彎曲的坐姿 。曲線 G 是當大腿 和人體的軀干 角度為90176。時，嚴重的脊柱變形使椎間盤上的壓力不 正常分布。 所以，當 軀干和大腿必須西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 有一個角度約 135176。 時 ， 坐姿下人體脊柱能呈現(xiàn)很自然的狀態(tài)。 人坐著時，座椅 支承 著大腿和上身的重量 。 骨盆下的兩塊圓骨，稱作 坐骨結節(jié)，如圖 23 所示。 坐姿狀態(tài)下 ， 坐骨 結節(jié)處承擔著大部分臀部壓力 ， 由內(nèi)而外壓力減小 。 圖 23 表示帶有股骨的骨盆部位的前視圖，股骨在股節(jié)中從連 接骨盆的球孔向外伸去。用平的座位，股骨的這一部分在坐骨平面之上，因此不承受過分的壓迫。但是，如果座面是斗形的，則彎曲的座面會使股骨趨于向上轉動 (箭頭所示 )而受載，造成盟邦肌肉承受反常的壓迫，從而引起不舒適感。故需注意避免采用斗形座面。當人長時間坐在一個位置不動而出現(xiàn)肌肉緊張時，稍稍轉換身體位置可以促進生物電的活動。 圖 23股骨正常位置 人體靜態(tài)尺寸 人體靜態(tài)尺寸，著眼于人體天然結構，比如身高、體重、腿臂長度等，是建立人體尺寸模型的基礎。國家標準 GB 1000088《中國成年人人體尺寸》按照人機工程學的要求提供了我國成年人人體尺寸的基礎數(shù)據(jù)。 根據(jù)相關 統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 列出了如下我國 人體基本尺寸男（ 1860歲）第 95 百分位以及女（ 1855歲）第 5百分位相關數(shù)值， 見表 26： 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 表 26 我國人體基本尺寸 尺寸名稱 尺寸數(shù)據(jù)（ mm） 男 女 坐高 958 809 坐姿勁椎點高 641 518 坐深 494 401 最大肩寬 469 363 坐姿臀寬 355 310 小腿加足高 448 342 人體 H 點位置的確定 人體軀干與大腿相連 的交接點，即胯點 ， 定義為 H點 （圖 27） 。三維人體模型用于確定轎車車身中人體 H點的位置，這一辦法已被許多國家的汽車設計機構采用。而且已制定出國際標準 ISO 6549： 1999《道路車輛 H點和 R點（臀）測定的程序》。我國也制定了相應的國家標準 GB/B 11559— 1989 《汽車室內(nèi)尺寸測量用三維 H 帶你裝置》和 GB/B 11563— 1989《汽車 H點確定程序》。 大腿桿、座板、 背板、 和 頭部空間探測桿 等組成模型，各個 構件的 質量、 尺寸以及 質心 的位置都是 以人體 的測量數(shù)據(jù)為根據(jù) 。 座板是仿照人體大腿和臀部，背板仿照成 年男子的平均背部 。座板和背板的輪廓線是人體背部和臀部輪廓線 形狀的統(tǒng)計 平均值 描述。模型的 座板與背板 相當于 在人體胯關節(jié)處用 轉動副相鉸接。轉動副中心線的左右兩側對稱地表有兩個 H 點標記。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 圖 27三維人體模型 轎車座椅尺寸 乘員座椅的尺寸設計由 三個方面 構成 ：椅面的高度，寬度和深度；靠背的高度，寬度和傾角。 椅面高度。椅面高度應該保持乘員大腿幾乎水平，小腿自然豎直，腳掌水平的放在地面上。所以， 可取 360~480mm。 椅面寬度。 適當寬一些 方便就座者變換姿勢。一般可取 370~420mm。 椅面 深度。 坐深不宜過長，以讓背部能靠在靠背上， 可取 550mm。 靠背高度和寬度。 后排座椅采用高靠背 ，高度可取 750mm，寬度可取 500mm。 靠背傾角。 從保持脊柱的正常自然形態(tài) ， 可取 95176。~115176。 。 轎車座椅 R 點的確定 “ R”點 指制造廠規(guī)定的設計 H點， 為 “乘坐基準點” ， 該點 : 在 考慮了所有的座椅可能調節(jié)狀態(tài) ，確定了座椅的乘坐位置。 具有相對于所設計的車輛的結構建立的坐標 。 模擬人體軀干和大腿鉸接中心位置。