【正文】 對座椅的舒適性要求座椅設(shè)計、制造的好壞，對汽車駕駛?cè)藛T和乘員的舒適性有很大的影響，座椅的尺寸應(yīng)適合于人體的尺寸，要保證人體有良好的作業(yè)姿勢和休息姿勢。從而尋求在各種路面隨機(jī)輸人的作用下，使駕駛員和乘員對振動不易疲勞的性能，從中得出科學(xué)的結(jié)論，以便設(shè)計制造出最優(yōu)結(jié)構(gòu)的汽車座椅來。座椅的高度應(yīng)當(dāng)使人的體壓分布合理，如坐墊的前部不可與高或太硬，使人坐著時腳懸空應(yīng)避免在大腿后部分布壓力，以防該部對血液循環(huán)不暢而產(chǎn)生下肢和腳浮腫現(xiàn)象，人的背部與座椅的靠背整個接合面上，應(yīng)在腰凹處壓力最大，使軀干得到充分支持，背部不能弓形，又不妨礙手臂活動，因此，舒適的座椅應(yīng)使坐墊在坐骨關(guān)節(jié)和靠背的第三腰椎骨附近受集中壓力[19]。這是一種好的坐勢。根據(jù)上述分析，今后在設(shè)計、制造汽車座椅時，要考慮到人體的背部和腰部的合理承受點(diǎn)，人的肩部靠住靠背，能減輕頸曲變形?？梢哉f，這是座椅設(shè)計制造中兩點(diǎn)支承原則，這是非常重要的。人們的臀部在坐骨周圍的肌肉可以承受較大的壓力，否則將影響神經(jīng)傳導(dǎo)。因此人體的重量作用在坐墊上的壓力應(yīng)當(dāng)隨臂部不同部位，呈不均勻的分布。每條等壓線的數(shù)字是壓力分布情況，壓力的單位是kg/m2。人體所處的角度是合理的。 振動頻率對人體的影響 汽車座椅要有良好的減振系統(tǒng)，汽車在凹凸不平的道路上行駛時，受到凹凸不平的路面的沖擊，所以在行駛過程中會不斷地引起振動，當(dāng)汽車的零部件的連接處有松動時、這一振動又會引起新的振動，而使零部件逐漸地?fù)p壞，人處于振動的環(huán)境中會產(chǎn)生不舒服的感覺，容易分散注意力，影響操作的準(zhǔn)確度及工作質(zhì)量。人在4 8Hz之間的垂直振動和12Hz的水平振動感受明顯，在100Hz以上的信號不會引起什么不舒服的感覺，人體的各部位對不同頻率的振動信號的反應(yīng)也不一樣，如:胸腹系統(tǒng)的共振頻率為36Hz，頭頸肩系統(tǒng)為20 30Hz，眼球?yàn)?090Hz整個人體的固有頻率:站立時為512Hz,坐著時為46Hz，比較嚴(yán)重的振動響應(yīng)都發(fā)生在低頻段上，人的主要器官的固有頻率約在210Hz范圍內(nèi)。而當(dāng)頻率低于1Hz時又會引起特殊的“暈車病”。所以人體對48Hz范圍內(nèi)的振動最為敏感，尤其是4 8Hz范圍內(nèi)最為嚴(yán)重。(2)引起工作效率降低的振動強(qiáng)度，稱為“疲勞工效降低界限”即保持工作效率不致降低的振動強(qiáng)度允許限值，這個界限是根據(jù)討車輛和飛機(jī)駕駛員，研究結(jié)果而定，振動強(qiáng)度超過界限數(shù)值時，會降低工作的熟練程度，影響準(zhǔn)確操作。它是保持駕駛員的健康、和安全的極限。 垂直方向水平方向圖27 ISO疲勞工效降低界限圖圖27為“疲勞工效降低界限”的圖線由圖27可以看出，在48Hz頻率范圍，最容易產(chǎn)生疲勞而降低工效?；蛘哒f連續(xù)工作時間越長，不因疲勞而降低工效的均方根加速度界限就越低。(即曲線向下平移，降低10dB)，就可得出“舒適性降低界限”綜上所述，為了能得到足夠好的舒適性。同時應(yīng)使駕駛員所承變的振動加速度有效值降到“疲勞工效降低界限以下，盡可能地越低越好,。傳遞給駕駛員的振動負(fù)荷應(yīng)盡可能要小，不同體重的駕駛員所承受的振動負(fù)荷 鑒定汽車座椅舒適性及性能的幾個問題汽車座椅的靜壓感，對人們坐勢的影響。同時觸感性能好。 座椅對人體尺寸變動的適應(yīng)性、座椅的可調(diào)節(jié)性和調(diào)節(jié)方式的靈活件。 座椅的安全性和堅固耐用性。 根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)，性能好的座椅應(yīng)該是綜合以上七點(diǎn)性能的最佳匹配[25]。東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 第3章 座椅及腰部支撐部件的設(shè)計第3章 座椅及腰部支撐部件的設(shè)計 SolidWorks軟件介紹在當(dāng)今的社會中,各行各業(yè)的競爭越來越激烈，為了縮短設(shè)計周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算機(jī)輔助工程(CAE，全稱Computer Aided Engineering)顯得愈來愈重要。設(shè)計構(gòu)思的表達(dá)由原來的二維圖紙演變成直接用計算機(jī)模擬三維實(shí)體模型的虛擬產(chǎn)品。 SolidWorks軟件介紹SolidWorks軟件是美國SolidWorks公司基于Windows開發(fā)的全參數(shù)化三維實(shí)體造型軟件。該軟件可與COSmos／Works工程師設(shè)計分析軟件、Cosmos／Motion三維運(yùn)動仿真軟件等無縫結(jié)合。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks三維設(shè)計軟件的功能在于：裝配和干涉檢查；有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(CAE)；機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真；工藝規(guī)程生成(CAPP)；數(shù)控加工(CAM)；由三維直接自動生成二維工程圖紙；產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與集成等。無與倫比的設(shè)計功能和易學(xué)易用的操作(包括Windows風(fēng)格的拖傲、點(diǎn)，擊、剪切／粘帖)，使得SolidWorks的整個產(chǎn)品設(shè)計是可百分之百編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間是全相關(guān)的。 SolidWorks軟件在本文中的應(yīng)用SolidWorks軟件廣泛應(yīng)用各種機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算中，在本文中主要用軟件進(jìn)行分析建模，首先設(shè)計出各個零件進(jìn)行裝配,在裝配的過程中發(fā)現(xiàn)零件的不足時，去重新編輯零件，或者在裝配時發(fā)現(xiàn)缺少一些零件時，根據(jù)裝配圖的大小、位置等去設(shè)計改缺少的零件。1 零件編輯零件編輯的步驟一般為先進(jìn)行草圖繪制，繪制出草圖后在拉伸成體，再根據(jù)具體結(jié)構(gòu)去切除沒用的部分，從而建好模型，下面以棘輪的制作為例，其步驟如下：1) 新建一個零件草圖，選擇基準(zhǔn)面，繪制一個圓，半徑為棘輪的齒頂圓半徑(圖31 a)。3) 繪制齒形的草圖，本文所設(shè)計的棘輪為一個齒，首先在圓柱體的面上畫一個半徑為的圓，再過圓心畫兩條直線，設(shè)定兩直線間的夾角為，連接直線與圓的兩個交點(diǎn)(圖31c)。5) 依次按照3)、4)中的步驟切出剩余的齒形(圖31e、31f、31g)。因本文中采用的是棘輪和軸的過渡配合，不需要另加鍵，因此繪制的輪轂草圖為半徑(圖31h)。8) 制作倒角。圖32 軸與齒輪配合時的兩基準(zhǔn)面重合2 編輯裝配體編輯裝配體即把設(shè)計的各個零件裝配在一塊，成為一個整體，下面僅以軸和齒輪的配合介紹軟件的裝配圖制作。 腰部支撐部件的設(shè)計 齒輪齒條的設(shè)計1 選擇材料齒輪：QT5003，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度230270HBS；齒條：QT5007，正火處理，齒面硬度180200HBS。但是，在進(jìn)行計算時，使用預(yù)先計算好的數(shù)據(jù)這樣一種新的方法，便可使計算能很方便地進(jìn)行。兩個無量綱系數(shù)的定義為： (1)式中： (2)齒輪對的工作壓力角為： (3)或 (4)對于已知的標(biāo)誰壓力角及齒厚系數(shù)的數(shù)值范圍，可根據(jù)公式(3)和(4)預(yù)先計算好數(shù)據(jù)(解用)。各種數(shù)值范圍及不同的標(biāo)準(zhǔn)壓力角的表格也是可以制備出來的。所以齒輪齒條參數(shù)為：齒輪：輪轂直徑d2=20mm，長度為20mm齒輪面寬為12mm。 初定齒條齒距高度為20mm，嵌入模板里10mm周節(jié)數(shù)齒厚S=齒頂高h(yuǎn)1=m=2齒根高齒工作高度齒全高 推柄的設(shè)計1 選擇材料推柄材料選用HT200抗拉強(qiáng)度極限為(表51)2 尺寸計算，即：，假設(shè)一個人的重量為70kg，此時對靠背的壓力為,但考慮汽車在行駛時顛簸、猛的向后靠背等產(chǎn)生的沖擊力會很大，一般都能和自身的重量差不多，甚至要超過自身的重量，為了安全起見設(shè)定該力： 圖36 推柄因使用的材料為脆性材料，零件的主要失效形式為脆性斷裂。在推柄前側(cè)挖兩個孔的作用為連接減震裝置，用2個螺栓連接。由幾何學(xué)可知兩齒面與根圓的交點(diǎn)E位于經(jīng)A、B兩點(diǎn)且圓周角為的圓上。下面給出E點(diǎn)位置及角的精確計算公式。建立坐標(biāo)系，則E點(diǎn)坐標(biāo)滿足下列關(guān)系} (1)式中,由(1)式可求得} (2)由此可確定棘輪齒面長度及傾斜角為} (3)} (4)式中， 。為使棘爪在工作時能順利進(jìn)入棘輪齒槽并嚙緊不脫，α角應(yīng)滿足摩擦條件，一般應(yīng)有。若齒根圓角的圓心為03，則實(shí)際根圓半徑和實(shí)際齒高為：} (5)其中， (6)3. 搖空程角的計算一個送進(jìn)運(yùn)動過程中搖桿往復(fù)擺動的最小角度與棘輪轉(zhuǎn)角之差稱為最小空程角[27]。當(dāng)棘輪每次只轉(zhuǎn)過一個齒時，的計算如下：如圖38所示，若不考慮棘輪齒根圓角、齒頂圓角及棘爪頂部圓角時，應(yīng)為棘爪尖點(diǎn)從與棘輪齒頂A點(diǎn)接觸到與齒根E點(diǎn)接觸搖的角，即： (7)圖38 棘爪的確定若考慮棘輪齒根圓角齒頂圓角及棘爪頂部圓角，則搖桿的一個極限位置對應(yīng)于棘爪頂部圓弧與棘輪接觸于齒頂圓弧，如圖38所示虛線位置，此時 (8)棘爪頂部進(jìn)入棘輪齒槽后(如圖26實(shí)線位置)對應(yīng)于空程結(jié)束時刻，棘爪頂部圓弧與齒槽相切于M、N兩點(diǎn)，故 (9)其中圖39 棘爪外形尺寸的確定為點(diǎn)至直線的距離，它可由下式求得為保證棘爪能順利進(jìn)入棘輪齒槽，搖桿擺角必須。由圖39可知，當(dāng)棘爪進(jìn)入棘輪齒槽兩者一起運(yùn)動時，棘爪工作面理論上應(yīng)與棘輪對應(yīng)齒面完全貼合，故有： (10) (11)式中和均可由余弦定理求得。圖310 棘輪機(jī)構(gòu)5. 所設(shè)計的棘輪棘爪機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸如下：棘輪：，輪轂直徑，面寬.棘爪：，,.6. 應(yīng)用SolidWorks軟件建模(圖310)。2. 初步估定軸工作中承受扭轉(zhuǎn)和彎曲聯(lián)合作用，但以扭轉(zhuǎn)作用為主。軸受扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件為：式中——截面上最大剪應(yīng)力，； ——軸傳遞的扭矩，； ——抗扭截面模量，； ——降低后的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。3. 考慮彎曲載荷一按彎扭聯(lián)合作用設(shè)計計算由于不規(guī)則運(yùn)動，故軸徑向也受力，使在承擔(dān)扭矩的同時還承受彎矩作用。彎曲載荷與軸徑形狀、段數(shù)、安裝位置以及有無擋板等因素有關(guān)，這些因素的綜合作用結(jié)果會引起不平衡的水力作用。——徑向載荷作用點(diǎn)距支點(diǎn)的距離。工程上以單位長度扭轉(zhuǎn)角不超用扭轉(zhuǎn)角作為扭轉(zhuǎn)的剛度條件，即：式中——軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，；——彈性模量，；——軸截面的級慣性矩，；——許用扭轉(zhuǎn)角。結(jié)手柄段為節(jié)省材料，不需要繼續(xù)加粗，因?yàn)樵O(shè)計此段軸徑為。 凸輪的設(shè)計計算當(dāng)支撐元件伸出靠背過長是就要求其往回運(yùn)動，但有棘爪的存在就限制了這一運(yùn)動，為使棘爪能脫離棘輪而使棘輪反向轉(zhuǎn)動時，就需要有個機(jī)構(gòu)能夠頂開棘爪，使棘輪脫離棘爪的束縛，為此本文設(shè)計了凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這一功能。有兩種情況。本機(jī)構(gòu)由于設(shè)計凸輪所要達(dá)到的目的僅僅是單一的頂開棘爪，因而所設(shè)計的凸輪機(jī)構(gòu)只需要兩種工作狀態(tài)：一個是凸輪和棘爪接觸，另一個是不接觸；接觸時棘爪被頂開，而不接觸時棘爪由于彈簧的作用與棘輪保持接觸，以阻止棘輪反轉(zhuǎn)。凸輪的寬度為，另設(shè)計一段軸與凸輪連接，以便于控制，其尺寸大小在用軟件繪制時按比例給出，最后用SolidWorks軟件建造模型(圖313)。配合時保證齒輪齒條嚴(yán)格按嚙合要點(diǎn)嚙合，棘輪與棘爪的接觸位置等等。最后在SolidWorks軟件中應(yīng)用裝配體的各種工具，建造裝配體模型(圖314)。圖315 彈簧彈壓棘爪示意圖 座椅骨架的CAD設(shè)計材料：45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，抗拉強(qiáng)度極限為骨架的設(shè)計步驟為：先設(shè)計靠背兩側(cè)的骨架，尺寸盡量符合人體坐姿(圖316)，上面窄，下面寬，使安裝腰部支撐部件有個空余，各零件的連接大部分為焊接，可動部分用連接軸的聯(lián)結(jié)。圖317 碳素鋼絲直徑與強(qiáng)度的關(guān)系為保證拉簧有足夠的剛度，本結(jié)構(gòu)選用碳素鋼絲，由圖317鋼絲直徑和強(qiáng)度的關(guān)系，選用鋼絲直徑為，用3根同樣的拉簧支撐(如圖321)，均勻的排列在兩側(cè)骨架的中間。圖318 拉簧(螺距10圈數(shù)35)下面介紹下腰部支撐部件在靠背上的定位：支撐部件中部有一孔，使之正好有軸穿過，如圖321中的1所示，這樣有了大致的定位，圖321中2所示的為腰部支撐部件和靠背的一側(cè)骨架用3個螺栓連接(圖319)，這樣既保證了其各個方向的定位，但僅靠這一點(diǎn)的定位完全達(dá)不到要求，為此，設(shè)計了在部件的下面設(shè)置一個墊片，墊片托住該部件，使之不能往下滑動(圖320)。圖321 座椅骨架東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 第4章 關(guān)鍵部件的校核第4章 關(guān)鍵部件的校核按Z1=20,圖41 調(diào)質(zhì)鋼和鑄鋼齒根彎曲疲勞極限由圖41,得由圖35，得Y=，Y=m=3mm5mm,故Y=Y=取Y=，S=計算許用彎曲應(yīng)力由圖34得由圖42得圖42 外