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        基于solidworks simulation的汽車座椅快拆機構(gòu)設(shè)計及強度校核

        2017-12-09 00:50:10徐迎林龍
        科技視界 2017年24期
        關(guān)鍵詞:汽車座椅

        徐迎 林龍

        【摘 要】現(xiàn)在生活水平不斷提高,人們對于汽車的舒適性、功能性要求越來越高。由于汽車內(nèi)部空間有限,如何個性化增加車內(nèi)空間,提升汽車內(nèi)的舒適性具有一定的實際意義。本文提出一種汽車座椅的快速拆解方案,便于汽車的檢修和車內(nèi)空間的改善,同時對座椅后底座進行強度校核,simulation仿真結(jié)果說明底座結(jié)構(gòu)在屈服強度范圍之內(nèi),符合設(shè)計要求。

        【關(guān)鍵詞】汽車座椅;機構(gòu)設(shè)計;乘坐空間性;強度校核

        汽車座椅作為汽車內(nèi)飾部件的重要組成部分,如今已經(jīng)不只是簡單地滿足人們乘坐舒適的需要,而是擴展到人機工程學領(lǐng)域,對汽車座椅的舒適性、空間性提出了更高的要求。汽車座椅設(shè)計應(yīng)從消費者的需求出發(fā),賦予產(chǎn)品新的功能和用途,給消費者提供更加舒適、安全和愉悅的駕乘體驗[1]。汽車座椅結(jié)構(gòu)是由表皮,發(fā)泡和骨架所組成。一般對于乘用車而言,前排座椅的骨架底部結(jié)構(gòu)是滑軌,方便對座椅的位置進行調(diào)節(jié)。目前市面上90%的汽車座椅滑軌都采用雙滑軌結(jié)構(gòu),且滑軌通過4顆螺栓與汽車底板緊固,螺栓的緊固力矩在20-40Nm。拆除座椅比較費時,正常的拆解時間一般需要十幾分鐘一臺。對于維修人員而言,比較費時費力;對于乘客而言,在出行過程中不能對汽車內(nèi)部空間進行靈活調(diào)整。因此設(shè)計一種快速拆解機構(gòu)既能方便維修人員檢修,也能為特定車輛提升內(nèi)部空間和舒適性。

        1 現(xiàn)狀

        目前,為了提升車內(nèi)的空間性和靈活性,各大汽車生產(chǎn)廠商以及汽車座椅零部件商對座椅的結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計。比如,東風柳汽公司發(fā)明一種多位置快速拆裝座椅,該技術(shù)方案可以在乘坐艙不同位置按需要設(shè)置座椅安裝位,座椅就可根據(jù)不同的需要安裝有不同的位置,在乘坐艙就可流出所需要的空間,其優(yōu)點可以滿足用戶多樣化需求,能夠為用戶提供更長的后部空間[2]。長春旭陽汽車技術(shù)有限公司發(fā)明一種軸孔鎖止的快速拆卸座椅,其特點在于配置有安裝拆裝的快速鎖定裝置[3]。北京汽車股份有限公司設(shè)計一種可拆卸的座椅[4],該汽車座椅底部包括汽車座椅底部,座椅底部的座椅骨架的兩相對側(cè)邊上均設(shè)有一安裝支架,安裝支架的一端設(shè)有多個第一安裝過孔,另一端設(shè)有第一卡裝結(jié)構(gòu),汽車座椅通過第一安裝過孔和第一卡裝結(jié)構(gòu)可拆卸的安裝在汽車地板上,該結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn),不過過孔位置在安裝過程不便對中,使得安裝比較費時費力,且連接的插銷承受的載荷較大,容易失效。

        目前,座椅快拆技術(shù)方案較多,但在原廠車上還未普及,基本是修理廠或者個人對出廠后的座椅按照使用需求進行拆解改裝。目前較多的快拆方案為:對固定位置的螺栓進行改進,改進后可不借助工具進行旋松緊,比如采用羊角螺栓。這種方案結(jié)構(gòu)簡單,但是存在強度不夠,拆裝的效率不高,而且反復(fù)拆解后容易松脫等不足。

        2 快拆方案

        2.1 快拆機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

        本文提出一種汽車座椅底座快拆方案。該機構(gòu)包含4個座椅支撐,前后兩個支撐的結(jié)構(gòu)一致,前部和后部快拆結(jié)構(gòu)如圖1。如圖1a),前部結(jié)構(gòu)包含頂部支架、底座以及快拆螺桿、螺帽、把手和鎖緊墊片。其組裝方式為:底座通過下部兩處螺栓孔固定在車廂內(nèi)部;座椅支撐的鎖孔對準支撐底座上端的凸緣進行安裝,快拆螺桿穿過底座上端凸緣孔與螺母配合,通過旋轉(zhuǎn)把手對座椅支撐進行固定鎖緊,從而防止支撐在底座上進行橫向移動,鎖緊墊片具有一定的彈性,在扳動把手過程中起到補償間隙的作用。后部結(jié)構(gòu)如圖1b),包含:頂部支架、底座。其組裝方式為:頂部支架的開口鎖孔對準底座橫桿進行卡裝,在拆卸過程中可直接往后移動脫離。

        a)前部結(jié)構(gòu)

        b)后部結(jié)構(gòu)

        2.2 拆裝過程說明

        在拆卸過程中,先對座椅前部支撐進行拆解,固定螺帽的同時,扳動一側(cè)的快拆把手,將螺帽松脫后即可取下快拆桿,對另一側(cè)進行同樣的操作,取下兩處快拆螺桿之后,即可將座椅前端提起,同時將座椅往后移動從而使得后支撐鎖孔脫離底座橫桿,整個拆卸過程時間不到30秒,操作簡便輕松,不需要借助工具。安裝過程同樣簡單,首先將后支撐架在底座上,同時前部支持安裝在凸緣上,將快拆螺桿穿過凸緣孔進行鎖緊,保證座椅不會前后左右移動。本方案的優(yōu)點在于,前部支撐不需要螺栓螺母連接固定,拆卸過程簡單,后部快拆螺桿可以對支撐進行軸向鎖定,鎖鉤可以實現(xiàn)前后方向的約束。

        2.3 后支架強度校核

        連接關(guān)系的校核在產(chǎn)品設(shè)計初期非常重要,尤其是涉及到螺栓連接、銷釘連接、彈簧、點焊、軸承等復(fù)雜的連接關(guān)系,在校核過程中可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和提升可靠性。利用solidworks中的simulation模塊對座椅后支架底座進行靜載荷仿真[5],選擇材料為合金鋼,泊松比0.28,屈服強度620Mpa,對底座施加固定約束,同時對底座兩側(cè)凸緣施加垂向載荷,載荷大小為220.5N(假定乘客體重為75kg,座椅支撐前后載荷分配比例為40:60,凸緣半徑為6.7mm),對其進行網(wǎng)格劃分,生成標準網(wǎng)格數(shù)量7919個,節(jié)點數(shù)12695個。仿真結(jié)果顯示底座所受的最大應(yīng)力為8.32Mpa,位于凸緣底部,最大位移為6.157*10-4mm,位于凸緣頂部,應(yīng)力分布和應(yīng)變分布如圖2所示。由結(jié)果可知,該設(shè)計符合強度要求,具有一定的安全余量。

        a)應(yīng)變器

        b)位移圖

        3 結(jié)語

        本文借助solidworks設(shè)計一種汽車座椅的快速拆解結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)不需借助專用工具,使駕駛?cè)藛T能在短時間內(nèi)對座椅進行拆卸,提升了拆解的速度,同時安裝過程也非常便捷,大大提高家用轎車的靈活性,對于某些特殊車輛(如電動汽車)的維修人員而言,該機構(gòu)能方便其檢修車輛內(nèi)部的電器線路。最后,通過solidworks simulation仿真模塊進行強度校核,驗證座椅底座設(shè)計符合屈服強度要求,安全可靠。

        【參考文獻】

        [1]符大興.對汽車座椅設(shè)計的探討[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2011,(12):31-33.

        [2]黃東杰,等.汽車用多位置快速拆裝座椅:中國200720200412.5[P].2008-07-09.

        [3]牛樹田,等.快速拆卸座椅:中國,200720093707.7[P].2008-04-30.

        [4]韓玉剛,等.一種可拆卸的汽車座椅及汽車:中國,202520066273.6[P].2015-07-22.

        [5]王宏雁,張丹.汽車座椅有限元建模與計算[J].同濟大學學報(自然科學版),2004, 32(7):947-951.endprint

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