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        淺談座椅骨架設(shè)計(jì)的“方”與“圓”

        2021-10-22 22:22:04宋德詢(xún)李俊裴冰邵羽辛
        科技信息·學(xué)術(shù)版 2021年12期
        關(guān)鍵詞:方圓有限元分析汽車(chē)

        宋德詢(xún) 李俊 裴冰 邵羽辛

        摘要:本文從方管和圓管的材料力學(xué)原理出發(fā),根據(jù)座椅骨架的受力路徑以及圓管和方管的工藝特點(diǎn),結(jié)合有限元分析方法,確定了座椅骨架方管和圓管的選材策略,從而實(shí)現(xiàn)座椅骨架的精益設(shè)計(jì)。

        關(guān)鍵詞:汽車(chē);座椅骨架;精益設(shè)計(jì);方圓;工藝;有限元分析

        Abstract:Based on the mechanics of material of “ circular” and “rectangular” tube,through seat frame force path,and manufacture characteristics of “ circular” and “rectangular”,and in virtue of CAE analysis,introduce the use strategy of “ circular” and “rectangular” tube on seat frame,to actualize lean design seat frames.

        引言

        精益的設(shè)計(jì),總是能夠找到簡(jiǎn)單的方式證明自己。

        隨著有限元分析的廣泛應(yīng)用,設(shè)計(jì)工程師習(xí)慣于將設(shè)計(jì)模型交給有限元工程師進(jìn)行分析,如果失效,調(diào)整后再給有限元工程師重新計(jì)算;其實(shí),在設(shè)計(jì)過(guò)程中基于材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能以及零件的性能需求,工程師可以快速提供比較精益的設(shè)計(jì)方案,減少CAE工作的工作量,從而提升設(shè)計(jì)效率,比如座椅骨架的“方圓之道”。

        一、“方”與“圓”管力學(xué)性能對(duì)比

        根據(jù)如上圖的基礎(chǔ)材料力學(xué)公式,結(jié)合座椅骨架材料的實(shí)際應(yīng)用,在采用同樣尺寸的板材物料(卷成方管或圓管),將零件尺寸數(shù)字的代入計(jì)算,可以比較清晰的看出,方管的抗彎截面系數(shù)(上下方向)優(yōu)于圓管,而圓管的抗扭截面系數(shù)要優(yōu)于方管。

        二、“方”與“圓”管的工藝和結(jié)構(gòu)

        在工藝上,對(duì)于直線段的焊接,方管相比于圓管夾持穩(wěn)定,焊接可靠性也大幅提升;

        而圓管便于進(jìn)行等截面的彎折,可以在轉(zhuǎn)彎處提供良好的力的傳遞。如上圖,在轉(zhuǎn)彎處,可以做到圓管的截面基本不變,而方管截面積則會(huì)局部變小。

        三、座椅骨架設(shè)計(jì)選材的“方圓” 之道

        如下圖,結(jié)合座椅CAE分析,對(duì)于采用了單側(cè)調(diào)角器的座椅骨架,前座椅靠背的上方,需要選用圓管以便于傳遞扭矩;在調(diào)角器側(cè)的上方,主要受力變?yōu)閺澱哿Γ源苑叫蔚陌?而靠背的下側(cè),使用圓管,以便于扭矩的傳遞:

        如下圖,對(duì)于采用了雙側(cè)調(diào)角器的靠背骨架,在調(diào)角器之間則不再使用圓管,用沖壓成型的板材做替代,以保護(hù)左右調(diào)角器之間的連桿和扭簧;其靠背上部橫管也可以根據(jù)整椅布置需要選用沖壓板或方管。

        對(duì)于座墊,典型的座椅只有外側(cè)抬升承力機(jī)構(gòu),能提供上下位置的止位功能,內(nèi)側(cè)則沒(méi)有;所以,需要采用坐墊提升圓管,以便將單側(cè)的扭轉(zhuǎn)力傳到另一側(cè);而坐墊前端由于主要承受乘員的下壓之力,所以布置主要承受彎折之力的防下潛方管在坐盆下以提供支撐。

        對(duì)于一般的轎車(chē)后排座椅的靠背,這個(gè)主要以抵抗行李箱撞擊的彎折力為設(shè)計(jì)輸入的零件,選用方管無(wú)疑可以是一種精益的設(shè)計(jì)方案。

        四、結(jié)語(yǔ)

        “方圓之道” 立足材料力學(xué)理論,滿(mǎn)足座椅骨架設(shè)計(jì)力學(xué)傳遞策略,正在被越來(lái)越多的座椅設(shè)計(jì)供應(yīng)商和主機(jī)廠所認(rèn)知和實(shí)施。

        參考文獻(xiàn)

        [1]周淑淵等 汽車(chē)內(nèi)飾設(shè)計(jì)概論(第2版) ?人民交通出版社 2012-2.

        [2]張坤 丁曉紅 倪維宇 王海華 汽車(chē)座椅骨架構(gòu)件布局設(shè)計(jì)方法 工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào) (2015年4月)(22-22)

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