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        一種適用于汽車副駕駛的折疊桌板設(shè)計與仿真分析

        2022-03-25 22:15:12張然李嘉文姜淑鳳柯寅峰勾甫函
        時代汽車 2022年6期
        關(guān)鍵詞:受力分析結(jié)構(gòu)設(shè)計

        張然 李嘉文 姜淑鳳 柯寅峰 勾甫函

        摘 要:為了提高車載折疊小桌板的安全性、穩(wěn)定性以及承載力,根據(jù)市場在售車載折疊小桌板的結(jié)構(gòu)與優(yōu)劣勢的分析,開展了結(jié)合人體工程學(xué)進行坐姿高度的舒適性實驗,根據(jù)實驗結(jié)論設(shè)計了一款適用于汽車副駕駛的折疊桌板類車載內(nèi)飾產(chǎn)品,并利用ANSYS仿真軟件對該桌板進行受力形變仿真分析,得出該結(jié)構(gòu)承重力范圍與穩(wěn)固性能的優(yōu)化設(shè)計。

        關(guān)鍵詞:副駕駛折疊桌板 結(jié)構(gòu)設(shè)計 受力分析 汽車內(nèi)飾設(shè)計

        隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展,車內(nèi)辦公使用電子產(chǎn)品逐漸成為常態(tài),車輛駕駛室正逐漸演變成用戶的“移動之家”[1]。為了使車載折疊小桌板達到安全性、舒適性地目的,基于力學(xué)的仿真分析,充分考慮人機工程學(xué)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)改進[2],設(shè)計整體式折疊結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)穩(wěn)固,操作簡單,使用方便,安全性能高。

        1 現(xiàn)有車載折疊桌板對比分析與創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計

        我國作為世界主要汽車銷售國,內(nèi)飾需求量大,折疊桌板是內(nèi)飾之一,其實用性和美觀性也越來越受到人們的關(guān)注。

        1.1 問題分析

        國內(nèi)外現(xiàn)有的車載折疊小桌板只適用于后排乘客,結(jié)構(gòu)多為鉤掛式,受力不均容易在行車過程中導(dǎo)致物品掉落甚至桌面斷裂等現(xiàn)象。針對市場在售產(chǎn)品的調(diào)研以及用戶問卷調(diào)查,挖掘出存在的一些缺陷:普遍存在折疊結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、承載力不足、使用面積小、有明顯的安全隱患[3-4]。

        1.2 人機工程學(xué)方法的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢分析

        人體尺寸是研究人機工程學(xué)的重要因素。人體尺寸并不是某個確定數(shù)值,而是分布在一定范圍內(nèi)[5]。在對車內(nèi)桌椅進行尺寸的設(shè)計時,設(shè)計人員希望能夠符合更多人的需求,因此考慮人群平均尺寸確定其車載桌板的平均尺寸范圍[6]。本文通過對100名被測者進行膝蓋與桌面高度的舒適性實驗分析,如圖1給出舒適性的高度區(qū)間。

        查閱相關(guān)文獻數(shù)據(jù)采樣結(jié)果得出如下參數(shù):男性的舒適高度區(qū)間為[650mm,720mm],女性的舒適高度區(qū)間為[647mm,698mm],取其交叉數(shù)據(jù)得出此車載折疊桌板的舒適性區(qū)間為[640mm,720mm] [7-8]。因此,可調(diào)節(jié)高度為80mm。

        1.3 改進的車載折疊小桌板基本結(jié)構(gòu)設(shè)計

        桌板為乘員提供就餐、工作以及娛樂的平臺,因此需要承載餐食器具(210mm×150mm)、15.6in筆記本電腦(380mm×220mm)以及12.9in平板電腦(305.7mm×220.6mm)等物品。故本產(chǎn)品的長度約為365mm,寬為240mm,桌板厚度為15mm。

        裝有食物的器具和一瓶礦泉水重約2.5kg,15.6in的筆記本電腦重約4kg,12.9in平板電腦重約0.6kg,根據(jù)其功能,確定其承載重量為8kg。

        根據(jù)桌板位置以及固定形式,如圖2所示。桌板采用雙層折疊形式,含有桌板上面板、隱藏式鉸鏈、桌板下面板、自鎖折疊機構(gòu)、伸縮支架,桌板采用壓鑄鋁合金,密度為2.7~2.84g/cm3,重量約為3.3kg??烧{(diào)整隱藏鉸鏈、可折疊支架等結(jié)構(gòu)使用低碳鋼材料。自鎖折疊支架厚度約2.4mm,承重約10~20kg,可滿足日常物品的放置需求。

        2 功能介紹以及受力形變分析

        本設(shè)計是汽車內(nèi)飾產(chǎn)品,此產(chǎn)品包括桌板、折疊結(jié)構(gòu)和伸縮結(jié)構(gòu)等三部分組成。

        2.1 車載折疊小桌板應(yīng)用功能介紹

        桌板設(shè)置在中控臺右側(cè),不會影響安全氣囊的正常彈出,采用側(cè)邊固定的方式與中控臺連接,在使用過程中可通過自鎖折疊機構(gòu)實現(xiàn)快速折疊,自鎖折疊機構(gòu)將桌板與伸縮結(jié)構(gòu)連接,伸縮部件通過縮進旋鈕轉(zhuǎn)動鎖緊滑道,構(gòu)成了三角型結(jié)構(gòu),保證了桌板在行車過程中的穩(wěn)固。使用時通過按動自鎖折疊結(jié)構(gòu)將小桌板展開。在使用過程中受力面分散,大大減少了桌面斷裂以及物品滑落的現(xiàn)象。桌板本體使用隱藏式鉸鏈使桌面展開后在同一平面,避免了桌面落差帶來的使用不便。

        2.2 車載折疊小桌板受力形變分析

        首先將產(chǎn)品建模,模型簡化后導(dǎo)入ANSYS workbench中,材料為壓鑄鋁合金,密度2.80g/cm3,泊松比是0.38,楊氏模量是81.3GPa,網(wǎng)格劃分1毫米。受力位置在整個桌面(均勻受力)。桌板受力范圍為F=10N(約等于一包牛奶的重量)到F=100N(約等于半桶20升的桶裝水)的最大變形量(單位:mm),如表1所示,變形情況如圖3所示。

        通過受力形變狀況分析得出,如圖4所示,當(dāng)桌面受力F<4148.6N時,桌板處于安全狀態(tài)。當(dāng)桌面受力F>4148.6N時,桌面斷裂,達到危險狀態(tài)。因此,此桌板在日常使用狀態(tài)下安全。

        3 結(jié)語

        為了解決現(xiàn)有車載小桌板承重力不強,不適用副駕駛等諸多問題,設(shè)計了適用于汽車副駕駛折疊小桌板。本設(shè)計通過人機工程學(xué)分析并對其結(jié)構(gòu)進行改良,減少了受力面積不均,解決了行駛過程中使用的安全性等問題,并利用ANSYS仿真軟件進行受力變形分析,驗證其結(jié)構(gòu)的合理性。這是一款新型的汽車副駕駛折疊小桌板,承重力強,結(jié)構(gòu)穩(wěn)固,是良好的輔助工作休閑的小物件。

        基金:2021年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(202110232015);黑龍江省省屬本科高校基本科研業(yè)務(wù)費科研創(chuàng)新團隊項目(135409102);齊齊哈爾大學(xué)學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革研究項目(JGXM_QUG_2020010)。

        參考文獻:

        [1]張臻,王海波,孫崇嶺等. 基于人機工程學(xué)的商用車桌板設(shè)計及應(yīng)用[A]. 中國汽車工程學(xué)會(China Society of Automotive Engineers).2020中國汽車工程學(xué)會年會論文集(7)[C].中國汽車工程學(xué)會(China Society of Automotive Engineers):中國汽車工程學(xué)會,2020:4.

        [2] 李維立,曹祥哲. 人機工程學(xué)[M].人民郵電出版社:, 201703.159.

        [3] 張高美.人機工程學(xué)在辦公桌椅設(shè)計中的應(yīng)用[J].藝術(shù)與設(shè)計(理論),2012,2(04):142-143.

        [4] 伍賽特.人機工程學(xué)在汽車設(shè)計過程中的應(yīng)用及展望[J].汽車零部件,2019(10):89-91.

        [5] 左斌,王佩璋.多角度調(diào)節(jié)功能的電腦桌設(shè)計[J].輕工科技,2020,36(06):119-120+143.

        [6] 木易.現(xiàn)代載貨汽車駕駛室人性化內(nèi)飾結(jié)構(gòu)[J].汽車與配件,2005(48):36-38.[4] 于彥鳳,王帥.基于人因工程學(xué)的工程車輛駕駛室舒適性研究[J].大眾標準化,2019(13):33+35.

        [7] 倪曉文.汽車內(nèi)飾造型的設(shè)計要素[J].汽車工程師,2011(09):17-20.

        [8] 梁依山.人體坐姿布置在車身開發(fā)中的應(yīng)用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,32(S1):3033.

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