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(chǎng)在售車載折疊小桌板的結(jié)構(gòu)與優(yōu)劣勢(shì)的分析，開(kāi)展了結(jié)合人體工程學(xué)進(jìn)行坐姿高度的舒適性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論設(shè)計(jì)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(duì)該桌板進(jìn)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(jì)。

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

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(dòng)之家”[1]。為了使車載折疊小桌板達(dá)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(jī)工程學(xué)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)[2]，設(shè)計(jì)整體式折疊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，操作簡(jiǎn)單，使用方便，安全性能高。

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

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

1.1 問(wèn)題分析

國(guó)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(guò)程中導(dǎo)致物品掉落甚至桌面斷裂等現(xiàn)象。針對(duì)市場(chǎng)在售產(chǎn)品的調(diào)研以及用戶問(wèn)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(jī)工程學(xué)方法的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)分析

人體尺寸是研究人機(jī)工程學(xué)的重要因素。人體尺寸并不是某個(gè)確定數(shù)值，而是分布在一定范圍內(nèi)[5]。在對(duì)車內(nèi)桌椅進(jìn)行尺寸的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)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(guò)對(duì)100名被測(cè)者進(jìn)行膝蓋與桌面高度的舒適性實(shí)驗(yàn)分析，如圖1給出舒適性的高度區(qū)間。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)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(jìn)的車載折疊小桌板基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

桌板為乘員提供就餐、工作以及娛樂(lè)的平臺(tái)，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(zhǎng)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(jī)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(jì)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(tái)右側(cè)，不會(huì)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(tái)連接，在使用過(guò)程中可通過(guò)自鎖折疊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速折疊，自鎖折疊機(jī)構(gòu)將桌板與伸縮結(jié)構(gòu)連接，伸縮部件通過(guò)縮進(jìn)旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊滑道，構(gòu)成了三角型結(jié)構(gòu)，保證了桌板在行車過(guò)程中的穩(wěn)固。使用時(shí)通過(guò)按動(dòng)自鎖折疊結(jié)構(gòu)將小桌板展開(kāi)。在使用過(guò)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?zhǔn)棺烂嬲归_(kāi)后在同一平面，避免了桌面落差帶來(lái)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(jiǎn)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(gè)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(guò)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(shí)，桌板處于安全狀態(tài)。當(dāng)桌面受力F>4148.6N時(shí)，桌面斷裂，達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)。因此，此桌板在日常使用狀態(tài)下安全。

3 結(jié)語(yǔ)

為了解決現(xiàn)有車載小桌板承重力不強(qiáng)，不適用副駕駛等諸多問(wèn)題，設(shè)計(jì)了適用于汽車副駕駛折疊小桌板。本設(shè)計(jì)通過(guò)人機(jī)工程學(xué)分析并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，減少了受力面積不均，解決了行駛過(guò)程中使用的安全性等問(wèn)題，并利用ANSYS仿真軟件進(jìn)行受力變形分析，驗(yàn)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(qiáng)，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(jì)劃項(xiàng)目（202110232015）;黑龍江省省屬本科高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)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(xiàng)目（JGXM_QUG_2020010）。

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