一種汽車座椅安裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

陸毅初 周源源

【摘 要】文章通過對某商用車在安全帶拉力試驗中中排座椅右后腳安裝螺母脫開的原因進行分析，并對中排座椅右后腳安裝點的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，提高了安裝點的結(jié)構(gòu)強度。新結(jié)構(gòu)經(jīng)安全帶拉力試驗驗證可行，有效地保證了座椅安裝的可靠性。

【關(guān)鍵詞】座椅安裝板；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；強度；拉力試驗

【中圖分類號】U463.836 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）12-0055-03

0 引言

汽車安全座椅是汽車普遍采用的安全裝備，是一種有效的成員保護裝置。為使座椅在汽車上能充分發(fā)揮作用，除本身的結(jié)構(gòu)和強度外，它在車身上的安裝強度（車身座椅固定點強度）也至關(guān)重要。本文針對某商用車中排座椅右后腳安裝點結(jié)構(gòu)在安全帶拉力試驗中出現(xiàn)的螺母脫開問題，采用CAE輔助分析手段，對其固定點結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)成功地解決了安全帶拉力試驗中出現(xiàn)的安裝螺母脫開問題。通過這一實例，本文總結(jié)了座椅安裝點結(jié)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)驗，為今后進一步優(yōu)化車身強度和功能的設(shè)計提供一些借鑒和參考。

1 座椅安裝結(jié)構(gòu)特點

某商用車中排座椅安裝點位置分布在車架后地板橫梁一焊合件上，每個安全帶安裝板上有一個安裝點，安裝點沿Y向布置，2個座椅安裝螺母均布于座椅安裝板上的安裝螺母板上，中排座椅右后腳安裝板與橫梁通過電阻點焊連接，而座椅則通過螺栓固定在中排座椅右后安裝板上（如圖1所示）。

某商用車在安全帶拉力試驗中，中排座椅右后腳安裝螺母出現(xiàn)脫開的問題（如圖2所示）。

2 原因分析

2.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

經(jīng)CAE模擬分析得知：座椅安全帶安裝板開裂處的最大應(yīng)變值為0.621（其應(yīng)變要求≤0.12），超出其應(yīng)變要求范圍，座椅安裝板的材料為ST37-2G，其理論屈服值≥215 MPa，安全使用范圍≤215×80%=172 MPa，安全裕度較?。ㄈ鐖D3所示）。在安全帶拉力試驗中，結(jié)構(gòu)強度不足導致螺母直接脫開。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)過調(diào)查分析，中排座椅的載荷通過安裝螺栓傳遞給座椅安裝板和橫梁，座椅右后腳安裝板一端懸空于橫梁上，懸空的一端在Z向上有螺母板支撐，而橫梁腔體中的座椅安裝點在Z向上沒有有效的結(jié)構(gòu)支撐（如圖4所示），座椅安裝結(jié)構(gòu)在承受拉力的同時還承受剝離力，導致應(yīng)力集中。

從CAE的分析結(jié)果我們也可以得到有效的驗證，故需對此處結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以解決安全帶拉力試驗中的螺母脫開問題。

3 方案的制訂與確認

3.1 方案的制訂

根據(jù)以上分析，只要在橫梁腔體上方的安裝點處增加Z向的結(jié)構(gòu)支撐或提高此處結(jié)構(gòu)強度，加強此處結(jié)構(gòu)的剛度和抗拉強度，就可降低座椅安裝板的應(yīng)變和橫梁焊點的應(yīng)力。結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點，制訂如下方案。

方案一：新增螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，取消橫梁腔體內(nèi)座椅安裝板一側(cè)的翻邊（如圖5所示），螺母板與橫梁內(nèi)側(cè)面、座椅安裝板均通過焊點連接，以加強此處結(jié)構(gòu)的強度。

方案二：原座椅安裝板結(jié)構(gòu)不變，新增“U”形螺母板，螺母板與橫梁內(nèi)側(cè)面通過二保焊連接，螺母板與座椅安裝板通過焊點連接，以加強此處結(jié)構(gòu)強度（如圖6所示）。

方案三：新增螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，螺母板與橫梁內(nèi)側(cè)面通過二保焊連接，螺母板與座椅安裝板通過焊點連接，以提高零件結(jié)構(gòu)的Z向強度（如圖7所示）。

3.2 方案的確定

通過運用有限元虛擬分析軟件（CAE分析）對方案進行分析，結(jié)果如圖8所示。

從CAE的模擬分析發(fā)現(xiàn)：方案一原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，新增螺母板，座椅安裝板應(yīng)變值由0.621降為0.077，降低了約87%；焊點力值由2.7降為0.57，降低了約79%，應(yīng)變值與焊點力值均滿足要求，改善效果明顯。

方案二原座椅安裝板結(jié)構(gòu)不變，新增螺母板，座椅安裝板應(yīng)變值由0.621降為0.076，降低了約88%；焊點力值由2.7降為0.36，降低了約87%，應(yīng)變值與焊點力值均滿足要求，改善效果明顯。

方案三新增螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)更改，座椅安裝板應(yīng)變值由0.621降為0.104，降低了約83%；焊點力值由2.7降為0.65，降低了約76%，應(yīng)變值與焊點力值均滿足要求，改善效果明顯。

4 方案驗證和實施

結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點、CAE分析結(jié)果、制造工藝性及更改費用等因素，最終選擇方案二：在中排座椅右后腳安裝點處增加帶加強筋特征的“U”形螺母板，原座椅安裝板結(jié)構(gòu)不變，螺母板與橫梁側(cè)面通過二保焊連接，與座椅安裝板通過焊點連接。經(jīng)過優(yōu)化后，座椅安裝板此處的最大應(yīng)變值下降為0.076，焊點力值下降為0.36，此方案經(jīng)安全帶拉力試驗驗證，原安裝螺母脫開處沒有發(fā)生螺母脫開問題，說明此結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，改進措施有效。通過實施該方案，基本上達到了如下效果。

（1）提高此處結(jié)構(gòu)的強度、剛度和抗扭強度，并能把座椅傳遞過來的載荷應(yīng)力快速分散到橫梁上，避免應(yīng)力集中，提升了座椅安裝結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性。

（2）座椅安裝螺母脫開處應(yīng)變值降低了約88%，焊點力值降低了約87%，解決了中排座椅右后腳安裝點結(jié)構(gòu)在安全帶拉力試驗中出現(xiàn)的安裝螺母脫開問題。

原結(jié)構(gòu)跟優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在安裝點處截面分別如圖9、圖10所示。

5 總結(jié)

在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計過程中，要充分考慮零件的受力情況、材料強度及結(jié)構(gòu)的合理性等因數(shù)，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的邊界條件及所承擔的功能對其進行設(shè)計，并利用CAE等模擬軟件對其進行分析，同時通過安全帶拉力試驗等進行驗證，不斷對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和改善，最終達到優(yōu)化設(shè)計的效果。

參 考 文 獻

[1]黃天澤.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[2]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]王偉，段茂才，劉劍.汽車后排座椅安裝點結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（4）.

[責任編輯：陳澤琦]