基于solidworks simulation的汽車座椅快拆機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核

徐迎　林龍

【摘 要】現(xiàn)在生活水平不斷提高，人們對(duì)于汽車的舒適性、功能性要求越來(lái)越高。由于汽車內(nèi)部空間有限，如何個(gè)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(shí)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(shí)對(duì)座椅后底座進(jìn)行強(qiáng)度校核，simulation仿真結(jié)果說(shuō)明底座結(jié)構(gòu)在屈服強(qiáng)度范圍之內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】汽車座椅；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；乘坐空間性；強(qiáng)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(jiǎn)單地滿足人們乘坐舒適的需要，而是擴(kuò)展到人機(jī)工程學(xué)領(lǐng)域，對(duì)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(jì)應(yīng)從消費(fèi)者的需求出發(fā)，賦予產(chǎn)品新的功能和用途，給消費(fèi)者提供更加舒適、安全和愉悅的駕乘體驗(yàn)[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(duì)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(duì)座椅的位置進(jìn)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(fèi)時(shí)，正常的拆解時(shí)間一般需要十幾分鐘一臺(tái)。對(duì)于維修人員而言，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力；對(duì)于乘客而言，在出行過程中不能對(duì)汽車內(nèi)部空間進(jìn)行靈活調(diào)整。因此設(shè)計(jì)一種快速拆解機(jī)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(duì)座椅的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。比如，東風(fēng)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(diǎn)可以滿足用戶多樣化需求，能夠?yàn)橛脩籼峁└L(zhǎng)的后部空間[2]。長(zhǎng)春旭陽(yáng)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(diǎn)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(jì)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(duì)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(gè)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(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，不過過孔位置在安裝過程不便對(duì)中，使得安裝比較費(fèi)時(shí)費(fèi)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(gè)人對(duì)出廠后的座椅按照使用需求進(jìn)行拆解改裝。目前較多的快拆方案為：對(duì)固定位置的螺栓進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后可不借助工具進(jìn)行旋松緊，比如采用羊角螺栓。這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是存在強(qiáng)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(jī)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(jī)構(gòu)包含4個(gè)座椅支撐，前后兩個(gè)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?jī)商幝菟坠潭ㄔ谲噹麅?nèi)部；座椅支撐的鎖孔對(duì)準(zhǔn)支撐底座上端的凸緣進(jìn)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(duì)座椅支撐進(jìn)行固定鎖緊，從而防止支撐在底座上進(jìn)行橫向移動(dòng)，鎖緊墊片具有一定的彈性，在扳動(dòng)把手過程中起到補(bǔ)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(duì)準(zhǔn)底座橫桿進(jìn)行卡裝，在拆卸過程中可直接往后移動(dòng)脫離。

a）前部結(jié)構(gòu)

b）后部結(jié)構(gòu)

2.2 拆裝過程說(shuō)明

在拆卸過程中，先對(duì)座椅前部支撐進(jìn)行拆解，固定螺帽的同時(shí)，扳動(dòng)一側(cè)的快拆把手，將螺帽松脫后即可取下快拆桿，對(duì)另一側(cè)進(jìn)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(shí)將座椅往后移動(dòng)從而使得后支撐鎖孔脫離底座橫桿，整個(gè)拆卸過程時(shí)間不到30秒，操作簡(jiǎn)便輕松，不需要借助工具。安裝過程同樣簡(jiǎn)單，首先將后支撐架在底座上，同時(shí)前部支持安裝在凸緣上，將快拆螺桿穿過凸緣孔進(jìn)行鎖緊，保證座椅不會(huì)前后左右移動(dòng)。本方案的優(yōu)點(diǎn)在于，前部支撐不需要螺栓螺母連接固定，拆卸過程簡(jiǎn)單，后部快拆螺桿可以對(duì)支撐進(jìn)行軸向鎖定，鎖鉤可以實(shí)現(xiàn)前后方向的約束。

2.3 后支架強(qiáng)度校核

連接關(guān)系的校核在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期非常重要，尤其是涉及到螺栓連接、銷釘連接、彈簧、點(diǎn)焊、軸承等復(fù)雜的連接關(guān)系，在校核過程中可以實(shí)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(duì)座椅后支架底座進(jìn)行靜載荷仿真[5]，選擇材料為合金鋼，泊松比0.28，屈服強(qiáng)度620Mpa，對(duì)底座施加固定約束，同時(shí)對(duì)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(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格數(shù)量7919個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)12695個(gè)。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(jì)符合強(qiáng)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(yǔ)

本文借助solidworks設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)對(duì)座椅進(jìn)行拆卸，提升了拆解的速度，同時(shí)安裝過程也非常便捷，大大提高家用轎車的靈活性，對(duì)于某些特殊車輛（如電動(dòng)汽車）的維修人員而言，該機(jī)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(jìn)行強(qiáng)度校核，驗(yàn)證座椅底座設(shè)計(jì)符合屈服強(qiáng)度要求，安全可靠。

【參考文獻(xiàn)】

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[5]王宏雁，張丹.汽車座椅有限元建模與計(jì)算[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004， 32（7）：947-951.endprint