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1、目 录第一章 绪论.1 1.1 此课题设计的研究意义.1 1.2 国内外座椅研究的现状.1 1.3 简述座椅的主要特点及相关要求.31.31 安全性.31.32 可靠性.31.33 舒适性.4 1.4 此文研究的主要目的及内容.41.41 研究的目的.41.42 该项目的主要研究内容.5第二章 汽车座椅机械结构设计 2.1 座椅机械结构尺寸设计. 2.2 座椅振动舒适性设计2.3 座椅空间位置设计 2.4 调节器的设计2.4.1 单边还是双边的调角器的选择2.4.2 调角器的旋转点确定2 4.3 调角器的空间设计 2.5 座垫骨架的设计2.5.1 座框的设计 2.5.1.1 调角器支架 2.5
2、.1.2 安全带锁扣安装支架汽车主驾座椅机械结构设计机械设计制造及其自动化专业 * 指导老师：廖树德摘 要 随着人们生活水平的日益提高,汽车越来越多地进入普通家庭,人们对汽车驾驶座椅的关注也在日益增加跟随而来的问题也越来越多，如汽车尾气、交通事故等引发的社会问题也越来越多，从而国民的安全意识也在不断提高。目前市场上对汽车座椅的各项设计要求越来越高，随着近几年 3D 技术的飞速发展与推广，对汽车座椅的设计思路及设计方式也发生了很多变化，很多大公司都借助软件对产品进行了 CAD/CAE/CAM的一体化设计。本课题的主要工作以国内某小型轿车的汽车座椅改进设计一款新型汽车驾驶座椅骨架结构，阐述对汽车座
3、椅的设计过程。本文研究的主要内容是：1）对于汽车座椅布置的设计，依据车型要求，主要参考标准 GB/T 13053- 2008 客车车内尺寸对座椅的空间位置进行排布定位，如果座椅的排布位置定好了，座椅相关的 H 点及跟 H 点相关的各种参数就基本确定了。2）座椅 H 点确定好以后，参考国标 QC/T 633-2009 客车座椅标准确定座椅的相关尺寸，及性能要求，然后根据座椅的安装方式确定座椅安装孔的具体位置。3）介绍了汽车驾驶座椅设计的相关参考因素以及其设计流程,并用CAE软件建立了一款新型驾驶座椅的三维模型，然后对其进行静强度和动强度特性仿真分析。关键词 汽车座椅；骨架；调角器；安全带Abst
4、ractAs people living standard is increasing day by day, cars are increasingly entering families, are also increasingly concerned about the vehicle driving seat increase following the problem more and more, such as car exhaust, traffic accidents and other social problems caused by more and more, to t
5、he national safety consciousness also unceasingly to enhance. The design requirements for car seats on the market at present more and more high, with the rapid development of 3 d technology in recent years and promotion, to car seat design ideas and design way of a lot of changes have taken place, a
6、 lot of big companies with the help of software products for the integration of CAD/CAE/CAM design. This topic the main work of a small car in the domestic car seats to improve the design of a new vehicle driving seat frame construction, expounds the design process of car seats. The main content of
7、this study is:1) to the design of the car seat arrangement, accordance with the requirements of models, the main reference standard GB/T 13053-13053 bus interior configuration location and size of seat space, if to book seats arrangement, seat related H point and various parameters associated with t
8、he H point is basic assurance.2) seat H point determine good later, refer to the national standard QC/T 633-2009 seats standard to confirm the relative size of the seat, and the performance requirements, and then according to the installation of seat seat mounting hole location is determined.3) intr
9、oduced the related reference factors of vehicle driving seat design and its design process, by using CAE software to establish the three-dimensional model of a new driving seat, then carries on the simulation analysis on the static strength and dynamic strength.Key words: car seat; Skeleton; Illustr
10、ates. Seat belts1.1 此课题设计的研究意义现代汽车的大量使用与普及，驾驶员对座椅提出了更舒适更人性化的新课程。为此，本项目研究的基本思路是针对汽车座椅的舒适度，安全性，操纵性，根据现有国内外先进的设计技术和设计理念，设计出实现既定功能的座椅。真正地实现“人-椅”系统的实用性结合。(1)从人的安全，健康的角度：现代人越来越多的时间是在汽车中度过，座椅的安全与舒适直接影响到人们的健康与安全。尤其是脊椎的伤害。(2)从社会的角度：汽车走进千家万户，人们对汽车的情感也有所转变，从以前的遥远，到现在的拥有，将来必将转为挑剔。因此汽车的发展也要跟上时代的步伐。座椅是汽车与人接触的界面，人
11、们在选择汽车时往往首先接触到的是它的座椅。(3)从经济和技术的角度：汽车制造业向全面数字化设计，制造和测试这种新方式转变。在汽车产品开发CAC,CAM,CAE,PDM环境下，传统的十五模型被数字模型取代。这使得汽车产品可以直接从设计阶段进入生产阶段。实现了汽车开发过程中多学科，多领域的集成化，并行化和缩同化，缩短了产品的设计和开发周期，获得了更短的产品上市时间。从这个角度来看，我们在技术上也要脱离那种反复的设计实验周期，使得汽车座椅的设计走向数字化和虚拟化的道路。1.2 国内外座椅研究的现状我国是人口大国，物质方面的需求量要高于其他国家和地区。近几年来，我国经济发展迅速，汽车消费逐渐成为带动国
12、民生产总值的重要指标。在我国加入WTO所面临的冲击下，中国的制造业无不是严阵以待，力图在竞争中保持优势，对汽车设计的要求促使我国汽车行业转变以往非自主研发的被动局面。座椅行程调节装置、靠背角度调节装置、限位装置等是与座椅相关的一些机械装置。其中座椅行程调节装置是安装在座垫骨架和地板之间，节座椅与地板的前后和上下位置的机械装置。科学技术的发展，促使了轿车车身设计的变革和进步。特别是计算机技术的高速发展是计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD,CAM,）技术在汽车领域得以广泛应用，为现代汽车设计与制造提供了新的手段。人机工程学的发展，使得汽车设计又进入了一个新的领域。位于天津的中国汽车技术研究中心
13、一位技术人员说，国家对汽车座椅生产中的健康没有明确指标，国标上也没见到具体的指标，对于司机来说，在行驶中调整好座椅的高度，倾斜度就行了。目前中国的汽车生产商处于初期阶段，座椅生产还谈不上大规模应用人机工程学论理等。目前 ,世界各汽车生产大国都在利用人体工程学的研究成果和先进设计技术等 ,对汽车座椅进行设计 ,并设计出新型 ,美观和有利于提高驾驶质量的座椅. 同时采用方便灵活的各种机械 ,液压和电动座椅调节装置 ,以适应多种身材和坐姿的要求。比如：沃尔沃公司的 F7型汽车在三个方面都可调.座高可调 65mm,倾斜度可调 64度 ,纵向位置可调 130mm,德国堪培尔雷卡罗公司设计出一种能根据气候
14、变化而自动调节通风换气的驾驶员座椅 ,通过换气装置 ,位于座椅和靠背中的通风孔道能自动消除驾驶员在座垫表面和背部表面所产生的热量 ,在长途行车或驾驶员疲劳过度时 ,就显示出它特有的优越性。现代轿车已经不是一个单纯的运载工具，它已经是“人、汽车与环境”的组合体。座椅作为汽车使用者的直接之承装置，在车厢部件中具有非同小可的重要性。汽车座椅的主要功能是为驾驶者提供便于操纵、舒适、安全和不易疲劳的驾驶座位。其中，座椅按其形状可分为长凳式，分离式，都是，低靠背，高靠背，靠枕嵌入式。按功能可分为靠背斜度可调式，电动调节式，铰接式，联调式高度可调节，整座倾角可调式，旋转式，折叠式，悬挂式等。随着人们要求的高
15、度，各个汽车生产厂家越来越注意用户对汽车座椅的个性化诉求，延伸出了越来越多的功能。1.4 此文研究的主要目的及内容1.41 研究的目的利用现有主驾座椅机械结构完成座椅升降功能,座椅结构由坐垫，靠背，支撑，升降机构组成;完成此次设计主要利用所学知识将座椅结构和参数进行设计，在进行人机工程分析。要求座椅上升调节量大于220mm，且分级调节，每级调节不可大于25mm，前后调节量要大于75mm。设计出一个更具舒适性，安全性，尽可能实现人机工程理论的汽车主驾椅。1.42 该项目的主要研究内容研究的主要内容:1.利用所学知识及机械设计内容，拟定座椅设计方案；2.对轿车驾驶员座椅的结构特点进行分析，并在此基
16、础上，根据驾驶员的工作特点，选择座椅的功能结构。3.广泛查阅资料，参考同类座椅，确定座椅总成的结构，通过计算选定座椅要用到的材料，并初步计算所选结构方案的主要参数；4.通过设计参数及材料的弹性模量，强度，刚度等数据确定各个零件的尺寸，画出草图；5.用材料力学及理论力学知识，结合所选材料的特性校核零件的强度和刚度；6.建模进行强度的有限元分析。7.完成具体尺寸的计算和相关校核。8.用AutoCAD软件绘制装配图及零件图； 1.3 简述座椅的主要特点及相关要求1.3.1 安全性主要能在安全事故中对乘坐人员起到很好的保护作用，从而降低人的受伤和死亡的概率。安全性8一是取决于汽车机械结构设计的保护性能
17、，汽车骨架要耐碰撞，强度要足够，结构设计要合理；二是取决于座椅结构，座椅要安全合理可靠，而汽车座椅的强度主要由座椅骨架的设计，而在这方面的设计一般会跟成本有所冲突，要达到高的安全性，成本自然会高。所以在同等条件下，一旦材料使用的增加，座椅也可能超重从而不符合法规要求，这往往是设计人员比较难以控制的事情；三是取决于座椅周边结构的布置，包括汽车上下左右前后的结构零件，这都是涉及到安全指数的。这时周边结构布置就要考虑座椅前后不能有突出或很硬的东西，避免造成二次的伤害。1.3.2 可靠性不怕一万就怕万一，汽车座椅的设计也一样，如果在发生交通事故时，座椅必须能起到保护作用。对于一场事故中，汽车座椅就是一
18、次性产品。这种要求往往是隐性的，难于直接判断，主要通过各种实验才能得出结果。这就要求平时对重要零件的保养和维护，怎么延长其使用寿命。还要考虑到金属件会不会因为生锈而影响座椅的强度，面套头枕会不会没使没用多久就会断线、脱线，表面脱纱褪色等，海绵会不会失去弹性而变硬，调节机构容易失效等。1.3.3 舒适性这个方面的内容比较多，特别是汽车座椅的 H 点设计，对座椅的舒适性起非常大的作用，因为 H 点确定了，跟其相关的很多参数也确定了。根据人机工程学原理，会影响座椅的舒适性。另外座椅的外观和附加功能，对座椅的舒适性影响比较大。一般情况下，座椅的主要差别也就在这里，通过这个来区分座椅的舒适性能。最基本的
19、就是外形设计是否符合人机工程学的设计，虽然现在大多座椅生产商的外观设计都不同，仁者见仁，智者见智。根据座椅的功能和车型的要求不同，其扩展功能也不一样。对于汽车座椅来说，前后可以滑动，上下可以升降，司机座椅座椅一般要配备这功能，对于旋转功能来说，商务车的后排座椅除了前后可以滑动，上下可以升降，还要具备这功能，有些座椅还要求前后翻转和折叠功能，物流车为了既能坐人也可以多装货物就希望最后排座椅有这功能，可以让出更大的空间。对于靠背来说，有无头枕、扶手，它们是否具有调节功能，靠背是否带有调角器，调角的范围是多少等等。现在很多豪华座椅还配备了移动显示屏，座椅温度调节器，电动座椅，按摩座椅等等比较现代的设
20、计理念。2.1 座椅尺寸结构设计驾驶座椅尺寸结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上，达到最适合的尺寸、座椅机械结构的型式、轮廓形状和材料选择。座椅尺寸设计。座椅尺寸设计主要参数包括：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角。座椅尺寸图 2 座椅尺寸设计主要参数椅面高度A：椅子表面高度的定义是把椅子前沿的垂直距离司机的鞋跟。在设计时重点需要考虑到的两点有：高椅子表面可使大腿肌肉压缩、低椅子表面会增加背部肌肉负载。驾驶座椅适合低高度的椅面。椅面宽度B：在足够打空间下，越宽越好。但从汽车驾驶座椅来讲,一个司机坐着,不涉及改变立场,通常设计为身体最宽的需求为准
21、。椅面深度C：指椅面前缘至靠背前面水平距离。规模应满足:回到腰得到支撑;适当前沿的椅子上,把腿之间的差距,为了确保挤压的大腿肌肉,腿弯曲部分不受阻碍。靠背高度D及宽度：与坐姿肩高及肩宽相关的是靠背的高度和宽度，对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。靠背倾角：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。 椅面倾角：指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面 前缘向后倾。此角度不要太多,否则会增加大腿下飞机前座垫的压力,从而减少负载的双脚在地面上,阻碍血液循环,使身体和精神疲劳。通过以上座椅尺寸参数的确定，以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。舒适坐姿的
22、各关节的角度应该满足图3中所示的要求角度。 图3舒适坐姿的关节角度座椅结构设计。为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛的现象的产生。研究表明4：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易差生疲劳。依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支承即就是人体背部和腰部的合理支承。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承部位位于人体第56胸椎之间的高度上，作为肩靠；第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证乘坐姿势
23、下的近似于正常的腰弧曲线。 （3）座椅材料选择 。座椅材料的选择主要考虑到以下两个方面：振动舒适性以及座椅对人体热环境的主要影响。座椅材料是座椅的主要减振元件，要想使座椅获得较低的振动传递率，使座椅有较高的振动舒适性，必须采用合适的座垫和靠背减振材料。 根据驾驶室的微气候环境，调整座椅表面的温湿度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。如提高座椅材料的呼吸能力，增加材料的透气性,在不同的季节条件、温湿环境下使用不同的座椅面料，以及在中高档汽车中采用主动通风式座椅,消除驾驶员在座垫表面和背部表面所产生的热量，使人体与座椅接触区保持适宜的温湿度等措施均能改善座椅表面的温湿度特性，减轻驾驶疲
24、劳。2.2座椅振动舒适性设计座椅材料是座椅的主要减振元件，那么在座椅振动舒适性设计时首先要考虑的就是从座椅材料的选择上下功夫来保证座椅振动舒适性。座椅的结构形状也不同程度的影响其振动舒适性。由于椎间盘有较大的压缩潜力和很好的弹性，所以脊柱具有忍受较强的纵向振动的能力。在横向上，脊柱只有前纵韧带分别附在腰间盘的前缘和后缘并起一定的作用。因此，人体脊柱忍受横向力的能力很低。在设计座椅时必须使其具有抵抗横向振动的能力。座椅靠背后倾斜使腰部背部得到依靠，加之靠背衬垫的适度柔软性，致使摩擦力增大，可缓冲横向振动对人体的冲击，同时靠背两侧稍隆起、椅面的形状(如图2)两边向上隆起，也能减轻人体的横向移动趋势
25、，使人感觉乘坐舒适。2.3 座椅空间位置设计座椅空间位置设计就是为了达到操作舒适性的目标，而进行驾驶座椅空间位置设计以确保驾驶员有良好的视野，同时对汽车转向盘、脚踏板等操作部件有恰当的操作要求距离，以达到操作舒适性的最终目的2.2 H 点坐标2.2.1 汽车坐标系的建立 一般汽车坐标系的原点建立在汽车前轴的中点上，具体坐标轴的方向如下所示图 2.6 所示：图 2.6 汽车坐标系三维坐标系统定义了以下点： 原点 O 在汽车前轴的中点上；X 轴为汽车前进方向，向前为负，向后为正；Y 轴汽车左右方向，左为负，右为正；Z 轴为汽车高度方向，上为正，下为负11。 2.2.2 H 点相关术语12三维 H
26、点装置：用来确定汽车座椅 H 点的装置，如图 2.7 所示。 三维 H 点装置的名称如图 2.8 所示。 H 点：指三维 H 点装置的躯干和大腿的饺接中心，它位于此模型的两侧 H点标记钮间的装置的中心线上。图 2.7 H 点的装置图 2.8 三维 H 点的装置名称 11 图 2.7 H 点的装置 图 2.8 三维 H 点的装置名称 R 点：即“乘坐基准点”， 是指制造厂规定的设计 H 点，确定了由制造厂规定的座椅每个设计乘坐位置的最后面的正常驾驶和乘坐位置，它考虑了所有座椅可能调节状态（水平、垂直及倾斜）。具有相对于所设计的车辆的结构建立的 12坐标。模拟人体躯干和大腿铰接中心位置，做为安放二
27、维人体样板的参考点。 汽车座椅 H 点：指三维 H 点装置的躯干线和大腿中心线的交点。且用三维H 点装置测得的，此装置应选用图 2.8 所示，并安装在制造厂规定的座椅的正常驾驶或乘坐姿势时最后位置。汽车座椅 H 点由三维 H 点装置上的 H 点标记钮测得。 躯干线：指三维 H 点装置头部空间探测杆的中心线。 设计靠背角：通过 R 点的铅垂直线与二维人体样板的躯干线之间的夹角。 实际靠背角： 指三维 H 点装置探测杆处于最后位置时，由位于其上的靠背角量角器测得，通过 H 点的垂线与躯干线之间的夹角。 2.2.3 点坐标确定 H 点对于汽车座椅来说非常重要，因为 H 点是由假人或顾客决定的，并没有
28、考虑其他因素的影响，如海绵密度，弹簧弹性等，是一个固定点，很多参数 都是参考它定义的。一旦 H 点确定下来了，其它参数也都基本确定了。因为很多参数都是相对 H 点来定义或参考的。座椅的舒适性功能非常重要，特别是对顾客来说，而 H 点的位置对座椅的舒适性影响非常大，但假人位置定了 H 点就不能改变了，但在设计座椅时还有很多因素会影响 H 点，这在设计时一定要考虑11。 影响因素主要有发泡厚度和嵌入度，网框的大小和位置，弹簧的弹性，面套的属性和其他约束等11，理论设计结构可能是对的，但实际结果可能会偏离，这就要在多种因素下进行适当的调节了。座椅在碰撞过程中，受力比较大，主要力最终都要通过座椅传递到
29、地板上去，所以对地板安装的位置也有非常高的要求。根据汽车纵梁和横梁的布置情况，结合汽车座椅的布置情况，确定了以下坐标点： H 点坐标（4606,630,1920）；车身底板的高度坐标 1501；四个座椅安装点坐标（4460,520,1502），(4545,763,1502)，(4883.5,523.5,1503)，(4790,715,1503)。2.4 调角器的设计 2.4.1 单边还是双边的调角器的选择双边调角器传递的载荷比较均匀，受力条件比较好，由于载荷被均分，靠背骨架可以轻些，靠背强度设计可以低一些，同时座椅也具有较高的抗扭强度。但是，双边调角器安装精度要求高，一般采用跟靠背骨架焊接在一
30、起的方式再跟座垫一起装配的，所以靠背骨架一般要先发送到调角器厂家或产家在这边有服务站点，让他们先焊接好，焊接后的半成品，再运回来，这样在运输和装配的过程中容易产生废品，返修又比较困难，无形中也增加了成本，一些装配工在这方面抱怨比较多。使用双边调角器的调节机构，一般用的都是塑料调节手柄，调节速度比较慢，操作力比较大，对于调节手柄的强度也是一个考验。另外，双边调角器在座椅抖动和操作精确度方面具有更高的风险15。双边调角器的成本也比较高。单边调角器的另一边一般是使用铰链或转轴固定，载荷的传递主要是靠调角器来完成，受力非常大，强度要求很高。但是结构比较简单，装配比较方便，可以使用螺栓连接。欧洲一般使用
31、焊接，北美喜欢使用螺栓连接，为了安装方便，调角器采用螺栓连接方式，另外调角器用面套或塑料盖覆盖15。单边调角器一般采用扇形齿调角器，调节行程快，比较省力，当手柄被抬起时，靠背可以自由转动，以便调节至合适的角度。通过对单边和双边调角器的分析，采用单边调角器。为了降低调角器的装配难度，采用比较简单的螺栓连接方式。由于受力主要是通过调角器传递到地面的，所以受力非常大，对调角器的强度提出很高的要求。一般的齿式结构容易失效，采用板簧式结构，强度比较高。调角器根据座椅的位置，设计初始位置为102.5，每次调节量为5，向前总调节量为30，向后调节40，为了调节快速方便，采用手式调节机构，如果采用旋钮式调节机
32、构一来需要的空间比较大，二来调节的力比较大，在使程中容易滑丝而造成调角器调节功能失效。用手柄式靠背调节的力矩不大于6N.m。2.4.2 调角器的旋转点确定通常来说，上半身相对于下半身的旋转的点都集中在臀部与躯干的交线附近，人坐在座椅上，虚拟旋转点都非常接近，如图 2.18 所示。如果座椅的旋转点就是理想的虚拟旋转点，那么座椅的舒适性就比较高了。如果旋转点离理想虚拟点比较远，座椅靠背跟人就会经常有相对运动，对座椅产生挤压作用，座椅的寿命就不会太长，加速损坏16。在进行座椅系统设计时，应该尽可能地使调角器的中心靠近乘客的虚拟旋转中心 2.18 座椅两点式安全带布置方式图 图2.19 调角器虚拟旋转
33、点分析图2.20调节器最佳旋转点分析从图2.20看出， 理想的旋转点区域如下：（1）过H 点作图2.20所示的P直线。 （2）沿P直线平行方向作115 毫米的直线Q，并且要垂直于P直线。直线Q和P直线的交点为R 点，该点即为调角器的最佳旋转中心。实际旋转点一般在Q直线离R点前后 40mm的线段内 16。2.4.3 调角器的空间设计调角器的空间设计要考虑的东西很多。首先，它是要跟靠背骨架和座垫骨架连接，要考虑卷收器出带位置和出带空间。在调角器位置布置的时候，要综合考虑周边的环境，主要跟什么零件直接连接或是间接连接，例如如果调角器需要装护罩，就要设计护罩的安装固定点。对于旋转轴的选择，为了提高座椅
34、的强度，尽量把座椅重心压低点，抗弯能力较强，同时应该靠下排布。至于调节手柄的位置设计需要考虑装配工具的空间，同时还要考虑乘客手调节的空间位置是否足够，调角器大体结构如图2.21 所示。 图 2.21 调角器大体结构图 图 2.22 座椅座框的大体结构2.5 座垫骨架的设计2.5.1 座框的设计由于座框跟调角器，靠背骨架和海绵等零件直接连接，特别是安全带和调角器都是跟安全直接相关的零件，对于座椅的整体结构和安全性特别重要，对于这方面的设计改进也比较大，需要考虑的因素很多，座框的大体结构如图2.22所示。重点是考虑强度，安全带的位置以及安装的方便性。主要从以下几个方面进行设计。2.5.1.1 调角
35、器支架由于考虑到安全带要从调角器出来，另一方面还要考虑座椅设计的强度，根据目前汽车座椅调角器安装的安装距离一般在100110mm座椅，在这里跟座垫连接的孔距设计为 120mm，太大了调角器需要设计的比较大，成本较高，太小了没空间空出安全带出带位置，同时间距太小，抗扭、抗拉性能不好。由于座椅强度要求比较高，把钢管的厚度设计为直径为26mm，厚度为2.5mm，虽然增加了座椅重量和成本，但总重量不能超过国标要求规定的座椅限重值。（1）零件的折弯半径 r=r1+r，r1为折弯刀的刀口圆弧半径，r 为回弹量的大小。由于刀口半径比较小，经常忽略这个因素的影响，那么其影响因素主要是回弹量的大小。然而，对于回
36、弹量的大小，主要取决于压力的大小，压力越大，产生塑性变形也越大，最后缩回的量就小。相反，压力越小，更接近于弹性变形，缩回的量就越大。因此一定控制折弯压力的大小。加工过程中，折弯压力的大小又由钣材的厚度和模具的槽口决定，厚度大，要使其变形施加的力也要更大，回弹量就小。槽口越宽，受力比较均匀，就更容易压变形，所以回弹量就小。最小槽口为（610）钣金厚度。（2）对于V形折弯的时候，为了保证夹具有一定的定位空间，还需要一个最小折弯高度，这个高度主要取决于槽口宽度，具体多少可以查标准手册。（3）对于Z形折弯来说，它也有个最小弯边高度。主要有两种，一种是直角折弯，另一种是斜折弯。加工方式不一样，使用的模具
37、也不一样，一般情况下都要两次压弯。折弯时不要出现与弯刀或模具发生干涉现象，否则就会影响产品的质量。在设计加工工艺十要考虑周全17。由于调角器的连接板要跟座垫弯管连接，弯管的外径是26mm，调角器的安装螺栓是M10 的，对于M10 的焊接螺母，26mm的空间也够了，所以钣金内槽宽度为26mm，为了选取公司常用的材料，另一方面也要考虑座椅的强度，选厚度为3mm的板材。考虑到连接板便于和钢管相连，焊接位置比较多，焊接比较牢固，跟座垫弯管的接触长度可以更长点。安全带的宽度为30mm，为了让出安全带出带位置，特意留了 60mm 的缺口，同时也不会影响调角器的按照位置。同时也比较好加工，调角器支架为了给安
38、全带留出出口位置，特意设计成内侧凹进去15mm，同时倾斜过渡，避免有尖角割断安全带，会留下很大的安全隐患，同时也能避免产生应力集中，影响座椅强度。由于这个零件是采用四角弯曲模，同时考虑它的最小弯曲尺寸和最小折弯高度。现在来验证以上数据满足使用的同时也要符合设计要求。最小弯曲半径取板料的厚度t=3mm，最小槽宽B=kbt=63=18mm 取 30mmkb为凹模槽口系数，一般取 610；t 为板料厚度。最小弯边高度17Hmin=(B -x)/2+r+2t+fB 槽口宽, x 修正系数 r 为折弯半径，t 为板材厚度，f 为经验参数值，一般取大于0.51mm 17Hmin=(18-0.7)/2+3+
39、0.5=12.15mm对于折弯角度和长度没有严格的要求，现在随便取个45。对于冲孔工艺要留出最小壁后。因为 M10 的螺纹安装，同时对于调角器跟靠背连接支架的旋转点同轴度要非常高，公差不能留太大，根据以往设计经验，取直径为 11mm 的安装孔。对于最小壁厚，根据前人设计的经验，当孔的直径d2t5t 时，材料为 Q235，最小冲孔壁厚为 2t，即大于 6mm，但由于焊接的需要，可以根据实际情况加长。具体结构看 图 2.23 座垫调角器安装支架图 图 2.24 安全带锁扣安装支架2.5.1.2 安全带锁扣安装支架由于座椅右侧靠近侧拉门，侧拉门立柱凸出来，座椅会跟侧拉门立柱干涉。为了解决这个问题，所
40、以在以前直的情况下，把座垫弯管的宽度直接缩短45mm，长度不变。前端为了跟弯管连接，后端又跟方管连接，同时为了跟前面角钢材料使用同种材料，所以也用角钢结构。由于座框中间位置有安全带锁扣安装点，为了更好的安装锁扣，必须要先焊接一个安全带螺母，型号为 7/16-20UNF-2B的安全带方形焊接螺母18，根据螺母的尺寸，对焊接螺母的位置比较大，所以选比较短的方螺母（19mm）。焊接方螺母的焊接板厚度在 1.254mm,由于 3mm的板材用的比较多，所以选3mm，孔径在13.513.61mm之间19-23。此时，安全带的点大概要承受 1.1吨的力，所以此处强度要求非常高，为了提高该处安装点的强度，使上
41、下结合板融合在一起，在此位置安装一块强加板，尽量使改点处的抗拉能力加强，也便于整体受力，把力导向其他部位，结构如图2.24所示。2.5.1.3 靠背连接支架靠背连接支架主要是用于座垫与靠背的连接，特别是安装孔的中心要跟调角器的旋转中心共线，否则调角器在调整角度的时候会发生卡住现象，或调角功能会容易失效。由于汽车在碰撞过程中，靠背也会受到很大的冲击力，此处强度要求也比较高。此处是靠背与座垫活动的旋转点，同时也是座垫与靠背的连接点，由于安装孔位置已经确定，主要根据孔的位置，还要根据靠背装配的宽度定好连接板的外侧面，如图 2.2.5所示。 靠背连接支架的设计由于钣金质量可以比较轻，常常由于设计连接当
42、中。有文献31研究把加强筋的设计跟植物根系成长的原理结合起来，寻找加强筋的结构优化设计。在结构中设计加强筋可以提高受力界面，从而提高材料的截面抗惯性矩的能力。加强筋的位置设计：主要是看加强筋布置在哪里能够对整个结构刚体的整体刚度有很大的提高。通过研究植物增长根系的成长原理，分析加强筋在板材的自适应方法设计，除了考虑自身零件的加强筋，还要观察全局，要考虑结构之间的加强筋，总之就是要提高刚体的整体刚度，同时还要使结构柔顺度最小化31。加强筋的形状优化设计：对于加强筋数量的多少，常常采用分段式尺寸规格化，对于小结构尺寸用的比较少，对于截面形状的优化原则是在不降低刚度的情况下，尽量使质量最轻。截面形状
43、常用的有矩形截面，三角形等形状。在结构设计上，还要考虑加工工艺，特别是要主要拔模角的设计，连接面尽量要倒圆角，避免产生应力集中的现象，从而降低零件的使用寿命，对整个结构带来安全隐患。为了连接板和座框便于焊接，同时为了提高焊接强度，就要提高焊接的长度。为了提高连接板的抗拉强度和抗扭强度特意加上加强筋，由于压筋的尺寸要求不是十分严格，尺寸大概定了一个，不要太大，否则边缘就显得比较窄了，强度就会大大降低，小了的话又起不到大大提高座椅整体刚度的需要。虽然增加了零件的制造难度，但显得很必要。把连接支架做成倾斜的，一是由于旋转中心本来就是倾斜位置，二是如果把连接板往后加大，就会凸出来，导致座垫海绵和面套安
44、装就不方便，又影响美观，因此往里退点，强度又难以保证。为了提高座椅的焊接长度，以便延长可以焊接的部位，从而提高座椅的整体强度。为了便于和座框焊接，同时又不影响座垫与靠背的安装，横板长度不能太长，如图2.2.6所示。 图 2.26 完成后的靠背连接支架图 图2.27 后连接方管图2.5.1.4 后连接管设计由于支撑管是跟座垫弯管和后连接管连接的，碰撞过程中所受到的力都要通过两者传递到支撑管，然后传到脚板，最后传到汽车地板的梁上。所以该部位也要承受非常大的力，要考虑提高强度，另外调角器的四方焊接螺母也要放在里面，焊接螺母的最小宽度为 19mm,为了保证能放进去，同时还要考虑内圆角的问题，空间至少要
45、 22mm 的空间。如果用圆管的话，需要的内径比较大，另外也不容易和调角器连接板的角钢连接，属于相切连接，接触面不够大，焊接也不太好，所以不用圆管。如果用椭圆管的话，同样需要的空间比较大，特别是长轴要大，根据市场上的型号选择，会导致与靠背连接的地方需要空间大，同时还会影响到安全带插锁的安装，还会影响安全带的出带顺畅度。所以在此选择用方管，如图 2.27 所示，同时适当的增大厚度，从而提高其强度，截面积大，抗扭、抗拉能力非常好，整体刚度就得到加强，同时跟角钢连接也非常紧密，便于焊接。至于方管钻出弹簧挂钩的位置根据实际情况定。 2.5.2 座框下部结构设计2.5.2.1 定位块的设计以前脚板在使用过程中没什么问题，材料选用 WL510，属于高强度钢，因为座椅在碰撞过程中此处承受的力非常大，强度要求比较高。根据全顺车型下部结构主要是跟钢管的焊接连接，由于前面用的效果比较好，设计的也比较合理，所以现在用的可以和以前一样，但以前使用的连接块结构比较复杂，考虑设计和修改方便，就直接用直径为35mm，内径为25mm，高度为 22mm的钢管。内径为 25mm 主要是考虑 M12 地脚螺栓的安装，要留出适当的装配公差，方便汽车安装到汽车地板上去，如图2.28所示。图 2.28 复杂垫块换成钢管2.5.2.2 确定安装点与座框的
