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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目: 內(nèi)飾設(shè)計(jì)駕駛員座椅設(shè)計(jì) 學(xué)院(直屬系): 交通與汽車工程學(xué)院 年級(jí)、 專業(yè): 姓 名: 學(xué) 號(hào): 指 導(dǎo) 教 師: 完 成 時(shí) 間: 目 錄 摘要....................................................................1 Abstract

2、 1 第1章 緒論..............................................................1 1.1 研究的意義和內(nèi)容.................................................1 1.1.1 課題研究的意義.............................................1 1.1.2 課題研究的內(nèi)容.............................................1 1.2 轎車座椅的功能和設(shè)計(jì)要求 1 1.

3、2.1 轎車座椅的作用 1 1.2.2 轎車座椅的舒適性 2 1.2.3 轎車座椅的安全性 3 1.2.4 轎車座椅的設(shè)計(jì)要求 3 1.3 轎車座椅的結(jié)構(gòu) 4 1.4 本章小結(jié) 5 第2章 轎車座椅的設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 6 2.1 座椅的人機(jī)工程學(xué)要求 6 2.2 人機(jī)工程學(xué)在轎車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 6 2.2.1 坐姿與座椅 6 2.2.2 舒適坐姿的生理特性 7 2.2.3 體壓分布與坐姿疲勞 8 2.3 座椅主要部件的功能及結(jié)構(gòu)要求 9 2.4 座椅布置 12 2.5 座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計(jì) 12 2.6 座椅的動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì) 12 2.7 本章小結(jié) 13 第3章 轎

4、車座椅外形尺寸參數(shù)的確定 14 3.1 人體尺寸的研究 14 3.1.1 人體靜態(tài)尺寸 14 3.1.2 人體H點(diǎn)的確定 14 3.2 轎車座椅外形尺寸主要參數(shù) 15 3.2.1 轎車座椅外型尺寸主要參數(shù) 15 3.2.2 轎車座椅R點(diǎn)的確定 17 3.3 本章小結(jié) 17 第4章 轎車駕駛員座椅骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 4.1 轎車駕駛員座椅骨架主要結(jié)構(gòu)尺寸 18 4.2 轎車駕駛員座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 19 4.2.1 前后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理和相關(guān)計(jì)算 19 4.2.2 高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理和相關(guān)計(jì)算 20 4.2.3 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理 21 4.3

5、 本章小結(jié) 23 第5章 座椅部件的設(shè)計(jì)及校核 24 5.1 板簧的設(shè)計(jì) 24 5.2 角度調(diào)節(jié)內(nèi)板的設(shè)計(jì) 24 5.3 高度調(diào)節(jié)支撐桿的設(shè)計(jì) 25 5.4 滑軌的設(shè)計(jì) 25 5.5 座椅強(qiáng)度校核法規(guī) 27 5.6 座椅骨架強(qiáng)度校核 28 5.7 滑軌強(qiáng)度計(jì)算 29 5.8 輔助裝置安全帶的設(shè)計(jì) 29 5.9 本章小結(jié) 31 結(jié)論 32 參考文獻(xiàn) 33 致謝 35 附錄A 36 附錄B 40 第 2 頁(yè) 摘 要 汽車座椅是汽車車身的重要組成部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)汽車駕乘人員的舒適感和安全感都有著直接的影響。其中，汽車座椅的舒適性主要受到座椅整體的外觀尺寸及

6、主要組成部分結(jié)構(gòu)形式的影響。另外，汽車座椅能夠?qū)崿F(xiàn)的可調(diào)節(jié)形式和調(diào)節(jié)行程也會(huì)很大程度上影響到汽車駕乘者的操作便利性和乘坐舒適性。在進(jìn)行座椅設(shè)計(jì)的過程中要充分將人的因素、產(chǎn)品使用的環(huán)境因素等科學(xué)的運(yùn)用在一起。同時(shí)，汽車座椅的設(shè)計(jì)關(guān)系到車輛的整體安全性能，汽車座椅骨架的結(jié)構(gòu)形式和座椅骨架材料應(yīng)用的合理性及其質(zhì)量都將會(huì)直接影響到駕乘人員的安全。因此，座椅的設(shè)計(jì)要充分符合安全性與舒適性的要求。 本設(shè)計(jì)主要依據(jù)豐田花冠轎車現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)尺寸完成駕駛員座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)既定的功能，運(yùn)用國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求，在一定分析的基礎(chǔ)上，對(duì)座椅的動(dòng)、靜態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，并對(duì)主要結(jié)構(gòu)如骨架及滑軌部分進(jìn)行了校核。

7、 關(guān)鍵詞：轎車；駕駛員座椅；靜態(tài)特性；動(dòng)態(tài)特性 ；舒適性；安全性； ABSTRACT Car seat is an important component parts of automobile body ,the structure design of the seat has direct influence to the car ride’s comfort and safety. Among them, the car seat comfort mainly affected by the seat of the whole of the size and th

8、e structureof the main component . In addition, what the adjustable form and adjustment of the trip the car seat will be able to realize will greatly influence to the car ride of the operation convenience and comfort. In the process of seat design ,we should apply with the persons factor, environmen

9、t factor of the product using together sciencely. At the same time, the design of the car seat related to the whole vehicle safety performance, car seats skeleton structure form and seat skeleton materials and the rationality of the application of quality will directly affect the safety of personnel

10、 rides. Therefore, the design of the seat should be accordance with safety and comfort requirements fully. This design mainly basis on the Toyota corolla car existing structure size to complete the drivers seat structure design and realize the set function.It uses the relevant national standards an

11、d technical requirements, in a certain, on the basis of the analysis of the dynamic and static characteristics seat with the optimum parameters, and check the main structure such as the skeleton and slide . Key words: cars；driver seat；static characteristic；dynamic；characteristics

12、；amenity；safety； 1 緒 論 1.1研究的意義和內(nèi)容 1.1.1課題研究的意義 從人的安全、健康的角度，現(xiàn)代人越來(lái)越多地時(shí)間在汽車中度過，座椅的安全與舒適直接影響到人們的健康與安全。尤其是對(duì)人們脊椎的傷害。 從社會(huì)的角度，汽車走進(jìn)千家萬(wàn)戶，人們對(duì)汽車的情感也有所轉(zhuǎn)變，從以前的遙遠(yuǎn)到現(xiàn)在的占有，將來(lái)必將轉(zhuǎn)變?yōu)樘籼?。因此汽車座椅的發(fā)展也要跟上時(shí)代的步伐。座椅是汽車與人接觸的界面，人們?cè)谶x擇汽車時(shí)，往往首先接觸到的是座椅。 從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度，汽車制造業(yè)正在迅速地向全面數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試這種新方式轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)的實(shí)物模型被數(shù)字模型所取代，這使得汽車產(chǎn)品可以直接從設(shè)計(jì)階段

13、進(jìn)入生產(chǎn)階段，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期。從這個(gè)角度來(lái)看，在技術(shù)上能夠脫離那種反復(fù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)周期。 1.1.2.課題研究的內(nèi)容 本課題的內(nèi)容可以歸納為一下幾個(gè)方面： （1）在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，要求對(duì)汽車座椅材料有全面的了解； （2）結(jié)合國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)座椅各方面的性能、參數(shù)進(jìn)行研究與分析； （3）對(duì)轎車座椅骨架總成進(jìn)行設(shè)計(jì)； （4）參考我國(guó)和國(guó)際對(duì)座椅系統(tǒng)強(qiáng)度的法規(guī)要求，對(duì)座椅骨架靠背部分結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度進(jìn)行分析、校核。 1.2 轎車座椅的功能和設(shè)計(jì)要求 1.2.1 轎車座椅的作用 轎車座椅是汽車中將乘員及駕駛員與轎車車身聯(lián)系在一起的重要部件。在現(xiàn)代汽車中，座椅的主要作用是：

14、 1.為駕車者提供良好的支撐。座椅通過對(duì)人體提供合理的體壓分布，在重要的人體結(jié)構(gòu)點(diǎn)上支撐人體，可以有效的保證人體在車輛行駛過程中的平衡與平穩(wěn)。 2.駕乘人員的定位系統(tǒng)。通過座椅對(duì)駕乘者的定位，可以使駕乘者獲得良好的視野，并實(shí)現(xiàn)駕駛員對(duì)汽車操縱系統(tǒng)的控制。 3.為乘員提供舒適的駕乘環(huán)境。為駕乘者提供一定的舒適性，重點(diǎn)在于長(zhǎng)時(shí)間駕乘。轎車空間狹小密閉，座椅就在長(zhǎng)途駕駛的舒適性上起到尤為重要的作用。 4.在汽車受到撞擊時(shí)最大限度的保護(hù)乘員的安全。合理的配置頭枕和靠背的軟墊，防止駕駛員或乘員的頸部以及頭部在汽車發(fā)生碰撞時(shí)受到意外傷害。 簡(jiǎn)而言之，汽車座椅的功能為：在規(guī)定的條件下，能夠?yàn)轳{駛

15、員和乘員提供舒適的位置并保證乘員的安全?？梢?，座椅的安全性及舒適性是其重要的功能，也是汽車座椅的設(shè)計(jì)、研發(fā)中必須作著重解決的問題。 1.2.2 轎車座椅的舒適性 汽車座椅設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及機(jī)械、化工、紡織、噴涂、熱處理、美學(xué)、力學(xué)、人體工程學(xué)等多門學(xué)科，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)人體工程學(xué)原理綜合考慮座椅的舒適性、減振性、安全性以及座椅的合理布置，此外，還要考慮人體生理特征及尺寸，進(jìn)行量身定做，以提高座椅的乘坐舒適性。 汽車乘坐的舒適性包括靜態(tài)舒適性，動(dòng)態(tài)舒適性（又稱作振動(dòng)舒適性）以及操作舒適性三方面內(nèi)容。座椅的靜態(tài)舒適性是指座椅在靜止?fàn)顟B(tài)下提供給人體的舒適特性，主要與座椅尺寸參數(shù)、表面

16、質(zhì)量、調(diào)節(jié)特性等有關(guān)；動(dòng)態(tài)舒適性是指汽車在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下通過座椅骨架以及軟墊將振動(dòng)傳遞到人體的舒適特性；操作舒適性是駕駛員和乘員在車內(nèi)正?；顒?dòng)（如操縱方向盤）的舒適程度，主要與座椅和車內(nèi)其他部件的布置有關(guān)。 1．汽車座椅的靜態(tài)舒適性 設(shè)計(jì)時(shí)首先要絕對(duì)保證駕乘者的安全，這就要求座椅要有足夠的強(qiáng)度，在發(fā)生碰撞時(shí)，座椅不會(huì)或可以減輕對(duì)乘坐者造成傷害，并能起到一定的保護(hù)作用。 座椅靜態(tài)舒適性是人體工程學(xué)在座椅設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，它通過人體舒適坐姿、合理的體壓分布、人體測(cè)量的基本數(shù)據(jù)和視覺美學(xué)等使座椅的設(shè)計(jì)滿足人的生理和心理要求，為乘員提供舒適、安全的駕駛和乘車條件。 2．汽車座椅的動(dòng)態(tài)舒適性 設(shè)計(jì)

17、的座椅必須能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然彎曲，保證合理的體壓分布并使其肌肉松弛，上體通向大腿的血管不受壓迫，血液循環(huán)正常；并具有腰椎依托感、腰背部貼和感和側(cè)向穩(wěn)定感。能有效隔離或衰減路面不平產(chǎn)生的振動(dòng)，滿足大多數(shù)駕乘者坐姿舒適性的要求。 汽車座椅的動(dòng)態(tài)舒適性與座椅以及人體的振動(dòng)特性密切相關(guān)。來(lái)自路面的振動(dòng)（或激勵(lì)）通過輪胎、汽車懸架和座椅三個(gè)減振環(huán)節(jié)傳遞到人體，每一部分的傳遞特性都影響到乘員的舒適程度。研究表明：座椅動(dòng)態(tài)參數(shù)的改變對(duì)汽車其它使用性能沒有影響，而且制造方便易行，周期短、見效快。因此，研究和改善座椅動(dòng)態(tài)性能，對(duì)提高駕乘舒適性有著十分重要的意義。 3．汽車座椅的操作舒適性

18、 設(shè)計(jì)的座椅還需操縱方便，調(diào)整手柄和按鈕的布置必須在駕乘者伸手可及的位置，并符合常人的習(xí)慣且操縱力量適中。座椅的操作舒適性主要包括以下兩方面：一方面，就座椅的各種調(diào)節(jié)裝置而言，應(yīng)該是使操作更容易實(shí)現(xiàn)，并且更容易達(dá)到；另一方面，在保證靜態(tài)舒適性的前提下，為駕駛員提供更為廣闊的操作空間，也將成為座椅操作舒適性研究的主要方向。 1.2.3 轎車座椅的安全性 有汽車座椅的安全性是指座椅能有效的防止事故的發(fā)生，并在事故發(fā)生時(shí)有效的減輕駕駛員及乘員所受傷害的能力。根據(jù)座椅在碰撞事故發(fā)生時(shí)和發(fā)生后對(duì)減輕乘員傷害程度的不同作用，可以將座椅的安全性分為主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性兩個(gè)方面。 1．轎車座椅的主動(dòng)安

19、全性 座椅的主動(dòng)安全性是指座椅能夠有效地防止事故發(fā)生的能力。座椅系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與駕駛員視野、駕駛員定位以及其它汽車控制系統(tǒng)功能的更好發(fā)揮息息相關(guān)，這些系統(tǒng)之間配合的好壞也不同程度的影響座椅的主動(dòng)安全性。另外，應(yīng)當(dāng)指出的是，座椅的舒適性與主動(dòng)安全性有關(guān)，舒適的座椅可以為駕駛員提供一個(gè)良好的工作環(huán)境，使其心情愉快、精力集中，從而有效地防止交通事故的發(fā)生，提高汽車的主動(dòng)安全性。 2．轎車座椅的被動(dòng)安全性 座椅的被動(dòng)安全性是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生傷害或使傷害降低至最低程度的性能。一個(gè)好的汽車座椅要能夠減輕駕駛員及乘員的疲勞來(lái)滿足主動(dòng)安全性要求，更要有足夠高的

20、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，以便與安全帶和安全氣囊一起對(duì)乘員定位的同時(shí)緩解碰撞的強(qiáng)度，力圖使乘員的損傷指標(biāo)達(dá)到最小。 在各種事故中，座椅作為減少損傷的安全部件起著重要的保護(hù)作用。首先，在事故中它要保證乘員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其它車載體（如其它乘員、貨物等）進(jìn)入到這個(gè)空間。其次，要使乘員在事故發(fā)生過程中保持一定的姿態(tài)，以保證其它的約束系統(tǒng)能充分發(fā)揮其保護(hù)效能。 1.2.4 轎車座椅的設(shè)計(jì)要求 作為人和汽車之間連接部件，對(duì)其性能要求越來(lái)越高，轎車座椅設(shè)計(jì)應(yīng)滿足一下各點(diǎn)： 1．安全——座椅是支撐和保護(hù)人體的構(gòu)件，必須十分安全可靠，應(yīng)具有充分的強(qiáng)度、剛度與耐久性。對(duì)可調(diào)的座椅，要有可靠的鎖止機(jī)

21、構(gòu)，以保證安全。設(shè)計(jì)的座椅應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（形狀、尺寸、強(qiáng)度等）的要求。 2．操作方便——設(shè)計(jì)的座椅還需操縱方便，調(diào)整手柄和按鈕的布置必須在駕乘者伸手可及的位置，并符合常人的習(xí)慣且操縱力量適中，便于駕乘者對(duì)座椅的前后上下、靠背的傾斜角度、頭枕的前后上下等進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3．乘坐舒適—按人機(jī)工程學(xué)的要求，座椅必須具有良好的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)舒適性。外形必須符合人機(jī)生理功能，而且在不影響舒適性的前提下，力求美觀大方。 4．結(jié)構(gòu)成本—座椅設(shè)計(jì)應(yīng)采用最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，盡可能地減少質(zhì)量。 1.3 轎車座椅的結(jié)構(gòu) 汽車座椅伴隨著汽車的誕生而出現(xiàn)，隨著汽車的發(fā)展和人們要求的不斷提高，汽車座椅已不是單純滿足

22、乘坐和美觀需要的車身部件，而是關(guān)系到汽車的乘坐舒適性和安全性，集人機(jī)工程學(xué)、汽車設(shè)計(jì)等為一體的系統(tǒng)工程產(chǎn)品。 汽車座椅(圖1.1)一般由座墊及其骨架、靠背及其骨架、頭枕及其骨架，以及相應(yīng)的導(dǎo)向、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等基本部分組成。 轎車座椅骨架常用軋制型材(鋼管、型鋼)制成或用鋼板沖壓焊接而成，用螺釘直接固定或通過座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在車身上。座椅前后調(diào)節(jié)裝置、靠背角度調(diào)節(jié)裝置、高度調(diào)節(jié)裝置等是與座椅相關(guān)的一些裝置。座椅前后調(diào)節(jié)裝置就是座椅底座滑軌，用于調(diào)節(jié)座椅與地板的前后位置?？勘辰嵌日{(diào)節(jié)裝置安裝在座墊骨架和靠背骨架之間，用于調(diào)節(jié)座椅靠背角度。高度調(diào)節(jié)裝置是安裝在底座滑軌和座墊骨架之間的裝置，用于調(diào)節(jié)座

23、椅與地板間上下位置。 圖1.1 駕駛員座椅整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1.4 本章小結(jié) 本設(shè)計(jì)力求在駕駛員座椅傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在滿足上述座椅作用和功能的前提下，對(duì)座椅材料和結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，以達(dá)到減輕座椅質(zhì)量，降低座椅生產(chǎn)成本的目標(biāo)。 2 轎車座椅的設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2.1 座椅的人機(jī)工程學(xué)要求 1．各部貼合感：要求座椅靠背和坐墊的形狀與人體背部、臀部及大腿底面的形狀相貼合。貼合感強(qiáng)的座椅將有利于改進(jìn)接觸面積和部位。 2．橫向穩(wěn)定性：汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，人體承受橫向加速度，為了提高乘員的身體保持性，要求座椅的側(cè)面稍加高，以便兩跨和大腿部能輕輕支承身體。 3．背部和腰部的合理支承：汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀

24、和位置適宜的兩點(diǎn)支承，第一支承位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠能減輕頸曲變形；第二支承設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠，能保證乘坐姿勢(shì)下近似于正常的腰曲弧線。 4．各部合適的軟硬感：座椅最重要的作用是支撐乘員的身體，不能只是一把安樂椅，表面硬一些的座椅不易使人疲勞，但與身體不是特別貼合的硬座椅會(huì)壓迫身體的某一部分，使疲勞感倍增。 5．振動(dòng)舒適性：需要設(shè)計(jì)好座椅的靜態(tài)剛度、共振頻率及衰減特性。 2.2 人機(jī)工程學(xué)在轎車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 2.2.1 坐姿與座椅 坐姿是人體較自然的姿勢(shì)，也是進(jìn)行各種操作經(jīng)常采用的姿勢(shì)。座椅與人們的生活息息相關(guān)，無(wú)論是工作、學(xué)習(xí)、出門旅行、在家休息都離不開

25、座椅。人的坐姿是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，雖然座椅伴隨人類的生活己經(jīng)有幾千年的歷史了，但是關(guān)于座椅的設(shè)計(jì)問題至今仍然是值得研究的課題。 在生物學(xué)中，當(dāng)坐立時(shí)，人的身體由脊椎、胯骨、腿和腳支撐。主要用來(lái)支撐人體重量的關(guān)節(jié)為胯骨和腰椎，腰椎的第三、第四腰椎為整個(gè)脊椎骨中受力最大的部位。所以腰椎也就比上方的椎骨大而且硬得多。坐姿時(shí)，尾椎將受到壓力而往前彎，有緩沖震蕩的作用。坐骨構(gòu)成了胯骨最下方的部位，其后下方的坐骨結(jié)節(jié)為L(zhǎng)字母形狀，當(dāng)人們坐著的時(shí)候，此處往下頂住來(lái)支撐身體的重量。長(zhǎng)期的姿勢(shì)不良、受傷或者疾病，傷害就會(huì)發(fā)生在脊椎彎曲的地方，如胸彎過分彎曲就會(huì)造成圓肩或駝背;腰部脊椎過分彎曲，會(huì)造成脊椎的側(cè)彎

26、或是脊椎的前凸癥、后凸癥。 當(dāng)人們?cè)谝巫由蠒r(shí)，若坐姿不良，骨盆很容易下陷，仔細(xì)摸骨盆兩側(cè)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)骨盆往后傾，整個(gè)人會(huì)感到胸廓與腰桿交界處造成腰酸背疼、駝背。長(zhǎng)期使用電腦的上班族而言，坐姿不良通常是造成腰酸背疼得最主要的兇手。人們的脊椎在坐姿情況下就像是一根杠桿，如果頭部向前傾，為了支撐前傾的頭部，骨頭的韌帶就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉力，當(dāng)力量超過韌帶所能負(fù)荷的范圍，這個(gè)力量就會(huì)轉(zhuǎn)移到背后的肌肉上，于是肌肉便持續(xù)暴露在張力之下。久而久之，就會(huì)出

27、現(xiàn)頸部、背部、腰部肌肉酸痛的癥狀。 2.2.2 舒適坐姿的生理特性 坐姿狀態(tài)下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。脊柱是人體的主要支柱由24節(jié)椎骨以及5塊骸骨(已連成一體)和4塊尾骨(己連成一體)連結(jié)組成如圖2.1所示，其中椎骨自上而下又分為頸椎(共7節(jié))、胸椎(共12節(jié))、腰椎(共5節(jié))三部分，每?jī)晒?jié)椎骨之間由軟骨組織和韌帶相聯(lián)系，使人體得以進(jìn)行屈伸、側(cè)曲和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作等有限度的活動(dòng)。頸椎支撐頭部，肋椎與肋骨構(gòu)成胸腔，腰椎、骸骨和椎間盤承擔(dān)人體坐姿的主要負(fù)荷。由于腰椎幾乎承受著人的上體的全部重量，并且要實(shí)現(xiàn)彎腰、側(cè)曲、扭轉(zhuǎn)等人體運(yùn)動(dòng)，所以最容易損傷或腰曲變形。從側(cè)面觀察脊柱，可看到脊柱呈現(xiàn)頸、

28、胸、腰、骸四個(gè)彎曲部位，其中頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骸曲凸向后。脊柱的自然彎曲弧形應(yīng)如圖2.1所示，椎骨的支承表面相互位置正常，椎間盤沒有錯(cuò)位的趨勢(shì)。一旦人體改變這種自然彎曲狀態(tài)，會(huì)引起惟間盤壓力改變，使腰部疼痛。 圖2.1 人體脊椎構(gòu)造圖 圖2.2 人體在不同狀態(tài)下腰椎彎曲形狀 圖2.2所示為人體在各種不同姿勢(shì)下的腰椎彎曲形狀。曲線c是最接近人體脊柱自然彎曲狀態(tài)的坐姿，椎間盤上的壓力可較正常分布。因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲形態(tài)，軀干與大腿之間須有大約135的夾角，且座椅應(yīng)使坐者的腰部有適當(dāng)支撐，以便

29、腰曲弧形自然彎曲，腰背肌肉處于放松狀態(tài)。 人坐著時(shí)，大腿和上身的重量必須由座椅來(lái)支承。人體結(jié)構(gòu)在骨盆下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結(jié)節(jié)，如圖 2.3所示。這兩塊小面積能夠支持大部分上身的重量。座面上的臀部壓力分布是在坐骨結(jié)節(jié)處最大，由此向外壓力逐漸減小，直至與座而前緣接觸的大腿下部，壓力為最小。座墊的柔軟程度要適當(dāng)，坐骨部分的座墊應(yīng)當(dāng)是支承性的，它要承受加在座位上的大約60%的重量，而其余部分則應(yīng)當(dāng)比它更柔軟些，以便能夠把重量分布在更大約面積上。座椅靠背上的壓力分布，應(yīng)當(dāng)是肩腳骨和腰椎骨兩個(gè)部位最高，此即靠背設(shè)計(jì)中所謂的“兩點(diǎn)支承”準(zhǔn)則。 靠背的兩點(diǎn)支承中，上支承點(diǎn)為肩腳骨提供憑靠，稱為肩靠，其

30、位置相當(dāng)于第5-6 節(jié)胸椎之間的高度:下支承點(diǎn)為腰曲部分提供憑靠，稱為腰靠，其位置相當(dāng)于第4-5節(jié)腰椎之問的高度。不同用途的座椅，兩點(diǎn)支承的作用不一樣，休息用的座椅，體、腿夾角較大(舒適角度約為115)，坐著時(shí)身體向后傾斜，只要肩部分支承穩(wěn)靠，沒有腰靠也能得到舒適的坐姿，因此是以肩靠起主要作用。而一般操作用座椅，由于操作的要求，身體需要略向前傾，肩胖骨部分幾乎接觸不到靠背，因此只有腰靠起支撐作用一般無(wú)需設(shè)置肩靠。腰靠支承是使背疼和疲勞減到最輕的主要措施，否則，將只靠肌肉來(lái)維持腰曲弧形，勢(shì)必引起腰部肌肉疲勞和損傷?？紤]到人的身材高矮不同，對(duì)某些座椅應(yīng)當(dāng)具有能調(diào)節(jié)腰靠位置的裝置。腿的主動(dòng)脈緊靠著

31、大腿下表面和膝蓋的后面，在這個(gè)部位上，任何持續(xù)的壓力都會(huì)給人造成極端的不好適和腫脹感覺需要借助于適當(dāng)減短座深、把座墊前緣修圓和采用較軟的泡沫塑料座墊等措施來(lái)防止發(fā)生這種情況。同時(shí)，還要使座面離地板的高度足夠低，以便使腳能踩著地板，讓人的這個(gè)重要部位感覺不到有任何壓力。坐骨下面的座面應(yīng)當(dāng)近似是水平的。 座椅的設(shè)計(jì)必須有可能讓人經(jīng)常地改變自己的姿勢(shì)和位置，以便減輕壓力和活動(dòng)伸展各部分肌肉。 2.2.3 體壓分布與坐姿疲勞 人在坐姿狀態(tài)下，體重作用在座面和靠背上的壓力分布稱為坐態(tài)體壓分布它與坐姿及座椅的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，圖2.3為人體在靠背和座墊上最適宜的體壓分布，對(duì)于體壓的研究是目前人們對(duì)座椅進(jìn)

32、行研究的主要方法和參數(shù)。體壓分布的測(cè)量一般采用等高線的形式反映壓力分布狀況。 圖2.3 人體在靠背和座墊上最事宜的體壓分布 就座者的骨盆可以比喻為倒立的錐體，與椅面接觸的主要是臀部?jī)蓧K薄肌肉層下的坐骨。由坐骨向外，壓力逐漸減少。為了減少臀部下部的壓力，座面一般應(yīng)設(shè)計(jì)成軟墊，其柔軟程度以使坐骨出支承人體的60%左右的重量為宜，采用軟性坐墊，增大臀部與座面的接觸面積，就改善了這種壓力集中的現(xiàn)象，使整個(gè)臀部均承擔(dān)體重的壓力，減緩坐骨下支點(diǎn)處的疲勞，可以延長(zhǎng)就座時(shí)間。但不論什么座面，不論l刃陌卜姿勢(shì)，長(zhǎng)時(shí)間采取一種坐姿總會(huì)產(chǎn)生靜力疲勞。因此，任何一種座椅在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮變換坐姿的可能性。

33、 人體與座椅之間的壓力分布稱為坐姿的體壓分布，坐姿的體壓分布是影響乘坐舒適性的重要因素。人就坐時(shí)，身體重量的大部分(約80%)經(jīng)過臀部、背部隆起部分及其附著的肌肉壓在坐椅面上。圖2.4為座椅各部位的受力分布示意圖。 圖2.4 座椅各個(gè)部位的受力分布 2.3 座椅主要部件的功能及結(jié)構(gòu)要求 2.3.1 靠背 靠背的設(shè)計(jì)主要指強(qiáng)度設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)，靠背造型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使靠背的高度、形狀符合人體曲線，給背部、肩部有效可靠的支撐和足夠的側(cè)背支撐，使駕駛員保持穩(wěn)定的坐姿，避免橫向滑動(dòng)。 靠背骨架(圖2.5)，是一個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件，在前撞、側(cè)撞尤其是后撞情況下，靠背骨架在撞擊能量處理方面起關(guān)鍵的

34、保護(hù)作用。 圖2.5 靠背骨架 根據(jù)普遍轎車座椅靠背機(jī)構(gòu)分析，本設(shè)計(jì)靠背選用左、右側(cè)板，上、下橫梁結(jié)構(gòu)形式。 2.3.2 座墊 轎車座墊設(shè)計(jì)主要是座墊深度和座墊傾角。座墊深度過大時(shí)，軀干相對(duì)前移，腰部得不到良好支撐:過小時(shí)，大腿得不到良好支撐。因此，深度應(yīng)按臀部至大腿表面全長(zhǎng)的3/4設(shè)計(jì)，一般取400到480mm。座墊的傾角應(yīng)兼顧安全性和舒適性，一般為2到10。 座墊骨架通過調(diào)角器與靠背連接，靠背受到的載荷通過調(diào)角器傳至座墊再到地板。此外，座墊骨架還承受乘客的靜載荷、乘客下潛載荷(轎車高速制動(dòng)時(shí)乘客向前的載荷)、乘客在座墊上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的疲勞載荷。 根據(jù)調(diào)節(jié)方向分，轎車座墊骨架

35、大致有2向(前、后)、4向(前、后、上、下)和6向(前、后、上、下、前后傾斜或前、后、前部上下、后部上下)等形式，座墊骨架上裝有座盆，有整體式和局部式兩種。局部式座盆需安裝彈簧鋼絲以支撐發(fā)泡，整體式則不需要。 為保證轎車日常使用需求及產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)采用4向調(diào)節(jié)、整體式座盆的座墊骨架。 2.3.3 頭枕 頭枕(圖2.6)是為提高汽車乘坐安全性和舒適性而設(shè)置的一種輔助裝置。 首先，頭枕主要作用是保障安全。日常生活中，轎車經(jīng)常發(fā)生追尾碰撞，頸椎承受到很大的加速度，頭枕可以減少頭部自由移動(dòng)，避免或減輕乘員頸部受傷。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11550-1995《汽車座椅頭枕性能要求和試驗(yàn)方法》頭枕屬汽車

36、整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測(cè)項(xiàng)目之一，轎車前排座椅應(yīng)裝有頭枕。 圖2.6 頭枕結(jié)構(gòu) 其次，正常行駛下，當(dāng)脊椎與垂直面夾角超過300時(shí)，使用頭枕可以避免頭頸疲勞。轎車座椅中，頭枕一般為一個(gè)單體，用單柱或雙柱插桿，通過導(dǎo)套插入靠背的插座中。頭枕調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以對(duì)頭枕進(jìn)行上下和前后的調(diào)節(jié)。為同時(shí)保證轎車日常使用的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性，選用雙柱式上下可調(diào)頭枕。 2.3.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 座椅調(diào)節(jié)方向主要有高度調(diào)整(圖2.7-a)、前后調(diào)整(圖2.7-6) .靠背仰角調(diào)整(圖2.7-c) 。 圖2.7 座椅調(diào)節(jié)方向 ①高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整座椅垂直位置，分機(jī)械調(diào)整、可控空氣彈簧調(diào)整和電動(dòng)調(diào)整等。調(diào)整范

37、圍按人機(jī)工程學(xué)原理，以滿足大部分人使用要求確定。 根據(jù)大多數(shù)乘員對(duì)轎車的使用需求，同時(shí)為了保證生產(chǎn)成本，選定機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)，高度調(diào)整范圍為0—60mm。 ②滑道是縱向水平位置的調(diào)整機(jī)構(gòu)，分單鎖止滑道和雙鎖止滑道，一般根據(jù)鎖止強(qiáng)度確定。安全帶固定點(diǎn)不在座椅上時(shí)，一般選用單鎖止滑道:安全帶固定點(diǎn)在座椅上時(shí)，選用雙鎖止滑道?；牢灰瞥叽绺鶕?jù)相應(yīng)人體尺寸和人機(jī)工程學(xué)原理確定。 根據(jù)轎車使用強(qiáng)度以及轎車常用的安全帶安裝形式結(jié)合轎車實(shí)際使用空間選用雙鎖止滑道，前后調(diào)整距離為0—100 mm。 ③調(diào)角器主要有常嚙合式和棘輪棘爪式兩種類型，用于對(duì)靠背角度進(jìn)行調(diào)整和鎖止，必須滿足GB15083-1994《

38、汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實(shí)驗(yàn)方法》規(guī)定。 常嚙合式調(diào)角器始終保持嚙合狀態(tài)，有手動(dòng)和電動(dòng)兩種。手動(dòng)常嚙合調(diào)角器要連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕座椅靠背才能調(diào)整到理想位置。電動(dòng)常嚙合調(diào)角器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，有傳動(dòng)平穩(wěn)、強(qiáng)度高、調(diào)解范圍大等優(yōu)點(diǎn)，適于高檔汽車座椅。 棘輪棘爪式通過操作手柄進(jìn)行解鎖，沒有電動(dòng)形式。采用棘輪棘爪工作原理及板簧式復(fù)位結(jié)構(gòu)，容易調(diào)整到理想位置，最大能夠?qū)崿F(xiàn)180范圍有級(jí)調(diào)節(jié)，適于各類汽車座椅。為了滿足轎車駕駛員日常操作的操作便利性的要求，同時(shí)控制產(chǎn)品成本，選用棘輪棘爪式調(diào)角器，調(diào)節(jié)范圍為80到170。 2.4 座椅布置 根據(jù)人體的舒適坐姿和汽車設(shè)計(jì)對(duì)人體的布置要求，對(duì)座椅進(jìn)行布置

39、并確定座椅與操縱裝置的相對(duì)位置；按舒適坐姿選擇座椅的座面高度、座寬、座深、座面傾角、靠背的高、靠背與座面夾角；按汽車中利用人體樣板進(jìn)行人體布置的原則，來(lái)確定座椅與操縱裝置的相對(duì)位置，確定出座椅與方向盤和加速踏板的相對(duì)位置，同時(shí)確定座椅的水平調(diào)節(jié)量和垂直調(diào)節(jié)量。 2.5 座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計(jì) 座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計(jì)須考慮的因素很多，可以概括為以下基本原則： 1．座椅的形式和尺度與其功用無(wú)關(guān)； 2．座椅的尺度必須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)確定； 3．座椅可適當(dāng)調(diào)節(jié)，以滿足坐姿變換； 4．座椅所使用的材料應(yīng)適應(yīng)人體的舒適性； 5．座椅的位置要與其作業(yè)空間相協(xié)調(diào)，便于人員作業(yè)。 由坐姿生物力學(xué)分

40、析，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略向上后傾斜，保持上體和大腿間角在90—115。同時(shí)，小腿向前伸，大腿與小腿、小腿與腳掌間也應(yīng)達(dá)到一定角度。另外，根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的溫濕度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達(dá)到減輕疲勞的目的。 2.6 座椅的動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì) 駕駛員座椅動(dòng)態(tài)舒適性主要與震動(dòng)特性有關(guān)。對(duì)于有懸架的座椅系統(tǒng)，影響其動(dòng)態(tài)特性因素有：座墊的剛度和阻尼系數(shù)，懸掛系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度和阻尼系數(shù)以及座椅系統(tǒng)連接件的摩擦；對(duì)于非懸架座椅系統(tǒng)主要考慮座墊的剛度、阻尼以及座椅鋼架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能。剛度決定座椅的共振頻率，二阻尼系數(shù)決定座椅的振動(dòng)衰減特性。雖然座椅系統(tǒng)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)

41、連接件的摩擦?xí)绊懻麄€(gè)座椅系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但由于質(zhì)量和摩擦受其他因素限制而不會(huì)變化太大，所以剛度參數(shù)和阻尼系數(shù)就成了影響整個(gè)座椅系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的主要因素。影響駕駛疲勞的震動(dòng)主要是行駛中因道路凹凸不平而引起車輛書記振動(dòng)和車輛本身的機(jī)械振動(dòng)。駕駛員受到縱向、橫向及垂直方向的直線振動(dòng)，以及繞著3個(gè)方向的角振動(dòng)。其中垂直振動(dòng)和繞縱、橫坐標(biāo)軸的角振動(dòng)對(duì)人體的影響較大。振動(dòng)通過座椅傳遞到人體的臀部、后背部而引起全身性振動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)汽車座椅時(shí)應(yīng)盡量隔離人體敏感的振動(dòng)。在座椅設(shè)計(jì)中可采取如下措施：減小座椅共振頻率，降低對(duì)人體最有影響的高頻區(qū)；降低共振時(shí)的振動(dòng)傳遞率；降低乘員10 Hz附近的振動(dòng)傳遞率，以減輕

42、彈簧以下的共振的影響和減少來(lái)自座椅靠背的高頻振動(dòng)；把路面一輪胎、懸架、座椅一人三者看作一個(gè)整體大動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，尋求在各種路面隨機(jī)輸入情況下使乘員不易疲勞的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于座椅的動(dòng)態(tài)特性按照傳入人體的能量最小、使人體在感頻率區(qū)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)最小、傳給人體的加速度均方根值最小等目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，與汽車的其他減振系統(tǒng)相匹配，使人體處于更合適的振動(dòng)環(huán)境，這些都是減輕駕駛疲勞的重要措施。 2.7 本章小結(jié) 綜上所述，人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于汽車座椅設(shè)計(jì)，能使座椅符合人體需求，從而保證乘坐和駕駛的舒適性和行車安全性。能提高人車接口的設(shè)計(jì)水平。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用的不斷深入，人機(jī)工程應(yīng)用在汽車設(shè)計(jì)中的方法也更加精確，人

43、機(jī)工程學(xué)將更注重人的信息處理能力，更注重人一機(jī)一環(huán)境的完整研究，并運(yùn)用系統(tǒng)論、信息論等新興科學(xué)來(lái)研究這個(gè)新的系統(tǒng)，以創(chuàng)造出更適合于人類使用的汽車，使人機(jī)系統(tǒng)的綜合效能達(dá)到最佳水平。 第 15 頁(yè) 3 轎車座椅外形尺寸參數(shù)的確定 3.1 人體尺寸的研究 各種設(shè)備和工具等設(shè)計(jì)對(duì)象在適合于人的使用方面，首先沙及的問題是適合人的形態(tài)和功能范圍的限度口人機(jī)工程學(xué)范圍內(nèi)的人體形態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)主要有兩類即人體構(gòu)造尺寸和功能尺寸，也就是人體靜態(tài)尺寸和人體動(dòng)態(tài)尺寸。而針對(duì)于座椅設(shè)計(jì)的人體尺寸相關(guān)的主要有人體坐姿尺寸等。 3.1.1 人體靜態(tài)尺寸 人體靜態(tài)尺寸，著眼于人體天然結(jié)構(gòu)，比如身高、體

44、重、腿臂長(zhǎng)度等，是建立人體尺寸模型的基礎(chǔ)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10000-88《中國(guó)成年人人體尺寸》按照人機(jī)工程學(xué)的要求提供了我國(guó)成年人人體尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中共給出了7類47項(xiàng)人體尺寸基本數(shù)據(jù)。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合本畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要，列舉如下我國(guó)人體基本尺寸男(18-60歲)第95百分位以及女(18-55歲)第5百分位相關(guān)數(shù)值，見表 3.1。 表3.1 我國(guó)人體基本尺寸 尺寸 名稱 尺寸數(shù)值（mm） 尺寸 名稱 尺寸數(shù)值（mm） 男 女 男 女 坐高 958 809 最大肩寬 469 363 坐姿頸椎點(diǎn)高 641 518 坐姿臀寬 355 310 坐

45、深 494 401 小腿加足高 448 342 3.1.2 人體H點(diǎn)的確定 H點(diǎn)指人體身軀與大腿的鉸接點(diǎn)，即胯點(diǎn)。 根據(jù)相關(guān)的法規(guī)規(guī)定，首先利用GB11559-1989《汽車室內(nèi)尺寸測(cè)量用三維H點(diǎn)裝置》所規(guī)定的三維H點(diǎn)測(cè)量裝置，即H點(diǎn)三維人體模型(圖3.1)，再按照GB11563-1995《汽車H點(diǎn)確定程序》中規(guī)定的H點(diǎn)確定程序確定三維人體模型的H點(diǎn)。 H點(diǎn)三維人體模型由背板、座板、大腿桿及頭部空間探測(cè)桿等構(gòu)件組成。座板模仿人體臀部及大腿，是二者的合一。背板模仿人體的背部。 H點(diǎn)三維人體模型的各構(gòu)件尺寸、質(zhì)量及質(zhì)心位置均以人體測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)。 模型的背板與座板在相當(dāng)于

46、人體胯關(guān)節(jié)處通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相鉸接。轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)即H點(diǎn)。 圖3.1 三圍H點(diǎn)測(cè)量裝置 3.2 轎車座椅外形尺寸主要參數(shù) 3.2.1 轎車座椅外型尺寸主要參數(shù) 1．椅面高度：椅面高度定義為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。 參數(shù) 數(shù)值 測(cè)量要點(diǎn) 座高（mm） 360-480 在座面上壓以60kg,直徑350mm的半球重物時(shí)測(cè)量 座寬（mm） 370-420 在座椅轉(zhuǎn)動(dòng)軸與座面的交點(diǎn)處或座面深度方向二分之一處測(cè)量 座深（mm） 360-390 在腰靠g=210mm處測(cè)量，測(cè)量時(shí)為非受力狀態(tài) 腰靠長(zhǎng)（mm） 320-340 腰靠寬（mm） 200-300

47、 腰靠厚（mm） 30-50 腰靠上通過直徑400mm的半球狀物施以250N的力時(shí)測(cè)量 腰靠高（mm） 165-210 腰靠圓弧半徑（mm） 400-700 座面傾角（） 0-5 腰靠?jī)A角（） 95-115 表3.2 工作座椅的主要參數(shù) 根據(jù)表3.1相關(guān)尺寸，人體小腿加足高為342-448mm。 根據(jù)表3.2工程座椅設(shè)計(jì)的尺寸推薦值，座高為360-480mm。 2．椅面寬度：座椅座墊兩側(cè)寬度。 根據(jù)表3.1相關(guān)尺寸，坐姿臀寬310-365。 根據(jù)表3.2工程座椅設(shè)計(jì)的尺寸推薦值，座寬為370-420。 結(jié)合轎車座椅座面需要對(duì)駕乘者進(jìn)行

48、橫向支撐，以防止駕乘者在出現(xiàn)離心力時(shí)臀部產(chǎn)生橫向滑動(dòng)，要在座椅椅面兩邊附加額外防滑凸起設(shè)計(jì)，所以椅面總寬度選定500mm。 3．椅面深度：指椅面前緣至靠背前面水平距離.深度過大時(shí)，軀干相對(duì)前移，腰部得不到良好支撐，引起疲勞；過小時(shí)，大腿得不到良好支撐。 根據(jù)表3.1相關(guān)尺寸，坐深401-494mm。 根據(jù)表3.2工程座椅設(shè)計(jì)的尺寸推薦值，座深為360-390mm。 考慮到轎車座椅與一般工程用座椅不同，小腿向前傾斜角度大，所以為了保障駕乘者的臀部和大腿部被充分支撐和包裹，椅面深度選定505mm。 4．靠背高度：靠背最下端到最頂端的距離。 根據(jù)表3.1相關(guān)尺寸，坐姿頸椎點(diǎn)高579-70

49、1mm。 根據(jù)表3.2工程座椅設(shè)計(jì)的尺寸推薦值，腰靠長(zhǎng)為320-340mm。 考慮到轎車座椅須為駕乘者腰背部提供完全的支撐和定位，與一般工程座椅不同，同時(shí)為保證座椅靠背在具有角度傾斜時(shí)同樣可以保證對(duì)駕乘者的支撐，所以靠背高度選定600mm。 5．靠背寬度：靠背兩側(cè)最寬的距離。 根據(jù)表3.1相關(guān)尺寸，最大肩寬368-469mm。 根據(jù)表3.2工程座椅設(shè)計(jì)的尺寸推薦值，腰靠寬320-340mm。 與椅面寬度的選定原因相同，為避免和減少駕乘者腰背部在座椅上產(chǎn)生橫向滑移，靠背寬度選定465mm。 6．靠背傾角：靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。 根據(jù)表3.2工程座椅設(shè)計(jì)的尺寸推薦值

50、，腰靠?jī)A角為95—115。 根據(jù)轎車駕乘者的實(shí)際使用需求，同時(shí)滿足駕駛舒適、安全性以及休息時(shí)的便利性，靠背傾角調(diào)節(jié)范圍為80—170。 7．椅面傾角：指椅面與水平之間的夾角。 根據(jù)表3.2工程座椅設(shè)計(jì)的尺寸推薦值，座面傾角為0—5。 轎車座椅的椅面的傾角應(yīng)兼顧安全性和舒適性，一般為2—10。 8．頭枕尺寸 根據(jù)GB11550-1995《汽車座椅頭枕性能要求和試驗(yàn)方法》，頭枕的外形寬度以座椅中心面為對(duì)稱面，左右各應(yīng)寬85mm以上。確定頭枕高度為208mm,寬度為240mm,厚度為l00mm、頭枕可調(diào)節(jié)范圍為0-100mm，見圖3.2。 圖3.2 頭枕尺寸 轎車座椅中，頭枕

51、一般為一個(gè)單體，用單柱或雙柱插桿，通過導(dǎo)套插入靠背的插座中。頭枕調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以對(duì)頭枕進(jìn)行上下和前后的調(diào)節(jié)。為同時(shí)保證轎車日常使用的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性，選用雙柱式上下可調(diào)頭枕。 3.2.2 轎車座椅R點(diǎn)的確定 "R點(diǎn)”即“乘坐基準(zhǔn)點(diǎn)” 指制造廠規(guī)定的設(shè)計(jì)H點(diǎn)，該點(diǎn)： 1．確定了由制造廠規(guī)定的座椅每個(gè)設(shè)計(jì)乘座位置的最后面的正常駕駛和乘座位置，它考慮了所有的座椅可能調(diào)節(jié)狀態(tài)(水平、垂直及傾斜)。 2．具有相對(duì)于所設(shè)計(jì)的車輛的結(jié)構(gòu)建立的座標(biāo)。 3．模擬人體軀干和大腿鉸接中心位置。 4．做為安放二維人體樣板的參考點(diǎn)。 根據(jù)轎車座椅R點(diǎn)確定的經(jīng)驗(yàn)和推薦值，轎車

52、駕駛員座椅R點(diǎn)為距離靠背基準(zhǔn)面135mm、距離座位基準(zhǔn)面97mm的一點(diǎn)。 3.3 本章小結(jié) 本章根據(jù)人體尺寸、H點(diǎn)及工作座椅主要參數(shù)確定轎車座椅主要外形參數(shù)及R點(diǎn) 4 轎車駕駛員座椅骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 座椅骨架不但要承受人體質(zhì)量，同時(shí)還要經(jīng)受汽車啟動(dòng)、停止等重復(fù)動(dòng)作和沖撞事故的沖擊。骨架的結(jié)構(gòu)主要分為鋼質(zhì)沖壓骨架、管式骨架和合金鑄造骨架三種。管式骨架成本最低，但難增加更多的功能。鋼質(zhì)沖壓骨架功能配置靈活，很多功能能夠被直接加在骨架上。合金鑄造骨架特點(diǎn)是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，但造價(jià)較高。根據(jù)汽車的設(shè)備能力、生產(chǎn)成本等情況，本設(shè)計(jì)選用鋼質(zhì)沖壓骨架。 4.1 轎車駕駛員座椅骨架主要結(jié)構(gòu)尺寸 1．靠背

53、骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸確定 靠背骨架的設(shè)計(jì)主要指強(qiáng)度設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)，靠背造型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使靠背的高度、形狀符合人體曲線，給背部、肩部有效可靠的支撐和足夠的側(cè)背支撐，使駕駛員保持穩(wěn)定的坐姿避免橫向滑動(dòng)。 靠背骨架是一個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件在前撞、側(cè)撞尤其是后撞時(shí)，在撞擊能量處理方面起關(guān)鍵的保護(hù)作用。 參考3.3.1中關(guān)于座椅靠背部分的外形參數(shù)，除去座椅蒙皮后的座椅靠背骨架參數(shù)和結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。 圖4.1 靠背骨架主要尺寸和結(jié)構(gòu)形式 靠背兩側(cè)板、上下橫梁均為Q215-A沖壓薄板。 2．座椅底座側(cè)板結(jié)構(gòu)和尺寸確定 座椅底座側(cè)板結(jié)構(gòu)(圖4.2)通過調(diào)角器與靠背連接，一般左右兩側(cè)底座的前部和后部均

54、由鋼管或鋼桿相互連接，以保證底座兩側(cè)板的整體性和連動(dòng)性。 圖4.2 底座側(cè)板結(jié)構(gòu) 椅底座兩側(cè)板均為Q275鋼板。 底座側(cè)板結(jié)構(gòu)中，前桿和后桿隸屬于座椅的高低調(diào)節(jié)總成(詳見高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)部分)。 4.2 轎車駕駛員座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 4.2.1 前后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理和相關(guān)計(jì)算 1．結(jié)構(gòu)形式及工作原理 前后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(圖4.3)即座椅滑道，是縱向水平位置的調(diào)整機(jī)構(gòu)，在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中左右兩側(cè)均選用內(nèi)外導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)用前后調(diào)節(jié)操縱桿連接和控制，其中內(nèi)導(dǎo)軌中間安有內(nèi)外導(dǎo)軌鎖止機(jī)構(gòu)，當(dāng)用前后調(diào)節(jié)操縱桿調(diào)整到合適位置是，松開操作桿，鎖止機(jī)構(gòu)將內(nèi)外導(dǎo)軌連接并鎖止，達(dá)到調(diào)節(jié)并鎖止的目的

55、。 前后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)內(nèi)外導(dǎo)軌材料均為ST12。 圖4.3 前后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 2．調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算 如圖4.4在與鎖止機(jī)構(gòu)相連接的外導(dǎo)軌下端，開有8mm等距分布的小孔，用于與所及機(jī)構(gòu)相扣合。每個(gè)等距分布17個(gè)均為7X7mm的小方孔，鎖止機(jī)構(gòu)每次均占用3個(gè)小方孔，則最大調(diào)節(jié)距離為（17-3）（8+7）=210mm。因此，前后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)范圍為0—210mm，即0—105mm。 圖4.4 外導(dǎo)軌等距孔 4.2.2 高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理和相關(guān)計(jì)算 1．結(jié)構(gòu)形式及工作原理 高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(圖4.5)主要由一套鉸接桿件和調(diào)整螺桿組成，當(dāng)高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)下端和上端分別固定在底座側(cè)板與軌道上時(shí)，鉸

56、接的桿件便與底座側(cè)板、軌道和調(diào)整螺桿組成了上下兩個(gè)等腰梯形，具有穩(wěn)定的整體性防止其自由變形。 圖4.5 高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 其中，鉸接桿件2與調(diào)整螺桿連接部分為光滑通孔，與調(diào)整螺桿無(wú)螺紋一端相接合，在調(diào)整螺桿有螺紋部分與連接桿件2的接觸處，焊有有固定螺母將鉸接桿件2固定在調(diào)整螺桿有螺紋處和無(wú)螺紋處的中間，限制其沿調(diào)整螺桿軸向的自由度。 鉸接桿件1與調(diào)整螺桿連接部分為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與調(diào)整螺桿的外螺紋相連接，當(dāng)調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鉸接桿件1會(huì)沿調(diào)整螺桿軸向移動(dòng)，改變鉸接桿件上下桿與調(diào)整螺桿的角度，從而使底座得到垂直方向的的位移改變。 調(diào)整過程中，如圖4.6，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整一側(cè)的垂直方向位移改變會(huì)通

57、過座椅左右兩側(cè)鉸接桿件間的前后桿，帶動(dòng)另一側(cè)的鉸接機(jī)構(gòu)產(chǎn)生垂直位移，達(dá)到底座在垂直方向位移整體改變的目的。 圖4.6 高度調(diào)節(jié)左右連動(dòng)桿 高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)鉸接桿件部分材料為45鋼。 2．調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算 在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，鉸接桿件1在調(diào)整螺桿軸向位移范圍為54mm，如圖4.7,當(dāng)鉸接桿件1被調(diào)整到如圖最左端時(shí), 則，座椅在垂直方向上共調(diào)節(jié)，因此，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)范圍為。 圖4.7 高度調(diào)節(jié)簡(jiǎn)圖 4.2.3 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理 本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為棘輪棘爪結(jié)構(gòu)形式，是對(duì)靠背、座墊夾角進(jìn)行調(diào)整和鎖止的機(jī)構(gòu)。 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(圖4.8)主要由外側(cè)上板、外側(cè)下板、內(nèi)板、

58、板簧、鎖止機(jī)構(gòu)、角度調(diào)節(jié)操縱桿和連動(dòng)桿等部件組成。其中，外側(cè)上板焊接于靠背側(cè)板下端，內(nèi)板用螺栓螺母固定于底座側(cè)板后端。 其工作原理為，當(dāng)角度調(diào)節(jié)操縱桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連動(dòng)桿同時(shí)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，連接在連動(dòng)桿上的板簧2會(huì)逐漸卷縮，而帶動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)下移，從而解除內(nèi)板和外側(cè)上板間的鎖止，此時(shí)當(dāng)操作者對(duì)靠背施以向后的力或者依靠板簧l的恢復(fù)力，就可以對(duì)靠背的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)整到合適角度位置時(shí)，松開角度調(diào)節(jié)操縱桿，在板簧2的恢復(fù)力作用下，角度調(diào)節(jié)操縱桿會(huì)回到初始位置，而鎖止機(jī)構(gòu)也會(huì)重新彈回外側(cè)上板的齒牙內(nèi)，對(duì)內(nèi)板和外側(cè)上板進(jìn)行鎖定。 圖4.8 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 在整個(gè)調(diào)整過程中，通過連動(dòng)桿的連接，座椅兩側(cè)的角度

59、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)會(huì)同步對(duì)靠背角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)角度調(diào)節(jié)范圍由內(nèi)板上的弧形開槽確定，位于外側(cè)上板的突出銷，只能在圓弧開槽范圍內(nèi)活動(dòng)，即80—170,如圖4.9。 圖4.9 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)板 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)外側(cè)上、下板及內(nèi)板均為08F鋼板。 （4.2） 4.3 本章小結(jié) 確定座椅骨架尺寸及根據(jù)各個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作原理確定前后、上下、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的尺寸，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。 5 座椅部件設(shè)計(jì)及校核 5.1 板簧的設(shè)計(jì) 板簧是控制座椅靠背自動(dòng)回位的重要部件。座椅調(diào)角器板簧，由板條繞制而成，板條的橫截面呈圓弧形，如圖5.1。 65Mn彈簧鋼，錳提高淬透性，φ1

60、2mm的鋼材油中可以淬透，表面脫碳傾向比硅鋼小，經(jīng)熱處理后的綜合力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼，但有過熱敏感性和回火脆性。用作小尺寸各種扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發(fā)條，也可制作彈簧環(huán)、氣門簧、離合器簧片、剎車彈簧及冷拔鋼絲冷卷螺旋彈簧。65mn 強(qiáng)度、硬度、彈性和淬透性均比65號(hào)鋼高，具有過熱敏感性和回火脆性傾向，水淬有形成裂紋傾向。退火態(tài)可切削性尚可，冷變形塑性低，焊接性差。 受中等載荷的板彈簧，直徑達(dá)7-20mm的螺旋彈簧及彈簧墊圈.彈簧環(huán)。因此，板簧的材料選用65Mn彈簧鋼。 抗拉強(qiáng)度 σb (MPa)：≥980(100) 屈服強(qiáng)度 σs (MPa)：≥784(80) 伸長(zhǎng)率 δ10 (％)

61、：≥8 斷面收縮率 ψ (％)：≥30 硬度 ：熱軋,≤302HB;冷拉+熱處理,≤321HB 圖5.1 板簧 5.2 角度調(diào)節(jié)內(nèi)板的設(shè)計(jì) 角度調(diào)節(jié)內(nèi)板(圖5.2)主要加工表面有弧形通孔、兩個(gè)對(duì)稱長(zhǎng)條通孔、三個(gè)圓通孔，兩個(gè)直徑15通孔粗糙度為3.2，板的材料選用08F鋼。零件大批大量生產(chǎn)，為降低成本，在滿足使用的條件下，采用模鍛毛坯。 圖5.2 角度調(diào)節(jié)內(nèi)板 5.3 高度調(diào)節(jié)支撐桿的設(shè)計(jì) 高度調(diào)節(jié)支撐桿(圖5.3)是高度調(diào)節(jié)鉸接桿件中的一部分，其通孔部分要分別與銷和底座前桿或后桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)配合。 圖5.3 高度調(diào)節(jié)支撐桿 桿的主要加工表面有上下兩個(gè)平面、兩個(gè)通

62、孔、兩端半圓，兩通孔內(nèi)粗糙度為0.8，其余均為3.2，桿的材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理HB230。零件大批大量生產(chǎn)，為降低成本，在使用性能滿足的條件下，采用模鍛毛坯。 5.4 滑軌的設(shè)計(jì) 滑軌的材料選擇ST12， ST12是普通冷軋剛，ST13沖壓級(jí)冷作剛，ST14是深拉伸級(jí)的。 滑軌分為內(nèi)滑軌和外滑軌兩部分。 ST12：表示為最普通的鋼號(hào)，與q195、SPCC、DC01牌號(hào)材質(zhì)基本相同 ST12力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度a MPa≤280;抗拉強(qiáng)度 MPa≤270～410;斷后伸長(zhǎng)率（L0=80mm，b=20mm）％≥28 冷軋鋼是我們最常見和最常用的冷軋產(chǎn)品。其牌號(hào)一般可分為：S

63、T12，ST13，ST14，ST25，ST16等；機(jī)械性能：其是最普通的，最基礎(chǔ)的鋼號(hào)，原則上（鋼廠規(guī)定）只能折彎，成形，不允許沖壓。 冷軋板帶用途很廣，如汽車制造、電氣產(chǎn)品、機(jī)車車輛、航空、精密儀表、食品罐頭等。 ST12成分：碳(C)≤0.10,錳(Mn)≤0.50,磷(P)≤0.035,硫(S)≤0.035 5.5 座椅強(qiáng)度校核法規(guī) 在FMVSS-207法規(guī)中對(duì)靠背靜強(qiáng)度規(guī)定，對(duì)座椅靠背施加相對(duì)于座椅參考點(diǎn)R點(diǎn)，大小為372Nm的載荷時(shí)，座椅應(yīng)能承受以上載荷。其它法規(guī)規(guī)定雖然與之有所差別，但中心思想是一致的；在ECE-R17中對(duì)靠背靜強(qiáng)度的規(guī)定是對(duì)座椅靠背施加相對(duì)于座椅參考點(diǎn)

64、R點(diǎn)，大小為530Nm的載荷，座椅應(yīng)能承受以上載荷，試驗(yàn)后及試驗(yàn)中，座椅骨架、座椅固定點(diǎn)及位移系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)或鎖止統(tǒng)不得失效，其加載示意圖如5.4所示。 我國(guó)也根據(jù)本國(guó)實(shí)際情況，制定了座椅靠背靜強(qiáng)度法規(guī)，在GB15083-1994中作了如下規(guī)定，對(duì)座椅靠背施加相對(duì)于座椅參考點(diǎn)R點(diǎn)，大小為372Nm的載荷時(shí)，座椅應(yīng)能承受以上載荷。座椅及座椅固定點(diǎn)應(yīng)能承受以上載荷；鎖止機(jī)構(gòu)不得打開；位移及角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不得松脫。 圖5.4 ECE-R17對(duì)靠背靜強(qiáng)度加載規(guī)定的示意圖 5.6 座椅骨架強(qiáng)度校核 設(shè)人體體重150kg,則靠背承受通過其質(zhì)心約1470N的載荷時(shí)，應(yīng)力分布基本對(duì)稱，最大應(yīng)力出現(xiàn)在調(diào)

65、角器內(nèi)板和靠背的連接處。下面將對(duì)靠背和調(diào)角器連接軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。 1.靠背質(zhì)心上的載荷為1470N 連接軸長(zhǎng)為L(zhǎng)=576mm，直徑D=10mm 材料為ST12。 M1 M2 M3 圖5.5 連接軸力矩示意圖 則連接桿受力為 受力分析得，連接軸只受人體切應(yīng)力。根據(jù)靜力學(xué)關(guān)系有切應(yīng)力公式： (5-1) 切應(yīng)力值與材料性質(zhì)無(wú)關(guān)，只取決于內(nèi)力和橫截面形狀。當(dāng)時(shí)，切應(yīng)力最大，得出上式。 式中 Wt—抗扭截面系數(shù)，—截面扭矩，—最大切應(yīng)力。

66、 對(duì)于圓桿，有實(shí)心圓截面可得 (5-2) 帶入數(shù)據(jù)整理得，。 綜上所得，連接桿上的應(yīng)力小于ST12鋼的拉伸極限340MPa,滿足強(qiáng)度條件。 2.靠背下橫梁受力分析 橫梁中心受力垂直紙面向里為F,焊接點(diǎn)受力垂直紙面向外⊙為 圖5.6 連接軸力矩示意圖 下橫梁材料為Q215-A（普通碳素鋼）抗剪強(qiáng)度為270—340，抗拉強(qiáng)度為340—420，伸長(zhǎng)率為26—31，屈服強(qiáng)度為220 圖5.7 下橫梁剪力示意圖 設(shè)F為1000N，根據(jù)公式5-1得到 ，得到 則該橫梁符合強(qiáng)度要求。 5.7 滑軌強(qiáng)度計(jì)算 1.與鎖止機(jī)構(gòu)相連接的是內(nèi)導(dǎo)軌，鎖止塊截面積 根據(jù)公式 (5-3) 式中—剪切力，Q—所受沖力，A—截面面積 有， 根據(jù)材料ST12鋼的極限值計(jì)算鎖止塊所能承受的沖力為：