座椅设计及其碰撞安全性分析和匹配

毕 业 设 计（论文）学生姓名： 范文东 学 号： 110505105 学 院： 机械工程学院 专 业： 车辆工程 题 目： 座椅设计及其碰撞安全性分析和匹配 指导教师： 段鸿杰 评阅教师： 2015 年 5 月 20 日河 北 科 技 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 成 绩 评 定 表姓 名 范文东 学 号 110505105 成 绩专 业 车辆工程题 目 座椅设计及其碰撞安全性分析和匹配指导教师评语及成绩指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见学院答辩委员会主任： 年 月 日毕 业 设 计 中 文 摘 要摘要随着人们生活水平的提高，汽车产业化的普及，汽车已经走进千家万户，汽车座椅作为汽车内饰的重要组成部分，如今已经不只是简单的满足人们乘坐的需要，而是扩展到人体工程学的领域，对汽车座椅的安全性和舒适性提出了更高的要求，汽车座椅的研究与开发已经逐渐的成为当今汽车领域研究与开发的重点 【1】 。本文是基于一款普通的老式的桑塔纳汽车为例，对汽车座椅进行研究和分析，通过车型参数，选定汽车座椅为研究对象，本文的重点是:完成对汽车座椅的结构设计及基本参数的计算，同时对座椅的关键零部件滑轨，底座，调角器，靠背，坐垫等）进行设计和分析，在完成座椅的同时利用有限元分析软件对座椅的关键受力部件进行静力学分析，为汽车座椅的安全碰撞实验提供一定的依据。关键词：座椅；参数设计；静力学分析；有限元分析毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Automobile seat design and collision safety analysis and matchingAbstractWith the improvement of peoples living standard,the popularity of the industrialization,car seat as an important part of automobile interior trim,now is not just a simple meet the needs of the people aboard,but extended to the field of human body engineering,to the safety and comfort of a car seat higher requirements are put forward,the research and development of the car seat has gradually become the focus of todays automobile industry research and development.The article is based on a plain old santana cars for example research and analysis was carried out an the car seats,through the model parameters,the selected car seat as the research object,the focus of this article is :complete the structure design and calculation of basic parameters of car seat,the key parts of the seat slide rail,the base,illustrates,back of a chair,cushion etc,design and analysis,upon completion of the seat as the same time by using finite element analysis software statics analysis was carried out on the seat key mechanical components ,for the safely of the car seat collision experiment provide a basis.Key words: The seat Parameter design Statics analysis目录1 绪论 .11.1 汽车座椅介绍 .11.2 课题研究背景和意义 .21.3 国内外研究现状 .21.4 汽车座椅的碰撞安全性 .31.5 本课题研究的意义 .41.6 本文研究的主要内容 .42 汽车座椅的设计 .42.1 汽车座椅的设计要点 .42.2 汽车零部件设计要点 .62.21 靠背 .62.22 汽车座椅坐垫 .72.23 座椅骨架 .72.24 头枕 .82.25 泡沫 .82.26 面套 .82.27 调角器、滑轨等调节机构 .92.28 塑料和装饰部件 .93 座椅外形尺寸参数的确定 .93.1 人体尺寸的分析和研究 .103.2 主要外形参数和 R 点的确定 .113.3 汽车座椅 R 点的确定 .124 汽车驾驶员座椅骨架结构设计 .124.1 本课题所设计的座椅骨架主要结构尺寸 .134.2 汽车座椅调节机构的设计 .144.3 安全带方案的确定 .164.4 汽车座椅坐垫材料 .165 汽车座椅弹簧的设计 .176 汽车座椅零部件分析 .186.1 分析方法的确定 .186.2 汽车座椅靠背的有限元分析思路 .196.3 汽车座椅头枕的有限元分析思路 .196.4 汽车座椅滑轨底座分析 .20结论 .21设计心得 .22参考文献 .24本科毕业设计 第 0 页 共 25 页1.绪论1.1 汽车座椅介绍（1）汽车座椅是汽车内部装饰部分的一个重要组成部件，以驾驶员座椅为例，汽车座椅由以下零部件组成：头枕，调角器，滑轨，坐垫骨架，靠背骨架，泡沫，面套，调节机构，塑料装饰品等 【2】 。汽车座椅的结构组成图如图 1所示。（2）汽车座椅根据其使用的位置可以分为三类：前排座椅，中排座椅，后排座椅。在这三类汽车座椅中，前排座椅一般是驾驶员座椅和副驾驶员所乘坐的座椅，中排座椅一般分为单人独立座椅、双人连体座椅或者是六分之四座椅，后排座椅一般分为三连体座椅或者是五分之五座椅 【3】 。（3）目前，在我们国家与汽车座椅有关的国家强制性标准法规主要有：汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和实验方法（GB15083-2006） ；汽车座椅头枕强度要求和实验方法（GB-1550-2009） ；汽车安全带安装固定点（GB 14167-2006） ；乘用车正面碰撞的乘员保护（GB 11551-2003） ；汽车侧面碰撞的乘员保护（GB 20071-2006);机动车运行安全技术条件（GB 7258-2004)。本科毕业设计 第 1 页 共 25 页1.2 课题研究背景和意义近年来，随着生活水平的提高，汽车消费也日益普及，汽车已经慢慢的走进了千家万户，人们的汽车的了解也不是止步于外观，价格等方面，而是趋向于汽车安全，舒适，节能，环保等性能方面的了解，同时也对这些的要求不断的提高。汽车座椅作为汽车内饰的重要组成部分，它直接与驾驶员接触的部件，越来越受到人们的重视。人们在选购汽车的时候，着重考虑的两个因素，一个事汽车的外形，另一个则是汽车座椅的设计特点，由此看出汽车座椅在当今汽车行业竞争愈加激烈的环境下是多么的重要 【4】 。汽车座椅代表着汽车的 价值，这个价值不仅体现在汽车座椅的外观，而且还包含了沉厚的感情色彩，那就是它对驾驶员的安全负责的态度，因为这样，在生产汽车的初期，科学家们就从消费者的位置开始考虑座椅的研究与开发，在开发设计座椅的同时，科学家从消费者的需求出发，给汽车座椅加载一些新的功能，提高座椅的品质，就是为了给消费者提供一个更加舒服，安全和快乐的乘坐体验。目前高品质的汽车座椅已经成为汽车设计人员表达汽车个性化风格的一个考量标准之一，同时也是保障汽车安全性能的一部分。美观，安全，舒适的汽车座椅往往会成为一款汽车的一大卖点和亮点。1.3 国内外研究现状国外的汽车座椅发展研究非常的早，它是伴随着汽车的诞生而开始的，经历了很久的时间，有几百年的历史，发展相当的成熟，在座椅研究及其安全方面，国外的安全标准和法规随着时间的推移也变得相当的完善，因为我们国家的汽车行业起步比较的晚，所以我们国家的座椅安全性法规标准就是参考借鉴国外的标准法规制定而成的。比较国外汽车座椅的研究现状，由于我们国家汽车工业发展的比较晚，汽车座椅的研究和开发比较落后和迟滞，从根本上来说，我们国家的座椅研究开发是从 20 世纪 80 年代开始的，由此看出我国的座椅研究和开发还有很长的路要走，虽然起步的比较晚但是经过几十年的发展，目前我们国内已经有很多座椅生产厂家，虽然说是借助了合资的优势，掌握了一部分的生产技术和一部分外观设计，但是在自主研发的前提下还是进步比较缓慢，本科毕业设计 第 2 页 共 25 页自主研发还是停留在起步阶段。落后的设计水平是阻碍我国汽车座椅发展的一个重要因素，我们国家还是需要加大力度进行资金投入和人才投入，只有这样我们国家的座椅发展才能进一步的提高，才能研究和开发出适合我国生产现状的座椅设计和生产方法。目前汽车座椅在国际上的发展方向和发展分类：电动座椅，悬挂座椅，记忆座椅，轻量型座椅，悬浮式座椅，安全座椅，薄型座椅【5】 。随着汽车行业的高速发展，人们对汽车座椅提出的要求也会越来越高，为了跟上汽车的发展速度，在研究和设计汽车座椅的道路上还是任重道远，未来汽车座椅将会向多功能化，环保化，智能化方向发展。汽车座椅的设计就是从一下三点来着重考虑并且进行设计的：安全性、可靠性、舒适性。在这三点的基础上进行相应功能的添加和设计。汽车座椅按照类型可以分为豪华型、经济型和普通型，这三种类型的匪类这要就是在汽车座椅的功能和所设计汽车座椅所需要的材料的的选择来区分的。在如今汽车座椅产业告诉发展的情况下，各个制造商也是相互借鉴，取长补短，当然在这其中也有形成自己独特风格的座椅产家，这对于汽车座椅行业也是比较常见的现象【6】 。1.4 汽车座椅的碰撞安全性随着汽车的保有量的日益增加以及交通运输空间的日益狭窄，汽车安全性已经成为汽车生产和使用部门的高度重视，近年来，交通事故频发，很多都是由于汽车正面碰撞过程中，汽车座椅的不安全性造成的，座椅安全也逐渐被科学家们列为汽车座椅生产的重要考虑因素，座椅安全性是指汽车座椅能够有效的防止汽车事故的发生，并且在发生交通事故时能够有效的减少事故对驾驶员及其乘客造成的伤害，根据座椅碰撞事故发生时候和发生之后对乘员减轻伤害的不同程度可以把汽车座椅安全性分为主动安全性座椅和被动安全性座椅这两个方面。汽车座椅在正面碰撞过程中，汽车座椅的靠背，头枕和安全带承受着很大的力量，在设计座椅的时候要着重考虑 【7】 。汽车座椅在正面碰撞过程中，由于有安全性座椅的支持，乘员能够极大的减少不必要的伤害和事故，在完成整个座椅的设计之后，要根据受力分析着重的考虑各个组成零件的受力分析，本科毕业设计 第 3 页 共 25 页在分析的时候，要根据国家座标准法规来进行支持，在受力分析的过程中，根据不同受力结果进行安全性的分析和匹配，以满足汽车座椅的碰撞安全性。1.5 本课题研究的意义本课题依照汽车座椅的相关法规要求，根据汽车座椅的设计流程和设计思路，对汽车座椅的成体结构进行分析和设计，通过运用 UG 软件辅助设计汽车座椅的三维模型，运用 I-deas 软件对汽车座椅进行有限元分析，对比老式桑塔纳汽车座椅的结构形式，设计出一款兼备大众型、经济型的新款座椅。1.6 本文研究的主要内容本文旨在对汽车座椅结构有一个更加深入的了解和分析，前期对汽车座椅进行全方位的了解和分析，对汽车座椅的各个参数进行优化，参照不同汽车座椅的结构参数，根据实际问题进行自我设计分析和研究，已达到对汽车座椅的深刻了解程度。利用 UG 三维模型等工具对所设计的座椅