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座椅
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座椅設計,座椅
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座 椅 設 計一、 概論汽車座椅是汽車內飾的重要部品。她能保證車內乘客安全使乘客靜態時保持一種最少疲勞的姿勢行駛時享受最舒適的乘坐感覺。作為駕駛和休息用的汽車座椅將被提出越來越高的要求。 乘坐性 汽車座椅乘坐性的評價分為靜態乘坐性和動態乘坐性。 靜態性能應該考慮人體最終安定姿勢、體壓分佈及緩衝性三個要素。 座椅的尺寸、形狀、角度的設計應依據人體乘坐時最舒適的安定姿勢及 體壓分佈。 動態性能必須採用小於人體共振振動數附近振動傳達率以及設定彈簧定數及阻尼特性。 操作性為對應乘員的體格差異及操作姿勢的喜好與變化，保持駕駛過程中的安定姿勢，座椅使用了各種調整機構以改善可操作性。其中包括：滑槽、前后升降機構、仰臥器、頂腰機構、頭枕機構等等。為了方便操作，各操作機構都已開始向電動方向發展。 安全、耐久性座椅的安全、耐久性是至關重要的。座椅設計時，首先要設定各種安全基準，以保護行車時乘員的安全及撞車時減輕對乘員的二次傷害。也就是說，在設計零件時就要考慮零件的工藝與選用的材料是否能滿足座椅的強度和耐久。如：材料是選用SAPH400還是SPHC，成型時是否需用加強肋加強； 鉚釘是用車製或用锻打，是否存在應力集中，是否需要熱處理等等。 美觀性造型美觀性是一種時尚，使乘員在車內有心理上的舒適性，要求在配置座椅表皮的觸感、色調、層次及造型上有獨具匠心的個性化設計。 經濟性座椅是汽車零部件的高價物品。在汽車座椅的設計中應努力向標準化、共用化、自動化方向發展，以減少勞動密集型產品，降低成本。 輕量化車輛的輕量化是發展的一種趨勢。主要是以高強度的樹脂材料代替高張力鋼板來推動其前進。二、 座椅的基準系統 1. OY平面為汽中央縱平面(左右兩輪之中央)2. OX平面與OY平面垂直(約通過前輪中心連線)3. OZ平面與OX、OY平面垂直(約通過前輪中心連線) 如圖： 4. 對於不同的汽車廠有不同的基準座標系統，一般在設計初期階段由汽車廠給定。 YL座標系 國際座標系 FORD座標系三、 人機工程學的運用汽車座椅是充分運用人機工程學的綜合體。人的個體因種族、地區、營養的差異而變化很大，汽車設計時不可能面面俱到，造成很大浪費，一般設計中會照顧到90%的使用者。90%的使用者是依據成年人的人體尺寸和統計數據得出的。如男子的身長，其均值=1688.25mm，標準差為81.83mm設計時我們對男子的身長取1.645，即15441822.5 表一作為界限的兩數值在左列兩數範圍內之數值占總數之百分比在左列兩數範圍外之數值占總數之百分比0.674550%50%1.00068.27%31.73%1.64590%10%1.96095%5%2.00095.45%4.55%2.57699%1%3.00099.73%0.27%3.29199.9%0.1%3.89199.99%0.01%4.00099.9936%0.0064%4.89299.9999%0.00001% 表二 大陸地區人體基本尺寸序號測量項目男女均值/mm標準差/mm均值/mm標準差/mm1身 長1688.2581.831588.1751.292腿 高1585.3261.611480.2576.023肩 高1420.9854.351320.2660.984座 高896.5336.12848.5231.585座姿腿高7947436肘到座平面245.2341.81238.6325.637上肢前伸長837.7836.81784.5037.988拳前伸長730.8747.07688.8436.799大 臂 長296.2116.36260.7419.7910小 臂 長247.0813.22225.9317.0311手 長192.539.46179.009.5212肩 寬426.3220.35391.7121.6713臀 寬333.7522.62394.7123.9914下肢前伸長1015.9158.91976.7950.8415大 腿 長422.4828.44409.2135.3916小 腿 長401.3421.57368.6022.2117足 高70.695.4665.786.9418膝臀間距550.7827.49527.7731.2819大腿平長422.9223.31731.7630.3420膝上到足底515.0824.67479.8923.6121膝臀到足底405.7919.49382.7720.831. 椅背人機工程的研究表明在力學與生理因素的影響下椅背的重要性要超過椅面。通常設計使椅背和下肢平行或稍有角度，保持身體微S形。座面高於或低於40公分的椅子腰不易發酸，可以降低疲勞；靠背愈斜，休息度愈高，背面傾斜超過115時，頭部應該有東西支撐。2. 座高l 為了避免大腿(股部)受壓過重，座椅前端的高度不應高於地板至大腿的高度。l 座下後腳跟應該著地。l 大腿後面任何部分都不應該受到壓力。l 足部可在必要時可任意向前後、左右方向移動。l 大腿上半截與椅子座面接觸以保持身體平衡。3. 座深理想座深不能超出一般平均的大腿長度，以能容納大腿長度之80%至全部為宜。4. 座寬 個人座椅的寬度需要410mm440mm。整排座椅的寬度設計必須考慮相鄰兩人肘部的碰觸。座面前端寬度要比後面大，使坐下時依生理常態，兩腿自然向外微開。5. 扶手扶手離座面距離在24公分為宜。 四、 關於H.P點HP點是人體按自然狀態坐於座椅上髖關節位置，是人機工程證實最為舒適的位點，它是座椅展開設計的重要條件。HP點的測定狀態：l 滑槽處於最後段l 仰臥器處於設計狀態l 前後升降機構均處於最下點影響HP點的因素:1. 前后方向l 滑槽在最後段的位置錯誤l 滑槽與座墊的裝配孔位(滑槽的孔位錯誤，座墊的孔位錯誤)。l 椅背墊部形狀錯誤 (如圖示)l 旋轉中心位置錯誤。2. 上下方向 形狀太凹或太凸l 滑槽前後腳架高度錯誤l 座墊靜撓度特性不良 (S形彈簧彈力特性不良、泡棉特性不良)l 表皮材料的延展特性錯誤3. 椅背角度l 仰臥器設計角度不良l 背泡棉軟硬度不良l 背部S彈簧彈力特性不良l 表皮材質延展特性不良1五、 座椅的結構2734456 1.枕頭 2.背骨架 3.泡棉 4.仰臥器 5.升降機構 6.滑槽 7.皮套 座椅總成一般有以下幾大部件構成：1. 枕頭 支持頭部，沖擊時保護前後乘客的頭部免受二次傷害。2. 背骨架 剛性連接體，起支撐背部的作用。同時也是背部一些功能的載體，如安全頭枕、頂腰機構、Massager等。3. 泡棉 泡棉是影響乘客乘坐舒適性的重要部件，目前的泡棉設計已充分利用了人機工程學的成就，同時泡棉也由先前的單一硬度發展為雙硬度。今後，泡棉的設計仍舊是乘坐舒適性改良的重要方面。4. 仰臥器總成 仰臥器是連接座和背的重要部件，屬於重保部品。現在的仰臥器多采用雙仰臥器結構，以確保安全。現在的仰臥器有很多種樣式，如行星式，外齒式，內齒式，齒條式等等。仰臥器是精密部件，成本較高，今後主要以共用化為設計方向。5. 升降機構 升降機構主要功能是調節座椅椅面的高低和椅面角度，目前可分為二項升降和四項升降。6. 滑槽機構 滑槽機構以調節座椅前後位置為目的。因為其連接車身，故在強度上要求越來越高，特別是將安全帶的固定點移到滑槽上後。現在各大滑槽生產廠都在致力於共用機構的規劃設計，以最大限度降低成本，提高產品通用性和共用性。7. 皮套 座椅的皮套是座椅的外裝飾，分為絨布、仿皮及真皮。隨著人們審美要求的提高，外裝飾材料的質地、紋理、色彩和觸感等在設計中的運用應得到充分考量。六、 設計展開 在一些座椅設計中，條件由中心廠會給定，並依據此進行拷貝開發，此種可能非常小，相對也比較簡單；因為各座椅廠都正致力於共用化設計的研究，以求降低開發成本，所以大部分座椅設計中，會考慮共用現有機構，新設部分零件以達到裝車的要求。我這裡要談的是如何從較少的條件入手，進行整張座椅的研發。例如：條件為給定裝車座標和HP點。 既然條件這樣少，調研是必不可少的。首先我們應該確認這種車型是針對哪一個地區生產的，將這一地區的使用人群特徵與AM或JM標準作比較，取得人體基本尺寸的均值和標準差作為後續設計資料。 將中心廠給定的裝車坐標和HP點的位置輸入電腦，建立裝車量具實體檔案，作為後續設計的基礎平台。 建立完量具以後就可以進行一些基本尺寸的確定。首先依據前後裝車點的距離確定滑槽距，一般滑槽距依現有的共用件可選擇420mm或440mm，當然也可根據要求新設，一般不小於410mm，不大於460mm為宜。 確定完滑槽距後，接著可確定滑槽的傾斜角度。根據經驗值，滑槽的傾斜角度一般在38，可選擇5.5進行設計。 如上圖，在確定人體乘座舒適性時泡棉的厚度是非常重要的，一般要求HP點至座底板的高度在150mm以上，兩側距座底板凸緣垂直距離在30mm以上，決對距離40mm以上，中央泡棉厚度100mm以上。(注意：上圖斷面形狀在HP點下方50mm以內範圍)雖然此時得到的座底板底部尺寸允許範圍比較大，將剩餘尺寸依據零件特性、成型特性、裝配工藝要求合理分配，全面確定高度方向的尺寸已經是完全可能的。尺寸主要分配於前後裝車支架，前後座板支架。需要注意的是前後座板支架的高度要能同時滿足前後升降的要求。 人體軀幹線 ( TORSO LINE ) 與基準平面成 25角。TORSO LINE 到背景中泡棉尺寸約為110mm130mm，但背的位置直接影響後座空間，在設計允許的情況下，盡可能的使背靠前。 背的位置確定完後，接著可設計仰臥器的位置。仰臥器的位置沒有很嚴格的要求，只要位置合適，相關零部件不需進行特殊設計即可。 仰臥位置確定後，滑槽的相關位置也是確定的，滑槽的裝車角架也最終得到確定。 以上過程實際上是一個設計LAYOUT的過程。在前座設計中應注意的是座椅總成是否會與車門板干涉，內側是否會與CONSOL干涉，電動馬達機構是否會與底盤干涉。 後座設計較前座要簡單的多，基本方法同前座。後座的難點是座背泡棉與車身相配。後座的特點是有中央扶手，後背分為大背、五五背、四六背、三七背等不同型式。 座椅的要求與規範 ( 日產規格 參考 )1. 頂上間隙：後座面到頂蓋之距離無負荷時C850，75Kkg時C9002. 前座位墊與地板段差：商用車：H280 乘用車：H1203. 確保仰臥器操作把手與門飾板的最小距離為45mm以上。4. 確保仰臥器操作把手於上下車時不會勾到大腿和衣服裙子等。5. 於椅背架前後方向施加147N(15kg )負荷時，椅背架的撓度為20mm以下。6. 於座背橫方向施加147N (15kg )負荷時，椅背架的撓度為20mm以下。七、 零部件設計與重點枕頭組合1. 枕頭:襯套背骨架枕頭導管 枕頭系統 枕頭組合的功能：a. 當被從後追撞時，可防止頭部後傾，用以保護頭部。b. 當被從後追撞時，可緩和頭部後傾運動，用以吸收沖擊。c. 對頭提供支撐，籍以提供舒適姿勢。d. 使形狀獲得保持。e. 當沖撞前方時，籍以吸收後座乘客之頭部衝擊。 頭部支撐形狀設定：a. 頭枕推薦區的設定：如圖示： 座位面基準點及推薦區b. 頭部支撐形狀設定在枕頭中其頭部支撐形狀PQ弧線之設定必須滿足下列條件： l P點是相對於汽車線之60度直線，與頭部支撐枕頭X截面之接點。l Q點是相對於汽車線之90度直線，與頭部支撐枕頭X截面之接點。l P點須設定於A區內。l Q點須設定於B區內。+c. 設計項目l 枕頭相關外形尺寸 左圖所示之座椅組裝狀態及 投枕單體型態之外形形狀相 關尺寸基準，如下表。枕頭 中心距座椅中心偏差在10 設計基準尺寸 出口國日本北美澳洲歐洲上下可動最上層前端A750A750A750A780前端以外A715A715A715A765最下層前端無規定無規定A715A705前端以外無規定無規定A715A715上下固定前端A750A750A750A780前端以外A715A715A715A765單體尺寸高 度B110無規定B110B135寬度隔離板EorF95GorH190GorH190EorF95坐 墊EorF95GorH270GorH270EorF95與座椅靠背之間隙尺寸可動式無規定無規定無規定C20固定式無規定無規定無規定C40枕頭必須如圖2所示之設計使頭部有個側向的支持即于汽車縱向中心線015之角度從后方沖擊而來也能确保安全圖二 枕頭之邊緣半徑必須大於5mm 枕頭導桿 a. 材質 ASE 1018 8 10mm STKM13A 12.7*1.6t或2.0t Cr11S C = 159 B = * 0.5 * 為基準尺寸，一般為150 A = (*+2)2 175。 一般枕頭可升高80mm，步距為20mm。 最終位卡槽形狀 一般位卡槽形狀 枕頭導桿下端必須要倒 C角，且不可有尖角和 毛頭 枕頭導桿拉至最高時，剩餘導桿長度必須超出塑膠導桿30mm 以上。 上下前後可動式枕頭架 (NISSAN標準)部位枕頭規格骨架形狀尺度枕頭外形可對應形狀ABCDEFLSQWH前座椅用標準形狀可手動59.6180.29.82541241.626619055281.638.16125.8165.8標準形狀可電動59.6210.29.82541241.629619055281.638.16125.8165.8後座椅用標準形狀可手動59.6140.29.8.2541241.622615055281.638.16125.8165.8標準形狀可電動59.6210.29.82541241.629615055281.638.16125.8165.8 枕頭的厚度條件 為了確保枕頭的整體剛性，從骨架到外形之厚度條件必須確保。最小厚度尺寸(mm)A20以上
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