拖拉机安全舒适座椅设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 编号（学号）： 12254013 毕 业 论 文 （设 计） （ 2012 届本科） 题 目： 拖拉机安全舒适座椅设计 学 院： 工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2013 年 6 月 4 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 毕业论文 (设计 )任务书 论文 (设计 ) 题目 拖拉机安全舒适座椅设计 下发任务日期 生姓名 指导教师 教授 一 . 论文（设计）主要内容 对座椅的设计包括总体设计和部分零部件的设计，总体设计包括对座椅的设计最优方案选择、座椅设计内容的确定；部分零部件的设计可分为座椅底座设计、座椅靠背设计、座椅减震系统设计。利用件对减震系统的截锥螺旋压缩弹簧进行分析，得出它在受到载荷时应力的分布、共振频率，然后根据这些数据指导座椅的设计。并且建 立人 座椅模型来模拟驾驶员的工作状态，得出座椅的仿真运动，以此指导座椅的设计内容。 二 计）的基本要求 要求尽量收集第一手资料，资料要真实、可靠、有代表性。 2 资料的整理与分析： 要求条理清晰，数据分析详尽。 3 查阅相关文献： 要求贴近主题，有参考价值。 4 认真撰写论文，字数在 10000 字以上。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 键入文字 键入文字 键入文字 三 计）工作进度安排 阶段 论文（设计）各阶段名称 日期 1 座椅在国内外的研究现状的资料收集 查阅相关文献 座椅总体设计 撰写论文初稿 集合总体设计，对座椅的零件进行设计 论文完成 注： 四 导教师指定） 1、 拖拉机驾驶座椅的人机工程学设计 文献 2、自动控制原理文献 3、拖拉机座椅系统动态舒适性的设计综述研究资料 说明：此任务由指导教师填写一式两份，一份发给 学生，一份发给指导教师留存。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 沈阳农业大学毕业论文（设计）选题审批表 选题名称 拖拉机安全舒适座椅设计 题目来源 指导老师提供 学号 12254013 姓名 余东 专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 张本华 职称 教授 研 究 内 容 构设计。 构设计。 研 究 计 划 书馆和指导老师处收集与拖拉机座椅安全舒适设计相关的文献资料，对这些文献资料进行筛选、归纳，总结自己 所需要的文献资料。 优方案选择、零部件设计，及其减震系统的设计。 照任务说明书对座椅的零件进行校核。 核。 整个设计进行论证。 特 色 指 导 教 师 意 见 教 研 室 意 见 学 院 意 见 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 键入文字 键入文字 键入文字 毕业论文（设计）指导记录 学生姓名 余东 专业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 张本华 职称 教授 本年度指导毕业生人数 论文（设计）题目 拖拉机安全舒适座椅设计 时间 地点 指导内容 学生签字： 年 月 日 指导教师签字： 年 月 日 教研室主 任签字： 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 沈阳农业大学毕业论文（设计）考核表 论文题目： 拖拉机安全舒适座椅设计 姓名： 余东 学号： 12254013 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师评语： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 键入文字 键入文字 键入文字 指导教师（签字）： 年 月 日 评阅人评审意见： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 评阅人（签字 ）： 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 键入文字 键入文字 键入文字 答辩委员会意见： 主任委员（签字）： 年 月 日 注：答辩委员会意见除填写简要评语、给出成绩外，还要提出是否授予学位的建议。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 中文摘要（关键词） 1 2 前言 3 1 拖拉机安全舒适座椅总体设计 4 拖拉机安全舒适座椅理论设计思路 4 座椅的设计内容 5 座椅设计方案比较 5 座椅采用普通压缩弹簧与座椅采用截锥压缩弹簧方案比较 6 座椅采用整体式与座椅采用框架式方案比较 10 2 拖拉机座椅零部件 设计 12 座椅底座设计 12 座椅底座主动振动仿真分析 12 座椅底座高度、 宽度 、长度、倾角的尺寸设计 15 座椅靠背结构设计 16 座椅靠背宽度 、高度、倾角尺寸设计 16 3 拖拉机座椅截锥螺旋压缩弹簧分析 19 截锥螺旋压缩弹簧实体模型的建立 19 截锥螺旋压缩弹簧静力分析 19 截锥螺旋压缩弹簧的自振频率计算 21 4 结论 22 参考文献 23 致谢 25 附录 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 拖拉机座椅是拖拉机驾驶员工作的第一环境，以往的拖拉机座椅都是直接采用座垫保证座椅 的安全舒适，但本篇论文是通过对拖拉机驾驶员的身体几何尺寸的分析，设计出拖拉机座椅的合适座椅底座宽度，座椅底座长度，座椅底座高度，座椅靠背宽度，座椅靠背高度靠背与座椅底座角度及座椅底座自身角度。利用 定座椅整体及零部件尺寸；利用 定部分零部件的精确尺寸及装配条件；在整个设计过程中，对于座椅最重要的零件截锥弹簧，采用 过 载、求解、结 果分析等的过程，并与理论解进行比较，判断求解精度 ; 利用 前馈型自适应控制系统 的最小均方值算法 ,对座椅振动实施主动控制 ,以改善座椅的动态舒适性。建立六自由度人体 座椅系统模型和主动振动控制系统模型 ,并在 进行仿真。 关键词： 设计；模拟绘制；静力分析； 主动振动控制仿真分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 is to In of s of of to s of AD to of to In is to s of on of of in to up of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 前言 驾驶座椅设计的良好与否直接影响着驾乘者的健康。长时间坐在拖拉机座椅中，若是脊椎得不到应有的支持，则腰部就会因弓弯而造成椎骨、椎盘、肌腿的负荷，进而导致慢性肌肉疲劳并产生酸痛 ;再加上长时间维持相同坐姿，还会造成脊椎压力过大而导致椎间盘突出，若是压迫到神经，容易发生麻痹的想象。然而，在驾乘拖拉机的过程中，脊椎除了不一 定保持停滞状态外，也会跟着路况的变化而改变，这些情况下，脊椎的变化也就更加复杂，其所导致坐姿不良的状况，会引起腰酸背疼或慢性的肌肉发炎，加上拖拉机工作环境比较恶劣，所以驾乘拖拉机时，对人体健康影响很大 1。 拖拉机座椅是影响驾驶与乘坐舒适程度的重要因素。舒适而操作方便的驾驶座椅 , 可以减少驾驶员疲劳程度 ,降低故障的发生率，拖拉机驾驶员座椅设计优劣与否直接关系到驾驶质量 2。 拖拉机中的座椅是人与车接触的界面 ,人们驾驶拖拉机的舒适性主要与座椅有关。随着科学技术的发展和生产力的提高 ,人们对工作、生活、休息质 量的要求不断提高 ,以前的那种从拖拉机座椅到拖拉机座椅设计模式已不能满足日益丰富的工业产品的生产以及广大消费者对它的期望 3。 这就要求拖拉机座椅设计者在设计产品的时候能充分将人的因素、产品使用的环境因素甚至整个社会的文明文化合理地、科学地运用其中。在设计中必须始终将人的因素贯穿在整个设计的始终。技术的发展要围绕人的需求来展开 ,产品和环境的设计要更好地适应和满足人类的生理和心理的特点 ,这已逐渐在产品的设计生产者和消费者中形成共识 4。 因为靠背主要是驾驶员放松时用来承载力的，所以座椅靠背设计宽些 5。 现 代的工业设计师意识到 :产品是否能够被用户接受及被接受的程度不但取决于产品的市场因素如技术特征、价格和服务 ,而且越来越多地取决于产品的外观造型和人机工程学设计 6。随着我国农业机械化的提高，越来越多的拖拉机已走进千家万户。拖拉机座椅设计的好坏直接影响着驾驶员身体的健康状况。因此设计出一种能够适合我国广大拖拉机驾驶员的拖拉机座椅意义很大 7。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 1 拖拉机座椅总体设计 拖拉机安全舒适座椅 理论 设计思路 拖拉机座椅安全舒适设计原理：通过一套从座椅底座到座垫的减震装置使拖拉机在行驶时，将拖拉机 自身及其外部对拖拉机作用产生的震动消除，通过拖拉机座椅左边的拉杆向里压，使座椅底座和座椅靠背连接处空套连接，这时就可以调节座椅靠背的倾角，此外，通过调节座椅在滑道上前后位置以满足体型不同的驾驶员，对座椅进行四向调节，使驾驶员舒适驾驶；在驾驶过程中，在座椅两侧加上挡板，避免拖拉机侧翻将驾驶员压住，使驾驶员安全驾驶，座椅初步设计图 1，如下 图 1 座椅整体设计 拖拉机座椅的设计要考虑静态和动态性能要求 8。一个 舒适的 拖拉机座椅要求如下 : (1)座椅底座 应该提供一个舒适的 坐 姿和控制 姿势 。 (2)它应该降 对 低 操 作 员 的 机械冲击和振动。 (3)它应该 稳固 操作员 并 提供容易 控制 机器 的作用 。 (4)它 的 位置相对于拖拉机 ,为驾驶员 提供足够的视野 ,让 驾驶员 安全 快速 的完成工作。 (5)座椅底座 支持大腿的重量和上身 ，座椅底座和座椅靠背须 支撑体重大部分。 图 2 股骨在正常位置的缩略图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 (6)一个 好座椅 应该支持脊柱姿势接近正确的曲率 （图 2） 。不应该是软的靠背调整到后面 ,防止疾病。 (7)座垫 前 面的膝盖和 臀部 肌肉应该去改变 驾驶员 的位置 ,这样 来缓解压力和 对肌肉的挤压 。 (8)拖拉机座椅 能为 身体在连续 工作时间内提供舒适环境 。这就要求调整 座位 以适应 不同的人群 。 拖拉机上 发生的 大量的 运动 都是由 驾驶 员 用 不同的身体 部位承担 26。其中一个例子是 转向的拖拉机 ,座椅 和控制机器 的 执行和操作离合器、制动器、液压控制杠杆 有一定的运动时间差，这时，这些不同的机构分别将运动作用给驾驶员的臀部、腿等不同身体部位。而拖拉机 座椅 是影响这些组成部分之一的 因素，拖拉机座椅 设计可以用来作为一种手段来修改荷载结构 来 减 轻 操作人员身体的不适。尽管 拖拉机处于振动的动态环境中，但 农业拖拉机 的 驾驶要求 驾驶员 维持一个稳定的姿态 。可以发现舒适的拖拉机座椅上的 应变对拖拉机 驾驶员 在运行过程中 产生 的 作用，与传统拖拉机座椅相比： 人体能量消耗将会减少 13 - 29%来 进行 驾驶拖拉机 。结果表明 , 提高正确设计的拖拉机 安全舒适座椅对保证驾驶员的 工作效率和舒适的操作 有很大的帮助， 进行各方面的主观试验 拖拉机座椅 设计 ,从而使 它适合不同的环境 27。 座椅的 设计内容 座椅的设计内容主要是从座椅机构和座椅结构这两个方面考虑，主要内容： （ 1）在座椅底部与座椅靠背连接支撑杆上加上一个拉杆机构来将靠背调整一定的角度，适应不同的人群，使拖拉机驾驶员以舒适的姿势进行操作。 （ 2）在座椅底部即承载驾驶员重量的下方采用网状支架，不仅可以在拖拉机震动时，均匀承载，缓慢卸去受力，使驾驶员有震感，而不会出现不舒服的感觉，从心理上设计可以提高驾驶员的注意力。此外，采用这种结构还可以减少座椅的材料及其制作费用，降低座椅制作的成本。 （ 3）座椅靠背采用下宽上窄的结构，驾驶员在操作过程中 腰部和背部受力较大并且不均匀，靠背下方的部分将卸去大部分冲击， （ 4）座椅底部盘向后倾斜一定角度。 （ 5）座椅底部采用凹面形式，使驾驶员在座椅上不易打滑。 （ 6）座椅靠背与座椅底部形成一定角度。 （ 7）座椅靠背采用凹面形式，使驾驶员腰部和背部较为均匀的接触。 座椅设计方案比较 座椅的设计主要分为两个部分：座椅机构设计和座椅结构设计。座椅机构设计中最重要设计之一是座椅底座设计，座椅底座是拖拉机驾驶员第一工作环境，对驾驶员的操作有着第一影响力的作用，设计出安全舒适的座椅从座椅底座的安全舒适出发就很重买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 要 了。由于拖拉机的振动较为剧烈，对于座椅舒适性的设计，结合大学所学的知识，我采用了弹簧减震元件，但弹簧种类不同，其性能差异也比较大，因此，结合弹簧中的两种类型进行全面分析，做出最佳弹簧方案的选择。对于现代工业来讲，各种机械之间互换性配合是很重要的，而装配时，由专业技术人员装配和出厂后的装配在整个装配精度上有时会相差很大，对座椅的安全舒适性就会产生巨大影响，因此，对于座椅结构设计采用座椅整体装配出厂和零部件出厂的方案进行全面分析，选择最佳方案。 座椅减震弹簧采用圆柱压缩弹簧与座椅采用截锥压缩弹簧方 案比较 （ 1）圆柱压缩弹簧 弹簧的材料参数为 9： 弹簧采用油淬火回火碳素弹簧钢丝 E 弹性模量， 2a 泊松比， 材料密度， 7800kg/柱压缩弹簧 刚度 : 表 1 弹簧参数： 组别 D(d(N Nz t(1（圆） 25 1+1 柱弹簧受载后的轴向变形量 ： =8n/d 式中 这样弹簧的圈数及刚度分别为 ： n=88k=F/ =d/8于拉伸弹簧， 0时，一般圆整为整圈数， 重新选择有关参数，改变 高 其大于 保证弹簧的稳定性 11。 表 2 圆柱弹簧不稳定系数 弹簧两端均为固定端 ,所以， 当圆柱压缩弹簧在受力时， b=时临界载荷92N 因此，所受力 F=496N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 (2)截锥螺旋弹簧： 弹簧的材料参数为： 弹簧采用油淬火回火碳素弹簧钢丝 E 弹性模量， 2a 泊松比， 材料密度， 7800kg/计模型中的各物理参数： a、 b 截锥涡卷螺旋弹簧弹簧板材料厚度和宽度（截面为矩形） d 截锥螺旋压缩弹簧材料直径（截面为圆形） 为弹簧最外层的半径 为弹簧最内层的半径， t 为弹簧节距 n 为弹簧的有效圈数 弹簧支撑圈数 G 质量块 等节距截锥螺旋压缩弹簧（较小，不自锁）； 弹簧刚度 表 3 弹簧参数： 组别 R1(R2(d(N nz t(1（圆） 20 30 1+1 于截锥螺旋压缩弹簧的螺旋角 比较小，当弹簧受到轴向荷载 F 作用时，可近似地看做各弹簧圈材料截面受到如下扭矩 R （ 1） 在单位轴向荷载作用时，材料截面所受扭矩 1 （ 2） 将上两式代入弹簧轴向变形的一般积分公式得： 1 200 d s FR G I （ 3） 又 d 又根据截锥螺旋压缩弹簧的弹簧圈半径表达式 211 2n 可得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 212 nd d （ 4） 从而得 212 nd s R d （ 5） 将此式代入（ 3）式，并改取积分限由 1R 到 2R ，得变形计算式 21223 2 1 2 1212 ( ) ( )( ) 2RR R R R R Rf d R n G I G I （ 6） 对于圆形截面材料，极惯性矩 4 32 ，代入上式，得 44214 2116 ()d R R （ 7） 由此可得截锥螺旋弹簧的刚度计算式为 4 214421()1 6 ( )G d R n R R （ 8） 其中 2(1 ) ，将弹簧参数代入可求得弹簧刚度为： F =33010N/m。 截锥螺旋弹簧稳定性： 变刚度弹簧以其独特的刚度特性在工业各领域得到广泛应用，截锥螺旋弹簧是这种非线性特性螺旋弹簧的典型代表 11。这种弹簧在受荷载初期，特性线是直线，即刚度不变，当荷载逐渐增大时，弹簧从大圈开始逐渐接触，有效工作圈数随之减少，而刚度逐渐增大，直到所有弹簧圈压并为止。该弹簧的变刚度特性引起了弹簧自振频率变化，使得在不同外扰频率作用力下弹簧变刚度运行，从而实 现较宽频率范围内为共振峰，可以有利于消除或缓和共振。 图 4为截锥螺旋压缩弹簧及其特性线 12。这种弹簧在受力后特性线的 是直线，当荷载逐渐增大时弹簧的大圈开始逐渐接触，有效工作圈数减少而刚度逐渐增大，一直到所有的弹簧圈完全压并为止。其特性线 种弹簧的刚度是变值，所以自振频率也是变值，有利于防止发生共振，因而多用于需要减振的场合。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 4 截锥螺旋弹簧及其特性曲线 经过上面的比较可以得出以下结论：选择刚度接近的圆柱压缩弹簧和截锥螺旋弹簧，圆柱压缩弹簧可承载受力值为 50不能满足广大驾驶员的身体尺寸值，此外，截锥螺旋弹簧的稳定性比圆柱压缩弹簧的强，所以，选择截锥螺旋弹簧方案较好。 座椅采用整体式与座椅采用框架式方案比较 从理论上分析，座椅采用框架式可以使得部件到了一个地方进行装配，这样可以在运送过程中将总的座椅质量分成几部分，减轻每次的运送量；如果座椅的零部件坏了，可以直接拆卸，重新购买零部件装配，这些都是整体式座椅不能实现的。但整体式座椅在使用时，可以方便准确的安装，它安装精度较高。 从受力方面进行分析（图 5）： （ a）框架式 (b) 整体式 图 5 座椅结构比较受力图 图中框架式结构将座椅所受的力的转移到座椅支撑结构上，而整体式结构中座椅受力都分给了座椅座垫等机构上，由于框架式中的支撑机构采用的都是强度较大构件，其支撑能力大，而整体式结构中座椅座垫等主要受力构件其强度不大，对其毁坏作用较大。但采用整体式可以将驾驶员的作用力减弱，提高其座椅舒适性。 经过上面的比较可以得出以下结论：座椅安装不需较高的精度，有截锥螺旋弹簧进行主要减震工作，整体式结构就没有框架式结构明显，所以， 采用框架式结构为最优方案。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 与传统拖拉机座椅相比，本次设计的座椅主要是在座椅底座加了两侧板防止拖拉机侧翻直接压住驾驶员造成驾驶员的伤害（图 6）；取消拖拉机座椅头枕，简化拖拉机结构，降低座椅制造成本 (图 7)；采用截锥螺旋压缩弹簧元件，将提高了座椅的舒适性。 图 6 本次设计拖拉机座椅 （ a） (b) 图 7 传统拖拉机座椅 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 2 拖拉机座椅零部件 设计 根据 不同身体尺寸数据 得出座椅的 几何参数 ，即 座位尺寸 (长度、宽度 )及其曲率和倾 角 ,靠背的大小 (高度和宽度 )及其曲率与倾 角 ,设计出 一个 安全舒适的 座椅 28。 座椅 的特点 会 影响 驾驶员 的姿势和静态的舒适 性 。座垫和封装材料 也会 极大地影响 驾驶员的舒适性感觉 。 根据对 农业工人人体测量数据 (图 8)设计适合 的 拖拉机座椅高度、 臀部宽度 、 座椅宽度 、座椅靠背宽度 和高度 以及座椅靠背倾角 。 座椅的 几何参数 是通过在 我国拖拉机座椅 设计 的基础上编制完成人体测量数据 ,回顾相关文献 ,遵循是 253)标准 29 ，确定的。 图 8为 人体测量的尺寸 ，在 设计拖拉机座椅 时， 根据人体测量资料书 可获得：(一 ) 拖拉机座椅高度、 座椅长度、 座椅宽度 、座椅靠背宽度 和高度 以及座椅靠背倾角 。结果和 讨论显示 ，我国拖拉机驾驶员的 平均年龄是 33岁， 选男性受试者 10 年 ， 平均身高和体重分别 为 163367 毫米和 斤。通过在设计原则的基础上 ， 拖拉机座椅人体测量数据 可以通过 我国驾驶员每 15分 座椅底座 和 靠背 座位后改变 一次， 他们得到的最优值 是拖拉机座椅 宽度、 座椅 长度 ,靠背的宽度 ,座椅 高度和靠背倾 角。 图 8 人体测量的尺寸 座椅 底座设计 座椅底座的设计是整个设计的重点，它是驾驶员工作过程中一直接触的第一工作环境，因此，它是影响驾驶员安全舒适驾驶的直接的、关键性的因素，对座椅进行仿真分析以 获得实际的数值和真实的工作状况是至关重要的。 椅主动振动仿真分析 拖拉机乘坐舒适性包括静态舒适性和动态舒适性 ,前者主要与尺寸参数、表面质量、调节特性等有关 ,后者主要与振动特性有关。在 3个减振环节中 , 座椅系统动态参数的改变对拖拉机的实用性能不会有明显影响。设计表明 ,就坐时人体模型的动态特性对拖拉机座椅的动态性能有很大的影响 ,因此 ,结合科学合理的人体模型来综合设计和改善座椅的动态性能及隔振效果 ,对于提高拖拉机乘坐舒适性有着十分重要的 意义 12 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 （ a） 人体 座椅系统模型 由于乘员所受到的振动冲击当中 ,影响最大的是垂直方向的振动 ,为此 ,设计人员建立了许多种垂直方向的人体线性模型。虽然建立的模型越来越复杂 ,但模型性能并没有显示出比简单模型有更大的 改进 13 。 1997 年 4 提出了四自由度人体模型 ,根据该模型计算出的理论曲线 ,在频域中与实验结果无论在幅值上还是在相位上都比较吻合 ,所以本文采用了该模型。该模型将座椅上的人体分为 4 个质量块 : 头部质量块 ,主要包括头部和颈部 ; 上躯干质量块 ,包括手臂、肩部和胸部 ; 下躯干质量块 ,包含上躯干和臀部之间的各个 器官 ; 臀部质量块 ,包括臀部和大腿。 4 个质量块间通过刚度阻尼系统连接 ,如图 7所示。 图 9 人体 座椅系统模型 六自由度人体 座椅模型如图 9 所示 ,其中 ,头部质量 ; 颈部等效刚度 ; 颈部等效阻尼 ; 上部躯干质量 ; 上下躯干间等效刚度 ; 上下躯干间等效阻尼 ; 下部躯干质量 ; 下部躯干与臀部间等效刚度 ; 下部躯干与臀部间等效阻尼 ; 臀部及大腿质量 ; 臀刚度 ; 臀部阻尼 ; 座垫刚度 ; 座垫阻尼 ; 座椅质量 ; 座椅刚度 ; 座椅阻尼 ; 头部质量块垂直位移 ; 下部躯干质量块垂直位移 ; 臀部质量块垂直位移 ; 座垫垂直位移 ; 座椅质量块垂直位移 ; 车身垂直位移 ;主动振动控制器。 经过对座椅结构的设计 ,建立了二自由度的座椅系统模型 ,在模型当中将质量集中为一个座椅质量块 ,座垫抽象为无质量模块 ,通过刚度阻尼系统与座椅质量块相连 ,同时座椅质量块也通过弹簧和阻尼系统与车身相连。如图 7所示。 (b) 座椅座垫 震动 仿真分析 在人体 座椅 统仿真中 , 人体模型各项数据如下 15 : 310m , 014 s/ m , 183 s/ m , 4175 s/ m , 8162 16218m , 41585 s/ m , 12178 90m , 21064 s/ m。座垫质量 0 , 座垫的刚度 18 1118m , 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 这里取 8m ,01357 s/ m。座椅质量一般取为人体质量的 5/ 716 ,所以取 40 座椅刚度 34m、阻尼 0125 s/ m。根据以上数据 ,在 建立 递函数模块。 统通过提前编制好的程序实现。 (c) 座椅座垫震动的 性能仿真 由于人体的共振峰值一般处于 4 6率区间 17 ,所以这里采用频率为 5正弦信号作为车身的振动输入 ,振幅取为 15真得到人体 4 个质量块的加速度曲线 ,如图 10所示。由图 10可知 ,在没有 统的情况下 ,人体各个部分的振动加速度幅值几乎都在 5m/ 上。所以说 ,普通的被动隔振座椅的隔振效果较差 ;相对而言 ,加入 统后 ,头部和上躯干的振动加速度幅值在 1s 后降到了 115m/ 下 ,下躯干的加速度幅值也几乎都在 3m/ 下 ,臀部和大腿质量块的振动加速度幅值虽没有前 3个质量块降低明显 ,但也有约 20 %的降低。所以加入 ,身体各部分的振动有了明显的降低 ,主动振动控制座椅的隔振效果明显。 (d) 座椅座垫震动得出的结论 (1)仿真结果表明 ,采用 统 ,可有效降低车身振动对人体的影响 ,提高了拖拉机座椅的动态舒适性。 (2) 仿真结果同时表明 ,目前拖拉机上普遍采用的被动隔振座椅的隔振效果较差 ,直接影响了拖拉机座椅的动态舒适性。 （ a) 头部加速度曲线 (b) 上躯干加速度曲线 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 （ c) 下躯干加速度曲线 （ d) 臀部和大腿加速度曲线 图 10 仿真结果 (3) 由仿真结果也可以看出 ,统的收敛速度不快 ,几乎都是在 1s 后才有较好的控制效果 ,而且系统对臀部质量块的减振效果并不明显 ,这些将是系统进一步完善解决的问题。 座椅底座高度、 宽度 、长度、倾角的尺寸设计 座椅高度应该足够 ,这样 可以避免过度的压力 压 在下方的大腿 上 。 而 这 种 压力可能会降低小腿血液循环。座椅高度应低于距离下方的脚凳腿当 驾驶员 坐在 座椅上 即 通过座椅 高度 来 减少过多的压力 。 我国标准建议座椅高度不能超过 540毫米。 座椅高度理想值对 我国农业工人 应为 366 毫米。因此 , 即使驾驶员穿上 鞋子 ， 在我国拖拉机最佳座椅高度 （图 11） 应 为 380毫米 30。 图 11 座椅底座高度 图 12 座椅底座宽度和长度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 为了保证 驾驶员 舒适、方便姿势变化 ,座位宽度应大于 驾驶员臀部宽度 。它不应小于 400毫米。我国的农业工人 的理想值介于 362和 396毫米 之间 。根据统计局 的资料，我国标准 (这个 座椅 宽度 （图 12） 应不少于 450 毫米 18。 因此 ,基于这个值应该考虑人体测量 420 - 450毫米 ,包括保障操作 工作 的 波动幅度 。 座椅 长度要 大于臀部 长度值 ， 应该有足够间隙的小腿与背前沿 的 位置。座椅 长度不应太长了 ,让 驾驶员 双腿支撑 抵 抗振动。我国西 部的 男农业工人 臀部 长度 介于 379和 362毫米 之间 。因此 ,这个座位长度 （图 12） 不应 低于 362 际推荐的座位长度为 40050毫米。 椅长度为 380毫米 ，我国男性 的身材有 1750毫米 ， 因此 ,座位长度为 37010 毫米的 适合 我国拖拉机 驾驶员 19。 一个座位向后倾斜 ,会产生两个方面的作用。第一 ,重力的 作用使 背走向 座椅 靠背 ,从而支持背部肌肉。第二 ,稍微倾斜的座位将有助于防止打滑的渐进的 驾驶员 的座位。我国标准推荐一个 座椅 底座倾角（图 13）介于 3 - 12 之间 。最佳座位向后倾斜 倾角 =5 - 7 ，这样 舒适性和安全性是适合拖拉机 驾驶员 31。 图 13 座椅底座倾角 座椅靠背设计 座椅靠背设计主要考虑驾驶员的舒适性，由于拖拉机驾驶速度较慢，不易发生车祸，可以不设计靠背头枕，但拖拉机驾驶环境较差，因此，座椅靠背的设计是至关重要的。 座椅靠背宽度 、高度、倾角尺寸设计 一个 座椅 靠背的功能是维持一个轻松的脊髓的姿势。 一定 形状和倾斜的靠背都是非常重要的 20。该尺寸很简单 联系座椅 靠背上腰椎地区距离 下方的臀部和座椅宽度。我国农业工人座椅 靠背 宽度值 （图 14）介于 253和 357 毫米 之间 。梯形形状可以提供座位靠背上具有较小宽度等因素对拖拉机的上方有操作工的空闲的那只手的运动。因此 ,建议的座位靠背宽度在底部和顶部应为 380 - 400和 270 - 290毫米 ,分别包括补助给操作工的 波动幅度 21。 如果 有座椅 衬垫 ， 背垫高度测量压缩 在 座位上面。许多设计人员建议靠背的一个开放的地方应该至少容纳 125 - 200毫米的部分及臀部上方 座椅 里 ,让腰部很好地 靠上 。一个高靠背防止全面的移动手臂和肩膀后面和运行期间观看在拖 拉机上液压控制杠杆。国际推荐的座位靠背最低高度为 260 毫米。我国驾驶员 座椅靠背低于 448 毫米。因此 ,靠背的高度应该是 348 毫米 (350 毫米 ),减去 100 毫米自由 座椅高度 。拖拉机座椅应该支持的背腰部 ,只应独立可调 21。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 图 14 座椅靠背宽度 图 15 座椅靠背倾角 座椅 靠背的倾 角有 两个目的。首先 ,它防止了 驾驶员打 滑 ； 其次 ,它使 驾驶员 靠着背垫 (腰部 )与下他的背和 臀部 部分的支持。为了使这些 拖拉机座椅的 角度在舒适区域 ,该角度应该在 95 - 105 之间 。最好有一个可调靠背 倾角（图 15）该倾角定为 100，提供 更好的拖拉机座椅倾 角 支持 21。 调整方法：通过驾驶员压座椅左杠杆与座椅底座的相对轴向位置来使座椅靠背和座椅底座相对运动，而座椅左套手与座椅底座与靠背连接杆通过圆柱螺旋拉伸弹簧固定靠背连接杆或者使靠背连接杆浮动的作用来（如图 16）产生一定的角度，座椅右套手通过旋转弹簧在 5的范围使的靠背的旋转角度在 95换，从而达到调整座椅靠背倾角的目的。 拉伸弹簧的选择： 表 4 螺旋拉伸弹簧参考资料 所选弹簧的节 距 t=（ ( 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 圆柱螺旋拉伸弹簧的结构： 图 a 图 b 图 16 座椅底座与靠背连接杆作用图示 连接原理：座椅左套手通过拉伸弹簧与座椅底座和座椅靠背连接杆连接，如图 椅底座和座椅靠背连接示意图，座椅左套手只能在轴的轴向方向进行运动，因此，通过左套手上的 8个棘与座椅底座侧面的 8个空进行棘条拔出与插入的转向调节，即可实现座椅靠背转动获得所需功能。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 3 拖拉机座椅截锥螺旋压缩弹簧分析 分析的意义：拖拉机驾驶员驾驶过程中，由于路面的不平整，拖拉机主动震动的因素，使驾驶员感觉在座椅上颠簸，本次设计的座椅旨在消除这些因素，让驾驶员安全舒适的驾驶。座椅主要采用截锥螺旋压缩弹簧减震系统来实现其功能要求。 截锥螺旋压缩弹簧实体模型的建立 阿基米德 螺线 ，亦称“ 等速螺线 ”。当一点 P 沿动射线 率 运动的同时，这 射线 有以等角速度绕点 基米德螺线，它的 极坐标 方程为：r = 22。中心线同时在 了便于加载，约束，我们将弹簧分为三段建模：下部支撑段，有效工作圈，上部支撑段。这 3段在 别上升 d， nt，d。通过 *立中心线上的 481个关键点，然后利用 后通过 便于拖拉形成体。 利用 成实体模型图 17： 图 17 截锥螺旋压缩弹簧实体模型 截锥螺旋压缩弹簧 静力分析 对于接触问题，应该考虑接触非线性影响 23。调用上部所得有限元模型，通过接触向导，设置目标面单元 触面单元 设置单元实参，控制法向接触刚度因子 大渗透范围 目标面单元和接触面单元附属到所有面上，进行接触网格划分，然后进行静力求解 24。因为求解的问题是从线性到非线性的变化过长，激活自动时间步长以便根据需要自动调整时间步长。对有限元模型下部支撑段下面的线的节点进行所有方向的约束，在加载时通过选中上部支撑段线上的节点，将 1000 结果如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 图 18 弹簧 荷载 图 19 弹簧 刚度 由此可得 线性阶段刚度基本不变。由于所加荷载较小，所以刚度曲线的上升