毕业设计（论文）-某型船椅的结构设计.doc

西安航空职业技术学院 毕业设计论文摘 要随着国内船舶业的不断发展，以及行业建设的特点，船用座椅将成为今后船舶业配套市场的重要支柱产品。船用座椅的设计越来越受到人们的重视。轮船设计公司有关专家和技术人员设计的好坏,将对座椅的平顺性,乘坐舒适性,安全性。人们在生活和工作时，离不开座椅，特别是以坐姿进行工作的人，每天都有1/3以上的时间在与座椅打交道。因此座椅设计除了材料运用得当及造型大方美观以外，更重要的是要符合人体工学设计原则，即进行座椅设计时必须充分考虑人体的坐态生理特征。让坐在其上的人可以得到更好的状态。本次设计以理论实践相结合设计。坐椅一般要求方便实用美观，并具用较好的稳定可靠性，性价比要高。根据其使的环境及其功能，来进行适当的精妙的设计与制做。座椅满足强度、阻燃等安全要求，符合船级社的质量认证要求。座椅本身的坚固程度、对地板连接的可靠性、靠背的强度都有行业规定和试验标准。它的结构及坚固程度，都需要进行力学分析判断的，不是随便做一个安装上去就行的。关键词：座椅、强度、力学分析判断等。abstractalong with the domestic ships industry unceasing development, as wellas the profession construction characteristic, the ship will becomethe next ships industry necessary market with the chair the importantprop product. the ship more and more is valued peoples with the chair design. thesteamboat design company concerned experts and the technical personneldesign the quality, to the chair smoothness, will ridecomfortableness, the security. people when life and work, cannot leave the chair, specially theperson which carries on the work by the sitting posture, every daysome 1/3 above time in has the social dealings with the chair.therefore the chair design appropriate and the modelling natural isartistic besides the material utilization, more importantly mustconform to the kinesiology principle of design, namely carries on thechair designs when must fully consider the human body the seatcondition physiology characteristic. let sit in the above person mayobtain a better condition. this design unifies the design by the theory practice. the chairgeneral request convenience practical is artistic, and uses a betterstable reliability, the natural price to have to be higher than.environment and its function causes which according to it, carries onthe suitable exquisite design with to make. the chair satisfies theintensity anti-, burns and so on the safe request, conforms toclassification societys quality authentication requirement. the chair itself firm degree, reliable, the seat back cushionintensity which connects to the floor all has the professionstipulation and the experimental standard. its structure and the firmdegree, all need to carry on mechanics analysis judgement, is notcasually makes to install the line.key words:chair, intensity, mechanics analysis judgement and so on.目 录1概况42座椅的要求及选材42.1主要要求42.2疲劳强度要求42.3引用标准42.4一般要求52.5功能要求53 座椅的结构工艺 53.1座椅的主要结构包括三部分53.2座椅的结构及组成73.3骨架73.3.1救生盒73.3.2电器盒83.4座椅的性能特征包括两部分83.4.1其主要使用功能如下8 3.5材料工艺84梁的结构工艺85座椅的校核95.1校核的目的和意义95.2内容及载荷105.2.1计算内容105.2.2载荷105.3强度的计算及校核105.3.1向后p=6316n状态105.3.2向前p=10136n状态 125.3.3座椅总体受力373n.m为矩状态 145.3.4结论16结束语 17谢词 18参考文献 191概况座椅设计的首要目的是功能合理，使它的基本尺度适应人体静态的各种变化，能舒适地、学习、休息、操作、进餐等。xxx座椅是一款中档船椅，其整体性能及其零部件满足zc规范。根据从武汉船检局检索的信息，国际船级社对船椅载荷的通用要求为向前2.25kn，向后1.5kn，向下2.25kn，向上1.5kn（以上为使用载荷）。为了提高产品的竞争力，我们将适当提高座椅向前及向下的载荷值，特规定如下：向前 3kn，向后1.5kn，侧向1.5kn，向下3kn，向上1.5kn。2 座椅的要求及选材2.1 主要要求1）座椅的形式及尺度和它的用途相关。2）根据人体的测量数据设计。 3）座椅的合理布置； 4）座椅应具有调节机构； 5）座椅有良好的振动特性； 6）座椅必须十分安全可靠；7）享之舒适，用之便捷 2.2 疲劳强度要求使用载荷极限载荷允许挠度靠背62kg92kg190mm(向后)扶手62kg92kg25mm(侧向)餐桌44kg66kg25mm(向下)救生衣盒62kg92kg25mm(向下)救生衣盒44kg66kg50mm(侧向)2.3 引用标准mjg-sm01-1 民机产品结构钢件热处理工艺规范mjg-sm01-3 民机产品铝合金件热处理工艺规范mjg-sm02-1 民机产品结构钢镀锌工艺规范mjg-sm02-4 民机产品铝合金阳极化工艺规范mjg-sm03-2 民机产品氩弧焊工艺规范2.4 一般要求1）座椅所选用的材料必须通过复验或经过试验，证实符合设计要求或相应标准。2）金属材料必须满足座椅的刚度和强度要求。3）非金属材料必须满足座椅的阻燃要求。4）座椅的金属零部件必须进行防护处理，避免不同金属之间的化学作用，防止大气和海水的腐蚀。结构钢的表面处理采用镀锌或喷塑，按mjg-sm02-1执行。铝合金的表面处理采用无色阳极化或喷塑，按mjg-sm02-4执行。2.5 功能要求1）座椅的靠背不可以前折，可以后倾，调节的角度由用户控制。靠背的后倾由气动锁实现，操纵受柄分别在座椅的左右两侧。 操纵受柄的开启力350n。2）餐桌为背藏式，使用时应提供杯座和挡物沿。3）靠背外套可以附加储物袋。4）救生盒应能容纳两件救生衣。救生盒可作为靠椅使用。5）电器盒中可附加照明灯、收音机、遥控器。3 座椅的结构工艺如图3-1和图3-2分别为它的全视图和立体图：3.1 座椅的主要结构包括三部分 座椅骨架，包括横梁，椅腿，靠背； 座椅垫及装饰面料； 附属设施，包括救生衣柜，扶手，照明灯，娱乐系统。图3-1 全视图 图3-2 立体图3.2 座椅的结构及组成座椅组成座椅主要由：结构支撑件、扶手、救生衣盒、电器盒、餐桌以及座椅部装件组成。1）结构支撑件主要部件有：梁、椅腿、椅腿盖及其连接件。2）扶手主要部件有：扶手本体、接头及装饰套。3）救生衣盒主要部件有：框架、面板及装饰条。4）电器盒主要部件有：盒形件、阅读灯及收音机系统。5）餐桌主要部件有：桌板、托架及支臂。6） 座椅部装件主要部件有：靠背框架、支板、座框、泡沫组件及气动锁。3.3 骨架骨架是座椅最主要的部件，包括靠背框架、支板、座框、气动锁、餐桌、座椅垫等，可整体拆卸。靠背框架和座框由碳素结构钢管焊接而成，按mjg-sm03-2执行。框架的造型应符合人体工程学的要求，为乘客提供最大的舒适性。餐桌采用玻璃纤维蜂窝板制成，外部包覆薄质的加强网和abs板。餐桌支臂由轻质铝合金管制成。座椅垫由泡沫和复合面料组成。泡沫密度应可调节。整体外形应满足乘客的最大舒适性要求。3.3.1 救生盒救生盒的支撑底座由高强度铝材冲压成型，与大梁铆接，面板为实木质，烤漆。3.3.2 电器盒电器盒是座椅的选装部件，冲压成型，表面喷塑。3.4 座椅的性能特征包括两部分 各方向的极限载荷系数为，向前3kn，向后1.5kn，向上1.5kn，向下3kn，侧向3kn； 标准配置的两联座椅其重量为30kg，长0.8m，宽1.3m，高1.2m。3.4.1 其主要使用功能如下 座椅靠背可以调节，可后倾不可前折，其操纵机构在座椅两侧，扶手前方； 座椅配有背藏式餐桌，展开后长1m； 座椅配有救生衣柜，可收藏救生衣，同时可作扶手或茶几用； 座椅配有娱乐系统（照明、收音机）和书报夹供客户选用。3.5 材料工艺1）大梁和椅腿采用6061结构铝型材，强度高，加工简单。2）椅腿盖和支板采用zl401的铝合金压铸件，强度高，成本低廉。3）餐桌和扶手采用玻璃纤维蜂窝板制成，内部灌注玻璃纤维树脂，外部包覆薄质的加强网和abs装饰板。4）靠背框架和座框采用优质碳素钢管焊接制成。5)座椅垫采用lps-3航空泡沫，面料采用阻燃复合面料。6）座椅其它零部件均为普通机加件和冲压件，加工简单，装配方便。4 梁的结构工艺梁对座椅的安全性能起关键性作用，它是座椅的承载能力主要参数。框架结构的内力不仅与各杆件的刚度有关,而且与支承结构的刚度有关. 选择最佳支承刚度,可使梁的承载力最大.此座椅中的椅采用三角形到结构，因为三角形受外力時也不容易改变形状，所以它具有很强的支撑力，这也是三角形特有的特性。梁材料采用6061结构铝挤压型材。螺丝钉采用材料为45号钢，b =540mpa，安全系数取1.5，则许用应力=360mpa。如图4-1，图4-2所示： 图4-1图4-25 座椅的校核5.1 校核的目的和意义计算船椅在各种载荷作用下，座椅的应力及地板和侧壁对座椅的支反力，以校核座椅在规定的载荷作用下是否能满足强度的要求。5.2 内容及载荷5.2.1 计算内容本报告对以下载荷情况进行计算分析：座椅在受向后相对于座椅重力20倍的力作用时，座椅与地板及侧壁连接螺钉的强度；座椅在受向前相对于座椅重力20倍的力作用时，同时安全带固定点受载荷p=3820n作用时，座椅与地板及侧壁连接螺钉的强度；座椅在受相对于座椅参考点373n.m力矩作用时，座椅骨架结构的强度，座椅与地板及侧壁连接螺钉的强度。5.2.2 载荷根据船用用座椅的使用要求，两联座椅其重量为30kg，长0.8m，宽1.3m，高1.2m，加载中心为座椅质心，根据力学原理把力折算到安全带的连接处，则向后载荷 p=6316n向前载荷 p=10136n在对座椅加载相对于参考点373n.m的力矩时，根据图a加载点为座椅靠背顶部的横梁，折算为向后的力p=494n5.3 强度的计算及校核座椅靠背的材料为ly12，b为425mpa，统一取1.5的安全系数，则许用应力1为283mpa。大梁和椅腿的材料为ld2，b为347mpa，许用应力2为231mpa。支板材料为ld10，b为560mpa，许用应力3为373mpa。椅腿螺杆和底板的材料为30crmnsia, b为1080mpa，许用应力4为720mpa。5.3.1 向后p=6316n状态(1)座椅骨架强度校核座椅骨架应力如图3-1所示，座椅的最大应力在底板的前螺钉连接孔附近，为425mpa 4；支板的最大应力在侧壁的后连扫螺钉处，为92.3mpa 3；大梁的最大应力为113mpa 2；椅腿的最大应务为142mpa 2；座椅的靠背，椅管及椅腿螺杆在建模时简化为梁单元，最大应力在椅腿螺杆处，为55.7mpa 4；靠背，椅管的应力远小于许用应力，完全满足强度要求。综上分板，座椅在该载荷作用下满足强度要求。(2)地板连接螺钉地板安装点为两面个m10螺钉，材料为45号钢，b =540mpa，安全系数取1.5，则许用应力=360mpa。螺钉连接处支反力见表5-1。 表5-1螺钉位置支反力fxfyfz地板前螺钉1574n-6678n1530n地板后螺钉-1415n6819n1491n侧壁前螺钉382n79n360n侧壁后螺钉-532n-212n2935na) 地板前螺钉拉力 f=fy=6678.1n剪切力q=(fx2+fz2) 1/2=2195.1n螺钉横截面面积a=d2/4=78.5mm2=f/a = 85.1mpa=q/a=27.9mpa根据第三强度理论（2+42）1/2=101.7mpa所以螺钉的强度足够。b) 地板后螺钉压力 f=fy=6818.5n剪切 q=(fx2+fz2)=2055.2n螺钉横截面面积a= d2/4=78.5mm 2=f/a=86.9mpa=q/a=26.2mpa根据第三强度理论，（2 +42）=101.5mpa所以螺钉强度足够。(3)侧壁连接螺钉侧壁安装点为两个m10螺钉，材料，材料为45号钢，=540mpa，安全系数取1.5，则许用应力=360mpa。a)侧壁前螺钉拉力 f=fx=45.65n剪切力 q=(fy 2+fz 2) 1/2=368.3n螺钉横截面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=0.6mpa=q/a=4.7mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =9.5mpa所以，螺钉的强度足够。c) 侧壁后螺钉压力 f=fx=532.5n剪切力 q=(fy 2 +fz 2) 1/2 =2943.2n螺钉横截面面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=6.8mpa=q/a=37.5mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =75。4mpa所以，螺钉的强度足够。5.3.2 向前p=10136n状态(1)座椅骨架强度校核座椅骨架应如图3-2所示，座椅的最大应力在底板的前螺钉连接孔附近，为698mpa4；支板的最大应力在侧壁的后连接螺钉处，为52。4mpa3;大梁的最大应力为93.1mpa；椅腿的最大应力为65.3mpa2;座椅的靠背，椅管及椅腿螺杆在建模时简化为梁单元，最大应力在椅腿螺杆处。为mpa；靠背，椅管的应力远小于许用应力。综上分析，座椅在该载荷作用下满足强度要求。(2)地板连接螺钉地板安装眯为两个螺钉，材料为号钢，ba，安全系数取.5，则许用应力a螺钉连接处支反力见表5-2。表5-2螺钉位置支反力fxfyfz地板前螺钉-3489n14730n-3182n地板后螺钉3126n-15067n-3093n侧壁前螺钉-101n-159n-759n侧壁后螺钉455n469n-3486na) 压力 f=fy=14730.2n剪切力 q=(fx 2 +fz 2) 1/2 =4859n螺钉横截面面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=187.7mpa=q/a=61.9mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =224.9mpa所以，螺钉的强度足够。b) 拉力 f=fy=15067.1n剪切力 q=(fx 2+fz 2) 1/2=4540.7n螺钉横截面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=192mpa=q/a=57.9mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =224.3mpa所以，螺钉的强度足够。(3)侧壁连接螺钉侧壁安装点为两个螺钉，材料为号钢，ba，安全系数取1.5则许用应力mpa。a) 侧壁前螺钉压力 f=fx=100.9n剪切力 q=(fy 2+fz 2) 1/2=775.5n螺钉横截面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=1.3mpa=q/a=9.9mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =19.9mpa所以，螺钉的强度足够。d) 侧壁后螺钉拉力 f=fx=454.9n剪切力 q=(fy 2 +fz 2) 1/2 =6503.4n螺钉横截面面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=5.8mpa=q/a=82.9mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =165.9mpa所以，螺钉的强度足够。5.3.3 座椅总体受力373n.m为矩状态(1)座椅骨架强度校核座椅骨架应力如图4-1所示，座椅的最大应力在底板的前螺钉连接孔附近，为81mpa4;支板的最在应力在侧壁的后连接螺钉处，为67.1mpa3;大梁的最大应力为63.6mpa2;椅腿的最大应力为45.8mpa2;座椅的靠背，椅管及椅腿螺杆在建模是简化为梁单元，其应力如图所示，最大应力在工作台支臂处，为248mpa1;座椅靠背的最大应力为108mpa1。综上分析，座椅在该载荷作用下满足强度要求。(2)地板连接螺钉地板安装点为两个螺钉，材料为号钢，ba，安全系数取.5，则许用应力a螺钉连接处支反力见表5-3。表5-3螺钉位置支反力xfyfz地板前螺钉7.7n-1161n142n地板后螺钉-3.3n-1182n124n侧壁前螺钉-26n179n601n侧壁后螺钉52n-2119n-489na)地板前螺钉拉力 f=fy=1161.1n剪切力 q=(fx 2 +fz 2) 1/2 =3448n螺钉横截面面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=14.8mpa=q/a=43.9mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =89.1mpa所以，螺钉的强度足够。b)压力 f=fy=1181.4n剪切力 q=(fx 2+fz 2) 1/2=124.3n螺钉横截面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=15.1mpa=q/a=1.6mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =15.4mpa所以，螺钉的强度足够。(3)侧壁连接螺钉侧壁安装点为两个螺钉，材料为号钢，ba，安全系数取1.5则许用应力mpa。a) 侧壁前螺钉压力 f=fx=25.9n剪切力 q=(fy 2+fz 2) 1/2=626.4n螺钉横截面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=0.4mpa=q/a=8mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =16mpa所以，螺钉的强度足够。b) 侧壁后螺钉拉力 f=fx=51.9n剪切力 q=(fy 2 +fz 2) 1/2 =2166.7n螺钉横截面面积 a= d2/4=78.5mm 2=f/a=0.7mpa=q/a=27.6mpa根据第三强度理论，（2 +42）1/2 =55.2mpa所以，螺钉的