毕业设计（论文）-轻型货车驾驶员座椅结构设计.doc

本科生毕业设计（论文） I 摘 要 轻型货车座椅是轻型货车车身的重要部件。其舒适性在车辆的个性化设计中 非常重要，同时也是保障车辆安全性能的一部分。本文根据人们对轻型货车座椅 的要求，研究了人的坐姿生理和心理特性，研究了人与座椅的人机关系，在这一 基础上，结合我国对汽车座椅的设计和使用，以人机工程学、人体测量学和汽车 设计等学科的理论为依据，对轻型货车驾驶座椅进行了综合研究，其中座椅骨架 以及各部分调整机构进行了比较详尽的设计，对前后调节机构和高度调节机构的 工作原理有明确的说明。至于头枕、蒙皮以及减震机构等部件只进行简单的设计 介绍，其中有许多的不足，将在以后的工作和学习中进行重点的研究。 关键词：人机工程学、汽车座椅、调节机构、舒适性 本科生毕业设计（论文） II Abstract Light goods vehicle seat is an important body parts. Their comfort in the vehicle design personality is very important to protect the safety of vehicles is also part of the performance. Based on the requirements of a light goods vehicle seat to study the people sitting in the physiological and psychological characteristics, were studied and the seat of the man-machine relationship, in this based on the combination of Chinas car seat design and use, to ergonomics, anthropometry and disciplines such as automotive design theory, LGV driving seat of a comprehensive study, in which the various parts of the seat frame, and adjust the body are compared in detail the design, before and after adjustment for body and a high degree of regulation of agencies have a clear description of the principle. As head, skin and other body parts as well as the damping is only designed to introduce simple, many of which are the lack of work in the future and learning to focus on research. Key words：ergonomics, car seat, regulating agencies, comfort 本科生毕业设计（论文） III 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 本毕业设计的研究内容和意义.1 1.1.1 本课题研究的内容.1 1.1.2 本课题研究的意义.1 1.2 轻型货车座椅的功用及设计要求.1 1.2.1 轻型货车座椅的功用.1 1.2.2 轻型货车座椅的设计要求.2 1.3 轻型货车的座椅结构.2 1.4 CATIA 软件.3 1.4.1 CATIA 软件简介.3 1.4.2 CATIA 软件在本设计中的应用.4 第 2 章 座椅的方案设计.5 2.1 座椅的功能设计.5 2.1.1 座椅的功能设计.5 2.2 人机工程学在本设计的应用.6 2.3 尺寸控制.11 第 3 章 轻型货车驾驶员座椅骨架结构设计.14 3.1 轻型货车驾驶员座椅调节机构的结构设计和计算.14 3.1.1 高度调节机构的工作原理和相关计算.14 3.1.2 角度调节机构的工作原理.15 3.1.3 前后调节机构的工作原理和相关计算.16 3.2 座椅骨架结构.17 3.3 轻型货车驾驶员骨架整体结构.19 第 4 章 座椅骨架静强度分析.21 4.1 汽车座椅总成静强度特性的试验方法.21 4.2 对座椅靠背骨架进行静强度分析.23 4.2.1 建立靠背骨架模型并指定材料.23 4.2.2 进入 CATIA 工程分析模块并划分网格.25 4.2.3 在靠背骨架上定义约束.25 本科生毕业设计（论文） IV 4.2.4 在靠背骨架上施加载荷.26 4.2.5 计算求解.26 4.2.6 结果分析.27 第 5 章 工艺过程设计.28 5.1 连杆工艺过程设计.28 5.2 连接套工艺设计.29 5.3 限位爪工艺设计.30 第 6 章 结论.32 参考文献.33 致 谢.35 附 录.36 附 录.37 本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 本毕业设计的研究内容和意义 1.1.1 本课题研究的内容 本课题的主要任务是根据驾驶员的操纵稳定性、安全性、舒适性与座椅的动 静态特性分析，对轻型货车的驾驶员座椅进行结构设计，运用 CATIA 绘图软件 进行三维实体造型设计，通过查阅相关资料，根据人机工程学原理，结合驾驶员 的操纵稳定性、安性与舒适性，确定了汽车座椅的结构尺寸结合国内和国际标准， 对所设计的轻型货车座椅靠背部分进行静强度受力分析。 1.1.2 本课题研究的意义 汽车是二十世纪最显著的人文标志之一，它改变了人们的生活方式以及时空 和价值观念，为人类社会的物质财富和精神文明做出了巨大贡献。汽车座椅是汽 车车身的重要部件，一般由座垫及其骨架、靠背及其骨架、头枕，以及相应的导 向、调节机构等基本部分组成。汽车座椅系统是用来在车内给驾乘者支撑，并在 保证方便进出和驾驶操作的前提下提供驾乘者有效的约束。汽车座椅系统应该提 供驾乘者预期的可调节性和长途驾驶的舒适感。在车门关闭状态、在座椅整个调 节行程内，座椅系统的操作应该适于所有体形驾乘者进行直观的调控操作。同时 汽车座椅也是保障车辆安全性能的一部分。汽车座椅设计的合理性及其质量直接 影响到乘员的安全性和舒适性。 希望通过本次毕业设计的研究可以对轻型货车座椅的以后发展有一点帮助， 使其在操纵稳定性、安全性、舒适性等方面得到一定得提高，更能符合现在人们 对它的要求，使其今后的发展方向更宽广，为汽车行业的发展尽自己的一份力量。 1.2 轻型货车座椅的功用及设计要求 1.2.1 轻型货车座椅的功用 轻型货车座椅是轻型货车车身的重要部件，其主要功用是： 1).用来在车内给驾乘者支撑，通过主要的支撑点支撑整个人体，使驾乘者 本科生毕业设计（论文） 2 在车辆行驶过程中能够保证稳定性； 2).在车辆发生碰撞时能够保证驾驶员的安全，汽车座椅的强度直接影响到驾 驶员的生命安全。汽车座椅强度符合国家标准可以有效的保护驾驶员的安全； 3).给驾驶员提供舒适的驾驶环境，特别是在长途驾驶过程中，减少驾驶员的 疲劳感； 4).通过调节座椅得到合适的座椅位置可以使驾驶员更方便的驾驶车辆，使视 野更加广阔。 1.2.2 轻型货车座椅的设计要求 轻型货车座椅设计原则的基本依据是： 1).安全设计时首先要绝对保证驾乘者的安全，这就要求座椅的骨架及 各机构要有足够的强度，应能满足强度(安全)要求和使用要求，在发生碰撞时， 座椅不会或可以减轻对乘坐者造成伤害，并能起到一定的保护作用。 2).操纵方便设计的座椅还需操纵方便，调整手柄和按钮的布置必须在 驾乘者伸手可及切符合轻型货车车内布置要求的位置，并符合常人的习惯且操纵 力量适中，便于驾乘者对座椅的前后上下、靠背的倾斜角度、头枕的前后上下等 进行调节。 3).乘坐舒适设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然 弯曲，保证合理的体压分布并使其肌肉松弛；并具有腰椎依托感、腰背部贴和感 和侧向稳定感。满足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。 4).结构成本在可以保证使用性能的前提下，尽量采用简单的结构、经 济的材料，以达到降低整体质量并降低成本的目的。 1.3 轻型货车的座椅结构 汽车座椅伴随着汽车的诞生而出现已经有一百多年，随着汽车的发展和人们 精神需求的不断提高，汽车座椅已不是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件，而 是关系到安全性和舒适性，集人机工程学、汽车设计等为一体的汽车车身的重要 部件。 本科生毕业设计（论文） 3 轻型货车座椅一般由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等组成（如 图 1.1 所示） ，汽车座椅骨架是汽车座椅的基础结构，可分为靠背骨架、座垫骨 架和调节装置三个部分。 图 1.1 轻型货车驾驶员座椅简图 1.4 CATIA 软件 1.4.1 CATIA 软件简介 CATIA 是由 CAD/CAM 软件排名第一的法国著名飞机制造公司 Dassau1t 开 发并由 IBM 公司负责销售的 CAD/CAM/CAE/PDM 应用系统，CATIA 起源于航 空工业，其最大的标志客户即美国波音公司，波音公司通过 CATIA 建立起了一 整套无纸飞机生产系统，在飞机 CAD/CAM 中全面使用计算机技术，使 Boeing777 成为“无纸飞机”，取得了重大的成功。 CATIA 是由法国 Dassault 公司开发的大型 CAD/CAM 应用软件，后被美国的 IBM 公司收购。该软件运行于 IBM 的工作站上，驱动系统为 VM/CMS。与 UG、EUCLID 相比，该软件在曲面造型方面具有独特的优势，因而广泛应用于航 天、汽车等行业的复杂曲面造型设计中。汽车产品设计中很大部分零部件是由一 系列复杂的空间曲面构成的，这些曲面是由不同曲率的空间曲面相互连接而成， 本科生毕业设计（论文） 4 这种连接既要满足零件功能、结构的要求，又要光滑过渡，达到平顺、和谐的效 果。CATIA 软件的曲面造型技术为这类零部件的设计提供了先进、方便、快捷的 手段，使汽车的设计更趋完美，设计周期越来越短，极大地提高了汽车开发效率。 CATIA 提供了完备的设计能力：从产品的概念设计到最终产品的形成，以 其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手 段，从单个零件的设计到最终电子样机的建立；同时，作为一个完全集成化的 软件系统，CATIA 将机械设计，工程分析及仿真，数控加工和CATweb 网络应 用解决方案有机的结合在一起，为用户提供严密的无纸工作环境，特别是 CATIA 中的针对汽车、摩托车业的专用模块 ,使 CATIA 拥有了最宽广的专业覆 盖面，从而帮助客户达到缩短设计生产周期、提高产品质量及降低费用的目的。 1.4.2 CATIA 软件在本设计中的应用 CATIA 软件在本次毕业设计中得到大量的应用。在绘制零件图、装配图、 绘制复杂的曲面以及 靠背骨架静强度分析等内容里都有应用，CATIA 软件是一 款非常好的软件，在这里要感谢这款软件在本次设计中对本人的巨大帮助。 本科生毕业设计（论文） 5 第 2 章 座椅的方案设计 2.1 座椅的功能设计 2.1.1 座椅的功能设计 1)座垫：座垫设计主要是座垫深度和坐垫倾角的确定。座垫深度的设计原 则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。座垫深度过大时，造成人 体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；座垫深度过小时，会因大 腿得不到良好的支撑而感到不舒适。因此，座垫的深度应按臀部至大腿表面全长 的 3/4 设计，一般取 400480mm。座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为 210。本设计座垫的深度取 460mm，座垫的倾角取 7。 2)座椅骨架：通常所指的座椅强度其实就是座椅骨架的强度，它属于汽车 整车强制认证检测项目之一，应符合 GB15083-1994汽车座椅系统强度要求及实 验方法的规定。靠背骨架是一个关键的结构件，在载荷传递路线中它把载荷传 递给调角器，并最终传至地板，它直接关系到座椅的总体稳定性。在前撞、侧撞 尤其是后撞情况下，靠背骨架在撞击能量处理方面起到关键的乘员保护作用。座 垫骨架通过调角器与靠背连接，靠背受到的载荷通过调角器传至坐垫再传到地板。 此外，坐垫骨架还需承受以下载荷：乘客的静载荷，乘客下潜载荷(即制动时乘 客向前滑行的载荷)，乘客在座垫上运动产生的疲劳载荷。材质方面，出于技术 成本和结构强度考虑，本设计座椅骨架由钢质材料焊接而成。 3)头枕：头枕是为提高汽车乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置， 其主要作用是保障安全，一旦汽车发生追尾碰撞，颈椎会承受到很大的加速度而 容易伤害。头枕的承托，可以减少头部自由移动的空间，降低对颈椎的冲击力， 起到避免或减轻乘员颈部受伤的作用。按照国家标准 GB11550-1995汽车座椅头 枕性能要求和试验方法 ，汽车座椅头枕属汽车整车强制认证检测项目之一，汽 车前排座椅应装有头枕。头枕正确的安装位置十分重要，应安装在至少与耳朵上 缘平齐的地方，后脑与头枕间的距离最好不要超过 10cm。 4). 靠背：靠背的设计主要指强度设计和造型设计，其中强度设计详细参见 座椅骨架部分。靠背造型设计时应使靠背的高度、形状符合人体曲线，使背部肌 肉处于放松状态，并能给背部、肩部有效可靠的支撑，使驾驶员保持稳定的坐姿， 还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。不同的靠背倾角会导 本科生毕业设计（论文） 6 致不同的椎间盘内压力及背部肌肉负荷，所以设计时应考虑合理的靠背倾角。为 了提高舒适性，满足司乘人员休息时的需求，靠背倾角应为可调式。本设计靠背 倾角调节范围为 100-115。 2.2 人机工程学在本设计的应用 汽车座椅对舒适性影响很大，世界各国有关专家在设计和研究开发座椅时， 都运用人机工程学原理，充分考虑人体尺寸，人体重量，乘座姿态和体压等因素. 比如，在欧洲男性驾驶员的身高指数为 176cm，美国为 189 一 193cm，而女性驾 驶员在这些国家中平均身高为 153 一 158cm，这些数字可作为座椅设计的重要依 据，保证人体在座椅上有良好的操作姿态和体息姿态。 从生理学角度出发，站立的人从裸关节，膝关节到臀部都有一些肌肉处于静 态受力状态，一旦坐下，就解除了这部分肌肉负荷，从而降低了人的耗能，减轻 了血液负担.因而在座椅设计中就要考虑到这些问题。 根据人机工程学理论，首先腰锥承受人的上体全部质量，同时承受因人体运 动的弯腰等活动，致使腰曲超出正常脊柱生理弧型而产生腰曲变形.因此，腰椎部 分最易受到损伤，腰曲变形严重.为了使坐姿下的腰曲变形最小，汽车座椅靠背应 提供两点支承.第一支承位于第 5、 6 胸椎之间，形成肩靠.它的高度相当于肩脚 骨高度.肩脚骨而积大，可承受较大的压力.第二支承设置在 4、 5 腰椎之间的高 度上，形成腰垫.在座椅设计时，要 使乘坐人员有腰椎依托感、贴和感 和侧向稳定感.其次，驾驶员坐在汽 车座椅座垫上，长时间乘座会造成 不舒适感，在造成这种不舒适感前， 臀部所受的压力是不同的.坐骨粗壮， 能承受比其周围肌肉更大的压力， 大腿底部有大血管和神经系统，压 力过大会影响血液循环和神经传导 而感到不适.所以坐垫上的压力应按照 图 2.1 座椅人体压力分布曲线 应按照臀部不同部位不同压力的原则来分布，即坐骨处压力最大，同四周逐渐减 小，至大腿部位时压力降全最低植.这就是坐垫设计的压力分布小均匀原则.理想 的座椅坐垫体压分布曲线见图 2.1.(图中的封闭曲线为等压力线，数字的压力单位 102Pa)，这种情况使得座椅要有振动弹性。 在生物学中，当我们坐着时，人的身体由脊椎、胯骨、腿和脚支撑。主要用 本科生毕业设计（论文） 7 来支撑人体重量的关节为胯骨和腰椎，腰椎的第三、第四腰椎为整个脊椎骨中受 力最大的部位。所以腰椎也就比上方的椎骨大而且硬得多。坐姿时，尾椎将受到 压力而往前弯，有缓冲震荡的作用。坐骨构成了胯骨最下方的部位，其后下方的 坐骨结节为 L 字母形状，当我们坐着的时候，此处往下顶住来支撑身体的重量。 长期的姿势不良、受伤或者疾病，伤害就会发生在脊椎弯曲的地方，如胸弯过分 弯曲就会造成圆肩或驼背;腰部脊椎过分弯曲，会造成脊椎的侧弯或是脊椎的前 凸症、后凸症。 坐姿是人体较自然的姿势，也是进行各种操作经常采用的姿势。座椅与人们 的生活息息相关，无论是工作、学习、出门旅行、在家休息都离不开座椅。人的 坐姿是个相当复杂的问题，虽然座椅伴随人类的生活己经有几千年的历史了，但 是关于座椅的设计问题至今仍然是值得研究的课题。 座面上的臀部压力分布应是：在坐骨结节处最大, 由此向外,压力逐渐减小, 直至与座面前缘接触的大腿下部,压力为最小。不同用途的座椅, 两点支承的作 用不一样。休息用的座椅, 体、腿夹角较大 ( 舒适角度约为 115), 坐着时身 体向后倾斜, 只要肩胛部分支承稳靠, 没有腰靠也能得到舒适的坐姿, 因此是以 肩靠起主要作用。人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，坐姿的体压 分布是影响乘坐舒适性的重要因素。人就坐时，身体重量的大部分(约 80% )经过 臀部、背部隆起部分及其附着的肌肉压在坐椅面上。但是，不论什么座面，保持 一种固定的坐姿时间过长，臀部细血管内参加循环的血液量就会减少，控制身体 下部生理机能的功能将会下降，这种持续的复合作用在肌肉上会引起挤压疲劳。 只有不断地活动身体才能使身体的各个部分延迟疲劳的到来，对于腰肌也是这样， 尽管不同的坐姿对腰椎弯曲形状的影响不同，有的小些有的大些，但是不论哪种 姿势，长时间采取一种坐姿总会产生静力疲劳。因此，任何一种座椅在设计时都 应考虑变换坐姿的可能性。 一般操作用座椅, 由于操作的要求, 身体需要略向前倾,肩胛骨部分几乎接 触不到靠背, 因此,只有腰靠起支承作用, 一般无需设置肩靠。腰靠支承是使背 疼和疲劳减到最轻的主要措施。 腿的主动脉紧靠着大腿下表面和膝盖的后面, 在这个部位上，任何持续的压 力都会给人造成极端的不舒适和肿胀感觉。借助于适当减短座深、把座垫前缘修 圆和采用较软的泡沫塑料座垫等措施可防止发生这种情况。 正确的坐姿应当是支持脊柱使之逼近这一自然弯曲弧形。座椅的设计必须有 可能让人经常地改变自己的姿势和位置，以便减轻压力和活动伸展各部分肌肉。 座垫表面的各个边缘应当稍稍向上倾斜，以便阻止臀部向边缘滑动而使操作 者能够坐稳。 本科生毕业设计（论文） 8 靠背与座垫之间的夹角应当为 95左右，至少是 90，以避免因骨盆向前 歪斜而弯腰，造成肌肉紧张和受束缚。 概括起来，舒适的坐态生理，应保证腰曲弧形处于正常自然状态，腰背肌肉 处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液正常循环。 因此，最舒适的坐姿，是臀部稍离靠背向前移，使上体略向后倾斜，保持体 腿夹角在 90115之间，小腿向前伸，大腿与小腿、小腿与脚面之间也有 合适的夹角。 （如图 2.2 所示） 图 2.2 舒适坐姿的关节角度 10120；15235；80390； 904115；1005120；85695 工作座椅是供坐姿工作人员使用的一种由支架、腰靠、座面等构件组成的坐 具。座位空间及座椅的尺寸设计应保证适应人体舒适坐姿的生理特征, 提供实 现舒适坐态的支承条件。 工作座椅设计的主要准则: 1). 人体躯干的重量应由坐骨、臀部及脊椎按适当比例分别支承,其主要部 分应由坐骨结节承担。 2). 人体上身应保持稳定。 3). 人体腰椎下部(第 4 5 节腰椎之间)应有适当的腰靠支承。 4). 座面的高度应确保大腿的肌肉和血管不受压迫。 本科生毕业设计（论文） 9 5). 坐者应能方便、自如地变换姿势而不致滑脱。 6). 座椅的位置和尺寸应与工作台、显示装置、操纵装置相配合，以提高 操作者的操作舒适性和方便性。 对工作座椅设计的基本要求 1).工作座椅的结构型式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应, 应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。 2).工作座椅的座高和腰靠高必须是可调节的。座高调节范围在 GB 10000- 88 中 “小腿加足高” , 女性(18 55 岁) 第 5 百分位到男性 (18 60 岁) 第 95 百分位数, 即 360 480 mm 之间。工作座椅座面高度的调节方式 可以是无级的或间隔 20 mm 为一档的有级调节。工作座椅腰靠高度的调节方 式为 165 210 mm 间的无级调节。 3).工作座椅可调节部分的结构, 必须易于调节, 保证调节好的位置在座椅 使用过程中不会改变或松动。 4).工作座椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边, 各部结构不 得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部分。 5).操作者无论坐在座椅前部、中部还是往后靠, 工作座椅座面和腰靠结 构均应使坐者感到安全、舒适。 6).工作座椅腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性。在座椅固定不动的 情况下, 腰靠承受 250 N 的水平方向作用力时, 腰靠倾角 不得超过 115 。 7).工作座椅一般不设扶手, 需设扶手的座椅必须保证 操作人员作业活动 的安全性。 8).工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。座垫、腰靠、扶 手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材料制造。 工作座椅的结构和主要参数，工作座椅的主要参数的取值范围列于表 2-1， 表中所列参数, 已经考虑了操作者穿鞋和着冬装的因素。 人在坐姿状态下，体重作用在座面和靠背上的压力分布称为坐态体压分布， 它与坐姿及座椅的结构密切相关，对于体压的研究是目前人们对座椅进行研究的 主要方法和参数。体压分布的测量一般采用等高线的形式反映压力分布状况。 （如图 2.3 所示） 本科生毕业设计（论文） 10 表 2-1 工作座椅的主要参数 参数数值测量要点 座高 mm360-480在座面上压以 60kg，直径 350mm 的半球状重物时测量 座宽 mm370-420在座椅转动轴与座面的交点处或座面深度方向二分之一处测量 座深 mm360-390在腰靠 g=210mm 处测量，测量时为非受力状态 腰靠长 mm320-340 腰靠宽 mm200-300 腰靠厚 mm30-50腰靠上通过直径 400mm 的半球状物施以 250N 的力时测量 腰靠高 mm165-210 腰靠圆弧半径 mm400-700 座面倾角（）0-5 腰靠倾角（）95-115 （a）靠背(b)座垫 图 2.3 人体在靠背和座垫上最适宜的体压分布 就座者的骨盆可以比喻为倒立的锥体，与椅面接触的主要是臀部两块薄肌肉 层下的坐骨。人体大约 75%的重量需由骨盆下两块面积为 25cm2左右的坐骨支点 (薄肌肉层支承)承受。由坐骨向外，压力逐渐减少。为了减少臀部下部的压力， 本科生毕业设计（论文） 11 座面一般应设计成软垫，其柔软程度以使坐骨出支承人体的 60%左右的重量为宜， 采用软性坐垫，增大臀部与座面的接触面积，就改善了这种压力集中的现象，使 整个臀部均承担体重的压力，减缓坐骨下支点处的疲劳，从而可以延长就座时间。 但是，不论什么座面，保持一种固定的坐姿时间过长，臀部细血管内参加循环的 血液量就会减少，控制身体下部生理机能的功能将会下降，这种持续的复合作用 在肌肉上会引起挤压疲劳。只有不断地活动身体才能使身体的各个部分延迟疲劳 的到来，对于腰肌也是这样，尽管不同的坐姿对腰椎弯曲形状的影响不同，有的 小些有的大些，但是不论哪种姿势，长时间采取一种坐姿总会产生静力疲劳。因 此，任何一种座椅在设计时都应考虑变换坐姿的可能性。 人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，坐姿的体压分布是影响乘 坐舒适性的重要因素。人就坐时，身体重量的大部分(约 80% )经过臀部、背部隆 起部分及其附着的肌肉压在坐椅面上。图 2.4 为座椅各部位的受力分布。 图 2.4 座椅各部位的受力分布 2.3 尺寸控制 根据R 点”即“乘坐基准点”指制造厂规定的设计 H 点，该点： 1).确定了由制造厂规定的座椅每个设计乘座位置的最后面的正常驾驶和乘 座位置，它考虑了所有的座椅可能调节状态(水平、垂直及倾斜)。 2).具有相对于所设计的车辆的结构建立的座标。 3).模拟人体躯干和大腿铰接中心位置。 4).做为安放二维人体样板的参考点。 头枕：对于前排座椅其高度不应低于 900mm 对于其它各排座椅不应低于 800mm，头枕的外形宽度以座椅中心面为对称面，左右各应宽 85mm 以上。 椅面高度：椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。 本科生毕业设计（论文） 12 GB10000-88 女（18-55）第五百分位男（18-60）95 百分位，小腿加足高 342448 GB14774 360-480 GB/T 12552 90 货车驾驶员操作位置尺寸 350-490 选定 370-470mm 椅面宽度： GB10000-88 女（18-55）第五百分位男（18-60）95 百分位，坐姿臀宽 310- 365 GB14774 370-420（推荐 400） 选定 550 椅面深度：指椅面前缘至靠背前面水平距离。GB10000-88 女（18-55）第五 百分位男（18-60）95 百分位坐深 401-494 GB14774 360-390（推荐 380） 深度应按臀部至大腿表面全长的 3/4 设计，一般取 400480mm。 选定 500 靠背高度及宽度： 高度 GB10000-88 女（18-55）第五百分位男（18-60）95 百分位 坐姿颈椎 点高 579-701 选定 630 宽度 GB10000-88 女（18-55）第五百分位男（18-60）95 百分位 最大肩宽 368-469 GB14774 宽度 320-340（推荐 330） 选定 550 靠背倾角：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。 GB14774 95-115 调节范围为 100-115。 椅面倾角：指椅面与水平之间的夹角。 GB14774 0-5（推荐 3-4） 座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为 210 选定 7 综上所述，确定尺寸控制图（如图 2.5 所示） 。 本科生毕业设计（论文） 13 图 2.5 轻型货车尺寸控制图 本科生毕业设计（论文） 14 第 3 章 轻型货车驾驶员座椅骨架结构设计 3.1 轻型货车驾驶员座椅调节机构的结构设计和计算 3.1.1 高度调节机构的工作原理和相关计算 1).高度调节机构的结构形式及工作原理 高度调节机构（如图 3.1）主要由一套杆件和调整螺杆组成，当高度调节机 构下端和上端分别固定在底座侧板与轨道上时，杆件便与底座侧板、轨道呵调整 螺杆组成了上下两个等腰梯形，具有稳定的整体性，防止其自由变形。 图 3.1 高度调节机构 其中，杆件 2 与调整螺杆连接部分为光滑通孔，与调整螺杆无螺纹一端相接 合，在调整螺杆有螺纹部分与杆件 2 的接触处，将杆件 2 固定在调整螺杆有螺纹 处和无螺纹处的中间，限制其沿调整螺杆轴向的自由度。 杆件 1 与调整螺杆连接部分为内螺纹结构，与调整螺杆的外螺纹相连接，当 调整螺杆转动时，杆件 1 会沿调整螺杆轴向移动，改变杆件上下杆与调整螺杆的 本科生毕业设计（论文） 15 角度，从而使底座得到垂直方向的的位移改变。 调整过程中，高度调节机构主调整一侧的垂直方向位移改变会通过座椅左右 两侧杆件间的前后杆，带动另一侧的机构产生垂直位移，达到底座在垂直方向位 移整体改变的目的。 2). 高度调节机构调节范围的计算 在本毕业设计中，杆件 1 在调整螺杆轴向位移范围为 45mm，如图 3.2，当铰 接杆件 1 被调整到如图时， mm9640049004900207070)5070(7070 222222 h mm465096hh 则，座椅在垂直方向上工共调节 246=92mm，因此，高度调节机构调节范 围为 0-92mm。 图 3.2 高度调节简图 3.1.2 角度调节机构的工作原理 角度调节机构的结构形式及工作原理 本毕业设计中，角度调节机构为棘轮棘爪结构形式,是对靠背、座垫夹角进 行调整和锁止的机构。 角度调节机构，主要由外侧上板、外侧下板、内板、板簧、锁止机构、角度 调节操纵杆和连动杆等部件组成。其中，外侧上板焊接于靠背侧板下端，内板用 螺栓螺母固定于底座侧板后端。 其工作原理为，当角度调节操纵杆进行转动时，连动杆同时随着转动，连接 本科生毕业设计（论文） 16 在连动杆上的板簧会逐渐卷缩，而带动锁止机构下移，从而解除内板和外侧上板 间的锁止，此时当操作者对靠背施以向后的力或者依靠板簧的恢复力，就可以对 靠背的角度进行调节，当调整到合适角度位置时，松开角度调节操纵杆，在板簧 的恢复力作用下，角度调节操纵杆会回到初始位置，而所以机构也会重新弹回外 侧上板的齿牙内，对内板和外侧上板进行锁定。 在整个调整过程中，通过连动杆的连接，座椅两侧的角度调节机构会同步对 靠背角度进行调节。 角度调节机构角度调节范围有内板上的弧形开槽确定，位于外侧上板的突出 销，只能在圆弧开槽范围内活动，即 100-115。 3.1.3 前后调节机构的工作原理和相关计算 1).前后调节机构的结构形式及工作原理 前后调节机构（如图 3.3）即座椅滑道，是纵向水平位置的调整机构，在本 毕业设计中左右两侧均选用内外导轨式结构，两侧用前后调节操纵杆连接和控制， 其中内导轨中间安有内外导轨锁止机构，当用前后调节操纵杆调整到合适位置是， 松开操作杆，锁止机构借助复位弹簧将内外导轨连接并锁止，达到调节并锁止的 目的。 图 3.3 前后调节机构 2). 前后调节机构调节范围的计算 如图 3.4，在与锁止机构相连接的外导轨下端，开有 40mm 等距分布的小孔， 用于机构相扣合。每个等距分布 11 个均为 2020mm 的小方孔，锁止机构每次 均占用 1 个小方孔， 则最大调节距离为（11-1）40=400mm。 本科生毕业设计（论文） 17 因此，前后调节机构调节范围为 0-400mm，即 0-200mm。 图 3.4 外导轨锁止孔 3.2 座椅骨架结构 1).靠背骨架结构设计和尺寸确定 靠背骨架（图 3.5）的设计主要指强度设计和造型设计，靠背造型设计时应 使靠背的高度、形状符合人体曲线，给背部、肩部有效可靠的支撑和足够的侧背 支撑，使驾驶员保持稳定的坐姿，避免横向滑动。 图 3.5 靠背骨架 本科生毕业设计（论文） 18 靠背骨架是一个关键的结构件，在前撞、侧撞尤其是后撞时，在撞击能量处 理方面起关键的保护作用。 根据普遍轻型货车座椅靠背机构分析，本设计靠背选用左、右侧板，上、下 横梁结构形式。座椅靠背骨架参数和结构如图 3.6 所示。 图 3.6 靠背骨架结构参数 2).座椅底座侧板结构和尺寸确定 座椅底座侧板结构（如图 3.7）通过调角器与靠背连接，一般左右两侧底座 的前部和后部均由钢管或钢杆相互连接，以保证底座两侧板的整体性和连动性。 图 3.7 底座侧板结构 本科生毕业设计（论文） 19 底座侧板结构中，前杆和后杆隶属于座椅的高低调节总成（详见高低调节机 构部分） 。底后管两端焊接于两侧板后端，用于保证其整体刚性连接。座椅底座 侧板参数和结构如图 3.8 所示。 图 3.8 底座侧板主要尺寸和结构形式 3.3 轻型货车驾驶员骨架整体结构 根据本章所确定的主要座椅骨架结构，用 CAITIA 机械装配模块，装配轻型 货车驾驶员座椅骨架总成如图 3.9 本科生毕业设计（论文） 20 图 3.9 座椅骨架总成 本科生毕业设计（论文） 21 第 4 章 座椅骨架静强度分析 4.1 汽车座椅总成静强度特性的试验方法 我国国家标准 GB15083-1994 对汽车座椅总成静强度特性的要求以及试验方 法作了明确规定。它要求通过质心，分别沿水平向前和向后各施加相当十座椅总 成重力 20 倍的载荷，座椅总成与车身本体不得分离;对可调式座椅，调节装置在 试验中应能使座椅保持在原调节位置，在试验后允许其失去调节功能。座椅背面 如果有防止座椅后退的结构件时，仅向前加载。另外，对十前向座椅，当汽车安 全带固定点装在座椅上时，施加上述向前的负荷时必须同时按 GB14167-1993 中 的规定，对安全带安装固定点施加相应的力。具体要求如下:将座椅安装到试验台 上时如果座椅无适当的着力点，允许在试验项目不涉及的部位局部进行加强，加 强杆的上端固定在同一水平梁上，另一端固定在座椅调节机构连接件上尽可能靠 前的部位，水平梁高度应与座椅质心高度相同。如果座椅的座垫与靠背为分开式 目分别装在车身上时，应分别通过各自的质心沿水平方向向前和向后施加相当十 各自重力 20 倍的载荷。本课题所研究的座椅属十整体式座椅。对十可调式座椅， 应将座椅调节到设计的最后位置，并将靠背锁止在设计角度位置上，限位装置应 预先固定好。在加载过程中，要求载荷逐渐加载到规定值，并在该值上保持 0.2s 以上，加载速度不超过 5mm/minx 汽车座椅静强度特性出发，利用有限元软件 Altair HyperMesh 进行座椅总成 骨架有限元模型边界条件的设定，并利用 ABAQUS/Standard 对座椅总成和座椅 靠背在静态载荷作用下各部件的变形以及应力分布情况进行了仿真计算。计算结 果在 Altair HyperMesh 中进行后处理分析。 汽车作为现代人类社会的交通工具，在给人们带来便利和好处的同时，也给 人类社会带来了灾难，那就是交通事故。为了确保汽车的安全，世界各国都制定 了相应的安全标准和技术法规，但总的来说，有代表性的汽车安全技术法规有二 大体系:美国、欧洲及口本技术法规体系，各个体系有不同的特点。 1).座椅总成静强度法规:美国 FM VSS-207 对座椅总成静强度规定，在座椅总 本科生