摩托车座垫的设计思路探讨.pdf

摩托车座垫的设计思路探讨 聂 伟 秦兵兵 朱 军 中国嘉陵集团工程技术研究院 重庆 400032 摘 要 座垫作为摩托车的重要零部件 它不仅关系到乘骑人员的操纵安全 也关系到乘骑舒适性 同 时 必须保证在摩托车全寿命周期内基本功能不失效 而目前市场上反映的一些较大质量问题 在设计 阶段已经产生 我们希望通过对设计思路探讨 控制设计全过程 提高产品质量 杜绝后期出现较大的 设计缺陷 关键词 摩托车座垫 功能分析 设计要点 台架测试 中图分类号 U483 文献标识码 A 文章编号 1671 0630 2010 02 0049 05 Discussion on Design Idea ofMotorcycle Saddle N ieW e i Qin Bingbing Zhu Jun Engineering 另外 对于部分类型的摩托车 它与覆盖件 燃油箱一起 构成摩托车的外饰 需保证一定的商品 性 同时 它作为摩托车的全寿命零部件 还必须具备 相应的可靠性和耐久性 充分满足用户使用 目前 摩托车座垫在使用初期或使用一段时间后 存在大小各类问题 给用户使用带来不便 主要存在 以下问题 1 座垫外形设计与整车风格不匹配 2 座垫使用初期 泡沫产生变形 影响使用和破 坏美观 3 座垫使用一段时间后 底板发生变形或断裂 影响使用的安全性 同时 对周围零部件产生挤压 导 致其他零部件失效 如图 1所示 图 1 底板变形产生问题 作者简介 聂 伟 1970 男 高级工程师 研究方向为摩托车车身设计 第 39卷 第 1期 2010年 2月 小 型 内 燃 机 与 摩 托 车 S MALL I NTERNAL COMBUST I ON ENGI NE ANDMOTORCYCLE Vo l 39No 1 Feb 2010 图 1b放大图所示为底板变形引起干涉 摩擦造成 的外蒙皮破损 c放大图为底板变形后与油箱干涉 对于上述问题 3 所产生的影响较普遍 对于用户的安 全存在严重隐患 由于设计思路不清楚 该问题在座 垫设计初期很容易被忽视 在此 我们对座垫的设计 思路进行探讨 以提高座垫的设计水平 1 摩托车座垫基本设计流程 按照图 2的设计流程 着重探讨在设计过程中怎 样更系统 更全面地展开设计 使座垫的设计质量更 高 图 2 摩托车座垫基本设计流程框图 2 座垫功能分析 对于摩托车零部件设计 都必须是基于市场要求 展开 座垫设计也不例外 座垫的外形首先必须确保与整车风格一致 满足 整车人机工程的需求 同时还必须考虑座垫的内部空 间和结构强度 刚度以及能长久使用 针对上述要求 逐一分析相应的功能需求 我们可以借助质量屋等手 段展开 QFD分析 见图 3 对于采用质量屋展开功能分析 还应进行多级分 解 由总到分 由粗到细进行迭代 最终落实到每个零 部件的具体设计控制项 进而提高设计质量 用户需 求主要体现在以下几方面 2 1 座垫的外形 摩托车座垫外形设计 首先应考虑整车的风格设 计 满足整车所在销售市场 用户的审美需求 同时 应考虑乘坐的稳定性 即驾驶员和乘员在制动或加速 过程中 不易产生大的前后滑移 另外 还应兼顾乘坐 的舒适性 即泡沫厚薄应让人感觉不到与底板接触 还 应兼顾制造工艺可行性 即泡沫成型 字样印刷和座垫 蒙皮等几方面 图 3 座垫部件功能分析 50 小 型 内 燃 机 与 摩 托 车 第 39卷 2 2 座垫的乘坐 摩托车座垫应考虑人机合理性 保证在静态和动 态状况下 对摩托车能够安全操纵 即驻车 骑行 转 向 换挡和制动等动作易实施 同时 应考虑乘坐舒适 性 即保证与臀部 大腿的贴合和降低地面冲击对人员 的影响 2 3 座垫的长久使用 摩托车座垫是全寿命部件 即在整车使用年限内 应保证基本功能不失效 同时 对局部变形量也必须 控制 因座垫底板过度变形 会对油箱 侧盖造成干涉 相互摩擦 从而造成一系列质量问题 3 摩托车座垫设计控制要点 通过对座垫的功能分析 确定座垫各个零部件的 设计要点 提出设计要求 从而控制设计质量 进而缩 短产品的开发周期 提高产品的使用寿命 3 1 座垫底板设计 座垫底板是座垫的主要支撑部分 它不仅起到支 撑作用 也有部分吸振作用 同时 与油箱 侧盖有配合 关系 所以 针对底板设计 着重针对以下内容进行计 算和验证 3 1 1 空间结构检证 底板与车架 侧盖 尾框和油箱等零部件存在装配 或配合关系 在设计底板结构时 考虑在静态和动态 使用情况下 其本身产生变形和缓冲垫受力压缩后 各 配合部位均不得产生摩擦 挤压等不正常接触现象 3 1 2 强度和刚度设计 座垫底板发生断裂或严重变形 会造成使用失效 还会引发安全事故 因此 对底板强度和刚度设计十分 关键 目前 针对强度和刚度设计的主要手段是有限 元分析方法 同时 结合专有的台架测试和整车道路试 验等手段 充分保证座垫底板强度和刚度能满足整车 使用 底板的受力原理参照图 4和图 5 根据力学原理 展开分析 计算 图 4 底板受力示意图 图 5 底板结构单元截面示意图 1 按力学原理 建立单元节点最大正应力与单元 节点所受最大弯矩 弯曲截面系数的函数关系 izmax M iz max Wiz 其中 Mizm ax RB L Wiz b h 2 6 2 按梁的变形原理分析 在小变形情况下 水平 位移 u相对挠度 垂直变形 可忽略不计 单元节点 最大变形与单元节点所受力 轴惯性矩及材料弹性模 量的函数关系 i max F1 l 4 8EIz 其中 E 为弹性模量 F1 RB L 2 Iz b h 3 12 利用 CAE分析手段 按下述设计过程展开 座垫底板的 3D模型进行网格划分 如图 6 图 6 网格划分 对模型进行加载 完善力学模型 如图 7 图 7 模型加载 利用 CAE分析工具 对力学模型进行有限元分 51第 1期聂 伟等 摩托车座垫的设计思路探讨 析 计算出应力分布情况 如图 8 图 8 有限元分析结果 根据应力分布情况 找出应力最危险点是否在材 料允许范围内 如超出范围 则进行设计修正 再分 析 3 2 座垫缓冲垫设计 对座垫缓冲垫设计 考虑支撑和缓冲两方面 一 是为防止地面冲击力对乘员的影响 一是必须保证对 座垫的支撑强度和稳定性 另外 还必须保证座垫与 车架 侧盖等关联零部件的合理间隙 因此 具有如图 9 图 10等多种结构形式 3 3 座垫泡沫设计 座垫泡沫设计 考虑结构和材料选用两方面 首 先要保证与创意风格的吻合 同时 对于人体接触部 位 其厚度对乘坐舒适性有很大影响 一般最小厚度 在 30mm以上 另外 对于局部形状 R 值大小等 对制造工艺可行至关重要 局部 R 过小 对座垫皮的 贴合有一定影响 且在制造或使用过程中易变形 对外 观商品性有较大破坏 材料选用 对使用产生永久变 形也有很大影响 3 4 座垫外蒙皮设计 座垫外蒙皮的设计 既要保证与泡沫能很好贴合 且要注意对接缝位置和方式 应避免渗漏水 同时 材 料选用 也必须保证在承载情况下 具备一定抗拉伸能 力 能及时回弹 4 摩托车座垫部件的试验验证 座垫部件的设计 仅靠计算机 CAE分析还存在一 定的问题 因为对分析边界条件设定 与实际情况还存 在差异 不能完全仿真 所以 在设计方案反复优化 后 必须对实物样品进行一系列试验验证 才能完成设 计定型 4 1 台架试验验证 在专用试验台上 模拟整车承载情况进行安装 加 载 如图 11 图 11 台架上模拟加载 根据前期分析的应力分布情况 对重点部位采用 目测方式观察是否存在裂纹或断裂 根据前期的应变 分析情况 利用激光探测器对关键部位的变形量进行 测试 分析实际变形情况是否符合设计要求 试验变 形测试点及结果见图 12 图 14 根据试验情况 对设 计进行再改进 再试验 必须确保试验合格 4 2 整车骑行评价 通过上述台架试验后 将样品部件装在整车上 对 操控安全性和乘坐舒适性进行感观评价 判定是否满 足整车骑行操控要求 再经过后期的道路耐久性试验 考核座垫在整车上长期使用的情况 经过上述工作 达到设计目标后 最终才能设计定型 52 小 型 内 燃 机 与 摩 托 车 第 39卷 5 结束语 上述思路针对摩托车座垫的设计全过程 结合实 图 14 卸载时测点 10 1的位移情况 际使用需求 充分利用计算机分析手段和零部件试验 验证对设计过程进行控制 提升正向设计质量 目前 我们仅对座垫设计思路进行了初略的探讨 希望这种 设计思路应用于其它零部件 以提高国产摩托车自主 设计水平 参考文献 1 曾凤章 稳健性设计原理技术方法案例 M 北京 兵器 工业出版社 2004 2 范钦珊 王波 殷雅俊 材料力学 M 北京 高等教育出 版社 2002 3 史春涛 孙立星 刘建军 等 摩托车座垫结构设计浅析 J 摩托车技术 2006 1 18 21 4 周云平 许健 刘承科 摩托车座垫底板刚度有限元分析 D 2007 MSC Software虚拟产