机械毕业设计57某型船椅的结构设计

西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 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。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 Abstract Along 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. 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 目 录 1概况 4 2座椅的要求及选材 4 2.1主要要求 4 2.2疲劳强度要求 4 2.3引用标准 4 2.4一般要求 5 2.5功能要求 5 3 座椅的结构工艺 5 3.1座椅的主要结构包括三部分 5 3.2座椅的结构及组成 7 3.3骨架 7 3.3.1救生盒 7 3.3.2电器盒 8 3.4座椅的性能特征包括两部分 8 3.4.1其主要使用功能如下 8 3.5材料工艺 8 4梁的结构工艺 8 5座椅的校核 9 5.1校核的目的和意义 9 5.2内容及载荷 10 5.2.1计算内容 10 5.2.2载荷 10 5.3强度的计算 及校核 10 5.3.1向后 P=6316N 状态 10 5.3.2向前 P=10136N 状态 12 5.3.3座椅总体受力 373N.M为矩状态 14 5.3.4结论 16 结束语 17 谢词 18 参考文献 19 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 1 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 62Kg 92Kg 190mm(向后 ) 扶手 62Kg 92Kg 25mm(侧向 ) 餐桌 44Kg 66Kg 25mm(向下 ) 救生衣盒 62Kg 92Kg 25mm(向下 ) 救生衣盒 44Kg 66Kg 50mm(侧向 ) 2.3 引用标准 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 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。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 图 3-1 全视图 图 3-2 立体图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 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。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 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： 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 图 4-1 图 4-2 5 座椅的校核 5.1 校核的目的和意义 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 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=494N 5.3 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 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 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 Fx Fy Fz 地板前螺钉 1574N -6678N 1530N 地板后螺钉 -1415N 6819N 1491N 侧壁前螺钉 382N 79N 360N 侧壁后螺钉 -532N -212N 2935N a) 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+4 2） 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 +4 2） =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。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 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 +4 2） 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 +4 2） 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698Mpa 4；支板的最大应力在侧壁的后连接螺钉处，为 52。 4Mpa 3;大梁的最大应力为 93.1Mpa ；椅腿的最大应力为 65.3Mpa 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 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， b a，安全系数取 .5，则许用应力 a螺钉连接处支反力见表 5-2。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 表 5-2 螺钉位置 支反力 Fx Fy Fz 地板前螺钉 -3489N 14730N -3182N 地板后螺钉 3126N -15067N -3093N 侧壁前螺钉 -101N -159N -759N 侧壁后螺钉 455N 469N -3486N a) 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 +4 2） 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 +4 2） 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， b a，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， 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 （ 2 +4 2） 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 +4 2） 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 81Mpa 4;支 板的最在应力在侧壁的后连接螺钉处，为 67.1Mpa 3;大梁的最大应力为 63.6Mpa 2;椅腿的最大应力为 45.8Mpa 2;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 248Mpa 1;座椅靠背的最大应力为 108Mpa 1。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， b a，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 x Fy Fz 地板前螺钉 7.7N -1161N 142N 地板后螺钉 -3.3N -1182N 124N 侧壁前螺钉 -26N 179N 601N 侧壁后螺钉 52N -2119N -489N a)地板前螺钉 拉力 F=Fy=1161.1N 剪切力 Q=(Fx 2 +Fz 2) 1/2 =3448N 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 15 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 +4 2） 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 +4 2） 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， b a，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 +4 2） 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 +4 2） 1/2 =55.2Mpa 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 16 所以，螺钉的强度足够。