【《汽车座椅三维模型的建立分析案例》4100字】

汽车座椅三维模型的建立分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u11138汽车座椅三维模型的建立分析案例 197451.1三维建模软件UG 1781.2汽车座椅概述 1186931.1.1汽车座椅的主要结构 123131.3汽车座椅的主要参数 2228381.4汽车座椅的三维模型的建立 5235431.5汽车座椅的基本模型的建立步骤 61.1三维建模软件UG三维建模软件UGREF_Ref28087\r\h[8]（Unigraphics

NX）是一种CAD/CAE交互式系统，由于其强大的功能，能轻松实现复杂实体三维模型的建立，并且凭借其操作环境智能、建模灵活、建模参数化、装配设计协同化等优势，快速成为3D行业的中流砥柱。UG软件模块中我们熟知的CAD模块也包括工程制图（基本制图、半剖视图、旋转剖、局部剖，局部放大等）、特征建模（圆柱、球、键槽、倒角、倒圆角等）、装配建模(有顶向下、有底向上）、实体建模（三维和二维模型）、自由形状建模。1.2汽车座椅概述1.1.1汽车座椅的主要结构在车辆的主要组成部件中，座椅约占汽车总重量的10%REF_Ref32737\r\h[9]，汽车座椅的主要构造有以下组成，如头枕、靠背、坐垫、靠背骨架、坐垫骨架、靠背角度调节器、左右滑轨等。本文以驾驶舱的汽车座椅为例，其结构示意图如下（见图2-1）。左滑轨坐垫骨架右滑轨靠背骨架靠背角度调节器坐垫靠背头枕左滑轨坐垫骨架右滑轨靠背骨架靠背角度调节器坐垫靠背头枕图2-1汽车座椅结构示意图1.3汽车座椅的主要参数对于汽车座椅设计的包含了以下参数:座垫的高度、座垫的宽度、座垫的深度、座垫的角度[10]、靠背的宽度、靠背的高度、座垫与靠背的夹角等[11]。汽车座椅对静态参数的选择原则是在正常状态下，将人体尺寸确定为椅子几何学尺寸的标准，其次是选择汽车椅子的主要参数，有以下方法:座椅的高度:为了适合大多数人使用，座椅的高度应能够承受最小的使用者，与此同时，座椅的高度应让使用者的大腿的放置接近水平、小腿自然放置的状态，确保使用者不会因为座椅面高度太高，而导致大腿部位的肌肉受压力，确保不会因为座椅面高度太低，而增加人体后背肌肉的负担，同时工程师在设计座椅的高度时要将不同国籍、地域的人体大小差别考虑进去。CAESAR项目(CivilianAmericanandEuropeanSurfaceAnthropometryResource)包含较为完整的成年公民人体测量数据REF_Ref9418\r\h[12]，为座椅的高度选则提供了较好的数据参考，具体内容见表2-1REF_Ref9467\r\h[13]。根据表格数据，此设计中，所采取的座椅的高度取340mm左右。座椅的宽度:座椅的宽度指的是通过R点并且与汽车座椅的中心方向的平面垂直的垂面上是汽车坐垫的最大宽度。座椅的宽度必须可以接受身材健壮的人。作为参考，尺寸是臀部宽度，而座椅宽度设计是依据女性大众尺寸上限为参考标准。为使使用者能调整坐姿，所以座椅的宽度选择适当大于臀宽。同时座椅的宽度也不可以太大，不然肘部将要往座椅两侧进行伸展来寻找支承，这样会导致人体肩膀位置的疲劳。汽车座椅的在一般情况下，其宽度采取500~525mm，此设计中，所采取的座椅的宽度取500mm。座椅的深度（即座椅的长度）:指在座椅中心平面上，坐垫前缘部分的垂线的切线到坐垫最后端线的长度。该尺寸不可以太大，同时也不能太小。正确的座椅的长度应使靠背轻易地支撑腰椎部位。如座椅的深度大于个子矮的大腿长，座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样若要得到靠背的支撑，则必须改变腰部正常曲线;否则使用者必须向前缘处移动来避免压迫膝窝，却得不到座椅靠背的支撑，这些坐姿会导致使用者感到不舒适的，同时也是不健康的。为适应绝大多数使用者，座椅的深度设计，应该根据较小百分位的大众设计，这样身材不高者坐着舒适，身材高大的人只要使得小腿能得到稳定的支撑，从而不会使大腿部位引起压力疲劳，汽车座椅的一般深度取440mm左右。此设计中，所采取的座椅的深度取440mm。坐垫的角度:指座面与水平面所形成的角度。座面向后倾斜的作用有两个:一是由于重力因素，身体向后移，使后背抵靠在座椅上，以此来获得支持，从而来减少背肌静压;二是防止使用者从座椅边上滑出座面，这对于经常行驶震动颠簸环境中的使用者来讲，是相当重要的。但是，如果座面过甚向后歪斜，当使用者进行开车操作时，脊椎会因为身体向前屈伸而会被拉直，损坏人体正常的腰椎曲线，形成一种吃力的姿势，同时还会压迫腹部，长期驾驶会造成生理上的伤害。因此坐垫的倾斜角不可以太大，一般为5°~15°，此设计中，所采取的坐垫的角度取10°[14]。靠背的宽度:靠背的宽度是指座椅靠背的宽度，一般人体测量尺寸中以肩宽数据为设计依据，适当的靠背宽度应满足以下条件：首先，靠背的宽度可依据座椅的使用方式来决定，对于驾驶员的座椅，靠背的宽度应以不阻碍手臂的操作活动为前提。其次，对于休息用椅或长途运输工具中的乘客用椅，在空间条件与徐的情况下，可适当加宽REF_Ref9502\r\h[15]。所以对于汽车座椅的靠背的宽度应满足95%男性[16]的肩膀宽度尺寸，按照目前市面上的靠背宽度设计，一般为480mm左右。此设计中，所采取的靠背的宽度取480mm。靠背的高度：在靠背的高度设计时，应对靠背的高度及其靠背的形状结构向符合人体曲线进行构建，以使后背肌肉处于松弛状态，并能给背部、肩部有效可靠的支持，使使用人员保持平稳的坐姿，还要有足够的侧背支持，从而尽可能的避免当汽车高速转弯时的横向移动。按照目前市场上的靠背高度设计，一般采用600~620mm左右[17]。此设计中，所采取的靠背的高度取600mm左右。靠背倾斜角：不同的靠背倾斜角会产生不同的椎间盘压力及背部肌肉负荷。当靠背倾角大于110°时，椎间盘压力明显减小，所以在设计方面应考虑合理的靠背倾斜角。为了提高舒适性，满足使用人员在休息时的需求，靠背倾斜角的设计应该是可调式[18]，同时可调控范围尽可能大。载重汽车一般为100°~115°，大客车多采用95°~135°，而轿车则采用80°~170°。此设计中，所采取的靠背的倾斜角范围为80°~170°。汽车座椅头枕:头枕主要对使用者的颈椎起依靠作用，能够缓解使用者的疲劳，同时，在发生紧急制动状况下，头枕的吸能性对使用者起保护作用，阻止紧急制动对使用者造成受伤。汽车座椅头枕设计时，按照人机配置，应确定头枕的设计高度和调节范围，头枕型面应符合舒适性要求。头枕部件的拆装应至少在和人耳边缘相平的位置，头枕与后脑之间的长度≤20cm。由头枕上端顺着平行于躯干的基准线方向朝下65mm处或者由R点顺着平行于躯干基准线朝上635mm处，头枕的形状宽度以座椅中心面为对称面，左右各应宽85mm以上REF_Ref9581\r\h[19]。此设计中，所采取的头枕宽度为200mm。靠背角度调节器[20]:安装调节器的位置位于靠背骨架和坐垫骨架之间，不仅起到靠背转动的功能，而且还是坐垫与靠背的连接装置，因此调节器也是影响搭车安全性的部件之一。表2-1人体测量数据与座椅设计尺寸关系座椅尺寸人体测量学相应的部位CAESAR数据推荐尺寸坐垫宽度满足95%女性的人体臀部尺寸95%女性=480.3mm95%女性=480.3mm500~525mm坐垫长度满足5%最小女性臀部到腿弯部的尺寸5%最小女性=440mm（指从臀部区域到腿弯部区域）440mm坐垫高度满足5%最小女性的腿弯部高度尺寸5%最小女性=340mm不超过363mm推荐为346mm左右靠背宽度满足95%男性的肩膀宽度尺寸95%男性=384mm测量值取自H点以上220mm的数据384mm（从H点向上220mm的数据）靠背高度满足5%最小女性靠背高度尺寸5%最小女性=414mm410~550mm（从H点沿躯干线测量）1.4汽车座椅的三维模型的建立参考汽车座椅参数，对汽车座椅的结构进行设计，同时，将为汽车座椅功能优化的零部件也建立模型。本文的模型通过UG软件进行建立。由于汽车座椅的结构相对而言比较复杂，零件重多，为了三维视图美观以及节约建模时间等因素，在不影响汽车座椅整体性能、零件的固定以及各零件之间的装配关系的前提下，同时满足行车使用要求或构造要求，对汽车座椅进行模型建立。对汽车座椅实物进行简化，主要建立的结构：头枕、靠背、靠背骨架、坐垫、坐垫骨架、靠背角度调节器、左右滑轨等[21]；对汽车座椅功能部件的简化设计，主要有：小型投影仪、磁石条、加热片、风扇、侧碰安全气囊滑轨装置、压力传感器、脚垫、小型收纳箱、小型K歌厅、多种充电接口、小孩娱乐设施等。在UG/NX软件中，将所有已经创建好的部件的三维模型（见表2-2）装配在一起，组成汽车座椅的总装配体，即汽车座椅三维模型（见图2-2）。在装配过程中，对于座椅上多处零件属于同一种零件的情况，在建模时可以对其只进行一次建模，再在装配时利用多次添加组件或阵列的方法实现快速装配，可大幅度节省时间，提高效率。表2-2汽车座椅零件汇总表名称数量名称数量名称数量头枕1磁石条1小型投影仪1头枕调节2汽车靠垫1平板1靠背后板1加热片3座椅轴1收纳箱盒子1脚垫右轨1脚垫1汽车坐垫骨架1压力传感器1开关板1桌子连接杆1汽车坐垫1靠背调节器小齿轮1滑轨支架2滑轨2收纳箱外壳1脚垫左轨1靠背调节器连接板2靠背调节器大齿轮2板轴1无线充盖子1体温计装置1调节器盖子1靠背调节器手柄1桌子小齿轮2桌子齿条4风扇叶2风扇箱2无线充电器1安全气囊装置1安全气囊装置轨道1汽车靠垫骨架1控制板1图2-2汽车座椅三维模型1.5汽车座椅的基本模型的建立步骤如图2-2所示的汽车座椅装配图，结构复杂，零部件众多。由于汽车这样的骨架是汽车座椅的重要组成部分，所以选择汽车座椅骨架进行三维建模的步骤介绍。1.汽车坐垫骨架建模进入UG/NX建模界面，选择坐标，进行草图设计，作图过程如下：先画了坐垫骨架的一侧，如图2-3图2-3汽车坐垫骨架草图1再通过拉伸，形成坐垫骨架的两侧，如图2-4图2-4汽车坐垫骨架草图2再骨架一侧进行连接杆草图设计并拉伸，如图2-5图2-5汽车坐垫骨架草图3以形成的连接杆为基准平面，建立草图，并通过UG里的规律延伸功能画出初步简易铁丝线设计，如图2-6图2-6汽车坐垫骨架草图4在已建立的铁丝线上进行管道设计，将铁丝实体化，如图2-7图2-7汽车坐垫骨架草图5再通过阵列，将单个铁丝实体形成初步的铁丝网，如图2-8图2-8汽车坐垫骨架草图61.汽车靠背骨架建模进入UG/NX建模界面，选择坐标，进行草图设计，作图过程如下：先画了靠背骨架的上部分的草图设计，并通过管道进行拉伸，如图2-9图2-9汽车靠垫骨架草图1再进行靠垫两侧的草图设计，如图2-10图2-10汽车靠垫骨架草图2再将两侧进行拉伸，形成靠垫两侧，并进行一些细微处理，如图2-11图2-11汽车靠垫骨架草图3再进行靠背的