毕业设计（论文）-汽车电动座椅机械设计

摘要汽车座椅属于汽车的基本装置是汽车的重要安全部件。在汽车中它将人体和车身联系在一起直接关系到乘员的驾乘舒适性和安全性。一百多年来，随着汽车的发展和人们要求的不断提高汽车座椅已不再是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件而是关系到汽车的驾乘舒适性和安全性集人机工程学、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。随着我国汽车工业的迅猛发展人们对汽车的乘坐舒适性及安全性等方面的要求越来越高。其中作为影响汽车舒适性和安全性的重要内饰部件——汽车座椅的设计、研发已越来越引起汽车业界的重视。电动座椅是衡量轿车档次的重要依据，因此世界范围内的轿车设计师都十分重视电动座椅的设计，力求从选材到结构设计都完美无缺。造型方面，汽车座椅设计时应该充分考虑人体的尺寸，人体的重量、乘坐姿势和体压分配的因素，之后应用人体工程学的研究成果和先进技术，制造出乘坐舒适、久坐不乏的安全座椅。本毕业设计分析了人与座椅的人机关系，并且结合我国国民对汽车座椅的使用要求，以人机工程学、汽车设计等学科的理论为依据，以国家和国际标准为准则，对座椅进行了设计。关键词：汽车座椅人机工程大众帕萨特

AbstractTheautomobileseatisthebasicdeviceoftheautomobile,anditisanimportantsafetycomponentoftheautomobile.Inautomobiles,itconnectsthehumanbodywiththebodydirectlyrelatedtotherider'scomfortandsafety.Overthepast100years,withthedevelopmentofautomobilesandthecontinuousimprovementofpeople'srequirements,carseatsarenolongersimplybodypartstomeettheneedsofrideandaesthetics,butarerelatedtothecomfortandsafetyofautomobiles.Theyareintegratedwithergonomics,mechanicalvibration,controlengineeringandothersystemsengineeringproducts.WiththerapiddevelopmentofChina'sautomobileindustry,people'srequirementsonridecomfortandsafetyofautomobilesaregettinghigherandhigher.Electricseatisanimportantbasistomeasurethegradeofcars,socardesignersallovertheworldattachgreatimportancetothedesignofelectricseat,strivingtoperfectfrommaterialselectiontostructuraldesign.Intheaspectofmodeling,thedesignofautomobileseatshouldtakefullaccountofthesizeofhumanbody,theweightofhumanbody,theridingpostureandthedistributionofbodypressure.Then,theresearchresultsofergonomicsandadvancedtechnologyareappliedtomakeacomfortableandsedentaryseat.Thisgraduationdesignanalysesthehuman-machinerelationshipbetweenhumanandseat,andcombinestherequirementsofChinesepeoplefortheuseofcarseats,basedonthetheoriesofergonomics,automobiledesignandotherdisciplines,andguidedbynationalandinternationalstandards,designsthe280TSIdrivingseatforVolkswagenPassat.Keywords:carseatergonomicsVolkswagenPassat绪论1．1汽车座椅简介和国内外研究现状在过去的轿车中，轿车的发明和制造以用于交通为唯一目的，然而今天的轿车的设计思想则是倡导人与汽车的融合，而汽车电动座椅的设计正是这个思想的极其重要的环节。现代汽车的设计涉及到电子学、人体工程学、工业设计学等领域方面[3]，随着汽车技术的发展和人们对汽车驾驶舒适性的要求越来越高，轿车的座椅已然从一个简单的部件发展到一个比较复杂和精确程度要求比较高的部件。电动座椅是衡量轿车档次的重要依据，因此世界范围内的轿车设计师都十分重视电动座椅的设计，力求从选材到结构设计都完美无缺。造型方面，汽车座椅设计时应该充分考虑人体的尺寸，人体的重量、乘坐姿势和体压分配的因素，之后应用人体工程学的研究成果和先进技术，制造出乘坐舒适、久坐不乏的安全座椅。汽车座椅的调节有手动调节和电动两种方式。最早的汽车手动调节座椅在1921年面世。[6]最开始的手动调节需要驾驶员员先通过手柄放松座椅的锁止机构，之后通过改变身体的座姿和位置来带动座椅移动，最后将锁止机构的手柄放松，将座椅固定在所选择的位置上。[2]这种调节方式的主动施力方是座椅上的乘客，座椅调节起来也不是十分的方便。于是，在后来的设计中，尤其是在中高档轿车上，设计师和生产商都会选择电动调节的座椅，一方面可以提高汽车座椅调节的便捷性，另一方面也可以提高汽车的档次，吸引更多的消费者选择自己品牌的汽车。电动座椅是由座垫、靠背、靠枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。[11]其中调节机构由控制器、可逆性直流电动机和传动部件组成是电动座椅中最复杂和最关键的部分，对可逆性直流电动机的要求是必须体积小，负荷能力要大；而机械传动部件在运行时要求有十分良好的平稳性，噪音要低。控制器的控制键钮设置在驾驶者操纵方便的地方，一般在门内侧的扶手上面或座垫侧面。可逆性直流电动机一般有三个以上，它们受控制器控制并分别驱动某个调整方向的传动部件。传动部件有蜗杆轴，蜗轮、齿轴和齿条等。[4]调整时，蜗杆轴在电动机的驱动下，带动蜗轮转动，从而将齿轴旋入或旋出，即座椅下降或上升。如果蜗轮又与齿条啮合，蜗轮转动将齿条移动，即令座椅前移或后移。图1-1现代电动座椅结构图图1-1现代电动座椅结构图电动调节的座椅在调节时，座椅是施力方，乘客只需扳动控制键就可以令座椅移动，无需主动改变身体的座姿。电动座椅还可以提供更加精准的调节位置。电动座椅的使用，让驾驶员能够轻松的找到最适合自己的驾驶姿势，提供良好的视野，提高了行车安全性，并能有效减轻驾驶疲劳。1.1.1电动座椅国外研究现状。[6]手动调节方式需要乘员先通过手柄防松座椅的锁止机构，之后通过改变身体的坐姿和位置来带动座椅移动，最后到达合适的位置后，再将锁止机构的手柄防松，将座椅固定到某个位置，达到调节座椅位置的目的。图1.-2座椅靠背手动调节器图1.-2座椅靠背手动调节器电动座椅在之后逐步得以研究试验，并且1954年卡迪拉克汽车Eldorado款汽首先推出4路电动座椅。，它应该能够自动适应不同体型乘员的乘坐舒适性要求。这种应用微机控制技术控制的电动座椅出现在80年代，1983年日本日产（Nissan）和丰田（Toyota）公司分别在公爵（Cedric）牌轿车和皇冠（Crown）牌轿车上使用。[7]人体工程是一门新兴的边缘学科，起源于欧洲，形成于美国，发展到今天已经有60多年的历史了。[9]人体工程学是研究在人们工作中、家庭生活与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。人、机和环境和谐统一是其核心指导思想。1986年，国际人机工程学学会（IEA）在瑞士召开以座椅为主题的第一次国际学术研讨会，这次会议之后，正如预期的那样，全世界都掀起了一股座椅设计的高潮。事到至今这场运动不但没有衰减，反而依旧如火如荼。经过相当长一段时间的发展，在之后的设计中，蜗杆传动广泛应用于汽车座椅的电动调节。其原理是汽车座椅调整时，蜗杆轴在电动机的驱动下带动蜗杆轮旋转，从而将齿轴旋入或旋出，以控制座椅上升或者下降。在1922年，美国人首先创新利用，为了表彰他们的贡献，这一传动方式被誉为威式蜗杆（WildhaberWarm）。[5]之后在五十年代，日本人学习并且逐步发展了此项技术，这也就是后来他们在世界市场上推销的，变得相当有竞争力的平面蜗杆技术（PlanaWorm)。再此之后，1953年西德尼曼（Nieman）教授又为蜗杆传动做出了新的贡献，在平面直齿轮蜗杆的基础上，他创新设计，发明了凹圆弧齿圆柱蜗杆传动，这就是当今世界闻名的“CavexWorm”。此外。坛上发表了一些有关新型蜗杆传动的文章，除了对机械传动作出的贡献外，也不乏对汽车座椅的一些基本应用，并且已经取得了一定的成果。图1-3电动座椅应用的蜗杆传动图图1-3电动座椅应用的蜗杆传动图1.1.2电动座椅国内研究现状由于汽车起源于国外，并且在国外更早的得以批量生产和普及，所以国外汽车座椅研究比较早，几乎是伴随着汽车的诞生而开始的，到如今已经经历了百余年的历史，发展非常的成熟，除此之外，国外由于汽车使用的时间比较长，所以他们在与座椅有关的相关安全标准和法规方面也变得十分完善。相比之下，我国的汽车普及时间比较短，相关的技术非常不成熟，并且由于使用人数和时间都非常的短暂，相当多的矛盾还没有被发现，给我国的汽车研究带来阻碍。目前国内许多商家也开始关注汽车座椅的研究和生产，并且也已经新建了很多座椅生产厂家。我国汽车座椅生产商大部分都借助合资的优势，利用他们掌握的部分设计和生产技术，在一定程度上加快了我国的汽车座椅的发展，促进了就业，但是核心技术还是只有国外少数几家生产商掌握，国内的自主设计和研发仍然停留在起步阶段，落后的设计方法是阻碍我国座椅发展的主要因素。目前国内许多的座椅生产厂商还在继续沿用传统的串联生产方式，致使设计成本过高，开发周期过长。另外，我国一些企业由于对座椅的研究重视程度不够，尚未开展专门的研究。这不仅给座椅的安全带来隐患，而且制约了我国座椅的发展。随着现代汽车设计对安全、环保和节能的要求，我国座椅急需大量的资金和技术投入才能缩小与先进水平的差距，开发出适合我国生产现状的安全、轻便、低成本的座椅。，8]，也打开了中国汽车电动座椅制造发展之门，然后越来越多的汽车厂家开始在中国发售电动座椅轿车，之后的中国汽车制造力求完美的诠释了电动座椅，使之更加完善，功能更加齐全。1991年9月5日至9日，中国汽车工程学会电器委员会在杭州召开了1991年度汽车电器学术报告会议，会议指出发展汽车电器的自动化，汽车电动座椅的设计生产就是我国赶超国外汽车车身电器的一个重要方向。[5]至今，我国的高级轿车厂商纷纷将电动座椅视为汽车不可缺失的组成部分。随着技术的不断提高，制造价格的普遍降低，该车身电器目前正在向家用车型的方向转移。1.2课题研究的意义座椅是与人接触最亲密的部件，人们对轿车平顺性的评价多是通过座椅的感受感知的，随着人们生活水平的提高和汽车技术的不断更新，驾驶员对汽车座椅的舒适性要求也越来越高。对于家庭使用的汽车而言，常常是多个成员驾驶同一辆汽车，而当不同的驾驶员坐同一个座椅时，由于每个人身体的差异，所需要的汽车座椅的位置各不相同，因此需要经常调节座椅位置。目前，大部分的汽车座椅没有记忆功能，使得同一个人在不同时间驾驶同一辆汽车时，汽车座椅位置可能被其他驾驶员更改过而需要重新调节座椅各个方向位置。在汽车电动座椅技术成熟之前，汽车座椅都为手动调节，比较汽车电动坐骑调节而言，手动调节不但不便于操作，而且不利于驾驶员找到最适合自己的位置。现代汽车的驾驶员座椅多是可以电动调节的，电动座椅可使驾驶者通过键钮操纵，调整到最佳坐姿以获得最好视野，最舒适的乘坐角度及最方便的操作性能。电动座椅六向调节装置，作为电动座椅的核心部件，其研究设计可以有助于掌握汽车座椅的工作原理及发展方向，作为学生，此次课题研究有助于巩固我们所学的专业知识，提高我们的基本专业技能，培养综合运用所学的知识解决实际问题的能力和创新能力，对我们以后的工作产生一定的指导作用，养成一定的专业素质。1.3电动座椅设计的背景座椅是汽车的基本附属器件，随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性需求也越来越高，需求对汽车座椅地调节能够更加简单方便、迅速快捷。而目前，汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的机械和电动控制两种方式。轿车电动座椅以驾驶者的座椅为主。从服务对象出发，电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求。也就是说驾驶者通过键钮操纵，既可以将座椅调整到最佳的位置上，使驾驶者获得最好视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。为了满足这些要求，世界汽车生产大国的有关厂家都竟相采用机械和电子技术手段，制造出可调整的电动座椅。1.4本文主要研究工作这个方案的设计思路就是电动座椅是利用电动机的动力来调整座椅前后的位置和靠背的倾斜度,自动适应不同体型的驾驶员与乘员的乘坐舒适性要求。电动座椅能满足便利性和舒适性,驾驶员通过按键操纵,既可以将座椅调整到最佳的位置上,以获得最好视野,得到易于操纵方向盘、脚踏板、变速杆等操纵件的便利,还可以获得舒适和最习惯的乘坐角度。我的设计就是研究设计一种电动调节式座椅，其汽车座椅位置的调节主要有三个方向，即坐垫高度调节、坐垫水平位置调节及座椅靠背倾角的调节。通过前期的仔细对比研究，确定了每个运动机构方案的构成。分别设计可逆电动机为动力源，蜗轮蜗杆、滚珠丝杠、平面连杆机构，并将它们互相组合，以达到调节座椅位置的目的。2设计方案的选取2.1座椅升降部分方案1：一个座椅、一对分别位于该座椅两侧的椅架、一个驱动件以及一个被驱动件。这个座椅具有一个本体和一对固定在该本体左右两侧的组接件；驱动件采用固定在座椅本体上的电动机，以及一个与该电动机传动连接的主动传动件。方案2：由蜗轮，蜗杆，心轴等组成。调整座椅时，电动机通电产生的力矩带动蜗杆，接着蜗杆带动蜗轮转动，使心轴在蜗轮内旋进或旋出，带动座椅上下移动。方案3：由蜗轮，蜗杆，滚珠丝杠，连杆机构组成。调整时，直流电动机通电产生力矩，此力矩带动蜗杆转动，驱动蜗轮转动并带动滚珠丝杠运动，滚珠丝杠上有配合的旋转螺母，螺母根据丝杠的转动会前进或后退，螺母上连接了连杆机构，连杆机构带动座椅的上升与下降。由于现在工业成熟，汽车车身的配件精度要求比较高，考虑到汽车座椅上下移动的重复性和对运动机构寿命和安全的考虑，选用方案3可以更好地满足设计要求。2.2座椅前后移动部分方案1：由基体，可移动体，齿条，小齿轮以及引导机构组成。可移动体设置在可移动部分，所述可移动体装配在基体上，用于相对基体延伸或伸缩；设计驱动单元来驱动小齿轮，小齿轮带动基体沿着引导机构延伸和缩回，达到座椅移动的目的。方案2：由蜗杆，蜗轮，齿条，导轨组成。齿条安装在导轨上，调整时，直流电动机通电产生的力矩带动蜗轮蜗杆转动，经过齿条传动，使座椅沿着导轨延伸或缩回，达到座椅前后移动的目的。方案3：由蜗轮，蜗杆，滚珠丝杠组成。调整时，直流电动机通电产生的力矩带动蜗杆转动，蜗杆转动的力通过蜗轮带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠上面配合的螺母与座椅移动部分固定在一起，随着螺母的前进和后退，汽车座椅也会前后移动。考虑到运动部件的可靠性和便于维修等因素，更重要的是考虑到运动部件的机构寿命和安全要求，再结合全部运动机构设计的要求，充分利用资源，尽量采用相同的材料和类似运动设计方案，所以选择方案3。2.3座椅靠背倾斜部分方案1：由双控开关，控制电机，蜗轮蜗杆，蜗轮轴和座椅靠背调节轴等组成。调节时，双控开关打开使电动机通电，并控制旋转方向。电动机带动蜗轮蜗杆转动，蜗轮带动蜗轮轴转动，产生力矩，用一个键把蜗轮轴和座椅靠背调节轴连接，以此带动座椅靠背的转动。方案2：由电动机，传动件和角度调节器组成。电动机和传动部分可以采用电动机带动蜗轮蜗杆转动，最终将力传递给角度调节器。角度调节器在电动机的带动下，产生合适的角度变化，使汽车座椅靠背产生相应的角度变化。经过仔细的研究和比较，方案2的实施需要大量的零件，而且造价较高，于是，本设计采用方案1。自此，电动座椅六项调节的所有传动方案已经基本确定，下面逐一开始设计。3设计方案的详细设计3.1座椅升降部分的设计传动调节装置的确定传动装置的作用是将电动机的动力传给座椅调节位置，使其完成座椅的调整，主要有联轴器软轴、减速器与螺纹千斤顶或蜗轮蜗杆传动机构组成。经过分析可知：由于电动机轴与传动轴的直径相差不大，因此可直接相连，采用螺纹锁紧的简易联轴器。传动轴的选择根据电动机的安装位置的不同有以下几种：当采用单相电动机时，传动轴选用锥齿轮与轴相连。图2.1单轴电动机输出当采用双轴输出电机时如下图所示：图2.2双轴电动机输出此种方案看似结构简单，但实际有以下缺点：在执行机构方面采用齿轮和齿条相啮合，传动时的载荷不能太大，而要传递80kg重量的载荷所需要的转矩较大，则需要增加齿轮的尺寸。其次，齿轮的安装从受力角度来分析并不利于啮合，如齿轮齿条的间隙一扩大就会容易产生噪声和误齿合，这种现象是绝不应该出现的。第二种方案如下图所示：图2.4锥齿轮丝杠传动机构在这种方案中，减速器选用锥齿轮，，锥齿轮的设计和制造、安装较为方便，但是考虑到座椅的尺寸情况采用蜗轮蜗杆减速器更为适合，蜗轮蜗杆具有大的传动比和自锁功能，而且也可传递空间交错的两轴运动，给制造带来了方便，并且体积小便于安装、传动平稳等特点，正好适用于系统的减速。根据以上两种方案的论证与总结得出第三种方案：图2.5蜗轮蜗杆丝杠传动机构采用丝杆螺母这种传动方案即能满足电动座椅的功能要求，而且结构紧凑，便于安装调试。最大的优点就是造价便宜，且传动平稳、噪声小并且有向自锁的优点是本次设计较理想的选择。对以上两种方案进行比较，采用双轴输出电机与传动轴直接相连可使传动链变得相对紧凑，传动更加平稳。本方案中采用蜗杆蜗轮传动，蜗杆蜗轮传动多用于交错轴的传动，可将动力传递到不同平面。而蜗杆传动应用在本方案的几乎所有工作部分，蜗杆传动可以获得很大的传动比，通常单级传动比为8到80，传递功率可达4500千瓦。此外，由于工作环境的需要，传动机构首要的要求是噪声要小，而蜗杆传动平稳无噪声，并且结构紧凑，占用空间小，其工作安全可靠。此外，可以通过适当的设计完成自锁功能，使得调整完成后座椅可以保持现状而不改变。但是蜗杆的制作精度要求一般比较高，而且一般需要加入减磨材料（如青铜），因此其制造的成本相对较高。除了采用蜗轮蜗杆传动外，本方案还采用了滚珠丝杠传动，其属于传力螺旋。在工作中，滚珠丝杠以传递动力为主，用较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇工作，工作速度不高，而且通常可以自锁，非常符合本课题的设计要求。对方案有了初步的了解后，下面开始逐步设计。3.1.1选择电动机A.计算所需滚珠丝杠的大致转速在查阅相关资料和实际测量中可以得出汽车座椅前后移动和上下移动的大致速度，通过适当的估算，可以确定滚珠丝杠螺母前后移动的速度大致为4cm/s所以滚珠丝杠的转速为：(3-1)式中，表示预计的座椅上升速度，表示滚珠丝杠直径。B.计算电动机的转速由于选用的蜗轮蜗杆传动，丝杠与蜗轮直接相连，而丝杠的转速为230r/min，蜗杆的传动比为8到40,所以电动机的转速1600到6000。从相关的文献中查得传动机构的传动效率大致如下：蜗杆传动的效率联轴器的效率滚动轴承的效率滚动丝杠的效率齿啮合的效率以座椅上升传动部分，其传动总效率为：C.工作部分要求的功率：（3-2）电动机的输出功率要求表3-1电动机型号选择表表3-1电动机型号选择表电动机型号额定功率（W）转速（r/min）电压转矩转动惯量（不大于）11OSZ10HS36500126860.56110SZ611501700128430.56根据以上两个电动机的对比可见，在其他条件大致相同的条件下，转速500的电动机比较稳定，所以选择11OSZ10HS型电动机。3.1.2传动比的分配由于选择的电动机转速为1700r/min，而滚珠丝杠的转速初步设定为200r/min，所以总传动比初步设定为i=10。可以看出，电动机通过联轴器与蜗杆轴连接，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮与滚珠丝杠用键连接，所以蜗轮蜗杆传动比即为总传动比i=10。3.1.3计算各轴转速蜗杆轴与电动机转速相同，所以其转速为滚珠丝杠与蜗轮的转速相同，都为3.1.4蜗轮蜗杆的设计A.选择蜗杆传动的类型根据GB/T10085-1988推荐，采用锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆），面包络圆柱蜗杆是一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制。这种蜗杆便于磨削，蜗杆精度较高，应用日渐广泛。B.选择材料考虑到蜗杆的传动效率不大，速度也不是太快，而且是汽车座椅上的部件，尺寸不能太大，所以可以选择45钢，因为传动效率高一些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC，蜗杆用铸磷锡青铜，金属模铸造。C.按齿面接触疲劳强度设计参考相关资料和查找课本的相关公式，可以找出蜗轮蜗杆的设计方法，先按齿面接触疲劳强度进行设计，设计完成后，再根据实际情况进行校核，校核时使用齿根弯曲疲劳强度。传动中心距的公式为：（3-3）式中，a表示中心距，T表示转矩，为载荷系数，和分别为弹性影响系数和接触系数，。（1）确定座椅作用在蜗杆上的转矩T按照，估算出，则（2）确定载荷系数K从座椅的工况可以看出，其工作载荷比较稳定，所以取，，，由此可以计算出（3-4）（3）确定弹性影响系数因为选用的是铸磷锡青铜蜗轮与蜗杆相配合，所以（4）确定接触系数首先假设蜗杆传动中心距a被分度圆直径d的比值为0.5，可以查得（5）确定允许的最大接触应力根据蜗杆和蜗轮的材料，蜗杆螺旋齿面硬度为，可以查得蜗轮的许用应力为可以顺便计算出应力循环次数（3-5)寿命系数(3-6)则mm（6）计算蜗轮蜗杆中心距取中心距，因为，取蜗杆分度圆直径根据这时便可以查出，可以看出，所以以上计算结果可用。3.1.5蜗杆与蜗轮设计的主要参数蜗杆部分：蜗杆的轴向齿距，直径系数为，，，，蜗杆的齿厚为。蜗轮部分：蜗轮齿数为，变位系数此时，传动比变为可以计算此时的误差，在允许的范围内，是设计所允许的此时mm蜗轮咽喉母圆半径也可以计算出来，其结果如下：3.1.6滚珠丝杠的设计A.选择滚珠丝杠的型号在本设计中，可以选择的型号为CBF2D3206的外插管埋入式滚珠丝杠。此种丝杠的，导程，，查阅有关的资料并结合生活常识可以得出汽车座椅的最大负重一般来说不会超过，静摩擦力，进给速度，定位精度。B.惯量的计算由前面的设计可以得到，蜗杆设计时的降速比为10，所以：(3-7)式中表示总惯量，表示基本惯量，表示传动比，为转速。C.电动机上作用的力矩D.刚度的相关计算滚珠丝杠两端的轴向支撑，其公式为：按照近似估算的相关理论方法，将丝杠本身的拉压刚度K除以3之后，作为丝杠螺母的传动刚度K。即可以计算出，传动刚度引起的误差为(3-8）式中，，。满足相关要求。3.1.7轴承的选择蜗杆轴的轴承选择：计算上升机构中力的比值径向力轴向力可以计算出当量动载荷P，选择，查得有关资料，选择轴承6302。轴承寿命为：，（3-9）式中，，为轴承实际载荷。所以可选轴承6302。同理，滚珠丝杠两端轴承可以选用深沟球轴承6204。3.1.8联轴器的选择常用的联轴器大多数已经标准化，一般情况下只需要根据工作情况进行选择。在汽车座椅的设计中，由于工作载荷比较小，而且工作平稳，工作时间比较短，所以只需要选择合适的联轴器，不必要校核。在机械设计课程中，相关要求表示（3-10）式中表示计算转矩，表示工作情况系数，表示公称转矩。首先计算出上升机构中的公称转矩（3-11）查表得，所以从GB4323-84中查得TL6型弹性套柱销联轴器，其许用转矩为，许用最大转矩为，可见合用。3.2座椅前后移动部分的设计调整时电动机1通过联轴器2带动蜗轮蜗杆传动机构3转动，从而滚珠丝杠5在3的带动下开始转动，与滚珠丝杠配合的螺母4便开始前后移动，移动螺母4与板6用螺钉连接在一起，板6下边有带有滚轮的滑道，可以减少移动时的阻力，同时可以减少摩擦噪音。板6上面安装着座椅坐垫，也就是座椅的前后移动部分。可以看出，在本设计中，座椅前后移动部分的受力比较小，而且此部分与座椅的上升移动部分非常的相似，实际上，为了设计简便，制造起来也可以不太复杂，在本设计中，座椅的前后移动部分是在座椅上升移动部分的基础上减去连杆机构所得。所以，在座椅前后移动的部分中，电动机，蜗轮蜗杆，滚珠丝杠的尺寸与3.1中数据相同，在此不再赘言。座椅前后移动部分设计结果图如下：图3-5座椅前后移动部分设计图图3-5座椅前后移动部分设计图3.3座椅靠背倾斜部分设计本方案同样由电动机，蜗轮蜗杆传动组成，不同的是添加了减速器3，电动机的转速经过减速器和蜗轮蜗杆减速后传递到椅背倾斜调节轴上，轴上有键槽5，此轴与座椅靠背通过键连接，通过轴的转动带动座椅靠背倾斜。为了设计简便，座椅靠背倾斜部分的蜗轮蜗杆继续采用座椅上升机构中已经设计好的的尺寸。轴承和联轴器的选择，由于工况变化不大，所以也继续沿用上面的设计，接下来只需要选择电动机和设计减速器。3.3.1电动机的选择首先计算电动机所需的转速。由于选用的蜗轮蜗杆传动，带动座椅角度旋转的轴与蜗轮直接相连，座椅角度旋转的速度大概在，蜗杆蜗轮的传动比为10,二级减速器传动比约为8到40。所以电动机的转速为到。接下来计算传动装置的总效率：座椅角度倾斜部分，其传动总效率为：A.工作部分要求的功率B.电动机的输出功率要求3.3.2减速器的设计执行机构中所需要的转速大致为，由于选择的电动机的转速为，而且蜗轮蜗杆的传动比为，所以减速器的总传动比选择为。选择齿轮的材料及确定其许用应力：小齿轮选用材料为，经过调质处理，齿面硬度为。大齿轮选用材料，经过调质处理，齿面硬度为。查阅机械设计手册得，，，,故查阅机械设计手册得，，，按照齿面接触疲劳强度进行设计，其采用的公式如下：（3-12）式中，，表示载荷系数，表示转矩，表示许用应力。由表3-1可知输入轴转速，输入轴转矩查阅相关的机械设计手册，取载荷系数，取齿宽系数为，中心距数据的计算如下：取。若取，（）则。取法向模数，查阅机械设计手册（GB/T1357-1987），取标准模数中心距计算两齿轮分度圆直径齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿轮的齿宽为取，则。验算齿根弯曲强度：查阅机械设计手册，得齿形系数,,验算齿根弯曲强度应按照最小齿轮计算。同理，可以计算第二级的两个齿轮，其数据为3.3.3导程s的计算丝杆螺母传动时，当回转件的转速为nr/min，移动件的线速度为vm/min,时，丝杆的导程为s=1000v/nmm根据以前的计算可有：n=300r/min，v=1m/min=0.9m/s，则s=1000*0.9/300=3mm取螺纹头数k=1，则螺距t=s=3mm(1)效率η的计算工作传动效率，即由回转运动转化为直线运动的效率。式中：λ——中径处的螺纹开角d2——螺纹中径e——当量摩擦角，对滑动丝杠e=5°4’所以tan1.126/tan13.026=54%3.3.4驱动扭矩m设所驱动的轴向力为p，则螺纹中径d2处的圆周力为Q,驱动扭矩而所以所需功率3.3.5滑动螺旋副的设计计算由于滑动丝杠螺母的主要失效形式是磨损，因此应该以耐磨性的计算决定丝杆的中径；或其结构决定中径后，进行耐磨性的核算，对于细长且受压的丝杆，还应计算出其压杆的稳定性，一般不需要进行强度的核算，由于丝杆是在低速回转工作，所以根据不出现爬行的条件决定丝杆的直径。丝杆螺纹工作面上单位压力的大小，直接影响丝杆磨损的快慢，为确保丝杆的使用寿命，必须限制螺纹工作面上的单位压力，一般丝杆都需进行耐磨性的计算。式中p——丝杆的轴向载荷p=40n——螺母长度与螺纹中径之比，对于整体式螺母=1.2~1.5取=2【p】——螺纹表面的许用应力丝杆-螺母材料为钢（不淬硬）-铸铁丝杆螺母精度等级为5-7级，选单位压力【p】=200N/cm*cm将以上数据的带入公式得：取d2=18mm，材料选用为钢（不硬）-铸铁（1）螺母高度：（2）旋合圈数：式中p——螺距，选4mm，n=36/4=9≤10~12mm，取n=9（3）螺纹的工作高度：对于梯形螺纹，h=0.5×p=2mm（4.10）(4）螺纹升角：通常r≤430(5)螺牙根部的宽度：b=0.65p=0.65×4=2.6mm(4.11)(6)螺母外径：[σ]——螺母材料的许用拉应力[]σ=25Mpad——螺杆的大直径，查表3-8。有d=d1+h=20mm（7）查梯形螺纹基本尺寸（GB/T5796.3—2005摘录），得基本参数外螺纹小径d3=d-4.5=20-4.5=15.5mm内外螺纹中径D2、d2，d-2=18mm内螺纹大径D4=d+0.5=20.5mm内螺纹小径D1=d-4=16mm4重要零部件的强度校核4.1校核蜗轮蜗杆的齿根弯曲疲劳强度根据课本上的公式，可以找出如下关系：（4-1）式中，为蜗轮齿根弯曲应力，表示载荷系数，为转矩，为蜗轮齿型系数，螺旋角影响系数，为蜗轮直径，为模数。计算当量齿数（4-2）式中，，。由此可以查得齿型系数为螺旋角系数许用弯曲应力查得许用弯曲应力计算寿命系数（4-3）弯曲强度是满足设计要求的。验算（4-4）已知，，与相对滑动速度有关，下面计算相对滑动速度。（4-5）用插值法查得，，带入式中得，大于原估计值，所以不用重算。4.2滚珠丝杠的强度校核4.2.1滚珠丝杠螺杆的强度计算(4-6)式中，表示丝杠最大应力，表示丝杠转矩，表示丝杠截面积，表示丝杠直径。选用45钢为制造材料，因为所以可以看出，螺杆满足强度要求。4.2.2滚珠丝杠螺杆稳定性计算(4-7)(4-7)Ss=2.5~4.0取(4-8)式中，表示稳定系数，为丝杠长度，表示传动比。然后根据螺杆的柔度值的大小再选用不同公式计算Far（螺杆临界载荷）取当时，可以视为稳定性良好，不必进行接下来的稳定性校核。4.3相关轴承的寿命计算轴承6302已经在选用的时候验算了其寿命，并且符合相关标准，所以在此只需要验算深沟球轴承6204的寿命即可。估算螺杆上的受力，大概数据如下：径向力轴向力因为，而且工作平稳，所以可以取，对应的Y值大概在1.31到1.55之间。用线性插入法求得：可见、当量动载荷为由此计算轴承的寿命为所以，此轴承符合设计要求。4.4上升机构中支撑杆的强度校核初选杆的长度为，宽度为，高为，选用45号钢为其制造材料。可以看出，汽车座椅中对其切应力要求比较高，而且在两杆夹角为时杆所受的弯曲应力最大，再此只需要校核其最大切应力是否符合要求即可。45号钢的许用切应力为，安全系数取2，倍数取0.5，则45号钢的许用切应力为。根据受力平衡可以得出：，由此得出。名义切应力计算公式为