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校车新型座位设计含6张CAD图,校车,新型,座位,设计,CAD
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校车新型座椅设计 摘 要：座椅是与人接触最密切的部件，人们对汽车平顺性的评价多是通过座椅的感受作出的。现代汽车的驾驶者座椅和前部乘员座椅多是电动可调的，又称电动座椅。因此，电动座椅是直接影响桥车质量的关键部件之一。汽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。也就是说乘员通过键钮操纵，既可以将座椅调整到最佳的位置上，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。 本方案设计的学生电动座椅由双向电动机、传动装置和座椅调节器等组成。通过座椅调节器实现座椅上下移动、座椅靠背的角度旋转方向的调节。 汽车电动座椅的结构主要有: 可逆直流微型电动机( 驱动装置) 、传动装置、连接机构、蜗轮、蜗杆、滚珠丝杠、水平滑动导轨等部件组合而成。座椅由坐垫、靠背、靠枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。关键词：汽车电器；电动座椅；蜗轮、蜗杆、螺杆New School Bus Seat Design Abstract: the chair is contacts the closest part with the human, the people many are make to the passenger vehicle smooth appraisal through chairs feeling. The modern passenger vehicles driver chair and the front part crew member chair many are electrically operated adjustable, also calls the electrically operated chair. Therefore, the electrically operated chair is one of immediate influence passenger vehicle quality key components. Passenger vehicle electrically operated chair by drivers chair primarily. Embarks from the target client, the electrically operated chair must satisfy the convenience and the comfortable two big requests. That is driver through keybutton operation, may also adjust the chair in the best position,but may also obtain is most comfortable and the most custom rides the angle. In order to satisfy these requests, the world automobile production powers related factory unexpectedly uses the machinery and the electronic technology method , makes electrically operated chair which may adjust. The design of students electric chair by two-way motor, transmission device and seat adjustor. The seat adjuster for seat to move up and down, the seat back angle of rotation direction adjustment. The auto electric chair of the structure are mainly: reversible dc micro motors (drives), transmission device, the connection, Angle transfer worm and worm, ball screw, horizontal sliding guide etc. Electric chair cushion, seat, by magic, skeleton, suspension and adjusting mechanism etc.Keywords: Automotive Electrical; electric chair; turbine, worm, screw目 录摘要1Abstract11 前言21.1 本课题研究的意义31.2 汽车座椅的研究现状及发展趋势31.2.1 汽车座椅的研究现状31.2.2 汽车座椅在国际上的发展趋势841.3 用户人体尺寸研究51.3.1 人体静态尺寸51.3.2 人体测量尺寸61.4 人体坐姿功能尺寸91.5 座椅尺寸参数91.6 汽车座椅的结构设计102 研究方案的选取112.1 综述112.2 座椅坐垫升降部分112.3 座椅靠背仰合系统方案的确定123 机构设计143.1 电动机选择计算143.1.1 选择电动机的转速143.1.2 工作机的有效功率143.1.3 选择电动机型号143.2 传动比分配153.3 计算各轴转速153.4 蜗轮蜗杆设计153.4.1 选择蜗杆传动类型153.4.2 选择材料153.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计153.4.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸163.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度173.4.6 验算效率183.4.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定183.5 滚珠丝杠设计193.5.1 选择滚珠丝杠型号及其工作条件193.5.2 降速比计算193.5.3 惯量计算193.5.4 电动机力矩计算193.5.5 刚度计算203.5.6 反向死区203.5.7 传动刚度变化引起的定位误差203.6 棘轮棘爪的设计计算203.9.4 轴的设计计算263.9.5 凸轮的设计计算283.9.6机构的装配293.10 座椅骨架的CAD设计294 关键部件的校核304.1 滚珠丝杠支承轴承验算304.2 垂直调节螺杆验算314.2.1 螺杆的强度计算314.2.2 螺杆稳定性计算314.3 垂直调节机构支承轴承验算315 主要结论和未来展望32参考文献33致谢341 前言汽车座椅属于汽车的基本装置，是汽车的重要安全部件1 。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。1886年德国人戴姆勒制成了最早的汽车座椅，其座垫是以棉花等软填料作为芯子，靠背是用木板和木条围成。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。我国汽车工业产业部已将汽车座椅列为四十种优先发展的关键零部件之一。汽车座椅是用来支撑成员的质量，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动，从而为乘员提供良好的工作条件，并为乘员创造舒适和安全的乘坐条件。因此，座椅设计的好坏，对汽车的平顺性、乘坐舒适性、安全性及操纵方便性等有很大的影响，必需要全面综合的考虑，才能设计生产出满足各方面要求的产品。作为连接部件的汽车座椅2，对其性能要求越来越高，设计与研究领域十分广阔。本课题的主要任务是根据学生乘员特点，对座椅的安全性、舒适性与座椅的动静态特性进行分析。通过查阅相关资料，对汽车座椅相关知识有了较深入的理解，并掌握了汽车座椅的设计思路；了解并掌握了中排座椅的靠背骨架总成结构与坐垫骨架总成结构，根据人机工程学原理，结合学生乘员的安全性与舒适性，确定了汽车座椅的结构尺寸。1.1 本课题研究的意义 从社会的角度：校车重大事故近一年在我国时有发生，现在国家和社会对于校车都非常的关注，正在出台相关的法律法规，给校车特权，修改以前的校车标准，对于校车进行强制的要求，座椅是汽车与人接触的界面，往往首先接触到的就是它的座椅。所以座椅在校车中也被特意的强调，增加了很多具体细节和要求。从人的角度：现在学生越来越多地会与汽车接触，座椅的安全与舒适直接影响到人们的健康与安全。尤其是对学生脊椎的伤害。 从经济和技术的角度：汽车制造业正在迅速地向数字化设计、制造和测试这种新方式转化。在汽车产品开发CAC/CAM/CAE/PDM环境下，传统的实物模型被数字模型所取代。这使得汽车产品可以直接从设计阶段进入生产阶段，实现了汽车开发过程中多学科、多领域的集成化、并行化和协同化，缩短了产品设计开发周期，获得了更短的产品上市时间。从这个角度来看，我们在技术上也必然要脱离以前的那种反复的设计实验周期，使得汽车座椅的设计走向数字化和虚拟化的道路。本文的研究设计工作对于提高校车座椅的安全性和舒适性有重要的意义。1.2 汽车座椅的研究现状及发展趋势1.2.1 汽车座椅的研究现状国外的座椅研究是伴随着汽车的诞生而开始的，经历了百余年的历史，发展非常成熟，与座椅相关的安全标准和法规已经十分完善。早在20世纪60年代，国外许多国家就已经制定出国家或行业内关于保证汽车座椅安全性能的各种法规和标准，如美国强制执行的联邦机动车安全法规（FMVSS）和工商设备制造协会（BIFMA）的非强制性法规等，并且研制出多种专用试验设备。我国的座椅安全性法规标准就是参考国外的法规制定而成的。比较国外汽车座椅的研究状况，由于我国的汽车工业起步较晚，座椅的设计研究也比较落后。从严格意义上讲，我国的座椅研究是从20世纪80年代开始的。经历了20多年的发展，目前国内已经有了很多座椅生产厂家。借助合资的优势，他们掌握了部分设计和生产技术，但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停留在起步阶段。落后的设计方法是阻碍我国座椅发展的重要因素。目前国内许多的座椅生产厂商还在继续沿用传统的串连生产方式，致使设计成本高，开发周期长。而一旦出现产品质量不合格的情况，往往采取盲目加大管径、壁厚或板厚的办法。这种做法虽然能使座椅薄弱部分的性能有所改变，但会使座椅强度和刚度余量偏大，造成不必要的材料浪费，无形中提高了产品的成本。设计方法的落后还体现在座椅设计的辅助研究手段上。目前仍有很多座椅设计和生产厂家不具备高水准的计算机辅助设计和辅助分析能力，只能沿用传统的设计方法和流程，而且对座椅安全性的认识还只是停留在国家法规要求上，阻碍了座椅设计的发展。我国的座椅安全性标准虽然是参考国外座椅标准制定的，但内容相对简单，要求也偏低。以座椅总成静强度为例，我国标准中要求座椅总成能承受20倍总成重力的载荷，而德国的企业标准中有的则要求其能够承受24倍甚至更高的总成重力的载荷。针对承受冲击时的座椅安全性，国外已经开展了相关的研究，而我国的一些企业由于对座椅研发重视不够，尚未开展专门的研究，这不仅给座椅的安全带来隐患，而且制约了座椅的发展。针对校车座椅的专用设计更加是寥寥无几，对于国内生产校车的龙头企业对于校车的座椅也没有专门的设计生产机构，只是在现有的客车座椅上稍作修改，难以达到国家标准，更别说可以保护好学生。随着现代汽车设计对安全、环保和节能的要求，在保证汽车座椅安全性的基础上，国外座椅结构设计也开始向轻量化、低成本的方向发展，越来越多的新制造技术和轻质材料开始广泛的应用于现代汽车座椅设计。因此，我国的座椅安全性研究急需大量技术和资金的投入，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、轻量、低成本的座椅。1.2.2 汽车座椅在国际上的发展趋势81）电动座椅电动座椅实际上是将座椅的各种调节机构由手动操纵改变为电动操纵的座椅。电动座椅中布置有多台电机、电机带动传动机构，使座椅相应的部位产生位移，实现座椅位置的前后、上下、倾斜调整。电动座椅用按钮代替手柄，因而极大的提高了轻便性和方便性，应用日益广泛。2）悬挂座椅悬挂座椅是在座椅与地板之间增设一悬挂装置，悬挂装置用以缓解座椅的振动。悬挂装置由缓冲元件、减振元件及定位元件组成。缓冲元件有钢板弹簧及螺旋弹簧等。3）记忆座椅电动座椅与微机相结合，实现了座椅的记忆功能。由微机实现对座椅的控制反馈功能。当乘员乘坐时将调整好的座椅位置存储入微机，当再次乘坐时，可以自动调节到所需要的状态而不必进行重新调整。4）轻量型座椅轻量型座椅去除了座椅的一些传统零件，利用积压成型的铝件和高强度的刚件保证了座椅的轻量化和结构的坚固性。座椅表面采用开式网状材料，替代了传统的聚氨脂泡沫塑料、装饰物和悬架零件。轻量型座椅的重量可以控制在10kg以内。使用轻量型座椅，不但可以节省车内空间来安装其他功能件，而且其安全性也优于传统座椅，并提高了汽车的燃油经济性。5）安全座椅安全座椅可以称之为动态座椅。普通座椅一般只考虑了舒适性，对于撞车时的动态状况不能做出任何反应。而安全座椅则可以在撞车时设法使乘员随座椅主动运动。如瑞典沃尔沃公司研究开发的可以保护乘员头颈的座椅。汽车追尾时，该种座椅靠背和靠枕向后平行运动，使乘员头部和上身处于平衡状态，并减少身体向后倾斜出现的向前回弹。在整个过程中，座椅传递的力都相当柔和。随着汽车工业的高速发展，人们对汽车座椅的要求也会越来越高。为了进一步提高座椅的舒适性及安全性，全球各大汽车公司以及汽车零部件商也在持续不断地加大对座椅的研发力度，在座椅的新结构、新工艺、新材料的研发及应用上狠下工夫，研制出了各类悬架座椅、电动座椅、电脑记忆座椅等新型座椅，按摩装置、辅助冷热智能空调座椅等各类辅助装置也不断诞生。此外，采用环保织物作为座椅面料，也将成为一种新趋势。1.3 用户人体尺寸研究各种设备和工具等设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及的问题是适合人的形态和功能范围的限度。例如，一切操纵设备都应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应，而且岂不知应尽可能设在人操作方面、反应最灵活的范围之内。所以研究人体尺寸模型用人体模型描述人体尺度是非常有必要的。人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体构造尺寸和功能尺寸，也就是人体静态尺寸和人体动态尺寸。而针对于座椅设计的人体尺寸相关的主要有人体立姿尺寸和人体水平尺寸。1.3.1 人体静态尺寸人体静态尺寸，着眼于人体天然结构，比如身高、体重、腿臂长度等，是建立人体尺寸模型的基础。国家标准GB 10000-88中国成年人人体尺寸按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。标准中共给出了7类47项人体尺寸基本数据。人体的主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长等6项。根据有关统计数据，我国人体基本尺寸见表1。一般人体尺寸都是在立正或正坐的姿势状态下测量的，因为在人体自然状态下测量很容易出现差别。在设计时，通常也要按立正或正坐时的人体尺寸来考虑。做垫、靠背的造形和曲线应与人体放松状态下的背部曲线和臀部曲线相吻合，能支撑到腰椎部位，不会因血液循环不良而引起肢体麻木，长时间乘坐不易感到疲劳；骨架及各机构应能满足强度(安全)要求和使用要求，通过对座椅靠背的前后、上下倾斜角度、头枕前后上下等位置的有限调节，使大部分人处于舒适状态。表1我国人体基本尺寸 Table 1 Basic dimensions of human beings in China （单位：mm）尺寸名称 尺寸数值 尺寸名称 尺寸数值 男 女 男 女身高 1688 1586 肩窄宽 426 392眼高 1585 1480 臀宽 334 395 肩高 1421 1320 下肢前伸长 1016 977坐姿身高 897 849 大腿长 422 409坐姿眼高 794 743 小腿长 401 369 肘到坐平距离 245 239 足高 71 66上肢前伸长 731 689 膝臀间距 551 525大臂长 269 261 大腿平长 433 432小臂长 247 226 膝上到足底距离 515 480手长 193 179 膝弯到足底距离 406 383前伸长 731 6891.3.2 人体测量尺寸人体是一个复杂的生理体系，影响人体尺寸特征的因素很多，如国家、地区、民族、生活环境和风俗习惯等。经多年研究，我国成年人人体尺寸的国家标准GB 10000-88已经于1987年7月开始实施，它为我国人机工程设计提供了基础数据。该标准提供了代表从事工业生产的法定中国成年人（男子1866岁，女子1855岁）的人体结构尺寸数据，共七个类别47项人体尺寸数据，包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸，并分别按性别、年龄段为数列表，其中主要人体结构尺寸如表2所示。表2人体尺寸表Table 2 the body size table测量项目分类 主要测量项目人体主要尺寸 身高、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长、体重 立姿人体尺寸 眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高坐高、坐姿颈椎 点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、 坐姿人体尺寸 坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长 人体水平尺寸 胸宽、胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽、胸围、腰围、臀围、姿臀宽、 坐姿两肘间宽经过对于我国人体数据的统计分析表明，人体尺寸服从正态分布，其所列人体尺寸数据的年龄段划分跨度大，而且没有18岁以下未成年男女的人体统计结构尺寸。但是由于男女在成年人后人体的主要结构尺寸变化较少，且在工业产品的人机设计过程中，绝大部分情况下仅需要成年人的结构尺寸数据。另外，我国不同地区人体尺寸有一定的差异，不同国家间人体尺寸的差异也颇为明显，可根据我国不同地区、我国与其它国家的人体结构尺寸的比例差异推算出来。图1 三维H点测量装置Figure 1 three-dimensional H measurement device1)人体尺寸数据统计规律H点的确定：根据法规规定，首先利用GB11559-89所规定的三维H点测量装置（如图1所示）按GB11563-89中规定的H点确定程序确定座椅H点，并利用调角器调节靠背倾角，与竖直方向近似25度，同时，调节座垫倾角为50度记录此时座椅H点位置。根据前面GB 10000-88的人体结构尺寸数据表可知，身高数据是不连续的。例如:1866岁的男子在百分数为99时身高为1814mm，在百分数为50时身高为1678mm。若想为身高1700mm的人进行产品设计时，就必须对大量身高为1700mm的被测量者身体各部分的尺寸进行测量统计平均。人体结构尺寸相当多，单独为某种身体尺寸的人进行产品设计显然是非常有限的。如果可以找到测量的人体尺寸的计算公式，当输入身高时，就可以直接计算出所需的其它尺寸数值。统计资料表明:这种公式是存在的，也就是说人体测量尺寸符合统计规律。这种规律就是：人体的结构测量数据与身高、体重存在一定的关系，这种关系可以用经验公式表达。表3列出了以身高为基本参数的主要的人体尺寸经验公式。 表3 人体各部分和身高的比例(H指身高)Table 3 the various parts of the human body and the height ratio ( H refers to height )代号 项目 男 女 亚洲人 欧美人 亚洲人 欧美人1 眼高 0.993H 0.937H 0.933H 0.937H2 肩高 0.844H 0.833H 0.844H 0.833H3 肘高 0.600H 0.625H 0.600H 0.625H4 臀高 0.467H 0.458H 0.467H 0.458H5 胫骨点高 0.267H 0.313H 0.267H 0.313H6 肩宽 0.222H 0.250H 0.213H 0.200H7 前臂长 0.267H 0.250H 0.267H 0.250H8 手臂长 0.467H 0.438H 0.467H 0.438H9 坐高 0.533H 0.531H 0.533H 0.531H10 坐姿眼高 0.467H 0.458H 0.467H 0.458H11 坐姿膝高 0.267H 0.292H 0.267H 0.292H12 坐姿肩高 0.334H 0.333H 0.334H 0.333H13 坐姿肘高 0.123H 0.125H 0.123H 0.150H14 坐深 0.267H 0.275H 0.267H 0.275H人体活动空间尺寸（动态尺寸）是相对于人体静态尺寸而言的。人体静态尺寸，着眼于人体自然结构，而不考虑人的姿态与活动。人体活动空间尺寸，指人体肢体末端能够达到的三维空间范围，着眼于人的日常姿态与活动需要。人体静态尺寸参数虽然可以解决不少工业产品造型设计中有关人体尺寸的问题，但是人在操纵设备或从事某种作业时并不是静止不动的。因此，人们更关心的是以不同姿态工作时人体的手、脚能活动的范围。可及度是指在空间特定位置，通过改变手臂或腿部的方向及伸展长度，手或脚是否能够触及空间内某一物体的评价指标。常用活动尺度表的绘制，是检验可及度的主要手段，是产品设计不可或缺的重要依据之一。在日常生活和工作中，人的动作是十分丰富的，而且会由此产生许许多多活动空间尺度。比如，人的手臂可以上举、平举、侧平举、斜举，可以推、拉、伸、屈、拿、送，沿着不同的方向或角度转动；可以单臂动作、双臂动作、上臂动作、下臂动作、双臂同时动作、上下臂协调动作等等。人的手腕也可以有不少动作方向，人的手指则更为灵活。人的腿脚动作同样多不胜举。如果把人的头部、躯干与四肢协调配合起来，同时动作，其动作方向、动作幅度、动作数量，几乎可以多到无法统计，故多关节的真实人体空间尺度难以描述。1.4 人体坐姿功能尺寸 所谓产品功能尺寸是指以人体尺寸参量为基础3，考虑该产品的某项功能相对人体尺寸参量做修改的产品尺寸。国家标准规定了不同身高等级的成年人坐姿功能尺寸设计的基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用要求。主要用人体模版来设计和确定坐姿条件下的座椅、工作面、支撑面、调节配件配置是的功效学要求。进行座椅设计，不能不考虑室内特定的范围和环境。人体关节的舒适性是进行座椅设计的主要考虑因素。图2表示的是人体各关节之间的关系。图2 舒适的坐姿关节角度Figure 2 comfortable sitting posture joint angle1.5 座椅尺寸参数国家标准GB/0000-28中国成年人人体尺寸按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基本数据，座椅的座位空间及座椅的尺寸应保证适应人体舒适坐姿的生理特征，提供实现舒适做态的支承条件。GB/14774-1993工作座椅一般人类工效学要求给出了工作座椅的基本结构和主要参数，使工作座椅设计的基本依据。根据以上标准，结合轿车车内空间和驾乘人员的调节要求，确定如下参数。（1）椅面高度：定义为椅面前缘至驾驶员驻点的垂直距离。选定驾驶员座椅椅面高度可调范围为280-380mm。（2）椅面宽度：座椅坐垫两侧宽度。防止驾乘者在出现离心力时臂部产生横向滑动，要在座椅椅面两侧附加额外防滑凸起设计，所以椅面总宽选定500mm。（3）椅面深度：指椅面前缘至靠背前面水平距离。深度过大时躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；过小时，大腿得不到良好的支撑。所以为了保障驾乘者的臂部和大腿部被充分支撑和包裹，椅面深度选定550mm。（4）靠背高度：靠背最下端到最顶端的距离。为保证座椅靠背在具有角度倾斜时同样可以保证对驾乘者的支撑，所以靠背高度选定750mm。（5）靠背宽度：靠背两侧最宽的距离。为避免和减少驾乘者腰背部在座椅上产生横向滑移，靠背宽度选定500mm。（6）靠背倾角：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角，为满足驾驶舒适、安全性以及休息时的便利性、靠背倾角调节范围为 。（7）椅面倾角：指椅面与水平之间的夹角。轿车夹角，为满足驾驶舒适安全性以及休息时的便利性、靠背倾角调节范围的椅面倾角应兼顾安全性和舒适、性，一般为。（8）头枕尺寸：根据GB/11550-1995汽车座椅头枕性能要求和试验方法，确定头枕高度为208mm，宽度为240mm，厚度为100mm，头枕可调范围0-100mm。根据以上参数，绘制轿车座椅外观尺寸图，如图3所示。1.6 汽车座椅的结构设计通常来说座椅的结构模型为简化模型，在座椅结构简化模型中，座椅结构被简化成理想的桁架结构，再将其分解为细化的单元。图3座椅外观图Figure 3 the appearance of seat2 研究方案的选取2.1 综述校车座椅对于安全性、舒适性以及操作的轻便性，要求比较高，由此把座椅设计成的电动调节座椅。电动座椅是由座垫、座背、座枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。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，可逆性直流电动机必须体积小，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乘员操纵方便的地方，一般在座椅的扶手上面。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。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。目前先进的调节机构可以调节座椅的水平移动和垂直移动，座背的角度移动和靠枕的高度移动，即所谓“六向可调式”。乘员可以根据自己的身材将座椅调整到最舒适的位置。2.2 座椅坐垫升降部分方案1：一椅座、一对分别位于该椅座两侧的椅架、一驱动构件及一被动构件。该椅座具有一本体及一对固设于该本体左右两侧的组接部；该对椅架各具有一配合该组接部的第一椅脚,该第一椅脚外缘沿其轴向设有一齿条；该驱动构件具有一固定于该椅座本体的马达,及一与该马达传动连接的主动传动件；该被动构件具有一枢设于该椅座本体上的第一轴杆,该第一轴杆与该主动传动件传动连接,于该第一轴杆两相反端分别设有一齿轮,该二齿轮分别啮合于该各第一椅脚的齿条。方案2：由蜗杆轴，蜗轮，心轴等组成。调整时，直流电动机产生的力矩带动蜗杆轴，驱动蜗轮传动，使心轴在蜗轮内旋进或旋出，带动座椅上下运动。方案3：由蜗杆轴，蜗轮，滚珠丝杠，连杆机构组成。调整时，直流电动机产生的力矩带动蜗杆轴，驱动蜗轮转动并带动滚珠丝杠转动，带动由与滚珠丝杠配合的螺母前进或后退，螺母上连接了连杆机构，连杆机构运动带动座椅的上升与下降。由于现在工业技术的成熟，汽车车身配件的完整程度，结合运动部件的可靠性和便于维修等因素。重点考虑汽车坐垫上下运动的重复性对运动机构寿命和安全要求。更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，所以选择有滚珠丝杠的方案3。2.3 座椅靠背仰合系统方案的确定座椅仰合系统是指座椅靠背倾斜角度的调节，如图5所示： 图4靠背调节 Figure 4 backrest adjustment当驾驶员或乘客员按下仰合开关之后，通过传动装置和执行机构来调节座椅仰合方向的位置，使其达到最理想的状态。靠背负荷能力（质心）：100kg全程所需时间：810s静止时，靠背与椅面水平方向的夹角为110 ，运动极限角度为162。方案一：齿轮齿条机构传动线路为：电动机减速器执行机构（齿轮齿条机构）机构简图如图6所示： 图5齿轮齿条机构Figure 5 gear rack mechanism分析：它可以实现将电机的旋转运动转化为椅背的绕轴摆动，但不足之处是椅背的受力点距旋转中心较远，是一个费力杠杆，而与旋转轴相啮合的齿条的旋转中心不能太远，因为受空间尺寸的限制，所以就会产生各齿合处的刚度问题，要增加刚度而不能改变尺寸的可能性方法只有一个就是用刚度高的材料或改变材料的工艺，这样就会增加成本。故方案一不可取。方案二：滑块摇杆机构传动路线：电动机减速器丝杆螺母的传动机构滑块摇杆执行机构如下图所示：图6滑块摇杆机构Figure slider rocker mechanism分析：在此仰合系统方案中采用了滑块摇杆执行机构，可以承受较大的载荷，有利于润滑、磨损较小等优点。但是，由于连杆机构的运动需经过中间构件进行转换，因而传动路线长，易产生较大的误差积累，同时，也使机械效率降低，并且多出的连杆不符合座椅设计要求。方案三：齿轮传动机构 图7齿轮传动机构Figure 7 gear transmission mechanism分析：齿轮传动是应用最为广泛的一种传动形式，与其它传动相比，具有传递的功率大、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑、能保证恒定传动比等优点。 所以在座椅的仰合传动系统中可以很好的实现传动平稳，工作可靠的要求。方案四：棘轮和弹簧控制无需电机。分析：棘轮传动是应用最为广泛的一种传动形式，棘轮和棘爪控制，可以间隙控制机构，而可以自动锁紧。 所以在座椅的仰合传动系统中可以很好的实现传动平稳，工作可靠的要求，这个方案没有才有电机，节省了大量成本，采用此方案。3 机构设计3.1 电动机选择计算3.1.1 选择电动机的转速 1) 计算滚珠丝杠的转速 nw = 60V/(d)/P=600.2/(3.140.0325)=159.7 r/min 2) 计算电动机的转速由于选用蜗轮蜗杆传动，丝杠与蜗轮直接连接而蜗杆传动的单击传动比8 40所以电动机转速nd为400 20003.1.2 工作机的有效功率 1) 传动装置的总效率 蜗杆传动的效率1= 0.80 弹性联轴器的效率2= 0.99 滚动轴承的效率 3=0.99 滚动丝杠效率 4=0.95 齿啮合效率 5=0.97 总效率 =12345 = 0.800.990.990.850.97=0.723 2) 工作机的功率 Pw = FV/1000w = 30000.2/10000.95=6.3W3)电动机的输出功率Pd=Pw/=6.3/0.723=8.73W3.1.3 选择电动机型号网上查找直流12V电动机得到表4 直流电动机Table 4DC motor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）110SZ61 150 1700 12 843 0.56110SA10HS 36 500 12 686 0.56根据以上两种可行直流电动机对比可见，在其他条件大致相同下，转速1700的电机可调及性能高，所以选择110SZ61型电动机。3.2 传动比分配由于选择的电动机转速为1700 r/min 而滚珠丝杠初定转速159.7 r/min 所以总传动比初步定为i = 10。电动机与蜗杆轴用联轴器连接，蜗轮与滚珠丝杠键连接。所以蜗轮蜗杆传动比即为总传动比 i = 10。3.3 计算各轴转速蜗杆轴与电动机转速相同 n1 = 1700 r/min滚珠丝杠与蜗轮转速相同 n2 = n1/i = 170 r/min3.4 蜗轮蜗杆设计3.4.1 选择蜗杆传动类型根据GB/T 10085-1988 推荐，采用锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆），面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)这是一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。这时，铣刀(或砂轮)回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面，在I-I及N-N截面上的齿廓均为曲线。这种蜗杆便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛。3.4.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度中等，由于作为汽车车内零部件，工作尺寸不大，还是可以选用45钢，因为效率高一些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC，蜗杆用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计再校核齿根弯曲疲劳强度。由公式传动中心距a. 确定作用在蜗杆上的转矩T2 按Z1=4 估取效率N=0.8 则 b. 确定载荷系数K 因工作载荷稳定。估取Kb=1选取Ka=1 Kv=1.05 则c. 确定弹性影响系数ZE 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故d. 确定接触系数ZP 先假定蜗杆分度圆直径d，和传动中心距a的比值d/a=0.5 查得Zp=2.6e. 确定许用接触应力H 根据涡轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC。查得蜗轮的基本许用运力H=268MPa 应力循环次数寿命系数则f. 计算中心距 取中心距A=40.2mm ,因i=10 ,取m=2蜗杆分度圆直径d1=22.4mm . 这时查得接触系数Zp=2.57 因为 Zp0.68 P=0.67Fr+1.41Fa因Fa/Fr=1500/12000.68 且工作平稳取fp=1 得轴承当量动载荷预期寿命Ln=5000h求该对轴承应具有的基本额度动载荷值选择7204AC 基本额度动载荷为14000N故选择一对7204AC轴承进行双端支承C合适4.2 垂直调节螺杆验算4.2.1 螺杆的强度计算选用45钢为制造材料，s=240Mpa S=1.5=240/1.5=160Mpa因为d1=20mm螺杆满足强度要求4.2.2 螺杆稳定性计算 Ss=2.5 4.0 取 Ss=3根据螺杆柔度 入s 值大小选用不同公式计算Far（螺杆临界载荷）取0.6 l=80当 入s 0.68 且工作平稳，取f = 1由于选取6002深沟球轴承，此轴承基本额定静载荷2580N，动载荷5580N其相对应e值Fa/Co = 0.27 在0.17 0.28之间 对应的Y值1.31 1.15 。用线性插值法求Y值 则 X=0.56 Y=1.47当量动载荷 P = 0.561200+1.471500=2877N该轴承的寿命:轴承符合设计要求。5 主要结论和未来展望 伴随着汽车工业的进步和经济的高速发展，汽车已经越来越多的进入了寻常百姓家，汽车座椅作为直接与人体接触的部件，对汽车的安全性有着重要的影响。良好的座椅结构不仅能够提高驾乘舒适性，而且直接关系着乘员的安全。本文对校车座椅结构做出了大胆设计，对座椅进行了人机工程学的分析研究，从满足人体脊椎正常生理弯曲的这一要求出发，考虑人体的健康、舒适及相关的坐姿特性，将座椅的设计重点主要放在影响座椅静态舒适性方面的因素即座椅与人体的尺寸和生理特征的匹配。经过人机工程评价，表明设计结果合理，有一定的价值。 由于本人自身水平和时间的限制，文章中还存在着不尽人意的地方，在以后的工作和学习中还应当对座椅进行更加深入的研究。主要有这些方面:驾驶座椅的坐压分析及相关实验研究；错误！未找到引用源。人体特性部位曲线与座椅外形曲面的相关性研究；座椅调节机构的创新研究；座椅色彩和汽车外部色彩以及乘员心理学的研究。 以上是作者对本课题研究成果的概括。针对自己的研究结果对未来的座椅设计研究提出了几点建议和展望。 座椅的研究对于人体和驾驶安全都有着重要和关键的作用。虽然人们对于座椅的研究己经有很长的历史，但是设计的方法仍存在争议。目前计算机的使用深入到各行各业，汽车的车身实现了计算机的设计和加工，对于人体模型的研究也从以前的二维人体模型、三维模型逐渐转变为计算机三维数字模型。由计算机可以自动生成人体的几何模型。我提出几点展望： 1）CAD/CAM技术和人体三维数据库相结合，实现汽车座椅的数字化设计。 2）虚拟环境中实现乘员座椅汽车环境的协同设计。 3）快速成型技术和CAE结合，实现座椅的个性化设计，解决人机沟通关系问题。 总之，汽车驾驶座椅人机工程学研究是一个系统的工程，需要应用到目前各种先进的技术和方法。未来的汽车必将走进每个人的家庭，“以人为本的设计”将引导产品设计的潮流。 总之，本文的研究工作对于提高汽车座椅的安全性和舒适性，实现座椅的计算机辅助分析和设计打下了基础。对于采用的新型材料的可发展性打下了基础。 汽车驾驶座椅的舒适性研究，是日前汽车产品人机工程设计中值得深入探讨的问题，在今后的研究中，应对以下几方面加以重视: 1）中国人的体群反映特性研究。日前，我国的评价标准是建立在国际标准的基础上的。由于人群存在着差异，建立中国人的人体模型，尤其是动态模型，研究人体承受多方向振动情况下的反映及评价方法是十分迫切的。 2）采用系统的设计思想和研究方法。一般研究方法只是把汽车地板以上的座椅系统作为研究对象，并未考虑到人体的动态性能，忽视了座椅动态舒适性对整个汽车系统平顺性的作用。虽然现在人们己经开始认识到这个问题，并将座椅系统与路面等级、轮胎形式、汽车底盘架的动态性能匹配是否合理结合起来研究，但是建立的座椅模型较为简单，不能准确地反映实际。因此建立一个详尽的、操作性强的分析方法有着非常重要的现实意义。近几年我国汽车工业进人了迅速发展的时期，同时随着高速公路的日益发展，人们对汽车安全性提出了越来越高的要求。而座椅作为汽车的重要安全部件，其安全性已越来越受到汽车业界的重视。因此我国有必要加大投人开发安全座椅，这是汽车座椅未来的发展方向。参考文献1 郭世永,仪蕾,张生,等,汽车电动座椅水平调节自动控制的仿真研究.
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