基于solidworks simulation的汽車座椅快拆機構設計及強度校核

徐迎　林龍

【摘 要】現在生活水平不斷提高，人們對于汽車的舒適性、功能性要求越來越高。由于汽車內部空間有限，如何個性化增加車內空間，提升汽車內的舒適性具有一定的實際意義。本文提出一種汽車座椅的快速拆解方案，便于汽車的檢修和車內空間的改善，同時對座椅后底座進行強度校核，simulation仿真結果說明底座結構在屈服強度范圍之內，符合設計要求。

【關鍵詞】汽車座椅；機構設計；乘坐空間性；強度校核

汽車座椅作為汽車內飾部件的重要組成部分，如今已經不只是簡單地滿足人們乘坐舒適的需要，而是擴展到人機工程學領域，對汽車座椅的舒適性、空間性提出了更高的要求。汽車座椅設計應從消費者的需求出發，賦予產品新的功能和用途，給消費者提供更加舒適、安全和愉悅的駕乘體驗[1]。汽車座椅結構是由表皮，發泡和骨架所組成。一般對于乘用車而言，前排座椅的骨架底部結構是滑軌，方便對座椅的位置進行調節。目前市面上90%的汽車座椅滑軌都采用雙滑軌結構，且滑軌通過4顆螺栓與汽車底板緊固，螺栓的緊固力矩在20-40Nm。拆除座椅比較費時，正常的拆解時間一般需要十幾分鐘一臺。對于維修人員而言，比較費時費力；對于乘客而言，在出行過程中不能對汽車內部空間進行靈活調整。因此設計一種快速拆解機構既能方便維修人員檢修，也能為特定車輛提升內部空間和舒適性。

1 現狀

目前，為了提升車內的空間性和靈活性，各大汽車生產廠商以及汽車座椅零部件商對座椅的結構進行改進設計。比如，東風柳汽公司發明一種多位置快速拆裝座椅，該技術方案可以在乘坐艙不同位置按需要設置座椅安裝位，座椅就可根據不同的需要安裝有不同的位置，在乘坐艙就可流出所需要的空間，其優點可以滿足用戶多樣化需求，能夠為用戶提供更長的后部空間[2]。長春旭陽汽車技術有限公司發明一種軸孔鎖止的快速拆卸座椅，其特點在于配置有安裝拆裝的快速鎖定裝置[3]。北京汽車股份有限公司設計一種可拆卸的座椅[4]，該汽車座椅底部包括汽車座椅底部，座椅底部的座椅骨架的兩相對側邊上均設有一安裝支架，安裝支架的一端設有多個第一安裝過孔，另一端設有第一卡裝結構，汽車座椅通過第一安裝過孔和第一卡裝結構可拆卸的安裝在汽車地板上，該結構簡單、易于實現，不過過孔位置在安裝過程不便對中，使得安裝比較費時費力，且連接的插銷承受的載荷較大，容易失效。

目前，座椅快拆技術方案較多，但在原廠車上還未普及，基本是修理廠或者個人對出廠后的座椅按照使用需求進行拆解改裝。目前較多的快拆方案為：對固定位置的螺栓進行改進，改進后可不借助工具進行旋松緊，比如采用羊角螺栓。這種方案結構簡單，但是存在強度不夠，拆裝的效率不高，而且反復拆解后容易松脫等不足。

2 快拆方案

2.1 快拆機構的結構

本文提出一種汽車座椅底座快拆方案。該機構包含4個座椅支撐，前后兩個支撐的結構一致，前部和后部快拆結構如圖1。如圖1a），前部結構包含頂部支架、底座以及快拆螺桿、螺帽、把手和鎖緊墊片。其組裝方式為：底座通過下部兩處螺栓孔固定在車廂內部；座椅支撐的鎖孔對準支撐底座上端的凸緣進行安裝，快拆螺桿穿過底座上端凸緣孔與螺母配合，通過旋轉把手對座椅支撐進行固定鎖緊，從而防止支撐在底座上進行橫向移動，鎖緊墊片具有一定的彈性，在扳動把手過程中起到補償間隙的作用。后部結構如圖1b），包含：頂部支架、底座。其組裝方式為：頂部支架的開口鎖孔對準底座橫桿進行卡裝，在拆卸過程中可直接往后移動脫離。

a）前部結構

b）后部結構

2.2 拆裝過程說明

在拆卸過程中，先對座椅前部支撐進行拆解，固定螺帽的同時，扳動一側的快拆把手，將螺帽松脫后即可取下快拆桿，對另一側進行同樣的操作，取下兩處快拆螺桿之后，即可將座椅前端提起，同時將座椅往后移動從而使得后支撐鎖孔脫離底座橫桿，整個拆卸過程時間不到30秒，操作簡便輕松，不需要借助工具。安裝過程同樣簡單，首先將后支撐架在底座上，同時前部支持安裝在凸緣上，將快拆螺桿穿過凸緣孔進行鎖緊，保證座椅不會前后左右移動。本方案的優點在于，前部支撐不需要螺栓螺母連接固定，拆卸過程簡單，后部快拆螺桿可以對支撐進行軸向鎖定，鎖鉤可以實現前后方向的約束。

2.3 后支架強度校核

連接關系的校核在產品設計初期非常重要，尤其是涉及到螺栓連接、銷釘連接、彈簧、點焊、軸承等復雜的連接關系，在校核過程中可以實現結構的優化和提升可靠性。利用solidworks中的simulation模塊對座椅后支架底座進行靜載荷仿真[5]，選擇材料為合金鋼，泊松比0.28，屈服強度620Mpa，對底座施加固定約束，同時對底座兩側凸緣施加垂向載荷，載荷大小為220.5N（假定乘客體重為75kg，座椅支撐前后載荷分配比例為40：60，凸緣半徑為6.7mm），對其進行網格劃分，生成標準網格數量7919個，節點數12695個。仿真結果顯示底座所受的最大應力為8.32Mpa，位于凸緣底部，最大位移為6.157*10-4mm，位于凸緣頂部，應力分布和應變分布如圖2所示。由結果可知，該設計符合強度要求，具有一定的安全余量。

a）應變器

b）位移圖

3 結語

本文借助solidworks設計一種汽車座椅的快速拆解結構，該結構不需借助專用工具，使駕駛人員能在短時間內對座椅進行拆卸，提升了拆解的速度，同時安裝過程也非常便捷，大大提高家用轎車的靈活性，對于某些特殊車輛（如電動汽車）的維修人員而言，該機構能方便其檢修車輛內部的電器線路。最后，通過solidworks simulation仿真模塊進行強度校核，驗證座椅底座設計符合屈服強度要求，安全可靠。

【參考文獻】

[1]符大興.對汽車座椅設計的探討[J].企業科技與發展，2011，（12）：31-33.

[2]黃東杰，等.汽車用多位置快速拆裝座椅：中國200720200412.5[P].2008-07-09.

[3]牛樹田，等.快速拆卸座椅：中國，200720093707.7[P].2008-04-30.

[4]韓玉剛，等.一種可拆卸的汽車座椅及汽車：中國，202520066273.6[P].2015-07-22.

[5]王宏雁，張丹.汽車座椅有限元建模與計算[J].同濟大學學報（自然科學版），2004， 32（7）：947-951.endprint