汽車座椅高調機構轉動副間隙設計

韋樂俠，楊迪新，康 勇

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

為了給駕乘人員提供更舒適駕、乘車環(huán)境，汽車座椅采用了高度調整結構。高調機構主要由調高器、連桿機構及底部骨架組成。主要是通過調高器調節(jié)座墊骨架的升降來實現(xiàn)座椅高度位置的調整。連桿機構在高調齒輪的驅動下，各連桿繞相應轉動副運動，最終使座墊升、降。由于制造誤差及裝配要求，通常運動副含有一定的間隙，間隙往往使實際機構與理想機構的運動發(fā)生偏離，從而降低機構運動的精度[1，2]。當乘坐人員坐上座椅時，高調機構在其重力作用下，因轉動副發(fā)生間隙補償位移，導致座墊出現(xiàn)非調節(jié)性下沉現(xiàn)象。受坐墊海綿影響，較小的下沉乘坐人員不易感知，當下沉量變大到一定程度時乘坐人員有明顯感知。

可感知的下沉現(xiàn)象會導致用戶的抱怨，而降低下沉現(xiàn)象需要減少轉動副間隙，從而增加了各連接件加工精度，并加大了裝配難度。如何解決這一矛盾，尚未有對此類問題的研究，本文應用ADAMS計算轉動副配合間隙與座椅下沉位移的關系，并通過試驗驗證及主觀評價，確定無下沉感知狀態(tài)下的較大位移值，進而確定無下沉感知狀態(tài)下轉動副間隙量。然后根據(jù)冷鐓、沖壓等工藝分配滿足間隙量要求得產品公差，形成一套確定座椅高調連桿機構運動副相關配合尺寸公差的方法。

1 高調機構因轉動副配合間隙導致座椅下沉機理分析

高調機構工作原理：如圖1所示，調節(jié)手柄帶動齒輪1做定軸轉動并輸出驅動力，齒輪1通過齒輪嚙合帶動不完全齒輪2繞B副轉動，并通過C副帶動連桿3，連桿3通過D副驅動搖桿4繞H副轉動。同時搖桿4、構件5、搖桿6、機架7組成平行四邊形機構，因搖桿4的驅動使機構5平行于機架移動，達到升降的目的[3]。其中轉動副B、C、D、F結構如圖2所示，因零件制造精度影響，轉動軸與構件I的裝配間隙為φ1，轉動軸與構件II的裝配間隙為φ2，那么構件I與構件II可能產生的最大相對位移為φ1+φ2.當齒輪1無施加驅動力，僅在構件5上施加作用力，理想狀態(tài)高調機構不會產生位移，但因各轉動副存在間隙，在受力消除間隙情況下，導致構件5沿受力發(fā)生位移，其位移量受各轉動副間隙影響。為確定一個較理想的間隙值，既滿足質量要求，又不使零件精度過高，采用ADAMS虛擬樣機模擬分析結合試驗驗證的方法進行設計。

圖1 傳動機構簡圖

圖2 轉動副

2 考慮間隙的高調機構仿真分析

2.1 仿真模型建立

將UG中建立的含間隙傳動機構的模型導入ADAMS軟件中，給所有構件之間添加相應的運動約束，這其中包括了運動副、接觸力、負載以及驅動等。其中，移動副采用Translationaljiont定義，不含間隙的旋轉運動副使用Revolutejiont定義。對含間隙的旋轉運動副使用ADAMS工具箱中提供的Contact工具定義接觸副，Contact可以將組成旋轉副的兩零件之間的轉動定義為接觸力傳遞[1]，如圖3所示。模擬人坐于座墊的工況，在兩側側板（構件3）上布置質量為75 kg質點，質點的X坐標與H點的X坐標一致。

圖3 仿真模型

2.2 不同間隙方案的仿真與主觀評價

仿真計算思路：以較大轉動副間隙值為初步設計值，并分析下沉的位移值，然后進行主觀評價。如主觀評價不合格，縮小轉動副間隙，并再次分析驗證，如此循環(huán)直至主觀評價合格。主觀評價：通過5人多功能團隊按標準操作要求感知座墊下沉現(xiàn)象，4/5判定者基本感知不到下沉現(xiàn)象為合格，否則為不合格。通過4個循環(huán)分析與評價（見表1），得出當轉動副間隙為0.1 mm時，仿真分析下沉量為2.08 mm時為不可感知下沉，滿足設計要求。

表1 仿真分析及主觀評價結果

2.2.1 循環(huán)1仿真分析

按孔軸配合的間隙公差為0.2 mm，初始位置為銷位于孔的中心位置，施加重力加速度，開始運動仿真，出現(xiàn)2.75 mm的跳動（見圖4），如果銷位于極限位置（銷位于孔的底部）時，則將出現(xiàn)5.5 mm的跳動。即最大下沉量為5.5 mm.

圖4 最大間隙時下沉量分析

2.2.2 循環(huán)4仿真分析

調整孔軸配合的間隙公差為0.1 mm，初始位置為銷位于孔的中心位置，加重力加速度，開始運動仿真，出現(xiàn)1.04 mm的跳動（見圖5），如果銷位于極限位置（銷位于孔的底部）時，則將出現(xiàn)2.08 mm的跳動，即最大下沉量為2.08 mm.

圖5 最小間隙時下沉量分析

2.3 試驗測試

為測量出按測試要求，座椅骨架安裝好高調助力扭簧，將座墊調到最上端、中間位置、最下端，座椅滑軌分別滑至前、中、后，施加750 N力后，測量其下沉量。為方便加載和測量，其加載點和測量點都選擇在后提升管的中點（見圖6），測試結果見表2.其中座墊中間位置和滑軌中間位置的工況與仿真相同，但因實際零件存在彈性變形及其他轉動副也有輕微間隙，下沉量為2.94 mm，比仿真值2.08 mm更大，其他工況測量值可供對比參考。

表2 最小間隙時下沉量測量

圖6 測試照片

3 結束語

（1）按本文試驗方法，座墊下沉量為3 mm時為不可感知下沉，滿足設計要求。

（2）類似結構，且尺寸相當?shù)母哒{機構，當轉動副間隙為0.1 mm時，或仿真分析下沉量為2 mm時為不可感知下沉，滿足設計要求。

（3）對于連桿高調機構可以采取本文提出的仿真分析與主觀評價的方式確定轉動副的配合間隙值。

[1]張 濤，劉宏昭，馮喜如，楊 程.含間隙彈性傳動機構的仿真分析[J].機械科學與技術，2015，34（10）：1493-1497.

[2]白爭鋒，趙 陽，趙志剛.考慮運動副間隙的機構動態(tài)特性研究[J].振動與沖擊，2011，30（11）：17-20.

[3]孫 桓，陳作模.機械原理[M].6版，北京：高級教育出版社，2001.