推荐 毕业设计小型客车座椅结构设计说明书 精品 精品.docx

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摘要

汽车座椅是汽车车身的重要部件，一般由座垫及其骨架、靠背及其骨架、头枕及其骨架，以及相应的导向、调节机构等基本部分组成。

汽车座椅系统是用来在车内给驾乘者支撑，并在保证方便进出和驾驶操作的前提下提供驾乘者有效的约束。

汽车座椅系统应该提供驾乘者预期的可调节性和长途驾驶的舒适感。

在车门关闭状态、在座椅整个调节行程内，座椅系统的操作应该适于所有体形驾乘者进行直观的调控操作。

同时汽车座椅也是保障车辆安全性能的一部分。

汽车座椅设计的合理性及其质量直接影响到乘员的安全性和舒适性。

本设计主要结合人机工程学以及有关座椅的国家标准进行小型客车座椅的结构设计和分析。

根据人机工程学确定各部分尺寸，完成调节机构的结构，依据国家相关标准进行合理分析设计，并进行了静力分析。

本设计中的调节机构主要包括前后调节机构、高度调节机构以及角度调节机构进行设计，设计了其结构及工作原理。

本设计为小型客车座椅生产与实验提供了参考，对实际生产有一定的指导意义。

关键词：

座椅、人机工程学、结构、静力分析

Abstract

Carseatisanimportantautobodyparts,generallybytheseatanditsskeleton,andskeletonback,headandskeleton,andthecorrespondingorientation,regulatorsandotherbasicparts.Carseatsystemisusedtodrivinginthecarwhosupportandfacilitatetheaccessanddrivetoensuretheoperationofdrivingunderthepremiseofprovidingeffectivecontrol.Carseatdrivingsystemshouldexpecttoprovideadjustableandlong-distancedrivingcomfort.Inthedoorclosed,adjusttheseattheentiretrip,theseatsshouldbesuitableforoperationofthesystemtocarryoutallthebodydrivingcontroloperationintuitive.Atthesametimeprotectthecarseatisalsopartofvehiclesafetyperformance.Carseatdesignandthequalityofthereasonablenessofadirectimpactonpassengersafetyandcomfort.

Thecombinationofergonomicdesign,aswellasthemainseatofthenationalstandardsforsmallpassengerseatofthestructuraldesignandanalysis.Accordingtovariouspartsofergonomicstodeterminethesizeofthecompletionofthestructureadjustment,accordingtorelevantnationalstandardsforthedesignofrationalanalysisandastaticanalysis.

Thedesignoftheregulatingagencies,includingbeforeandafteradjustingthemainbody,ahighdegreeofregulationofagenciesandinstitutionsregulatingthedesignpointofview,thedesignofitsstructureandworkingprinciple.

Theseatisdesignedtomini-vanproductionandprovidesareferenceexperiment,theactualproductionofacertaindegreeofguidance.

Keywords:

chairs,ergonomics,structure,staticanalysis

第1章绪论

小型客车座椅的功用及设计要求

小型客车座椅的功用

小型客车座椅是小型客车车身的重要部件，其主要功用是：

1）．用来在车内给驾乘者支撑，通过主要的支撑点支撑整个人体，使驾乘者在车辆行驶过程中能够保证稳定性；

2）．在车辆发生碰撞时能够保证驾驶员的安全，汽车座椅的强度直接影响到驾驶员的生命安全。

汽车座椅强度符合国家标准可以有效的保护驾驶员的安全；

3）．给驾驶员提供舒适的驾驶环境，特别是在长途驾驶过程中，减少驾驶员的疲劳感；

4）．通过调节座椅得到合适的座椅位置可以使驾驶员更方便的驾驶车辆，使视野更加广阔。

1.1.2小型客车座椅的设计要求

小型客车座椅作为客车重要的部件之一，其设计要求主要应该满足以下几点：

1）.安全

设计时首先要绝对保证驾乘者的安全，这就要求座椅要有足够的强度，在发生碰撞时，座椅不会或可以减轻对乘坐者造成伤害，并能起到一定的保护作用。

2）.操纵方便

设计的座椅还需操纵方便，调整手柄和按钮的布置必须在驾乘者伸手可及的位置，并符合常人的习惯且操纵力量适中。

3）.乘坐舒适

设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体

压分布并使其肌肉松弛，上体通向大腿的血管不受压迫，血液循环正常；并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。

能有效隔离或衰减路面不平产生的振动，满足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。

4）.生产成本

设计的座椅必须在满足强度的要求前提下尽量选用经济型材料。

小型客车座椅结构

小型客车座椅（如图1.1所示）一般由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等组成，汽车座椅骨架是汽车座椅的基础结构，可分为靠背骨架、座垫骨架和调节装置三个部分。

第2章TC

图1.1小型客车驾驶员座椅简图结构简图

本毕业设计的研究内容和意义

研究内容

汽车座椅作为汽车重要的组成部分之一，对其性能的要求越来越高，研究的领域也越来越广。

本次毕业设计的主要任务是对小型客车的座椅进行结构设计，运用CATIA绘图软件进行三维实体造型设计。

通过收集分析相关资料包括座椅的国家标准和试验方法，根据相关标准对座椅结构进行设计以及各个调节机构的设计。

了解并掌握了驾驶员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，结合驾驶员的操纵稳定性、安全性与舒适性，确定了汽车座椅的结构尺寸；学习三维制图软件，并绘制所设计座椅的三维实体造型。

意义

现代人越来越多地的时间在汽车中度过，座椅的安全与舒适直接影响到人们的健康与安全。

座椅是汽车与人接触的界面，人们在选择汽车时，往往首先接触到的是它的座椅。

汽车制造业正在迅速地向全面数字化设计、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。

在汽车座椅零部件上应用新型材料，在保证强度要求的前提下，提高经济性能。

本文的研究设计工作对于提高汽车座椅的安全性和舒适性有重要的意义。

CATIA软件

CATIA软件简介

CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。

作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。

CATIA系列产品已经在七大领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案：

汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。

CATIA提供了完备的设计能力：

从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段，从单个零件的设计到最终电子样机的建立；同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计，工程分析及仿真，数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起，为用户提供严密的无纸工作环境，特别是CATIA中的针对汽车、摩托车业的专用模块,使CATIA拥有了最宽广的专业覆盖面，从而帮助客户达到缩短设计生产周期、提高产品质量及降低费用的目的。

CATIA在本设计当中的应用

基于上文中对CATIA软件的介绍，在本次毕业设计中该软件得到大量的应用。

其中，涉及到机械设计模块中的曲线及曲面设计、草图设计、零件设计、工程绘图和装配设计等内容，整体贯穿整个本次毕业设计。

第3章座椅的方案设计

座椅的功能设计和尺寸控制

座椅的功能设计

座椅的功能设计主要包括以下几个方面：

1）.靠背：

靠背设计时应使靠背的高度、形状符合人体曲线，使背部肌肉处于放松状态，并能给背部、肩部有效可靠的支撑，使驾驶员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。

不同的靠背倾角会导致不同的椎间盘内压力及背部肌负荷，所以设计时应考虑合理的靠背倾角。

为了提高舒适性和适合不同的驾驶员，靠背倾角应为可调式。

本设计靠背倾角调节范围

为100°-115°。

2）.座垫：

座垫设计主要是座垫深度和座垫倾角的确定。

座垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。

座垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；座垫深度过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适。

因此，座垫的深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400～480mm。

座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2°～10°。

本设计座垫的深度取450mm，座垫的倾角取6°。

3）.头枕：

头枕是为提高汽车乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置，其主要作用是保障安全，头枕的承托，可以减少头部自由移动的空间，降低对颈椎的冲击力，起到避免或减轻乘员颈部受伤的作用。

按照国家标准GB11550-1995《汽车座椅头枕性能要求和试验方法》，汽车座椅头枕属汽车整车强制认证检测项目之一，汽车前排座椅应装有头枕。

头枕有整体式和可调式，可调式头枕在结构上可分为二位可调和四位可调。

头枕正确的安装位置十分重要，应安装在至少与耳朵上缘平齐的地方，后脑与头枕间的距离最好不要超过10cm。

本设计采用二位可调式。

4）.座椅骨架：

座椅骨架是座椅系统的结构件，必须有足够的强度并通过各种静态和动态的载荷试验，它属于汽车整车强制认证检测项目之一，应符合GB15083-1994《汽车座椅系统强度要求及实验方法》的规定。

座椅的尺寸控制

根据人机工程学设计小型客车座椅的尺寸控制。

坐姿是人体较自然的姿势，有很多优点。

随着自动化程度的提高，越来越多的作业采用坐姿完成。

坐姿将是操作人员未来作业的主要工作姿态。

坐姿比立姿更有利于血液循环。

坐姿将以脚支撑全身的状况转变为以臀部支撑全身，有利于发挥脚的作用。

坐姿也存在一些缺点，主要是限制了人体的活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的起坐交替也会导致疲劳。

长期维持坐姿还会影响人的健康,引起腹肌松弛,下肢肿胀，静脉压力增大，大腿局部受到压力，增加血液回流阻力,脊柱非正常弯曲,以及对某些内脏器官造成损害。

理想的座椅应当使人坐着时,体重合理分布,大腿平放,双足着地,上臂不负担身体的重量,肌肉放松,血液循环通畅,姿态舒适。

因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然弯曲形态,躯干与大腿之间必须有大约135°的夹角,并且座椅的设计应使坐者的腰部有适当的支撑,以使腰曲弧形自然弯曲,腰背肌肉处于放松状态。

人坐着时,大腿和上身的重量必须由座椅来支承。

人体结构在骨盆下面有两块圆骨，称为坐骨结节。

这两块小面积能够支持大部分上身的重量。

覆盖在它们外面的皮肤能获得丰富的动脉血液供应，就象脚底一样；而在臀部的边缘部分，血液循环则大不一样，在这部分静脉较多（包含较少的氧）；当人坐着的时候，覆盖着坐骨结节的皮肤能够更好地经受住持久的压力。

（如图2.1所示）

图2.1使股骨处于正常位置的平坦座面

座面上的臀部压力分布应是：

在坐骨结节处最大,由此向外,压力逐渐减小,直至与座面前缘接触的大腿下部,压力为最小。

不同用途的座椅,两点支承的作用不一样。

休息用的座椅,体、腿夹角较大（舒适角度约为115°）,坐着时身体向后倾斜,只要肩胛部分支承稳靠,没有腰靠也能得到舒适的坐姿,因此是以肩靠起主要作用。

人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，坐姿的体压分布是影响乘坐舒适性的重要因素。

人就坐时，身体重量的大部分（约80%）经过臀部、背部隆起部分及其附着的肌肉压在坐椅面上。

但是，不论什么座面，保持一种固定的坐姿时间过长，臀部细血管内参加循环的血液量就会减少，控制身体下部生理机能的功能将会下降，这种持续的复合作用在肌肉上会引起挤压疲劳。

只有不断地活动身体才能使身体的各个部分延迟疲劳的到来，对于腰肌也是这样，尽管不同的坐姿对腰椎弯曲形状的影响不同，有的小些有的大些，但是不论哪种姿势，长时间采取一种坐姿总会产生静力疲劳。

因此，任何一种座椅在设计时都应考虑变换坐姿的可能性。

一般操作用座椅,由于操作的要求,身体需要略向前倾,肩胛骨部分几乎接触不到靠背,因此,只有腰靠起支承作用,一般无需设置肩靠。

腰靠支承是使背疼和疲劳减到最轻的主要措施。

腿的主动脉紧靠着大腿下表面和膝盖的后面,在这个部位上，任何持续的压力都会给人造成极端的不舒适和肿胀感觉。

借助于适当减短座深、把座垫前缘修圆和采用较软的泡沫塑料座垫等措施可防止发生这种情况。

正确的坐姿应当是支持脊柱使之逼近这一自然弯曲弧形。

座椅的设计必须有可能让人经常地改变自己的姿势和位置，以便减轻压力和活动伸展各部分肌肉。

座垫表面的各个边缘应当稍稍向上倾斜，以便阻止臀部向边缘滑动而使操作者能够坐稳。

靠背与座垫之间的夹角应当为95°左右，至少是90°，以避免因骨盆向前歪斜而弯腰，造成肌肉紧张和受束缚。

概括起来，舒适的坐态生理，应保证腰曲弧形处于正常自然状态，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液正常循环。

因此，最舒适的坐姿，是臀部稍离靠背向前移，使上体略向后倾斜，保持体腿夹角在90°～115°之间，小腿向前伸，大腿与小腿、小腿与脚面之间也有合适的夹角。

（如图2.2所示）

图2.2舒适坐姿的关节角度

10°〈θ1〈20°；15°〈θ2〈35°；80°〈θ3〈90°；

90°〈θ4〈115°；100°〈θ5〈120°；85°〈θ6〈95°

工作座椅是供坐姿工作人员使用的一种由支架、腰靠、座面等构件组成的坐具。

座位空间及座椅的尺寸设计应保证适应人体舒适坐姿的生理特征,提供实现舒适坐态的支承条件。

工作座椅设计的主要准则:

a.人体躯干的重量应由坐骨、臀部及脊椎按适当比例分别支承,其主要部分应由坐骨结节承担。

b.人体上身应保持稳定。

c.人体腰椎下部（第4～5节腰椎之间）应有适当的腰靠支承。

d.座面的高度应确保大腿的肌肉和血管不受压迫。

e.坐者应能方便、自如地变换姿势而不致滑脱。

f.座椅的位置和尺寸应与工作台、显示装置、操纵装置相配合，以提高操作者的操作舒适性和方便性。

对工作座椅设计的基本要求:

a.工作座椅的结构型式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应,应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。

b.工作座椅的座高和腰靠高必须是可调节的。

座高调节范围在GB10000-88中“小腿加足高”,女性（18～55岁）第5百分位到男性（18～60岁）第95百分位数,即360～480mm之间。

工作座椅座面高度的调节方式可以是无级的或间隔20mm为一档的有级调节。

工作座椅腰靠高度的调节方式为165～210mm间的无级调节。

c.工作座椅可调节部分的结构,必须易于调节,保证调节好的位置在座椅使用过程中不会改变或松动。

d.工作座椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边,各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部分。

e.操作者无论坐在座椅前部、中部还是往后靠,工作座椅座面和腰靠结构均应使坐者感到安全、舒适。

f.工作座椅腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性。

在座椅固定不动的情况下,腰靠承受250N的水平方向作用力时,腰靠倾角β不得超过115°。

g.工作座椅一般不设扶手,需设扶手的座椅必须保证操作人员作业活动的安全性。

h.工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。

座垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材料制造。

工作座椅的结构和主要参数，工作座椅的主要参数的取值范围列于表2-1，表中所列参数,已经考虑了操作者穿鞋和着冬装的因素。

表2-1工作座椅的主要参数

参数

数值

测量要点

座高mm

360-480

在座面上压以60kg，直径350mm的半球状重物时测量

座宽mm

370-420

在座椅转动轴与座面的交点处或座面深度方向二分之一处测量

座深mm

360-390

在腰靠g=210mm处测量，测量时为非受力状态

腰靠长mm

320-340

腰靠宽mm

200-300

腰靠厚mm

30-50

腰靠上通过直径400mm的半球状物施以250N的力时测量

腰靠高mm

165-210

腰靠圆弧半径mm

400-700

座面倾角（°）

0-5

腰靠倾角（°）

95-115

综上所述，设计出尺寸控制图（如图2.3所示）

图2.3小型客车座椅尺寸控制图

第4章小型客车座椅的骨架结构设计

座椅骨架不但要承受人体质量，同时还要经受汽车启动、停止等重复动作和冲撞事故的冲击，属于汽车整车强制认证检测项目之一。

骨架的结构主要分为钢质冲压骨架、管式骨架和合金铸造骨架三种，主体为金属焊接结构。

管材焊接骨架成本最低，但很难增加更多的功能。

钢质冲压骨架有更大的功能配置灵活性，很多附加的功能能够被直接加在骨架上。

合金铸造骨架主要用在高级豪华车上，主要特点是质量轻、强度高，但模具费用和零件单价较高。

根据汽车的设备能力、生产量和生产成本等情况，本设计座椅骨架为钢质冲压骨架。

座椅的骨架设计

1）.靠背骨架：

靠背骨架是一个关键的结构件，在载荷传递路线中它把载荷传递给调角器，并最终传至地板，它直接关系到座椅的总体稳定性。

在前撞、侧撞尤其是后撞情况下，靠背骨架在撞击能量处理方面起到关键的乘员保护作用。

其主要尺寸和结构形式如图3.1所示

图3.1靠背骨架主要尺寸及结构形式

2）.底座骨架：

底座骨架通过调角器与靠背连接，靠背受到的载荷通过调角器传至底座再传到地板。

底座侧板结构（如图3.2所示）中，前杆和后杆隶属于座椅的高低调节总成，用于保证其整体刚性连接。

中间板主要作用为增加横向稳定性和刚度。

主要尺寸（如图3.3所示）。

图3.2底座侧板结构

a

b

图3.3主要尺寸

骨架的结构，主要可分为钢质冲压骨架、管式骨架和合金铸造骨架三种，本设计座椅骨架采用钢质冲压骨架。

小型客车座椅的调节机构设计

前后调节机构的工作原理及相关计算

1）.前后调节机构的结构形式及工作原理

前后调节机构（如图3.4所示）即座椅滑道，是纵向水平位置的调整机构，在本毕业设计中左右两侧均选用内外导轨式结构，两侧用前后调节操纵杆连接和控制，其中内导轨中间安有内外导轨锁止机构，当用前后调节操纵杆调整到合适位置时，松开操作杆，达到调节并锁止的目的。

图3.4前后调节机构

2）．前后调节机构调节范围的计算

如图3.5所示，在与锁止机构相连接的外导轨下端，开有10个40mm等距分布的小孔，用于与锁紧机构相扣合。

每个等距分布10个均为20×20mm的小方孔，锁止机构每次均占用1个小方孔，则最大调节距离为（10-1）×40=360mm。

因此，前后调节机构调节范围为0-360mm，即0-±180mm。

图3.5导轨等距孔

高度调节机构的工作原理及相关计算

1）.高度调节机构的结构形式及工作原理

高度调节机构（如图3.6所示）主要由一套连接杆件和调整螺杆组成，当高度调节机构下端和上端分别固定在底座侧板与轨道上时，铰接的杆件便与底座侧板、轨道和调整螺杆组成了上下两个等腰梯形，具有稳定的整体性，防止其自由变形。

图3.6高度调节机构

其中，连接杆2与调整螺杆连接部分为光滑通孔，与调整螺杆无螺纹一端相接合，在调整螺杆有螺纹部分与连接杆1的接触处，将连接杆件固定在调整螺杆有螺纹处和无螺纹处的中间，限制其沿调整螺杆轴向的自由度。

连接杆1与调整螺杆连接部分为内螺纹结构，与调整螺杆的外螺纹相连接，当调整螺杆转动时，连接杆1会沿调整螺杆轴向移动，改变连接杆上下杆与调整螺杆的角度，从而使底座得到垂直方向的的位移改变。

调整过程中，高度调节机构主调整一侧的垂直方向位移改变会通过座椅侧板结构中的前后两个杆，带动另一侧的连接机构产生垂直位移，达到底座在垂直方向位移整体改变的目的。

2）．高度调节机构调节范围的计算

在本毕业设计中，连接杆件1在调整螺杆轴向位移范围为50mm，如图3.7，当连接杆件1被调整到如图所示位置时，

mm

mm

则，座椅在垂直方向上工共调节2×56=112mm，因此，高度调节机构调节范围为0-112mm。

图3.7高度调节简图

角度调节机构的工作原理

角度调节机构的结构形式及工作原理

本毕业设计中，角度调节机构为棘轮棘爪结构形式,是对靠背、座垫夹角进行调整和锁止的机构。

其工作原理为，当角度调节操纵杆进行转动时，连动杆同时随着转动，连接在连动杆上的板簧会逐渐卷缩，而带动锁止机构下移，从而解除内板和外侧上板间的锁止，此时当操作者对靠背施以向后的力或者依靠板簧的恢复力，就可以对靠背的角度进行调节，当调整到合适角度位置时，松开角度调节操纵杆，在板簧的恢复力作用下，角度调节操纵杆会回到初始位置，而所以机构也会重新弹回外侧上板的齿牙内，对内板和外侧上板进行锁定。

在整个调整过程中，通过连动杆的连接，座椅两侧的角度调节机构会同步对靠背角度进行调节。

角度调节机构角度调节范围有内板上的弧形开槽确定，位于外侧上板的突出销，只能在圆弧开槽范围内活动，即100°-115°。

小型客车驾驶员座椅骨架整体结构

根据本章所确定的主要座椅骨架结构，用CAITIA机械装配模块，装配小型客车驾驶员座椅骨架总成如图3.8所示。

图3.8小型客车座椅骨架结构总成

第5章座椅骨架静强度分析

汽车座椅静强度法规

汽车作为现代