浅谈一种便于拆装的汽车座椅扶手连接机构的开发技术

罗杰　计宇威　刘芳梅　黄海峰

【摘 要】文章主要介绍了汽车座椅扶手连接机构的组成结构、工作原理和使用过程，简要分析了该连接机构在开发过程中解决的技术问题和解决技术问题时所采取的技术方案，总结了该连接机构的设计所应用的主要技术和该连接机构的技术应用带来的有益效果。

【关键词】汽车；锁止；解锁；便携

【中图分类号】U463.836 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）02-0052-03

1 概述

目前，汽车座椅扶手的安装方式普遍为将扶手装在座椅上，然后用安装工具打紧螺栓，再将扶手布套的拉链拉紧，其拆卸方式为先拉开扶手布套，然后用安装工具打松螺栓后卸掉扶手。这种传统的扶手连接机构的结构方式简易。但是，这种传统的扶手连接机构存在如下缺点：安装拆卸过程繁杂，必须用到安装工具才能实现安装和拆卸，非常不便捷；安装和拆卸过程需要将扶手套拉开才能实施；整个安装和拆卸过程用时较长，效率较低。为解决以上问题，我们设计制造了一种便于拆装座椅扶手的连接机构，本文则简单地论述了其开发技术。

2 连接机构的原理和应用

设计的便于拆装的汽车座椅扶手连接机构如图1所示，其构成形式包括支柱、螺母、弹簧、滑动轴、滚珠、安装座。

连接机构的工作原理及使用过程：连接机构由支柱、螺母、弹簧、滑动轴、2个滚珠、安装座组成。将2个滚珠装在滑动轴的台阶槽中，同时也将弹簧装在滑动轴上，然后将滑动轴、2个滚珠及弹簧一起装在支柱中，再将扶手旋转机构和座椅扶手依次安装在支柱上，最后将螺母扭紧在支柱上即可完成组装。此外，单独将安装座焊接固定在座椅上。通过将装有弹簧、2个滚珠、滑动轴和座椅扶手的支柱推进安装座中来实现座椅扶手和座椅的连接。

安装座椅扶手过程：拿起装有弹簧、2个滚珠、滑动轴和座椅扶手的支柱组合体，按压滑动轴端头，使2个滚珠滑动至滑动轴的深槽处，然后将组合体推进座椅上的安装座中。同时，松开按压滑动轴的手指，将组合体完全推进安装座中，这时2个滚珠在弹簧的作用下自动滑动至滑动轴的浅槽处，最后旋转组合体使2个滚珠径向运动至安装座的对应孔中卡紧，即完成座椅扶手的安装，连接机构完成锁止（如图2所示）。

拆卸座椅扶手的过程：按压滑动轴端头，使2个滚珠轴向滑动至滑动轴的深槽处，拉出装有座椅扶手的组合体，使其与安装座分离。与此同时，松开按压手指，2个滚珠自动运动至滑动轴的浅槽处，即可轻松完成座椅扶手的拆卸，连接机构完成解锁。

3 解决的技术问题及采取的技术方案

该机构操作简单方便，不用安装工具，也不用拉开扶手套拉链即可轻松地完成安装和拆卸，安装拆卸便捷，效率高。该机构采用非螺栓连接的连接方式。该连接机构设计由支柱、滑动轴、安装座、滚珠及弹簧进行组装，可实现不用安装工具和不用拉开扶手套就能轻松地安装和拆卸的效果，既降低了操作者的安装和拆卸强度，又大大地提升了安装拆卸效率。

安装扶手时，直接对准安装座推进去，然后径向旋转，即可自动锁止。支柱和安装座设计有通孔，当支柱和滑动轴安装到安装座后旋转支柱和滑动轴，滑动轴台阶槽上面的滚珠将通过支柱上面的通孔卡在安装座的通孔处，实现锁止功能。

轻轻按压滑动轴端头，可实现解锁功能。采用滑动轴上面加工台阶槽的设计，在按压滑动轴时，利用滚珠在台阶处沿滑动轴轴向和径向运动来实现解锁功能。

按压滑动轴解锁后，连接机构可自动回位，且滚珠不会掉落。采用滑动轴和支柱之间加装弹簧的设计，在解锁后依靠弹簧回弹性能实现自动回位。同时，在支柱直径为6 mm的2个孔边缘处均设计有挡边，保证2个滚珠不会掉落。

该机构锁止具有双重保护机构。采用在滑动轴上设计有2个完全一样的台阶槽，在每个台阶槽处放入2个相同的滚珠，当锁止时即可实现双重保护。当其中一个滚珠对应的滑动轴挡边失效时，另外一个滑动轴挡边和滚珠还能正常工作，即可延长连接机构的寿命，保证用户的正常使用。

4 该连接机构的设计所应用的主要技术

总的来说，该连接机构的设计在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠、操作方便、维修简单、造型美观。该连接机构的设计要点可以从以下几个方面来论述：滑动轴的强度；支柱、滑动轴及安装座等零件的耐磨性；各部件的材料选择；轴孔件配合和粗糙度要求；各部件的工艺性要求。

滑动轴零件的强度设计主要考虑变应力下的许用应力。在变应力条件下，滑动轴的损坏形式是疲劳断裂，疲劳断裂具有以下特征：疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低；不管是脆性材料或塑性材料，其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未裂开的截面面积不足以承受外载荷时，零件就突然断裂。此外，在变应力条件下，影响滑动轴疲劳强度的因素有应力集中、零件尺寸、表面状况。应力集中的影响是指由于结构要求，滑动軸设计有使截面形状突然变化的2个缺口，当滑动轴受载时，2个缺口就会引起应力集中；零件尺寸的影响指当其他条件相同时，零件尺寸越大，其疲劳强度越低。原因是由于尺寸大时，材料晶粒粗，出现缺陷的概率大，滑动轴精车后表面冷作硬化层相对较薄，以致疲劳裂纹较容易形成；表面状况的影响是指滑动轴表面越光滑或经过表面热处理可以提高滑动轴的疲劳强度。

据统计，约80%的损坏零件是因磨损而报废的，所以我们设计时一定要注意该连接机构的支柱、滑动轴及安装座等主要组成部件的耐磨性。零件抗磨损的能力称为耐磨性。除非运动副摩擦表面为一层润滑剂所隔开而不直接接触，否则磨损总是难以避免的，但是只要磨损速度稳定缓慢，零件就能保持一定的寿命。因此，在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值时，就认为是正常磨损。机械磨损主要包括磨粒磨损、黏着磨损（胶合）、疲劳磨损和腐蚀磨损。

根据该机构的使用要求和性能，我们选择碳素结构钢材料来加工支柱、滑动轴和安装座的几个主要零部件。碳素结构钢的含量一般不超过0.7%，而含碳量低于0.25的低碳钢，它的强度极限和屈服极限较低，塑性很高且具有良好的焊接性，适于冲压、焊接。在选用钢材时，应在满足使用要求的条件下，尽量采用价格便宜和供应充足的碳素钢，比如常用的Q235和45，必须采用合金钢时也应优先选用我国资源丰富的硅、锰、硼、矾类合金钢。

为了实现零件的互换性，必须保证零件的尺寸、几何形状和相对位置及表面粗糙度的一致性。就零件而言，不可能做得绝对精确，但必须使尺寸介于2个允许的极限尺寸之间，因此我们制作的座椅扶手连接机构中支柱和滑动轴之间及支柱和安装座之间的配合间隙精度等级为H7/h6。机械制造中最常用的公差等级是4～11级，其中6级、7级、8级用于重要的零件，它们是现代生产中采用的主要精度等级。当然，在保证配合间隙的同时，也要保证滑动轴、支柱内孔和外圆表面及安装座内孔的表面粗糙度要求。为达到设计要求，我们采用粗车—精车的加工方式，粗糙度控制在0.2～0.8，完全满足设计和使用要求。

该机构各部件的加工需要具有良好的工艺性，其对工艺性的基本要求如下：{1}毛坯选择必须合理，该机构的主要部件毛坯直接选用型材后进行加工。{2}结构简单、合理，设计的滑动轴、支柱、安装座等部件均采用最简单的圆柱面及其组合。{3}规定适当的制造精度及表面粗糙度。零件的加工费用随着精度的提高而增加，因此在没有充分必要的条件下，不用要求过高的精度。

5 该连接机构的技术应用带来的有益效果

连接机构的设计可实现安装拆卸便捷的功能。该连接机构的应用，安装和拆卸座椅扶手速度快、效率高。安装座安装在座椅上的位置是嵌入式的，起到隐藏效果，节省安装空间。同时，如果不需要安装扶手时，直接将座椅套拉链拉上就能保证座椅外观不受影响。由于便于拆卸，当用户拆卸掉扶手时，可以增大车内空间。

滑动轴台阶槽形状由一个较深的平底槽和一个较浅的斜底槽相连，且2个槽之间由1个斜坡过度而成。该设计不仅可满足滚珠径向运动行程，而且可保证滚珠轴向运动顺畅不卡滞。安装座、支柱及滑动轴之间均设计有合理的安装配合间隙，既保证轴向相对运动顺畅，又不影响滚珠的锁止深度。安装扶手时，插入安装座后旋转即可自动锁止。安装座嵌入安装在座椅里，安装座和支柱接触面为圆柱形面的设计，可以实现盲装的效果。也就是不用看到支柱上的直径为6 mm的小孔和安装座上直径为5.8 mm的小孔径向对齐，只要旋转支柱即可自动将滚珠卡進安装座孔中。按压滑动轴，可自动解锁，解锁后滚珠和滑动轴自动回位，且滚珠不会掉落。将支柱和滑动轴加工完成后进行热处理，既保证其硬度，又防止生锈。

支柱、滑动轴、安装座制造工艺简单，符合“低成本”制造理念，利用车间边角废料即可完成三大部件的制造，该结构的制造成本几乎为零。

6 结语

根据设计要求，我们试制了便于拆装的汽车座椅扶手连接机构并安装到实车上。通过试验和用户体验，验证了该连接机构的应用：在整个安装拆卸过程中不用拉开扶手拉链，也不用任何安装工具就可以轻松实现。扶手的安装拆卸操作非常简单便捷，省时省力。

参 考 文 献

[1]冯辛安.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2006.

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[4]杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[责任编辑：钟声贤]