基于solidworks simulation的汽车座椅快拆机构设计及强度校核

徐迎　林龙

【摘 要】现在生活水平不斷提高，人们对于汽车的舒适性、功能性要求越来越高。由于汽车内部空间有限，如何个性化增加车内空间，提升汽车内的舒适性具有一定的实际意义。本文提出一种汽车座椅的快速拆解方案，便于汽车的检修和车内空间的改善，同时对座椅后底座进行强度校核，simulation仿真结果说明底座结构在屈服强度范围之内，符合设计要求。

【关键词】汽车座椅；机构设计；乘坐空间性；强度校核

汽车座椅作为汽车内饰部件的重要组成部分，如今已经不只是简单地满足人们乘坐舒适的需要，而是扩展到人机工程学领域，对汽车座椅的舒适性、空间性提出了更高的要求。汽车座椅设计应从消费者的需求出发，赋予产品新的功能和用途，给消费者提供更加舒适、安全和愉悦的驾乘体验[1]。汽车座椅结构是由表皮，发泡和骨架所组成。一般对于乘用车而言，前排座椅的骨架底部结构是滑轨，方便对座椅的位置进行调节。目前市面上90%的汽车座椅滑轨都采用双滑轨结构，且滑轨通过4颗螺栓与汽车底板紧固，螺栓的紧固力矩在20-40Nm。拆除座椅比较费时，正常的拆解时间一般需要十几分钟一台。对于维修人员而言，比较费时费力；对于乘客而言，在出行过程中不能对汽车内部空间进行灵活调整。因此设计一种快速拆解机构既能方便维修人员检修，也能为特定车辆提升内部空间和舒适性。

1 现状

目前，为了提升车内的空间性和灵活性，各大汽车生产厂商以及汽车座椅零部件商对座椅的结构进行改进设计。比如，东风柳汽公司发明一种多位置快速拆装座椅，该技术方案可以在乘坐舱不同位置按需要设置座椅安装位，座椅就可根据不同的需要安装有不同的位置，在乘坐舱就可流出所需要的空间，其优点可以满足用户多样化需求，能够为用户提供更长的后部空间[2]。长春旭阳汽车技术有限公司发明一种轴孔锁止的快速拆卸座椅，其特点在于配置有安装拆装的快速锁定装置[3]。北京汽车股份有限公司设计一种可拆卸的座椅[4]，该汽车座椅底部包括汽车座椅底部，座椅底部的座椅骨架的两相对侧边上均设有一安装支架，安装支架的一端设有多个第一安装过孔，另一端设有第一卡装结构，汽车座椅通过第一安装过孔和第一卡装结构可拆卸的安装在汽车地板上，该结构简单、易于实现，不过过孔位置在安装过程不便对中，使得安装比较费时费力，且连接的插销承受的载荷较大，容易失效。

目前，座椅快拆技术方案较多，但在原厂车上还未普及，基本是修理厂或者个人对出厂后的座椅按照使用需求进行拆解改装。目前较多的快拆方案为：对固定位置的螺栓进行改进，改进后可不借助工具进行旋松紧，比如采用羊角螺栓。这种方案结构简单，但是存在强度不够，拆装的效率不高，而且反复拆解后容易松脱等不足。

2 快拆方案

2.1 快拆机构的结构

本文提出一种汽车座椅底座快拆方案。该机构包含4个座椅支撑，前后两个支撑的结构一致，前部和后部快拆结构如图1。如图1a），前部结构包含顶部支架、底座以及快拆螺杆、螺帽、把手和锁紧垫片。其组装方式为：底座通过下部两处螺栓孔固定在车厢内部；座椅支撑的锁孔对准支撑底座上端的凸缘进行安装，快拆螺杆穿过底座上端凸缘孔与螺母配合，通过旋转把手对座椅支撑进行固定锁紧，从而防止支撑在底座上进行横向移动，锁紧垫片具有一定的弹性，在扳动把手过程中起到补偿间隙的作用。后部结构如图1b），包含：顶部支架、底座。其组装方式为：顶部支架的开口锁孔对准底座横杆进行卡装，在拆卸过程中可直接往后移动脱离。

a）前部结构

b）后部结构

2.2 拆装过程说明

在拆卸过程中，先对座椅前部支撑进行拆解，固定螺帽的同时，扳动一侧的快拆把手，将螺帽松脱后即可取下快拆杆，对另一侧进行同样的操作，取下两处快拆螺杆之后，即可将座椅前端提起，同时将座椅往后移动从而使得后支撑锁孔脱离底座横杆，整个拆卸过程时间不到30秒，操作简便轻松，不需要借助工具。安装过程同样简单，首先将后支撑架在底座上，同时前部支持安装在凸缘上，将快拆螺杆穿过凸缘孔进行锁紧，保证座椅不会前后左右移动。本方案的优点在于，前部支撑不需要螺栓螺母连接固定，拆卸过程简单，后部快拆螺杆可以对支撑进行轴向锁定，锁钩可以实现前后方向的约束。

2.3 后支架强度校核

连接关系的校核在产品设计初期非常重要，尤其是涉及到螺栓连接、销钉连接、弹簧、点焊、轴承等复杂的连接关系，在校核过程中可以实现结构的优化和提升可靠性。利用solidworks中的simulation模块对座椅后支架底座进行静载荷仿真[5]，选择材料为合金钢，泊松比0.28，屈服强度620Mpa，对底座施加固定约束，同时对底座两侧凸缘施加垂向载荷，载荷大小为220.5N（假定乘客体重为75kg，座椅支撑前后载荷分配比例为40：60，凸缘半径为6.7mm），对其进行网格划分，生成标准网格数量7919个，节点数12695个。仿真结果显示底座所受的最大应力为8.32Mpa，位于凸缘底部，最大位移为6.157*10-4mm，位于凸缘顶部，应力分布和应变分布如图2所示。由结果可知，该设计符合强度要求，具有一定的安全余量。

a）应变器

b）位移图

3 结语

本文借助solidworks设计一种汽车座椅的快速拆解结构，该结构不需借助专用工具，使驾驶人员能在短时间内对座椅进行拆卸，提升了拆解的速度，同时安装过程也非常便捷，大大提高家用轿车的灵活性，对于某些特殊车辆（如电动汽车）的维修人员而言，该机构能方便其检修车辆内部的电器线路。最后，通过solidworks simulation仿真模块进行强度校核，验证座椅底座设计符合屈服强度要求，安全可靠。

【参考文献】

[1]符大兴.对汽车座椅设计的探讨[J].企业科技与发展，2011，（12）：31-33.

[2]黄东杰，等.汽车用多位置快速拆装座椅：中国200720200412.5[P].2008-07-09.

[3]牛树田，等.快速拆卸座椅：中国，200720093707.7[P].2008-04-30.

[4]韩玉刚，等.一种可拆卸的汽车座椅及汽车：中国，202520066273.6[P].2015-07-22.

[5]王宏雁，张丹.汽车座椅有限元建模与计算[J].同济大学学报（自然科学版），2004， 32（7）：947-951.endprint