汽车座椅高调机构转动副间隙设计

韦乐侠，杨迪新，康 勇

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州 545007）

为了给驾乘人员提供更舒适驾、乘车环境，汽车座椅采用了高度调整结构。高调机构主要由调高器、连杆机构及底部骨架组成。主要是通过调高器调节座垫骨架的升降来实现座椅高度位置的调整。连杆机构在高调齿轮的驱动下，各连杆绕相应转动副运动，最终使座垫升、降。由于制造误差及装配要求，通常运动副含有一定的间隙，间隙往往使实际机构与理想机构的运动发生偏离，从而降低机构运动的精度[1，2]。当乘坐人员坐上座椅时，高调机构在其重力作用下，因转动副发生间隙补偿位移，导致座垫出现非调节性下沉现象。受坐垫海绵影响，较小的下沉乘坐人员不易感知，当下沉量变大到一定程度时乘坐人员有明显感知。

可感知的下沉现象会导致用户的抱怨，而降低下沉现象需要减少转动副间隙，从而增加了各连接件加工精度，并加大了装配难度。如何解决这一矛盾，尚未有对此类问题的研究，本文应用ADAMS计算转动副配合间隙与座椅下沉位移的关系，并通过试验验证及主观评价，确定无下沉感知状态下的较大位移值，进而确定无下沉感知状态下转动副间隙量。然后根据冷镦、冲压等工艺分配满足间隙量要求得产品公差，形成一套确定座椅高调连杆机构运动副相关配合尺寸公差的方法。

1 高调机构因转动副配合间隙导致座椅下沉机理分析

高调机构工作原理：如图1所示，调节手柄带动齿轮1做定轴转动并输出驱动力，齿轮1通过齿轮啮合带动不完全齿轮2绕B副转动，并通过C副带动连杆3，连杆3通过D副驱动摇杆4绕H副转动。同时摇杆4、构件5、摇杆6、机架7组成平行四边形机构，因摇杆4的驱动使机构5平行于机架移动，达到升降的目的[3]。其中转动副B、C、D、F结构如图2所示，因零件制造精度影响，转动轴与构件I的装配间隙为φ1，转动轴与构件II的装配间隙为φ2，那么构件I与构件II可能产生的最大相对位移为φ1+φ2.当齿轮1无施加驱动力，仅在构件5上施加作用力，理想状态高调机构不会产生位移，但因各转动副存在间隙，在受力消除间隙情况下，导致构件5沿受力发生位移，其位移量受各转动副间隙影响。为确定一个较理想的间隙值，既满足质量要求，又不使零件精度过高，采用ADAMS虚拟样机模拟分析结合试验验证的方法进行设计。

图1 传动机构简图

图2 转动副

2 考虑间隙的高调机构仿真分析

2.1 仿真模型建立

将UG中建立的含间隙传动机构的模型导入ADAMS软件中，给所有构件之间添加相应的运动约束，这其中包括了运动副、接触力、负载以及驱动等。其中，移动副采用Translationaljiont定义，不含间隙的旋转运动副使用Revolutejiont定义。对含间隙的旋转运动副使用ADAMS工具箱中提供的Contact工具定义接触副，Contact可以将组成旋转副的两零件之间的转动定义为接触力传递[1]，如图3所示。模拟人坐于座垫的工况，在两侧侧板（构件3）上布置质量为75 kg质点，质点的X坐标与H点的X坐标一致。

图3 仿真模型

2.2 不同间隙方案的仿真与主观评价

仿真计算思路：以较大转动副间隙值为初步设计值，并分析下沉的位移值，然后进行主观评价。如主观评价不合格，缩小转动副间隙，并再次分析验证，如此循环直至主观评价合格。主观评价：通过5人多功能团队按标准操作要求感知座垫下沉现象，4/5判定者基本感知不到下沉现象为合格，否则为不合格。通过4个循环分析与评价（见表1），得出当转动副间隙为0.1 mm时，仿真分析下沉量为2.08 mm时为不可感知下沉，满足设计要求。

表1 仿真分析及主观评价结果

2.2.1 循环1仿真分析

按孔轴配合的间隙公差为0.2 mm，初始位置为销位于孔的中心位置，施加重力加速度，开始运动仿真，出现2.75 mm的跳动（见图4），如果销位于极限位置（销位于孔的底部）时，则将出现5.5 mm的跳动。即最大下沉量为5.5 mm.

图4 最大间隙时下沉量分析

2.2.2 循环4仿真分析

调整孔轴配合的间隙公差为0.1 mm，初始位置为销位于孔的中心位置，加重力加速度，开始运动仿真，出现1.04 mm的跳动（见图5），如果销位于极限位置（销位于孔的底部）时，则将出现2.08 mm的跳动，即最大下沉量为2.08 mm.

图5 最小间隙时下沉量分析

2.3 试验测试

为测量出按测试要求，座椅骨架安装好高调助力扭簧，将座垫调到最上端、中间位置、最下端，座椅滑轨分别滑至前、中、后，施加750 N力后，测量其下沉量。为方便加载和测量，其加载点和测量点都选择在后提升管的中点（见图6），测试结果见表2.其中座垫中间位置和滑轨中间位置的工况与仿真相同，但因实际零件存在弹性变形及其他转动副也有轻微间隙，下沉量为2.94 mm，比仿真值2.08 mm更大，其他工况测量值可供对比参考。

表2 最小间隙时下沉量测量

图6 测试照片

3 结束语

（1）按本文试验方法，座垫下沉量为3 mm时为不可感知下沉，满足设计要求。

（2）类似结构，且尺寸相当的高调机构，当转动副间隙为0.1 mm时，或仿真分析下沉量为2 mm时为不可感知下沉，满足设计要求。

（3）对于连杆高调机构可以采取本文提出的仿真分析与主观评价的方式确定转动副的配合间隙值。

[1]张 涛，刘宏昭，冯喜如，杨 程.含间隙弹性传动机构的仿真分析[J].机械科学与技术，2015，34（10）：1493-1497.

[2]白争锋，赵 阳，赵志刚.考虑运动副间隙的机构动态特性研究[J].振动与冲击，2011，30（11）：17-20.

[3]孙 桓，陈作模.机械原理[M].6版，北京：高级教育出版社，2001.