浅谈座椅骨架设计的“方”与“圆”

宋德询 李俊 裴冰 邵羽辛

摘要：本文从方管和圆管的材料力学原理出发，根据座椅骨架的受力路径以及圆管和方管的工艺特点，结合有限元分析方法，确定了座椅骨架方管和圆管的选材策略，从而实现座椅骨架的精益设计。

关键词：汽车;座椅骨架;精益设计;方圆;工艺;有限元分析

Abstract：Based on the mechanics of material of “ circular” and “rectangular” tube，through seat frame force path，and manufacture characteristics of “ circular” and “rectangular”，and in virtue of CAE analysis，introduce the use strategy of “ circular” and “rectangular” tube on seat frame，to actualize lean design seat frames.

引言

精益的设计，总是能够找到简单的方式证明自己。

随着有限元分析的广泛应用，设计工程师习惯于将设计模型交给有限元工程师进行分析，如果失效，调整后再给有限元工程师重新计算;其实，在设计过程中基于材料和结构的力学性能以及零件的性能需求，工程师可以快速提供比较精益的设计方案，减少CAE工作的工作量，从而提升设计效率，比如座椅骨架的“方圆之道”。

一、“方”与“圆”管力学性能对比

根据如上图的基础材料力学公式，结合座椅骨架材料的实际应用，在采用同样尺寸的板材物料（卷成方管或圆管），将零件尺寸数字的代入计算，可以比较清晰的看出，方管的抗弯截面系数（上下方向）优于圆管，而圆管的抗扭截面系数要优于方管。

二、“方”与“圆”管的工艺和结构

在工艺上，对于直线段的焊接，方管相比于圆管夹持稳定，焊接可靠性也大幅提升;

而圆管便于进行等截面的弯折，可以在转弯处提供良好的力的传递。如上图，在转弯处，可以做到圆管的截面基本不变，而方管截面积则会局部变小。

三、座椅骨架设计选材的“方圆” 之道

如下图，结合座椅CAE分析，对于采用了单侧调角器的座椅骨架，前座椅靠背的上方，需要选用圆管以便于传递扭矩;在调角器侧的上方，主要受力变为弯折力，所以代以方形的板;而靠背的下側，使用圆管，以便于扭矩的传递：

如下图，对于采用了双侧调角器的靠背骨架，在调角器之间则不再使用圆管，用冲压成型的板材做替代，以保护左右调角器之间的连杆和扭簧;其靠背上部横管也可以根据整椅布置需要选用冲压板或方管。

对于座垫，典型的座椅只有外侧抬升承力机构，能提供上下位置的止位功能，内侧则没有;所以，需要采用坐垫提升圆管，以便将单侧的扭转力传到另一侧;而坐垫前端由于主要承受乘员的下压之力，所以布置主要承受弯折之力的防下潜方管在坐盆下以提供支撑。

对于一般的轿车后排座椅的靠背，这个主要以抵抗行李箱撞击的弯折力为设计输入的零件，选用方管无疑可以是一种精益的设计方案。

四、结语

“方圆之道” 立足材料力学理论，满足座椅骨架设计力学传递策略，正在被越来越多的座椅设计供应商和主机厂所认知和实施。

参考文献

[1]周淑渊等 汽车内饰设计概论（第2版）  人民交通出版社 2012-2.

[2]张坤 丁晓红 倪维宇 王海华 汽车座椅骨架构件布局设计方法 工程设计学报 （2015年4月）（22-22）