淺談一種便于拆裝的汽車座椅扶手連接機(jī)構(gòu)的開發(fā)技術(shù)

羅杰　計宇威　劉芳梅　黃海峰

【摘 要】文章主要介紹了汽車座椅扶手連接機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和使用過程，簡要分析了該連接機(jī)構(gòu)在開發(fā)過程中解決的技術(shù)問題和解決技術(shù)問題時所采取的技術(shù)方案，總結(jié)了該連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計所應(yīng)用的主要技術(shù)和該連接機(jī)構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用帶來的有益效果。

【關(guān)鍵詞】汽車；鎖止；解鎖；便攜

【中圖分類號】U463.836 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）02-0052-03

1 概述

目前，汽車座椅扶手的安裝方式普遍為將扶手裝在座椅上，然后用安裝工具打緊螺栓，再將扶手布套的拉鏈拉緊，其拆卸方式為先拉開扶手布套，然后用安裝工具打松螺栓后卸掉扶手。這種傳統(tǒng)的扶手連接機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方式簡易。但是，這種傳統(tǒng)的扶手連接機(jī)構(gòu)存在如下缺點：安裝拆卸過程繁雜，必須用到安裝工具才能實現(xiàn)安裝和拆卸，非常不便捷；安裝和拆卸過程需要將扶手套拉開才能實施；整個安裝和拆卸過程用時較長，效率較低。為解決以上問題，我們設(shè)計制造了一種便于拆裝座椅扶手的連接機(jī)構(gòu)，本文則簡單地論述了其開發(fā)技術(shù)。

2 連接機(jī)構(gòu)的原理和應(yīng)用

設(shè)計的便于拆裝的汽車座椅扶手連接機(jī)構(gòu)如圖1所示，其構(gòu)成形式包括支柱、螺母、彈簧、滑動軸、滾珠、安裝座。

連接機(jī)構(gòu)的工作原理及使用過程：連接機(jī)構(gòu)由支柱、螺母、彈簧、滑動軸、2個滾珠、安裝座組成。將2個滾珠裝在滑動軸的臺階槽中，同時也將彈簧裝在滑動軸上，然后將滑動軸、2個滾珠及彈簧一起裝在支柱中，再將扶手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和座椅扶手依次安裝在支柱上，最后將螺母扭緊在支柱上即可完成組裝。此外，單獨將安裝座焊接固定在座椅上。通過將裝有彈簧、2個滾珠、滑動軸和座椅扶手的支柱推進(jìn)安裝座中來實現(xiàn)座椅扶手和座椅的連接。

安裝座椅扶手過程：拿起裝有彈簧、2個滾珠、滑動軸和座椅扶手的支柱組合體，按壓滑動軸端頭，使2個滾珠滑動至滑動軸的深槽處，然后將組合體推進(jìn)座椅上的安裝座中。同時，松開按壓滑動軸的手指，將組合體完全推進(jìn)安裝座中，這時2個滾珠在彈簧的作用下自動滑動至滑動軸的淺槽處，最后旋轉(zhuǎn)組合體使2個滾珠徑向運動至安裝座的對應(yīng)孔中卡緊，即完成座椅扶手的安裝，連接機(jī)構(gòu)完成鎖止（如圖2所示）。

拆卸座椅扶手的過程：按壓滑動軸端頭，使2個滾珠軸向滑動至滑動軸的深槽處，拉出裝有座椅扶手的組合體，使其與安裝座分離。與此同時，松開按壓手指，2個滾珠自動運動至滑動軸的淺槽處，即可輕松完成座椅扶手的拆卸，連接機(jī)構(gòu)完成解鎖。

3 解決的技術(shù)問題及采取的技術(shù)方案

該機(jī)構(gòu)操作簡單方便，不用安裝工具，也不用拉開扶手套拉鏈即可輕松地完成安裝和拆卸，安裝拆卸便捷，效率高。該機(jī)構(gòu)采用非螺栓連接的連接方式。該連接機(jī)構(gòu)設(shè)計由支柱、滑動軸、安裝座、滾珠及彈簧進(jìn)行組裝，可實現(xiàn)不用安裝工具和不用拉開扶手套就能輕松地安裝和拆卸的效果，既降低了操作者的安裝和拆卸強(qiáng)度，又大大地提升了安裝拆卸效率。

安裝扶手時，直接對準(zhǔn)安裝座推進(jìn)去，然后徑向旋轉(zhuǎn)，即可自動鎖止。支柱和安裝座設(shè)計有通孔，當(dāng)支柱和滑動軸安裝到安裝座后旋轉(zhuǎn)支柱和滑動軸，滑動軸臺階槽上面的滾珠將通過支柱上面的通孔卡在安裝座的通孔處，實現(xiàn)鎖止功能。

輕輕按壓滑動軸端頭，可實現(xiàn)解鎖功能。采用滑動軸上面加工臺階槽的設(shè)計，在按壓滑動軸時，利用滾珠在臺階處沿滑動軸軸向和徑向運動來實現(xiàn)解鎖功能。

按壓滑動軸解鎖后，連接機(jī)構(gòu)可自動回位，且滾珠不會掉落。采用滑動軸和支柱之間加裝彈簧的設(shè)計，在解鎖后依靠彈簧回彈性能實現(xiàn)自動回位。同時，在支柱直徑為6 mm的2個孔邊緣處均設(shè)計有擋邊，保證2個滾珠不會掉落。

該機(jī)構(gòu)鎖止具有雙重保護(hù)機(jī)構(gòu)。采用在滑動軸上設(shè)計有2個完全一樣的臺階槽，在每個臺階槽處放入2個相同的滾珠，當(dāng)鎖止時即可實現(xiàn)雙重保護(hù)。當(dāng)其中一個滾珠對應(yīng)的滑動軸擋邊失效時，另外一個滑動軸擋邊和滾珠還能正常工作，即可延長連接機(jī)構(gòu)的壽命，保證用戶的正常使用。

4 該連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計所應(yīng)用的主要技術(shù)

總的來說，該連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠、操作方便、維修簡單、造型美觀。該連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計要點可以從以下幾個方面來論述：滑動軸的強(qiáng)度；支柱、滑動軸及安裝座等零件的耐磨性；各部件的材料選擇；軸孔件配合和粗糙度要求；各部件的工藝性要求。

滑動軸零件的強(qiáng)度設(shè)計主要考慮變應(yīng)力下的許用應(yīng)力。在變應(yīng)力條件下，滑動軸的損壞形式是疲勞斷裂，疲勞斷裂具有以下特征：疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低；不管是脆性材料或塑性材料，其疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂；疲勞斷裂是損傷的積累，它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至余下的未裂開的截面面積不足以承受外載荷時，零件就突然斷裂。此外，在變應(yīng)力條件下，影響滑動軸疲勞強(qiáng)度的因素有應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀況。應(yīng)力集中的影響是指由于結(jié)構(gòu)要求，滑動軸設(shè)計有使截面形狀突然變化的2個缺口，當(dāng)滑動軸受載時，2個缺口就會引起應(yīng)力集中；零件尺寸的影響指當(dāng)其他條件相同時，零件尺寸越大，其疲勞強(qiáng)度越低。原因是由于尺寸大時，材料晶粒粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，滑動軸精車后表面冷作硬化層相對較薄，以致疲勞裂紋較容易形成；表面狀況的影響是指滑動軸表面越光滑或經(jīng)過表面熱處理可以提高滑動軸的疲勞強(qiáng)度。

據(jù)統(tǒng)計，約80%的損壞零件是因磨損而報廢的，所以我們設(shè)計時一定要注意該連接機(jī)構(gòu)的支柱、滑動軸及安裝座等主要組成部件的耐磨性。零件抗磨損的能力稱為耐磨性。除非運動副摩擦表面為一層潤滑劑所隔開而不直接接觸，否則磨損總是難以避免的，但是只要磨損速度穩(wěn)定緩慢，零件就能保持一定的壽命。因此，在預(yù)定使用期限內(nèi)，零件的磨損量不超過允許值時，就認(rèn)為是正常磨損。機(jī)械磨損主要包括磨粒磨損、黏著磨損（膠合）、疲勞磨損和腐蝕磨損。

根據(jù)該機(jī)構(gòu)的使用要求和性能，我們選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼材料來加工支柱、滑動軸和安裝座的幾個主要零部件。碳素結(jié)構(gòu)鋼的含量一般不超過0.7%，而含碳量低于0.25的低碳鋼，它的強(qiáng)度極限和屈服極限較低，塑性很高且具有良好的焊接性，適于沖壓、焊接。在選用鋼材時，應(yīng)在滿足使用要求的條件下，盡量采用價格便宜和供應(yīng)充足的碳素鋼，比如常用的Q235和45，必須采用合金鋼時也應(yīng)優(yōu)先選用我國資源豐富的硅、錳、硼、礬類合金鋼。

為了實現(xiàn)零件的互換性，必須保證零件的尺寸、幾何形狀和相對位置及表面粗糙度的一致性。就零件而言，不可能做得絕對精確，但必須使尺寸介于2個允許的極限尺寸之間，因此我們制作的座椅扶手連接機(jī)構(gòu)中支柱和滑動軸之間及支柱和安裝座之間的配合間隙精度等級為H7/h6。機(jī)械制造中最常用的公差等級是4～11級，其中6級、7級、8級用于重要的零件，它們是現(xiàn)代生產(chǎn)中采用的主要精度等級。當(dāng)然，在保證配合間隙的同時，也要保證滑動軸、支柱內(nèi)孔和外圓表面及安裝座內(nèi)孔的表面粗糙度要求。為達(dá)到設(shè)計要求，我們采用粗車—精車的加工方式，粗糙度控制在0.2～0.8，完全滿足設(shè)計和使用要求。

該機(jī)構(gòu)各部件的加工需要具有良好的工藝性，其對工藝性的基本要求如下：{1}毛坯選擇必須合理，該機(jī)構(gòu)的主要部件毛坯直接選用型材后進(jìn)行加工。{2}結(jié)構(gòu)簡單、合理，設(shè)計的滑動軸、支柱、安裝座等部件均采用最簡單的圓柱面及其組合。{3}規(guī)定適當(dāng)?shù)闹圃炀燃氨砻娲植诙取Ａ慵募庸べM用隨著精度的提高而增加，因此在沒有充分必要的條件下，不用要求過高的精度。

5 該連接機(jī)構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用帶來的有益效果

連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計可實現(xiàn)安裝拆卸便捷的功能。該連接機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，安裝和拆卸座椅扶手速度快、效率高。安裝座安裝在座椅上的位置是嵌入式的，起到隱藏效果，節(jié)省安裝空間。同時，如果不需要安裝扶手時，直接將座椅套拉鏈拉上就能保證座椅外觀不受影響。由于便于拆卸，當(dāng)用戶拆卸掉扶手時，可以增大車內(nèi)空間。

滑動軸臺階槽形狀由一個較深的平底槽和一個較淺的斜底槽相連，且2個槽之間由1個斜坡過度而成。該設(shè)計不僅可滿足滾珠徑向運動行程，而且可保證滾珠軸向運動順暢不卡滯。安裝座、支柱及滑動軸之間均設(shè)計有合理的安裝配合間隙，既保證軸向相對運動順暢，又不影響滾珠的鎖止深度。安裝扶手時，插入安裝座后旋轉(zhuǎn)即可自動鎖止。安裝座嵌入安裝在座椅里，安裝座和支柱接觸面為圓柱形面的設(shè)計，可以實現(xiàn)盲裝的效果。也就是不用看到支柱上的直徑為6 mm的小孔和安裝座上直徑為5.8 mm的小孔徑向?qū)R，只要旋轉(zhuǎn)支柱即可自動將滾珠卡進(jìn)安裝座孔中。按壓滑動軸，可自動解鎖，解鎖后滾珠和滑動軸自動回位，且滾珠不會掉落。將支柱和滑動軸加工完成后進(jìn)行熱處理，既保證其硬度，又防止生銹。

支柱、滑動軸、安裝座制造工藝簡單，符合“低成本”制造理念，利用車間邊角廢料即可完成三大部件的制造，該結(jié)構(gòu)的制造成本幾乎為零。

6 結(jié)語

根據(jù)設(shè)計要求，我們試制了便于拆裝的汽車座椅扶手連接機(jī)構(gòu)并安裝到實車上。通過試驗和用戶體驗，驗證了該連接機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：在整個安裝拆卸過程中不用拉開扶手拉鏈，也不用任何安裝工具就可以輕松實現(xiàn)。扶手的安裝拆卸操作非常簡單便捷，省時省力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]陳國華.機(jī)械機(jī)構(gòu)及應(yīng)用全套技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]李舒燕.公差與配合[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007.

[4]楊可楨，程光蘊，李仲生.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]