汽車座椅高調(diào)機構(gòu)轉(zhuǎn)動副間隙設計

韋樂俠，楊迪新，康 勇

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

為了給駕乘人員提供更舒適駕、乘車環(huán)境，汽車座椅采用了高度調(diào)整結(jié)構(gòu)。高調(diào)機構(gòu)主要由調(diào)高器、連桿機構(gòu)及底部骨架組成。主要是通過調(diào)高器調(diào)節(jié)座墊骨架的升降來實現(xiàn)座椅高度位置的調(diào)整。連桿機構(gòu)在高調(diào)齒輪的驅(qū)動下，各連桿繞相應轉(zhuǎn)動副運動，最終使座墊升、降。由于制造誤差及裝配要求，通常運動副含有一定的間隙，間隙往往使實際機構(gòu)與理想機構(gòu)的運動發(fā)生偏離，從而降低機構(gòu)運動的精度[1，2]。當乘坐人員坐上座椅時，高調(diào)機構(gòu)在其重力作用下，因轉(zhuǎn)動副發(fā)生間隙補償位移，導致座墊出現(xiàn)非調(diào)節(jié)性下沉現(xiàn)象。受坐墊海綿影響，較小的下沉乘坐人員不易感知，當下沉量變大到一定程度時乘坐人員有明顯感知。

可感知的下沉現(xiàn)象會導致用戶的抱怨，而降低下沉現(xiàn)象需要減少轉(zhuǎn)動副間隙，從而增加了各連接件加工精度，并加大了裝配難度。如何解決這一矛盾，尚未有對此類問題的研究，本文應用ADAMS計算轉(zhuǎn)動副配合間隙與座椅下沉位移的關系，并通過試驗驗證及主觀評價，確定無下沉感知狀態(tài)下的較大位移值，進而確定無下沉感知狀態(tài)下轉(zhuǎn)動副間隙量。然后根據(jù)冷鐓、沖壓等工藝分配滿足間隙量要求得產(chǎn)品公差，形成一套確定座椅高調(diào)連桿機構(gòu)運動副相關配合尺寸公差的方法。

1 高調(diào)機構(gòu)因轉(zhuǎn)動副配合間隙導致座椅下沉機理分析

高調(diào)機構(gòu)工作原理：如圖1所示，調(diào)節(jié)手柄帶動齒輪1做定軸轉(zhuǎn)動并輸出驅(qū)動力，齒輪1通過齒輪嚙合帶動不完全齒輪2繞B副轉(zhuǎn)動，并通過C副帶動連桿3，連桿3通過D副驅(qū)動搖桿4繞H副轉(zhuǎn)動。同時搖桿4、構(gòu)件5、搖桿6、機架7組成平行四邊形機構(gòu)，因搖桿4的驅(qū)動使機構(gòu)5平行于機架移動，達到升降的目的[3]。其中轉(zhuǎn)動副B、C、D、F結(jié)構(gòu)如圖2所示，因零件制造精度影響，轉(zhuǎn)動軸與構(gòu)件I的裝配間隙為φ1，轉(zhuǎn)動軸與構(gòu)件II的裝配間隙為φ2，那么構(gòu)件I與構(gòu)件II可能產(chǎn)生的最大相對位移為φ1+φ2.當齒輪1無施加驅(qū)動力，僅在構(gòu)件5上施加作用力，理想狀態(tài)高調(diào)機構(gòu)不會產(chǎn)生位移，但因各轉(zhuǎn)動副存在間隙，在受力消除間隙情況下，導致構(gòu)件5沿受力發(fā)生位移，其位移量受各轉(zhuǎn)動副間隙影響。為確定一個較理想的間隙值，既滿足質(zhì)量要求，又不使零件精度過高，采用ADAMS虛擬樣機模擬分析結(jié)合試驗驗證的方法進行設計。

圖1 傳動機構(gòu)簡圖

圖2 轉(zhuǎn)動副

2 考慮間隙的高調(diào)機構(gòu)仿真分析

2.1 仿真模型建立

將UG中建立的含間隙傳動機構(gòu)的模型導入ADAMS軟件中，給所有構(gòu)件之間添加相應的運動約束，這其中包括了運動副、接觸力、負載以及驅(qū)動等。其中，移動副采用Translationaljiont定義，不含間隙的旋轉(zhuǎn)運動副使用Revolutejiont定義。對含間隙的旋轉(zhuǎn)運動副使用ADAMS工具箱中提供的Contact工具定義接觸副，Contact可以將組成旋轉(zhuǎn)副的兩零件之間的轉(zhuǎn)動定義為接觸力傳遞[1]，如圖3所示。模擬人坐于座墊的工況，在兩側(cè)側(cè)板（構(gòu)件3）上布置質(zhì)量為75 kg質(zhì)點，質(zhì)點的X坐標與H點的X坐標一致。

圖3 仿真模型

2.2 不同間隙方案的仿真與主觀評價

仿真計算思路：以較大轉(zhuǎn)動副間隙值為初步設計值，并分析下沉的位移值，然后進行主觀評價。如主觀評價不合格，縮小轉(zhuǎn)動副間隙，并再次分析驗證，如此循環(huán)直至主觀評價合格。主觀評價：通過5人多功能團隊按標準操作要求感知座墊下沉現(xiàn)象，4/5判定者基本感知不到下沉現(xiàn)象為合格，否則為不合格。通過4個循環(huán)分析與評價（見表1），得出當轉(zhuǎn)動副間隙為0.1 mm時，仿真分析下沉量為2.08 mm時為不可感知下沉，滿足設計要求。

表1 仿真分析及主觀評價結(jié)果

2.2.1 循環(huán)1仿真分析

按孔軸配合的間隙公差為0.2 mm，初始位置為銷位于孔的中心位置，施加重力加速度，開始運動仿真，出現(xiàn)2.75 mm的跳動（見圖4），如果銷位于極限位置（銷位于孔的底部）時，則將出現(xiàn)5.5 mm的跳動。即最大下沉量為5.5 mm.

圖4 最大間隙時下沉量分析

2.2.2 循環(huán)4仿真分析

調(diào)整孔軸配合的間隙公差為0.1 mm，初始位置為銷位于孔的中心位置，加重力加速度，開始運動仿真，出現(xiàn)1.04 mm的跳動（見圖5），如果銷位于極限位置（銷位于孔的底部）時，則將出現(xiàn)2.08 mm的跳動，即最大下沉量為2.08 mm.

圖5 最小間隙時下沉量分析

2.3 試驗測試

為測量出按測試要求，座椅骨架安裝好高調(diào)助力扭簧，將座墊調(diào)到最上端、中間位置、最下端，座椅滑軌分別滑至前、中、后，施加750 N力后，測量其下沉量。為方便加載和測量，其加載點和測量點都選擇在后提升管的中點（見圖6），測試結(jié)果見表2.其中座墊中間位置和滑軌中間位置的工況與仿真相同，但因?qū)嶋H零件存在彈性變形及其他轉(zhuǎn)動副也有輕微間隙，下沉量為2.94 mm，比仿真值2.08 mm更大，其他工況測量值可供對比參考。

表2 最小間隙時下沉量測量

圖6 測試照片

3 結(jié)束語

（1）按本文試驗方法，座墊下沉量為3 mm時為不可感知下沉，滿足設計要求。

（2）類似結(jié)構(gòu)，且尺寸相當?shù)母哒{(diào)機構(gòu)，當轉(zhuǎn)動副間隙為0.1 mm時，或仿真分析下沉量為2 mm時為不可感知下沉，滿足設計要求。

（3）對于連桿高調(diào)機構(gòu)可以采取本文提出的仿真分析與主觀評價的方式確定轉(zhuǎn)動副的配合間隙值。

[1]張 濤，劉宏昭，馮喜如，楊 程.含間隙彈性傳動機構(gòu)的仿真分析[J].機械科學與技術，2015，34（10）：1493-1497.

[2]白爭鋒，趙 陽，趙志剛.考慮運動副間隙的機構(gòu)動態(tài)特性研究[J].振動與沖擊，2011，30（11）：17-20.

[3]孫 桓，陳作模.機械原理[M].6版，北京：高級教育出版社，2001.