淺談座椅骨架設(shè)計(jì)的“方”與“圓”

宋德詢 李俊 裴冰 邵羽辛

摘要：本文從方管和圓管的材料力學(xué)原理出發(fā)，根據(jù)座椅骨架的受力路徑以及圓管和方管的工藝特點(diǎn)，結(jié)合有限元分析方法，確定了座椅骨架方管和圓管的選材策略，從而實(shí)現(xiàn)座椅骨架的精益設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：汽車;座椅骨架;精益設(shè)計(jì);方圓;工藝;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

精益的設(shè)計(jì)，總是能夠找到簡(jiǎn)單的方式證明自己。

隨著有限元分析的廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)工程師習(xí)慣于將設(shè)計(jì)模型交給有限元工程師進(jìn)行分析，如果失效，調(diào)整后再給有限元工程師重新計(jì)算;其實(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中基于材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能以及零件的性能需求，工程師可以快速提供比較精益的設(shè)計(jì)方案，減少CAE工作的工作量，從而提升設(shè)計(jì)效率，比如座椅骨架的“方圓之道”。

一、“方”與“圓”管力學(xué)性能對(duì)比

根據(jù)如上圖的基礎(chǔ)材料力學(xué)公式，結(jié)合座椅骨架材料的實(shí)際應(yīng)用，在采用同樣尺寸的板材物料（卷成方管或圓管），將零件尺寸數(shù)字的代入計(jì)算，可以比較清晰的看出，方管的抗彎截面系數(shù)（上下方向）優(yōu)于圓管，而圓管的抗扭截面系數(shù)要優(yōu)于方管。

二、“方”與“圓”管的工藝和結(jié)構(gòu)

在工藝上，對(duì)于直線段的焊接，方管相比于圓管夾持穩(wěn)定，焊接可靠性也大幅提升;

而圓管便于進(jìn)行等截面的彎折，可以在轉(zhuǎn)彎處提供良好的力的傳遞。如上圖，在轉(zhuǎn)彎處，可以做到圓管的截面基本不變，而方管截面積則會(huì)局部變小。

三、座椅骨架設(shè)計(jì)選材的“方圓” 之道

如下圖，結(jié)合座椅CAE分析，對(duì)于采用了單側(cè)調(diào)角器的座椅骨架，前座椅靠背的上方，需要選用圓管以便于傳遞扭矩;在調(diào)角器側(cè)的上方，主要受力變?yōu)閺澱哿?，所以代以方形的?而靠背的下側(cè)，使用圓管，以便于扭矩的傳遞：

如下圖，對(duì)于采用了雙側(cè)調(diào)角器的靠背骨架，在調(diào)角器之間則不再使用圓管，用沖壓成型的板材做替代，以保護(hù)左右調(diào)角器之間的連桿和扭簧;其靠背上部橫管也可以根據(jù)整椅布置需要選用沖壓板或方管。

對(duì)于座墊，典型的座椅只有外側(cè)抬升承力機(jī)構(gòu)，能提供上下位置的止位功能，內(nèi)側(cè)則沒(méi)有;所以，需要采用坐墊提升圓管，以便將單側(cè)的扭轉(zhuǎn)力傳到另一側(cè);而坐墊前端由于主要承受乘員的下壓之力，所以布置主要承受彎折之力的防下潛方管在坐盆下以提供支撐。

對(duì)于一般的轎車后排座椅的靠背，這個(gè)主要以抵抗行李箱撞擊的彎折力為設(shè)計(jì)輸入的零件，選用方管無(wú)疑可以是一種精益的設(shè)計(jì)方案。

四、結(jié)語(yǔ)

“方圓之道” 立足材料力學(xué)理論，滿足座椅骨架設(shè)計(jì)力學(xué)傳遞策略，正在被越來(lái)越多的座椅設(shè)計(jì)供應(yīng)商和主機(jī)廠所認(rèn)知和實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

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