汽車座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書0引言汽車座椅屬于汽車的基本裝置是汽車的重要安全部件。在汽車中它將人體和車等為一體的系統(tǒng)工程產(chǎn)品。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展人們對(duì)汽車的乘坐舒適性及安全性等方面的要求越來越高。其中作為影響汽車舒適性和安全性的重要內(nèi)飾部件——汽車座椅的設(shè)計(jì)、研發(fā)已越來越引起汽車業(yè)界的重視。本畢業(yè)設(shè)計(jì)分析了人與座椅的人機(jī)關(guān)系，并且結(jié)合我國國民對(duì)汽車座椅的使用要求，以人機(jī)工程學(xué)、汽車設(shè)計(jì)等學(xué)科的理論為依據(jù)，以國家和國際標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，對(duì)駕駛座椅進(jìn)行了設(shè)計(jì)。，從人的安全、健康的角度，現(xiàn)代人越來越多地的時(shí)間在汽車中度過，座椅的安全與舒適直接影響到人們的健康與安全。尤其是對(duì)人們脊椎的傷害。從社會(huì)的角度，汽車走進(jìn)千家萬戶，人們對(duì)汽車的情感也有所轉(zhuǎn)變，從以前的遙遠(yuǎn)、到現(xiàn)在的占有，將來必將轉(zhuǎn)變?yōu)樘籼?。因此汽車座椅的發(fā)展也要跟上時(shí)代的步伐，所以本設(shè)計(jì)進(jìn)行汽車八方向座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第1頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1轎車電動(dòng)座椅的介紹轎車的座椅是衡量轎車檔次的重要依據(jù)，因此轎車設(shè)計(jì)師十分重視電動(dòng)座椅的設(shè)計(jì)，從材料到形狀，盡量做得完美無缺。在造型方面，充分考慮人體尺寸、人體重量、乘坐姿勢(shì)和體壓分布等因素，應(yīng)用人體工程學(xué)的研究成果和先進(jìn)技術(shù)，制造出乘坐舒適、久坐不乏的座椅。1.1橋車的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展水平的相關(guān)介紹目前國內(nèi)汽車座椅基本上是一種固定的姿勢(shì)，人長時(shí)間保持一種相對(duì)穩(wěn)定的坐姿很容易疲勞，從提高駕乘人員舒適度的角度，給出一種新型電動(dòng)座椅的設(shè)計(jì)思路。對(duì)于可以調(diào)節(jié)的汽車電動(dòng)座椅的研究，國內(nèi)發(fā)現(xiàn)尚少。尤其在目前，國內(nèi)市場上所見電動(dòng)座椅大多出現(xiàn)在進(jìn)口汽車上，汽車電動(dòng)座椅有兩向移動(dòng)、四向移動(dòng)、六向移動(dòng)等多種類型。兩向電動(dòng)座椅只能作前后水平移動(dòng)：四向電動(dòng)座椅除前后水平移動(dòng)外，還可以升降：六向電動(dòng)座椅除了夠控制上述移動(dòng)外，座椅的座位前部和靠背還可以分別升降。大多數(shù)電動(dòng)座椅使用永磁型電動(dòng)機(jī)，通過裝在左座側(cè)板上或左門扶手上的肘節(jié)式控制開關(guān)控制電流路線和方向?？墒鼓骋浑妱?dòng)機(jī)按不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。大多數(shù)永磁型電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有斷路器，以防電動(dòng)機(jī)過載。許多福特汽車電動(dòng)座椅的電動(dòng)機(jī)在磁鐵外殼內(nèi)裝有3個(gè)獨(dú)立的電樞。有的電動(dòng)座椅使用串激電動(dòng)機(jī)(如通用公司生產(chǎn)的某些汽車)，用2個(gè)磁場線圈使電動(dòng)機(jī)能作雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種電動(dòng)機(jī)一般使用繼電器以控制電流方向，因此當(dāng)開關(guān)換向時(shí)，可以聽到繼電器吸合的咔嗒聲。電動(dòng)座椅使用的電動(dòng)機(jī)的數(shù)量多的可達(dá)8個(gè)。本方案是一種機(jī)械設(shè)計(jì)制造學(xué)、人體工程學(xué)與電子技術(shù)相結(jié)合的八個(gè)方向(座椅水平平行前后移動(dòng)、座椅前端上下升降、座椅后端上下升降、座椅靠背的角度旋轉(zhuǎn))調(diào)節(jié)。汽車電動(dòng)座椅一般由雙向電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和座椅調(diào)節(jié)器等組威。傳動(dòng)裝置包括變速器、聯(lián)軸裝置和電磁閥。座椅調(diào)節(jié)器的主要部件是螺旋千斤頂和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)裝置和座椅調(diào)節(jié)器之間用軟軸連接。通過座椅調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)座椅的調(diào)節(jié)。方案的思路就是電動(dòng)座椅是利用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來調(diào)整座椅位置、靠背的傾斜度等，自動(dòng)適應(yīng)不同體型的駕駛員與乘員的乘坐舒適性要求?，F(xiàn)代轎車的駕駛者座椅和前部成員座椅多是電動(dòng)可調(diào)的，又稱電動(dòng)座椅。座椅是與人接觸最密切的部件，人們對(duì)轎車平順性的評(píng)價(jià)多是通過座椅的感受作出的。因此電動(dòng)座椅是直接影響轎車質(zhì)量的關(guān)鍵部件之一。轎車電動(dòng)座椅以駕駛者的座椅第2頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書為主。從服務(wù)對(duì)象出發(fā)，電動(dòng)座椅必須要滿足便利性和舒適性兩大要求。也就是說駕駛者通過鍵鈕操縱，既可以將座椅調(diào)整到最佳位置上，使駕駛者獲得最好的視野，得到易于操縱方向盤、踏板、變速桿等操縱件的便利，還可以獲得最舒適和最習(xí)慣的乘坐角度。為了滿足這些要求，世界汽車生產(chǎn)大國的有關(guān)廠家都競相采用機(jī)械和電子技術(shù)手段，制造出可調(diào)整的電動(dòng)座椅?，F(xiàn)代轎車的電動(dòng)座椅是由坐墊、靠背、靠枕、骨架、懸掛和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成，其中調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由控制器、可逆性直流電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)部件組成，是電動(dòng)座椅中最復(fù)雜和最關(guān)鍵的部分，可逆性直流電動(dòng)機(jī)必須體積小，負(fù)荷能力要大；而機(jī)械傳動(dòng)部件運(yùn)行時(shí)要求要有十分良好的穩(wěn)定性，噪音要低。控制器的控制鍵鈕設(shè)置在駕駛者操縱方便的地方；一般在門內(nèi)側(cè)的扶手上面。有些轎車的控制器還設(shè)有微電腦，有記憶能力，只要按下某一記憶按鈕，即可自動(dòng)將電動(dòng)座椅調(diào)整到存儲(chǔ)的位置上?？赡嫘灾绷麟妱?dòng)機(jī)一般有三個(gè)以上，他們受控制其控制并分別驅(qū)動(dòng)某個(gè)調(diào)整方向的傳動(dòng)部件。傳動(dòng)部件有蝸桿軸、蝸輪、心軸和齒條等。調(diào)整時(shí)，主動(dòng)軸在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將心軸旋入或旋出，即座椅下降或上升。如果蝸輪又與齒條嚙合，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)將齒條移動(dòng)，即令座椅前移或后移。目前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)座椅的水平移動(dòng)和垂直移動(dòng)，靠背的角度移動(dòng)和靠枕的高度移動(dòng)，即所謂“六向可調(diào)式”?，F(xiàn)在先進(jìn)的技術(shù)還可調(diào)節(jié)座椅底座的前后、座椅底座前方的上下、座椅底座后方的上下及座椅靠背的前后擺動(dòng)，此即“八向可調(diào)式”，乘員可以根據(jù)自己的身材將座椅調(diào)到一個(gè)合適的位置。過去的轎車以交通為唯一目的，今天的轎車設(shè)計(jì)思想則倡導(dǎo)人與車的融合，座椅就是這個(gè)設(shè)計(jì)思想中極其重要的環(huán)節(jié)。現(xiàn)代轎車座椅涉及到電子學(xué)、人體工程學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)等方面的領(lǐng)域，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，轎車座椅已從一個(gè)簡單的部件發(fā)展到一個(gè)比較復(fù)雜和精度程度要求比較高的部件?，F(xiàn)代轎車已經(jīng)不是一個(gè)單純的運(yùn)載工具，他已經(jīng)是“人、汽車與環(huán)境”的組合體。座椅作為汽車使用者的直接支撐裝置，在車廂部件中具有非同小可的重要性。汽車座椅的主要功能是為駕馭者提供便于操縱、舒適、安全個(gè)不易疲勞的駕駛座位。座椅設(shè)計(jì)適應(yīng)同時(shí)滿足以下五點(diǎn)基本要求(1)座椅的合理布置；(2)座椅外形要符合人體生理功能；第3頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(3)座椅應(yīng)具有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；(4)座椅有良好的振動(dòng)特性；(5)座椅必須十分安全可靠。1.2本次課程設(shè)計(jì)的提出及相關(guān)問題隨著人類生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，汽車作為一種更為廣泛的交通工具被用于人們的日常生活中，汽車的種類越來越多，功能越來越齊全，不斷地向智能化發(fā)展，人們對(duì)汽車的便利性、舒適度的要求更是越來越高。過去的轎車以交通為唯一目的，現(xiàn)在的轎車設(shè)計(jì)思想則倡導(dǎo)人與車的融合，座椅就是這個(gè)設(shè)計(jì)思想中極其重要的環(huán)節(jié)。現(xiàn)在的轎車的駕駛者座椅和前部成員座椅是電動(dòng)可調(diào)的，又稱電動(dòng)座椅，座椅是與人接觸的最為密切的部件，人們對(duì)橋車平順性的評(píng)價(jià)多是通過座椅的感受作出的。因此，電動(dòng)座椅是直接影響轎車質(zhì)量的關(guān)鍵部件之一，現(xiàn)代轎車座椅涉及到電子學(xué)、人體工程學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)等方面的領(lǐng)域，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，轎車座椅巳從一個(gè)簡單的部件發(fā)展到一個(gè)比較復(fù)雜和精確程度要求比較高的部件。所以我本次課程設(shè)計(jì)的題目是基于蝸輪蝸桿傳動(dòng)的八向可調(diào)式轎車電動(dòng)座椅設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)是在轎車普通座椅的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于蝸輪蝸桿傳動(dòng)的座椅前后可調(diào)、座椅前部高低可調(diào)，座椅后部高低可調(diào)，靠背部角度可調(diào)的八向可調(diào)經(jīng)濟(jì)型轎車座椅，要求操縱方便，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，安全可靠，低噪音。在經(jīng)過認(rèn)真思考和查閱相關(guān)資料后，我認(rèn)為本次課程設(shè)計(jì)主要是解決以下主要問題：查閱相關(guān)資料，了解電動(dòng)座椅的發(fā)展的動(dòng)態(tài)。由于座椅是衡量轎車檔次的重要依據(jù)，因此電動(dòng)座椅在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該需要引起重視，在工藝結(jié)構(gòu)造型方面，則需要移動(dòng)，即令座椅前移或后移。充分考慮人體尺寸、人體重量、乘坐姿勢(shì)和體壓分布等因素。方案的關(guān)鍵是基于蝸輪蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)要求的八向位傳動(dòng)。并能合理的安排電動(dòng)機(jī)、各機(jī)構(gòu)在座椅上的布局。座椅是支撐和保護(hù)人體的構(gòu)件，必須十分安全可靠，所以要進(jìn)行蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度計(jì)算。大多數(shù)電動(dòng)座椅采用永磁式電動(dòng)機(jī)，查閱相關(guān)資料，合理選用電動(dòng)機(jī)，還要考慮其在座椅中的相對(duì)位置。1.3轎車座椅人體工程學(xué)的應(yīng)用及尺寸參數(shù)1.3.1人體工程學(xué)的應(yīng)用坐姿是人體較自然的姿勢(shì)，也是進(jìn)行各種操作經(jīng)常采用的姿勢(shì)。座椅與人們的第4頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書生活息息相關(guān)，無論是工作、學(xué)習(xí)、出門旅行、在家休息都離不開座椅。人的坐姿是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，雖然座椅伴隨人類的生活己經(jīng)有幾千年的歷史了，但是關(guān)于座椅的設(shè)計(jì)問題至今仍然是值得研究的課題。在生物學(xué)中，當(dāng)坐立時(shí)，人的身體由脊椎、胯骨、腿和腳支撐。主要用來支撐人體重量的關(guān)節(jié)為胯骨和腰椎，腰椎的第三、第四腰椎為整個(gè)脊椎骨中受力最大的部位。所以腰椎也就比上方的椎骨大而且硬得多。坐姿時(shí)，尾椎將受到壓力而往前彎，有緩沖震蕩的作用。坐骨構(gòu)成了胯骨最下方的部位，其后下方的坐骨結(jié)節(jié)為L字母形狀，當(dāng)人們坐著的時(shí)候，此處往下頂住來支撐身體的重量。長期的姿勢(shì)不良、受傷或者疾病，傷害就會(huì)發(fā)生在脊椎彎曲的地方，如胸彎過分彎曲就會(huì)造成圓肩或駝背;腰部脊椎過分彎曲，會(huì)造成脊椎的側(cè)彎或是脊椎的前凸癥、后凸癥。當(dāng)人們?cè)谝巫由蠒r(shí)，若坐姿不良，骨盆很容易下陷，仔細(xì)摸骨盆兩側(cè)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)骨盆往后傾，整個(gè)人會(huì)感到胸廓與腰桿交界處造成腰酸背疼、駝背。長期使用電腦的上班族而言，坐姿不良通常是造成腰酸背疼得最主要的兇手。人們的脊椎在坐姿情況下就像是一根杠桿，如果頭部向前傾，為了支撐前傾的頭部，骨頭的韌帶就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉力，當(dāng)力量超過韌帶所能負(fù)荷的范圍，這個(gè)力量就會(huì)轉(zhuǎn)移到背后的肌肉上，于是肌肉便持續(xù)暴露在張力之下。久而久之，就會(huì)出現(xiàn)頸部、背部、腰部肌肉酸痛的癥狀。坐姿狀態(tài)下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。脊柱是人體的主要支柱，由24節(jié)椎骨以及5塊骸骨(已連成一體)和4塊尾骨(己連成一體)連結(jié)組成，如圖1.1所示，其中椎骨自上而下又分為頸椎(共7節(jié))、胸椎(共12節(jié))、腰椎(共5節(jié))三部分，每兩節(jié)椎骨之間由軟骨組織和韌帶相聯(lián)系，使人體得以進(jìn)行屈伸、側(cè)曲和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作等有限度的活動(dòng)。頸椎支撐頭部，肋椎與肋骨構(gòu)成胸腔，腰椎、骸骨和椎間盤承擔(dān)人體坐姿的主要負(fù)荷。第5頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖1.1人體脊椎構(gòu)造圖圖1.2人體在不同狀態(tài)下腰椎彎曲形狀由于腰椎幾乎承受著人的上體的全部重量，并且要實(shí)現(xiàn)彎腰、側(cè)曲、扭轉(zhuǎn)等人體運(yùn)動(dòng)，所以最容易損傷或腰曲變形。從側(cè)面觀察脊柱，可看到脊柱呈現(xiàn)頸、胸、腰、骸四個(gè)彎曲部位，其中頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骸曲凸向后。脊柱的自然彎曲弧形應(yīng)如圖1.1所示，椎骨的支承表面相互位置正常，椎間盤沒有錯(cuò)位的趨勢(shì)。一旦人體改變這種自然彎曲狀態(tài)，會(huì)引起惟間盤壓力改變，使腰部疼痛。圖1.2所示為人體在各種不同姿勢(shì)下的腰椎彎曲形狀。曲線C是最接近人體脊柱自然彎曲狀態(tài)的坐姿，椎間盤上的壓力可較正常分布。因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲形態(tài)，軀干與大腿之間須有大約135°的夾角，且座椅應(yīng)使坐者的腰部有適當(dāng)支撐，以便腰曲弧形自然彎曲，腰背肌肉處于放松狀態(tài)。人坐著時(shí)，大腿和上身的重量必須由座椅來支承。人體結(jié)構(gòu)在骨盆下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結(jié)節(jié)，如圖1.3所示。這兩塊小面積能夠支持大部分上身的重量。座面上的臀部壓力分布是在坐骨結(jié)節(jié)處最大，由此向外壓力逐漸減小，直至與座而前緣接觸的大腿下部，壓力為最小。座墊的柔軟程度要適當(dāng)，坐骨部分的座墊應(yīng)當(dāng)是支承性的，它要承受加在座位上的大約60%的重量，而其余部分則應(yīng)當(dāng)比它更柔軟些，以便能夠把重量分布在更大約面積上。座椅靠背上的壓力分布，應(yīng)當(dāng)是肩腳骨和腰椎骨兩個(gè)部位最第6頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書高，此即靠背設(shè)計(jì)中所謂的“兩點(diǎn)支承”準(zhǔn)則?？勘车膬牲c(diǎn)支承中，上支承點(diǎn)為肩腳骨提供憑靠，稱為肩靠，其位置相當(dāng)于第5~65節(jié)胸椎之間的高度；下支承點(diǎn)為腰曲部分提供憑靠，稱為腰靠，其位置相當(dāng)于第4~5節(jié)腰椎之間的高度。不同用途的座椅，兩點(diǎn)支承的作用不一樣，休息用的座椅，體、腿夾角較大(舒適角度約為115°)，坐著時(shí)身體向后傾斜，只要肩部分支承穩(wěn)靠，沒有腰靠也能得到舒適的坐姿，因此是以肩靠起主要作用；而一般操作用座椅，由于操作的要求，身體需要略向前傾，肩胖骨部分幾乎接觸不到靠背，因此只有腰靠起支撐作用，圖1.3股骨正常位置一般無需設(shè)置肩靠。腰靠支承是使背疼和疲勞減到最輕的主要措施，否則，將只靠肌肉來維持腰曲弧形，勢(shì)必引起腰部肌肉疲勞和損傷。考慮到人的身材高矮不同，對(duì)某些座椅應(yīng)當(dāng)具有能調(diào)節(jié)腰靠位置的裝置。腿的主動(dòng)脈緊靠著大腿下表面和膝蓋的后面，在這個(gè)部位上，任何持續(xù)的壓力都會(huì)給人造成極端的不好適和腫脹感覺需要借助于適當(dāng)減短座深、把座墊前緣修圓和采用較軟的泡沫塑料座墊等措施來防止發(fā)生這種情況。同時(shí)，還要使座面離地板的高度足夠低，以便使腳能踩著地板，讓人的這個(gè)重要部位感覺不到有任何壓力。坐骨下面的座面應(yīng)當(dāng)近似是水平的。圖1.3表示帶有股骨的骨盆部位的前視圖，股骨在股節(jié)中從連接骨盆的球孔向外伸去。用平的座位，股骨的這一部分在坐骨平面之上，因此不承受過分的壓迫。座椅的設(shè)計(jì)必須有可能讓人經(jīng)常地改變自己的姿勢(shì)和位置，以便減輕壓力和活動(dòng)伸展各部分肌肉。第7頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書人在坐姿狀態(tài)下，體重作用在座面和靠背上的壓力分布稱為坐態(tài)體壓分布，它與坐姿及座椅的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，圖1.4為人體在靠背和座墊上最適宜的體壓分布，對(duì)于體壓的研究是目前人們對(duì)座椅進(jìn)行研究的主要方法和參數(shù)。體壓分布的測(cè)量一般采用等高線的形式反映壓力分布狀況。就座者的骨盆可以比喻為倒立的錐體，與椅面接觸的主要是臀部兩塊薄肌肉層下的坐骨。由坐骨向外，壓力逐漸減少。為了減少臀部下部的壓力，座面一般應(yīng)設(shè)計(jì)成軟墊，其柔軟程度以使坐骨出支承人體的60%左右的重量為宜，采用軟性坐墊，增大臀部與座面的接觸面積，就改善了這種壓力集中的現(xiàn)象，使整個(gè)臀圖1.4人體在靠背和座墊上最適宜的體壓分布部均承擔(dān)體重的壓力，減緩坐骨下支點(diǎn)處的疲勞，可以延長就座時(shí)間。但不論什么座面，不論哪種姿勢(shì)，長時(shí)間采取一種坐姿總會(huì)產(chǎn)生靜力疲勞。因此，任何一種座椅在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮變換坐姿的可能性。人體與座椅之間的壓力分布稱為坐姿的體壓分布，坐姿的體壓分布是影響乘坐舒適性的重要因素。人就坐時(shí)，身體重量的大部分(約80%)經(jīng)過臀部、背部隆起部分及其附著的肌肉壓在坐椅面上。第8頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖1.5為座椅各部位的受力分布示意圖。圖1.5座椅各部位的受力分布1.3.2轎車座椅尺寸參數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/0000-28《中國成年人人體尺寸》按照人機(jī)工程學(xué)的要求提供了我國成年人人體尺寸的基本數(shù)據(jù)，座椅的座位空間及座椅的尺寸應(yīng)保證適應(yīng)人體舒適坐姿的生理特征，提供實(shí)現(xiàn)舒適做態(tài)的支承條件。GB/14774-1993《工作座椅一般人類工效學(xué)要求》給出了工作座椅的基本結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，使工作座椅設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合轎車車內(nèi)空間和駕乘人員的調(diào)節(jié)要求，確定如下參數(shù)。（1）椅面高度：定義為椅面前緣至駕駛員駐點(diǎn)的垂直距離。選定駕駛員座椅椅面高度可調(diào)范圍為280-380mm。（2）椅面寬度：座椅坐墊兩側(cè)寬度。防止駕乘者在出現(xiàn)離心力時(shí)臂部產(chǎn)生橫向滑動(dòng)，要在座椅椅面兩側(cè)附加額外防滑凸起設(shè)計(jì)，所以椅面總寬選定512mm。（3）椅面深度：指椅面前緣至靠背前面水平距離。深度過大時(shí)軀干相對(duì)前移，腰部得不到良好的支撐，引起疲勞；過小時(shí)，大腿得不到良好的支撐。所以為了保障駕乘者的臂部和大腿部被充分支撐和包裹，椅面深度選定520mm。（4）靠背高度：靠背最下端到最頂端的距離。為保證座椅靠背在具有角度傾斜時(shí)同樣可以保證對(duì)駕乘者的支撐，所以靠背高度選定607mm。（5）靠背寬度：靠背兩側(cè)最寬的距離。為避免和減少駕乘者腰背部在座椅上產(chǎn)生橫向滑移，靠背寬度選定500mm。（6）靠背傾角：靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角，為滿足駕駛舒適、安全性以及休息時(shí)的便利性、靠背傾角調(diào)節(jié)范圍為80°—170°。（7）椅面傾角：指椅面與水平之間的夾角。轎車夾角，為滿足駕駛舒適安全性第9頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書以及休息時(shí)的便利性、靠背傾角調(diào)節(jié)范圍的椅面傾角應(yīng)兼顧安全性和舒適、性，一般為2°—10°。（8）頭枕尺寸：根據(jù)GB/11550-1995《汽車座椅頭枕性能要求和試驗(yàn)方法》，確定頭枕高度為208mm，寬度為230mm，厚度為100mm，頭枕可調(diào)范圍0-100mm。第10頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2電動(dòng)座椅水平移動(dòng)系統(tǒng)方案的確定2.1前后移動(dòng)方案的選定2.1.1傳動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的確定傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳給座椅調(diào)節(jié)位置，使其完成座椅的調(diào)整，主要有聯(lián)軸器軟軸、減速器與螺紋千斤頂或蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。經(jīng)過分析可知：由于電動(dòng)機(jī)軸與傳動(dòng)軸的直徑相差不大，因此可直接相連，采用螺紋鎖緊的簡易聯(lián)軸器。傳動(dòng)軸的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)的安裝位置的不同有以下幾種：當(dāng)采用單相電動(dòng)機(jī)時(shí)，傳動(dòng)軸選用錐齒輪與軸相連。圖2.1單軸電動(dòng)機(jī)輸出當(dāng)采用雙軸輸出電機(jī)時(shí)如下圖所示：圖2.2雙軸電動(dòng)機(jī)輸出對(duì)以上兩種方案進(jìn)行比較，采用雙軸輸出電機(jī)與傳動(dòng)軸直接相連可使傳動(dòng)鏈變得相對(duì)緊湊，傳動(dòng)更加平穩(wěn)。2.1.2傳動(dòng)方案的確定第一種方案如下圖所示：第11頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖2.3齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)此種方案看似結(jié)構(gòu)簡單，但實(shí)際有以下缺點(diǎn)：在執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面采用齒輪和齒條相嚙合，傳動(dòng)時(shí)的載荷不能太大，而要傳遞80kg重量的載荷所需要的轉(zhuǎn)矩較大，則需要增加齒輪的尺寸。其次，齒輪的安裝從受力角度來分析并不利于嚙合，如齒輪齒條的間隙一擴(kuò)大就會(huì)容易產(chǎn)生噪聲和誤齒合，這種現(xiàn)象是絕不應(yīng)該出現(xiàn)的。第二種方案如下圖所示：圖2.4錐齒輪絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在這種方案中，減速器選用錐齒輪，，錐齒輪的設(shè)計(jì)和制造、安裝較為方便，但是考慮到座椅的尺寸情況采用蝸輪蝸桿減速器更為適合，蝸輪蝸桿具有大的傳動(dòng)比和自鎖功能，而且也可傳遞空間交錯(cuò)的兩軸運(yùn)動(dòng)，給制造帶來了方便，并且體積小便于安裝、傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，正好適用于系統(tǒng)的減速。根據(jù)以上兩種方案的論證與總結(jié)得出第三種方案：第12頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖2.5蝸輪蝸桿絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用絲桿螺母這種傳動(dòng)方案即能滿足電動(dòng)座椅的功能要求，而且結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝調(diào)試。最大的優(yōu)點(diǎn)就是造價(jià)便宜，且傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小并且有向自鎖的優(yōu)點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)較理想的選擇。2.2水平滑動(dòng)電機(jī)的選擇2.2.1絲桿電機(jī)的選擇根據(jù)要求移動(dòng)導(dǎo)軌的移動(dòng)距離為100~160mm，全程移動(dòng)所需時(shí)間為8~10s選擇移動(dòng)的最大距離為120mm，所需時(shí)間為8s，座椅的移動(dòng)速度：v=s/t=120mm/8s=0.015m/s（2.1）由于導(dǎo)軌與螺母相連，所以螺母移動(dòng)的速度為0.015m/s，根據(jù)螺母與絲桿的配合關(guān)系通過公式：v=L·n（2.2）初選絲桿的半徑為8.5mm，螺距為3mm，代入公式得：n絲=v/l=v/p=15*100/3=300r/min根據(jù)絲桿的轉(zhuǎn)速初選電機(jī)的轉(zhuǎn)速為300r/min。2.2.2選擇電動(dòng)機(jī)類型首選電動(dòng)機(jī)要根據(jù)電源（交流或直流），工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點(diǎn)、性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能、過載情況。電動(dòng)座椅上的電動(dòng)機(jī)作用是為了電動(dòng)座椅的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，此類電動(dòng)機(jī)多采用雙向電動(dòng)機(jī)，即電樞的旋轉(zhuǎn)方向隨電流的方向的改變而改變，使電動(dòng)機(jī)按不同的電流方向進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以達(dá)到座椅調(diào)節(jié)的目的。為防止電動(dòng)機(jī)過載，電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有熔斷絲，以確保電氣設(shè)備的安全。第13頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書無刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：①電機(jī)外特性好，非常符合電動(dòng)車輛的負(fù)載特性，尤其是電機(jī)具有可貴的低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，滿足車輛的加速要求。②速度范圍寬，電機(jī)可以在任何轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定大轉(zhuǎn)矩高效率運(yùn)行，這是無刷直流電機(jī)的獨(dú)有特性，這進(jìn)一步提高整車效率。③電機(jī)效率高，尤其是在輕載車況下，電機(jī)仍能保持較高的效率，這對(duì)珍貴的電池能量是很重要的。④過載能力強(qiáng)，這種電機(jī)比Y系列電動(dòng)機(jī)可提高過載能力2倍以上，滿足車輛的突起堵轉(zhuǎn)需要。⑤再生制動(dòng)效果好，因電機(jī)轉(zhuǎn)子具有很高的永久磁場，在汽車下坡或制動(dòng)時(shí)電機(jī)可完全進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，給電池充電，同時(shí)起到電制動(dòng)作用，減輕機(jī)械剎車負(fù)擔(dān)。⑥電機(jī)體積小、重量輕、比功率大、可有效地減輕重量、節(jié)省空間。⑦電機(jī)無機(jī)械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，防止塵土進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，可靠性高。⑧電機(jī)控制系統(tǒng)比異步電機(jī)簡單。缺點(diǎn)是電機(jī)本身比交流電機(jī)復(fù)雜，控制器比有刷直流電機(jī)復(fù)雜。根據(jù)以上條件我們選用用磁性雙向軸輸出的直流電動(dòng)機(jī)的sz系列。2．3選擇電動(dòng)機(jī)的容量電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選擇是否適合，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。ηη容量小于工作要求，則不能工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因長期的超載運(yùn)行而過早損壞；容量選擇過大，則對(duì)電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，傳動(dòng)能力又不能充分利用，由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低，從而造成能源的浪費(fèi)。對(duì)于比較穩(wěn)定，長期運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，通常按照電機(jī)的額動(dòng)工率進(jìn)行選擇，而不必校核電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped等于或稍大于工作機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)功率Pd，即：Ped≥Pd工作及所需電動(dòng)機(jī)的功率為Pd=Pw/ηkw(2.3)式中：Pw——工作及所需功率，指輸入工作機(jī)軸的功率kw第14頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書η——由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率工作機(jī)所需功率Pw，應(yīng)有工作機(jī)的工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)（線速度或轉(zhuǎn)速）計(jì)算求得：Pw=FV/1000kw或Pw=Tnw/9550kw(2.4)式中：F——工作及的阻力NV——工作機(jī)的線速度，如運(yùn)輸機(jī)輸送帶的線速度m/sT——工作機(jī)的阻力矩N*mnw——工作機(jī)的轉(zhuǎn)速r/min根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求：渦輪蝸桿的傳動(dòng)比大而且反行程具有自鎖功能，常取Z=4，即四頭蝸桿，其傳遞效率為0.80~0.92球軸承的效率為0.99聯(lián)軸器的效率為0.99絲桿的效率為0.45功率傳遞流向：電機(jī)------渦輪蝸桿-------絲桿螺母傳遞裝置的總效率應(yīng)為組成傳動(dòng)裝置的各個(gè)運(yùn)動(dòng)副效率的乘積即：0.246（2.5）工作機(jī)的轉(zhuǎn)速為nw=n絲=300r/min根據(jù)以上特性初選電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，功率10w，電壓24v工作機(jī)的阻力力矩就是渦輪上的轉(zhuǎn)矩T.T=9.55*1000*580.75*10/（3000/10）=238.75N/mm(2.6）故工作及所需要的輸入Pw2Pw=Tnw/9550ηω=283.75×300÷9500÷0.75=10w(2.7)在絲桿上消耗的功率：座椅的平行負(fù)荷能力110kg，則分擔(dān)在絲桿上的為55kg，可計(jì)算出：N=(G/2)cosθ=55×9.8×cosθ(2.8)b是人與絲桿的夾角，而且很小，取b=6°則N=536N，摩擦力f=G/2sinθ=9.8×55sin6°=56.34N(2.9)在絲桿上消耗的功率Pw絲=f*v絲=56.34*0.015w=0.845w(2.10)又Pw=Pw絲在工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率PdPd=Pw/η=0.845÷0.246=3.43w(2.11)由于sz系列是雙軸輸出式直流電機(jī)所以總功率為Pw總=2Pd=6.86w，根據(jù)所計(jì)算出的功率和轉(zhuǎn)速，所選電機(jī)如下：第15頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書電機(jī)的型號(hào)為：45sz01電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：3000r/min電機(jī)的功率為：10w電機(jī)的電壓為：24v電機(jī)的電樞/勵(lì)磁為：111/0.33電機(jī)的允許正反轉(zhuǎn)速差為：200r/min校核所選電機(jī)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)公式：T1=Td*i0*η01（2.12）式中：Td——電動(dòng)軸的輸出轉(zhuǎn)矩Nm?T1——工作軸的輸入轉(zhuǎn)矩，即等于渦輪上的轉(zhuǎn)矩T將公式變形后如下：(2.13)通過以上的計(jì)算，說明所選電動(dòng)機(jī)是滿足要求的，所以水平移動(dòng)部分的電機(jī)選用45sz01型號(hào)的永磁式雙軸輸出直流電機(jī)。第16頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3水平移動(dòng)系統(tǒng)中蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)3.1選擇蝸桿傳動(dòng)類型根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿。3.2選擇材料考慮到蝸桿傳動(dòng)的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼，故希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45~55HRC。渦輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄造HT100制造。3．3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距3.3.1確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2取Z1=4；故取效率為η=0.9；3.3.2載荷系數(shù)的確定因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)kβ=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-5，選區(qū)使用系數(shù)Ak=1,由于轉(zhuǎn)數(shù)不高，沖擊不大，可取動(dòng)態(tài)系數(shù)Vk=1.0,則k=kβ*kv*kA=1×1×1=1（3.3）3.3.3確定彈性影響系數(shù)ZE因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿，故EZ=160Mpa1/23.3.4確定接觸系數(shù)Zp先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11-18中可查的ZP=2.9。3.3.5確定許用應(yīng)力根據(jù)渦輪選用的材料為σ鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，金屬膜鑄造，蝸桿螺旋齒面第17頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書硬度大于45HRC，可從表11——7中查出渦輪的基本許用應(yīng)力,[σ]=268Mpa。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)則3.3.6中心距的計(jì)算取中心距a=50mm，因i=10.，故從表11——2中取模數(shù)m=2，蝸桿分度圓直徑d1=22.4，這時(shí)d1/a=0.65，從11——18中可直接插的系數(shù)'pZ=2.45，因?yàn)?pZ小于Zp，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。3.4蝸桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸3.4.1蝸桿軸向齒距Pa=π*m=6.28mm，直徑系數(shù)q=d1/m=22.4/2=11.2mm，齒頂圓直徑，齒根圓直徑da1=d1+2ha1=d1+2ha*m=22.4+2×1×2=26.4mmda2=d1-2hf1=d1-2(ha*m+c)=22.4-2(1×2+0.25×2)=17.4mm分度圓導(dǎo)程角：tanr=mz1/d1=z1/q=4/11.2r=19°39'14"（3.9）蝸桿軸向齒厚：sa=0.5πm=0.5×π×2=3.14（3.10）3.4.2蝸輪蝸輪齒數(shù)Z2=39，變位系數(shù)X2=-0.1，驗(yàn)算傳動(dòng)比i=9.75第18頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書這時(shí)傳動(dòng)比誤差2.5%，是允許的。蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=2×39=78mm（3.11）蝸輪喉圓直徑:da2=d2+2ha2=78+2×0.9=79.8mm（3.12）蝸輪齒根圓直徑：da3=d2-2hf2=78-2×2×1.35=72.6mm（3.13）蝸輪咽喉母直徑：rg2=a-2da2=10.1mm（3.14）3.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度當(dāng)量齒數(shù)(3.16)根據(jù)X2=-0.1，zv2=46.69，從圖11——19中可查齒形系數(shù)YFa2=2.35,螺旋角系數(shù)許用彎曲應(yīng)力（3.17）從表中11——8中查的[σF]=[σF]’*Kfv由ZcuSn1應(yīng)力0P1制造的蝸桿的基本許用彎曲應(yīng)力[σF]'=56Mpa壽命系數(shù)3.6驗(yàn)算效率η第19頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書已知從表11——18中用插值法查的fv=0.0283，=1.1621，代入式中的η=0.87大于原估計(jì)值。3.7精度等級(jí)公差考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，是屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T10089——1988圓柱蝸桿、渦輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類種類為f，標(biāo)注為8f，GB/T10089——1988。然后由有關(guān)手冊(cè)查的要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。3.8蝸輪蝸桿傳動(dòng)的基本幾何尺寸根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-3，算出普通圓柱蝸桿傳動(dòng)基本幾何尺寸。其參數(shù)如下所示：中心距50蝸輪頭數(shù)4蝸輪齒數(shù)39齒形角20模數(shù)2直徑系數(shù)11.2分度圓導(dǎo)成角19°39'14"變位系數(shù)-0.1傳動(dòng)比10蝸桿軸向齒距6.28蝸桿導(dǎo)程25.12蝸桿分度圓直徑22.4蝸桿齒頂圓直徑26.4蝸桿齒根圓直徑17.4頂隙0.5蝸桿齒頂高2第20頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書蝸桿齒根高2.5蝸桿導(dǎo)程角0.357蝸輪分度圓直徑78蝸輪喉圓直徑79.8蝸輪齒根圓直徑72.6蝸輪齒頂高1.8蝸輪齒根高2.7蝸輪喉母圓半徑10.1第21頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4水平移動(dòng)系統(tǒng)中絲桿螺母傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)絲桿螺母傳動(dòng)副是一種利用螺旋斜面原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)，絲桿傳動(dòng)一般是用絲桿螺母將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)（也有將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。絲桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是工作平穩(wěn)無噪音，具有較高的傳動(dòng)精度，可以達(dá)到很大的降速傳動(dòng)比，用較小的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)絲桿，能夠獲得較大的軸向驅(qū)動(dòng)力。由于座椅不需要太精確的位置，以價(jià)格方面來考慮，選用滑動(dòng)絲桿螺母中的全螺母，其優(yōu)點(diǎn)是：接觸剛性較好，可以達(dá)到較高的傳動(dòng)精度，異于自鎖，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。其缺點(diǎn)是：摩擦力大進(jìn)給靈敏度差，容易磨損，傳動(dòng)效率低?；瑒?dòng)絲桿傳動(dòng)副設(shè)計(jì)的內(nèi)容，主要是確定絲桿和螺母的結(jié)構(gòu)尺寸、螺紋的牙型齒角、螺距、螺紋公差。選定絲桿和螺母的材料及熱處理要求。由于梯形螺紋的傳動(dòng)效率高、精度好、方便加工，因此普遍滑動(dòng)絲桿廣泛采用這種牙型。標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋的牙型角α=30°。4.1絲桿螺紋傳動(dòng)導(dǎo)程、效率、和驅(qū)動(dòng)扭矩的計(jì)算4.1.1導(dǎo)程s的計(jì)算絲桿螺母傳動(dòng)時(shí)，當(dāng)回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速為nr/min，移動(dòng)件的線速度為vm/min,時(shí)，絲桿的導(dǎo)程為s=1000v/nmm根據(jù)以前的計(jì)算可有：n=300r/min，v=1m/min=0.9m/s，則s=1000*0.9/300=3mm取螺紋頭數(shù)k=1，則螺距t=s=3mm(1)效率η的計(jì)算工作傳動(dòng)效率，即由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的效率。式中：λ——中徑處的螺紋開角d2——螺紋中徑e——當(dāng)量摩擦角，對(duì)滑動(dòng)絲杠e=5°4’所以tan1.126/tan13.026=54%4.1.2驅(qū)動(dòng)扭矩m第22頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)所驅(qū)動(dòng)的軸向力為p，則螺紋中徑d2處的圓周力為Q,驅(qū)動(dòng)扭矩而所以所需功率4.2滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算由于滑動(dòng)絲杠螺母的主要失效形式是磨損，因此應(yīng)該以耐磨性的計(jì)算決定絲桿的中徑；或其結(jié)構(gòu)決定中徑后，進(jìn)行耐磨性的核算，對(duì)于細(xì)長且受壓的絲桿，還應(yīng)計(jì)算出其壓桿的穩(wěn)定性，一般不需要進(jìn)行強(qiáng)度的核算，由于絲桿是在低速回轉(zhuǎn)工作，所以根據(jù)不出現(xiàn)爬行的條件決定絲桿的直徑。絲桿螺紋工作面上單位壓力的大小，直接影響絲桿磨損的快慢，為確保絲桿的使用壽命，必須限制螺紋工作面上的單位壓力，一般絲桿都需進(jìn)行耐磨性的計(jì)算。式中p——絲桿的軸向載荷p=40n——螺母長度與螺紋中徑之比，對(duì)于整體式螺母=1.2~1.5取=2第23頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書【p】——螺紋表面的許用應(yīng)力絲桿-螺母材料為鋼（不淬硬）-鑄鐵絲桿螺母精度等級(jí)為5-7級(jí)，選單位壓力【p】=200N/cm*cm將以上數(shù)據(jù)的帶入公式得：取d2=18mm，材料選用為鋼（不硬）-鑄鐵（1）螺母高度：（2）旋合圈數(shù)：式中p——螺距，選4mm，n=36/4=9≤10~12mm，取n=9（3）螺紋的工作高度：對(duì)于梯形螺紋，h=0.5×p=2mm(4）螺紋升角：通常r≤430(5)螺牙根部的寬度：b=0.65p=0.65×4=2.6mm(4.11)(6)螺母外徑：[σ]——螺母材料的許用拉應(yīng)力[]σ=25Mpad——螺桿的大直徑，查表3-8。有d=d1+h=20mm（4.10）第24頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（7）查梯形螺紋基本尺寸（GB/T5796.3—2005摘錄），得基本參數(shù)外螺紋小徑d3=d-4.5=20-4.5=15.5mm內(nèi)外螺紋中徑D2、d2，d-2=18mm內(nèi)螺紋大徑D4=d+0.5=20.5mm內(nèi)螺紋小徑D1=d-4=16mm第25頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書5電動(dòng)座椅仰合系統(tǒng)方案的確定座椅仰合系統(tǒng)是指電動(dòng)座椅靠背傾斜角度的調(diào)節(jié)，如圖當(dāng)駕駛員或乘客員按下仰合開關(guān)之后，仰合電機(jī)開始通電轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)座椅仰合方向的位置，使其達(dá)到最理想的狀態(tài)?？勘池?fù)荷能力（質(zhì)心）：100kg全程所需時(shí)間：8~10s靜止時(shí)，靠背與椅面水平方向的夾角為110°，運(yùn)動(dòng)極限角度為162°。5.1仰合方案的確定經(jīng)過分析可見要實(shí)現(xiàn)仰合方案有以下幾個(gè)方案：5.1.1方案一：齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳動(dòng)線路為：電動(dòng)機(jī)——減速器——執(zhí)行機(jī)構(gòu)（齒輪齒條機(jī)構(gòu)）機(jī)構(gòu)簡圖如下：第26頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖5.2齒輪齒條機(jī)構(gòu)分析：它可以實(shí)現(xiàn)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為椅背的繞軸擺動(dòng)，但不足之處是椅背的受力點(diǎn)距旋轉(zhuǎn)中心較遠(yuǎn)，是一個(gè)費(fèi)力杠桿，而與旋轉(zhuǎn)軸相嚙合的齒條的旋轉(zhuǎn)中心不能太遠(yuǎn)，因?yàn)槭芸臻g尺寸的限制，所以就會(huì)產(chǎn)生各齒合處的剛度問題，要增加剛度而不能改變尺寸的可能性方法只有一個(gè)就是用剛度高的材料或改變材料的工藝，這樣就會(huì)增加成本。故方案一不可取。5.1.2方案二：滑塊搖桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)路線：電動(dòng)機(jī)——減速器——絲桿螺母的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——滑塊搖桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)如下圖所示：圖5.3滑塊搖桿機(jī)構(gòu)分析：在此仰合系統(tǒng)方案中采用了滑塊搖桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以承受較大的載荷，有利于潤滑、磨損較小等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)需經(jīng)過中間構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因而傳動(dòng)路線長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時(shí)，也使機(jī)械效率降低，并且多出的連桿不符合座椅設(shè)計(jì)要求。第27頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書5.1.3方案三：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖5.4齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析：齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)形式，與其它傳動(dòng)相比，具有傳遞的功率大、速度范圍廣、效率高、工作可靠、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、能保證恒定傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)。所以在座椅的仰合傳動(dòng)系統(tǒng)中可以很好的實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)平穩(wěn)，工作可靠的要求。最終選擇方案三。5.2仰合電動(dòng)機(jī)的選擇5.2.1選則電動(dòng)機(jī)的類型由于轎車內(nèi)可提供的電壓為12V、24V、48V，且要求拷貝的角度可靈活調(diào)節(jié)，電機(jī)需正反轉(zhuǎn)。選擇直流電動(dòng)機(jī)。5.2.2選擇電動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的功率由額定功率表示。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長期過載發(fā)熱大而過早損壞；功率過大，則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費(fèi)。電動(dòng)機(jī)的功率主要有運(yùn)動(dòng)時(shí)的發(fā)熱條件限定，再不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，只要其電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷不超過額定值，電動(dòng)所需電動(dòng)機(jī)功率為：工作及所需電動(dòng)機(jī)的功率為：式中：Pw——工作及所需功率，指輸入工作機(jī)軸的功率kw第28頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書η——由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率工作機(jī)所需功率Pw，應(yīng)有工作機(jī)的工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)（線速度或轉(zhuǎn)速）計(jì)算求得：或式中：F——工作及的阻力NV——工作機(jī)的線速度，如運(yùn)輸機(jī)輸送帶的線速度m/sT——工作機(jī)的阻力矩N×mnw——工作機(jī)的轉(zhuǎn)速r/min靠背的負(fù)荷能力（質(zhì)心）定為100kg，則T=100×9.8×sin20=335.2N·m球軸承的效率為0.99。聯(lián)軸器的效率為0.99。蝸輪蝸桿選1頭蝸桿，其傳動(dòng)效率為0.70~0.75，取0.70。工作機(jī)的效率為0.97，選擇8級(jí)精度的一半齒輪傳動(dòng)（油潤滑）。傳遞裝置的總效率應(yīng)為組成傳動(dòng)裝置的各個(gè)運(yùn)動(dòng)副效率的乘積即：故工作及所需要的輸入Pw2查表sz系列直流伺服電動(dòng)機(jī)如下：電機(jī)的型號(hào)：45sz21電機(jī)的轉(zhuǎn)矩0.042N*m電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min電機(jī)的功率20w電機(jī)的電壓24v5.3傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)第29頁共48頁中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書5.3.1計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比要求應(yīng)為：式中：nm——電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)轉(zhuǎn)速，r/minnw——執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速，r/min已知電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為nm=1500r/min,靠背要求可傾斜度為170-110=60，全程所需時(shí)間為10s，則工作機(jī)的轉(zhuǎn)速為：選蝸輪蝸桿