汽车多向调节电动座椅的设计Word文件下载.docx

1、 This scheme is a kind of mechanical design and manufacturing, ergonomics and electronic technology combining can adjust the electric chair eight direction. General electric chair system by two-way motor and transmission device and seat regulator, etc. Through the seat regulator seat level movement,

2、 realize front seats and seat move after the end of the move, the seat of the direction of rotation Angle of eight. The auto electric chair of the structure are mainly: reversible dc micro motors （drives）, transmission device, the connection, Angle transfer worm and worm, ball screw, horizontal slid

3、ing guide etc. Electric chair cushion, seat, by magic, skeleton, suspension and adjusting mechanism etc.Keywords: Automotive Electrical; electric chair; turbine, worm, screw目 录摘要 Abstract 第一章 绪论 - 1 -1.1 综述. - 1 -1.2 电动座椅设计研究的现状 - 2 -1.2.1国外研究现状 - 2 -1.2.2国内研究现状 - 3 -1.3 电动座椅设计的背景 - 3 -1.4 本文的主要研究工作

4、 - 3 -第二章 研究方案的选取 - 4 -2.1 综述 - 4 -2.2 座椅坐垫升降部分 - 4 -2.3 座椅坐垫前后移动部分 - 5 -2.4 座椅靠背倾斜部分 - 6 -第三章 选用传动的特点 - 6 -3.1 齿轮传动 - 6 -3.1.1 齿轮传动特点 - 6 -3.1.2 齿轮传动类型 - 7 - 3.2 螺旋传动 - 8 -3.2.1螺旋传动特点 - 8 -3.2.2螺旋传动类型 - 8 -a. 滑动螺旋传动 - 8 -b. 滚动螺旋传动 - 8 - 3.3 空间连杆机构 - 9 -第四章 机构设计 - 10 -4.1电动机选择计算 - 10 -4.1.1 选择电动机的转速

5、 - 10 -4.1.2 工作机的有效功率 - 11 -4.1.3 选择电动机型号 - 11 -4.2 传动比分配 - 11 -4.3 计算各轴转速 - 12 -4.4 蜗轮蜗杆设计 - 12 -4.4.1选择蜗杆传动类型 - 12 -4.4.2 选择材料 - 12 -4.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 - 12 -4.4.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 - 14 -4.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 - 14 -4.4.6 验算效率 - 15 -4.4.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定 - 16 -4.5 滚珠丝杠设计 - 17 -4.5.1 选择滚珠丝杠型号及其工作条件 - 17

6、-4.5.2 降速比计算 - 17 -4.5.3 惯量计算 - 17 -4.5.4 电动机力矩计算 - 17 -4.5.5 刚度计算 - 18 -4.5.6 反向死区 - 18 -4.5.7 传动刚度变化引起的定位误差 - 19 -4.6 前后调节滚珠丝杠支承轴承验算 - 19 -4.7 垂直调节螺杆验算 - 20 -4.7.1 螺杆的强度计算 - 20 -4.7.2 螺杆稳定性计算 - 20 -4.8 垂直调节机构支承轴承验算 - 21 - 结论 - 22 -致 谢 - 23 -参考文献 - 24 -附录- 25 -第一章 绪论1.1 综述过去的轿车以交通为唯一目的，今天的轿车设计思想则倡导

7、人与车的融合，座椅就是这个设计思想中极其重要的环节。现代轿车座椅涉及到电子学、人体工程学、工业设计学等方面的领域，随着汽车技术的发展，轿车座椅巳从一个简单的部件发展到一个比较复杂和精确程度要求比较高的部件。由于座椅是衡量轿车档次的重要依据，因此轿车设计师十分重视电动座椅的设计，从材料到形状，尽量做得完美无缺。在造型方面，充分考虑人体尺寸、人体重量、乘坐姿势和体压分布等因素，应用人体工程学的研究成果和先进技术，制造出乘坐舒适、久坐不乏的座椅。例如奔驰E级轿车的六向可调式电动座椅均按人体轮廓要求设计，能为人体的腰部和臀部提供最佳的横向支持。在材料方面，由于座椅还起到车厢装饰的作用，因此座椅面料的颜

8、色要与车厢的总色调配合一致，除了质地优良，还要有良好的手感，使人们一坐上去就有一种舒适的感觉。汽车座椅的调节可以通过手动或电动的方式来完成。最早的手动调节座椅在1921年面世。手动调节方式需要成员先通过手柄放松座椅的锁止机构，之后通过改变身体的座姿和位置来带动座椅移动，最后将锁止机构的手柄放松，将座椅固定在所选择的位置上。这种调节方式的主动施力方是座椅上的乘客，座椅调节调节起来也不是十分的方便。在中高档轿车上，生产商都会提供可电动调节的座椅。电动座椅是由座垫、靠背、靠枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。其中调节机构由控制器、可逆性直流电动机和传动部件组成，是电动座椅中最复杂和最关键的部分，可逆性直

9、流电动机必须体积小，负荷能力要大；而机械传动部件在运行时要求有十分良好的平稳性，噪音要低。控制器的控制键钮设置在驾驶者操纵方便的地方，一般在门内侧的扶手上面或座垫侧面。可逆性直流电动机一般有三个以上，它们受控制器控制并分别驱动某个调整方向的传动部件。传动部件有蜗杆轴，蜗轮、齿轴和齿条等。调整时，蜗杆轴在电动机的驱动下，带动蜗轮转动，从而将齿轴旋入或旋出，即座椅下降或上升。如果蜗轮又与齿条啮合，蜗轮转动将齿条移动，即令座椅前移或后移。电动调节的座椅在调节时，座椅是施力方，乘客只需扳动控制键就可以令座椅移动，无需主动改变身体的座姿。电动座椅还可以提供更加精准的调节位置。电动座椅的使用，让驾驶员能够

10、轻松的找到最适合自己的驾驶姿势，提供良好的视野，提高了行车安全性，并能有效减轻驾驶疲劳。 1.2 电动座椅设计研究的现状1.2.1国外研究现状最早的手动调节座椅在1921年在英国投入使用。1954年卡迪拉克汽车Eldorado款汽车首先推出4路电动座椅。自动汽车座椅实际是人体工程与电子技术相结合的产物，它能自动适应不同体型乘员乘坐舒适性的要求。这种应用微机控制的电动座椅出现于80年代，1983年日本日产（Nissan）和丰田（Toyota）公司分别在公爵（Cedric）牌轿车和皇冠（Crown）牌轿车上使用。人因工程是一门新兴的边缘学科,起源于欧洲,形成于美国。发展至今已经有60多年的历史。人

11、因工程研究的是在工作中、家庭生活与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。人、机和环境和谐统一是其核心指导思想。1968年,国际人机工程学学会（IEA）在瑞士召开了以座椅为主题的第一次国际学术研讨会,这次会议之后,在全世界掀起了座椅设计的高潮。至今这场运动仍如火如荼。蜗杆传动广泛应用于汽车座椅的电动调节。 1922年美国创制成平面直齿蜗杆传动，被誉为威氏蜗杆 （WildhaberWarm）。五十年代，日本人发展了此项技术，这就是他们在世界市场上推销的，有相当竞争能力的平面蜗杆传动 （Plana Worm）.1953年西德尼曼（Nieman）教授为蜗杆传动作出了新的贡献，发明了凹圆弧

12、齿圆柱蜗杆传动，这就是当今世界闻名的“Cavex Worm.此外，日本于1972年以来陆续发表了一些有关新型蜗杆传动的文章，并己取得了一定的成果。1.2.2国内研究现状丰田普瑞维亚于1990年推出，很早就通过各种渠道进入中国市场，也是打开了中国汽车电动座椅制造发展之门，之后越来越多的汽车厂家开始在中国发售电动座椅的轿车，之后的中国汽车制造力求完美的诠释电动座椅，使之更加完善，功能更加齐全。1991年9月5日至9日,中国汽车工程学会汽车电器委员会在杭州召开了1991年度汽车电器学术报告会议，会议指出发展汽车电器的自动化，汽车电动座椅的设计生产就是我国赶超国外汽车车身电气的一个重要方向。至今，中国

13、的高级轿车厂商纷纷将电动座椅视为车辆不可缺失的组成部分。随着技术的不断成熟，制造价格普遍降低，该车身电器目前正在向家用车型向转移。1.3 电动座椅设计的背景 座椅是汽车的基本附属器件，随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性需求也越来越高，需求对汽车座椅地调节能够更加简单、方便、快捷。目前，汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的机械和电动控制两种方式。轿车电动座椅以驾驶者的座椅为主。1.4 本文的主要研究工作方案的思路就是电动座椅是利用电动机的动力来调整座椅前后的位置和靠背的倾斜度, 自动适应不同体型的驾驶员与乘员的乘坐舒适性要求。电动座椅能满足便利性和舒适性, 驾驶员通过按键操纵, 既

14、可以将座椅调整到最佳的位置上, 以获得最好视野, 得到易于操纵方向盘、脚踏板、变速杆等操纵件的便利, 还可以获得舒适和最习惯的乘坐角度。我的设计就是研究设计一种电动调节式座椅，其汽车座椅位置的调节主要有三个方向，即坐垫高度调节、坐垫水平位置调节及座椅靠背倾角的调节。通过前期的仔细对比研究，确定了每个运动机构方案的构成。分别设计可逆电动机为动力源，蜗轮蜗杆、滚珠丝杠、平面连杆机构，并将它们互相组合，以达到调节座椅位置的目的。第二章 研究方案的选取2.1 综述 现代轿车的电动座椅是由座垫、座背、座枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。控制器的控制键钮设置在驾驶者操纵方便的地方，一般在门内侧的扶手上面。目

15、前先进的调节机构可以调节座椅的水平移动和垂直移动，座背的角度移动和靠枕的高度移动，即所谓“六向可调式”。乘员可以根据自己的身材将座椅调整到最舒适的位置。现根据需要调整部位的运动拟定方案。2.2 座椅坐垫升降部分方案1：一椅座、一对分别位于该椅座两侧的椅架、一驱动构件及一被动构件。该椅座具有一本体及一对固设于该本体左右两侧的组接部；该对椅架各具有一配合该组接部的第一椅脚,该第一椅脚外缘沿其轴向设有一齿条；该驱动构件具有一固定于该椅座本体的马达,及一与该马达传动连接的主动传动件；该被动构件具有一枢设于该椅座本体上的第一轴杆,该第一轴杆与该主动传动件传动连接,于该第一轴杆两相反端分别设有一齿轮,该二

16、齿轮分别啮合于该各第一椅脚的齿条。方案2：由蜗杆轴，蜗轮，心轴等组成。调整时，直流电动机产生的力矩带动蜗杆轴，驱动蜗轮传动，使心轴在蜗轮内旋进或旋出，带动座椅上下运动。方案3：由蜗杆轴，蜗轮，滚珠丝杠，连杆机构组成。调整时，直流电动机产生的力矩带动蜗杆轴，驱动蜗轮转动并带动滚珠丝杠转动，带动由与滚珠丝杠配合的螺母前进或后退，螺母上连接了连杆机构，连杆机构运动带动座椅的上升与下降。由于现在工业技术的成熟，汽车车身配件的完整程度，结合运动部件的可靠性和便于维修等因素。重点考虑汽车坐垫上下运动的重复性对运动机构寿命和安全要求。更结合全部运动机构设计的要求，充分利用资源，尽量采用相同的材料和类似运动设

17、计方案，所以选择有滚珠丝杠的方案3。2.3 座椅坐垫前后移动部分基体,其设置在所述车座或垫凳中之一处；可移动体,其设置在可移动部处,所述可移动体装配到所述基体上,从而相对于所述基体延伸或缩回；齿条,其固定到所述基体或所述可移动体的顶面或底面中之一上,所述齿条形成为板状形状,其在所述可移动体的延伸和缩回方向上延伸,并且具有齿；小齿轮,其容置于所述基体和所述可移动体中的另一个之内并且与所述齿条相啮合；驱动单元,用来驱动小齿轮；以及引导机构,其设置在所述基体和所述可移动体处以沿着所述可移动体的延伸和缩回方向引导所述可移动体。由蜗杆，蜗轮，齿条，导轨组成。齿条安装在导轨上，调整时，直流电动机产生力矩经

18、过蜗杆传至两侧的蜗轮上，经齿条带动，使座椅伸缩移动。由蜗杆轴，蜗轮，滚珠丝杠组成。调整时，直流电动机产生的力矩带动蜗杆轴，驱动蜗轮转动并带动滚珠丝杠转动，带动由与滚珠丝杠配合的螺母前进或后退。由于螺母与上轨连接在一起，所以带动座椅前后移动。2.4 座椅靠背倾斜部分由双向控制开关、控制电机、蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、蜗轮室盖和座椅靠背调节轴组成。双向控制开关将电源与电机相连,控制电机的转动方向。控制电机轴的延伸部分为蜗杆,蜗杆与蜗轮啮合,蜗轮与蜗轮轴为一体,蜗轮轴内有一空心扁槽与座椅靠背调节轴的扁头插入联接。按动双向控制开关,使控制电机轴,即蜗杆顺时针或逆时针旋转,蜗杆驱动蜗轮转动并将转动方向改变后传

19、递给蜗轮轴,蜗轮轴驱动座椅靠背调节轴,使座椅靠背前倾或后仰转动,达到调节座椅靠背的目的。靠背调节机构的主要部件是铰链销钉、链轮、内齿轮（ 30 个齿） 、外齿轮（ 29 个齿） 等。铰链销钉有一个偏心凸轮, 凸轮中间轴A与安装在座垫侧的外齿轮同轴; 铰链销钉的中间轴B 与安装在座椅靠背侧的链轮同轴, 并与内齿轮同轴转动。 当靠背与头枕调节开关置于A 或B 方向时, 靠背调节用的电动机运转,并带动链轮转动, 安装在链轮上的铰链销钉也以同样的转向一起转动。由于外齿轮安装在座垫侧, 因而铰链销钉的中间轴B 围绕着带偏心凸轮的中间轴A 旋转。这样, 内齿轮就与外齿轮啮合, 铰链销钉每转一圈, 所啮合的

20、齿轮转动12经过仔细研究和比较，由于方案2的实施需要大量的零件配备和专门的生产设计环节，鉴于方案1的简单易操作性，又可以利用以前汽车的车身部件，综合前面的设计环节，故选择方案1.第三章 选用传动的特点3.1 齿轮传动3.1.1 齿轮传动特点齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递任意两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠

21、、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。 3.1.2 齿轮传动类型a. 圆柱齿轮传动用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转分，圆周速度可到300米/秒。单级效率为0.960.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有3种:外啮合齿轮传动，由

22、两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。普通齿轮传动：载荷和速度的许用范围大；传动比恒定；外廓尺寸小；工作可靠，效率高。制造和安装精度要求较高。精度低时传动噪音较大，无过载保护。b. 蜗杆传动 交错轴传动的主要形式，轴线交错角一般为90。蜗杆传动可获得很大的传动比，通常单级为880,用于传递运动时可达1500；传递功率可达4500千瓦;蜗杆的转速可到3万转分；圆周速度可到70米秒。蜗杆传动工作平稳，传动比准确，可以自锁，但自锁时传动效率低于0.5。蜗杆传动齿面间滑动较大,发热

23、量较多，传动效率低，通常为0.450.97。传动平稳无声，结构紧凑，传动比较大，可做成自锁蜗杆。自锁蜗杆传动效率很低；中高速传动蜗轮齿圈需贵重的减磨材料（如青铜），制造精度要求较高，道具费用昂贵。蜗杆传动：螺旋传动：传动平稳无声，降速比大，可将转动变为直线往复移动，滑动螺旋可做成自锁螺旋机构；工作速度一般很低。3.2 螺旋传动3.2.1螺旋传动特点利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。按工作特点，螺旋传动用的螺旋分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。传力螺旋:以传递动力为主,它用较小的转矩产生较大的轴向推力,一般为间歇工作,工作速度不高

24、，而且通常要求自锁，例如螺旋压力机和螺旋千斤顶上的螺旋。传导螺旋：以传递运动为主，常要求具有高的运动精度，一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高，如机床的进给螺旋（丝杠）。调整螺旋：用于调整并固定零件或部件之间的相对位置，一般不经常转动，要求自锁，有时也要求很高精度，如机器和精密仪表微调机构的螺旋。按螺纹间摩擦性质，螺旋传动可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。3.2.2螺旋传动类型a. 滑动螺旋传动通常所说的滑动螺旋传动就是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹，其中梯形螺纹应用最广，锯齿形螺纹用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差强度较低等原因应用很少;对于受力不大和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。一般螺纹升程和摩擦系数都不大，因此虽然轴向力F相当大，而转矩T则相当小。传力螺旋就是利用这种工作原理获得机械增益的。升程越小则机械增益的效果越显著。滑动螺旋传