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摘要 座椅是與人接觸最密切的部件，人們對轎車平順性的評價多是通過座椅的感受作出的。現(xiàn)代轎車的駕駛者座椅和前部乘員座椅多是電動可調(diào)的，又稱電動座椅。因此，電動座椅是直接影響轎車質(zhì)量的關鍵部件之一。 ?? 轎車電動座椅以駕駛者的座椅為主。從服務對象出發(fā)，電動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)整到最佳的位置上，使駕駛者獲得最好視野，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)大國的有關廠家都竟相采用機械和電子技術手段，制造出可調(diào)整的電動座椅。 本方案設計的電動座椅由雙向電動機、傳動裝置和座椅調(diào)節(jié)器等組成。通過座椅調(diào)節(jié)器實現(xiàn)座椅水平前后移動、座椅上下移動、座椅靠背的角度旋轉(zhuǎn)六個方向的調(diào)節(jié)。 汽車電動座椅的結(jié)構(gòu)主要有: 可逆直流微型電動機( 驅(qū)動裝置) 、傳動裝置、連接機構(gòu)、蝸輪、蝸桿、滾珠絲杠、水平滑動導軌等部件組合而成。座椅由坐墊、靠背、靠枕、骨架、懸掛和調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。 關鍵詞：汽車電器；電動座椅；蝸輪、蝸桿、螺桿 - 28 - Abstract the chair is contacts the closest part with the human, the people many are make to the passenger vehicle smooth appraisal through chair's feeling. The modern passenger vehicle's driver chair and the front part crew member chair many are electrically operated adjustable, also calls the electrically operated chair. Therefore, the electrically operated chair is one of immediate influence passenger vehicle quality key components. Passenger vehicle electrically operated chair by driver's chair primarily. Embarks from the target client, the electrically operated chair must satisfy the convenience and the comfortable two big requests. That is driver through keybutton operation, may also adjust the chair in the best position, causes the driver to obtain the best field of vision, obtains easy to operate operation and so on steering wheel, footboard, gearshift lever conveniences, but may also obtain is most comfortable and the most custom rides the angle. In order to satisfy these requests, the world automobile production power's related factory unexpectedly uses the machinery and the electronic technology method, makes electrically operated chair which may adjust. 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, 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 sliding guide etc. Electric chair cushion, seat, by magic, skeleton, suspension and adjusting mechanism etc. Keywords: Automotive Electrical; electric chair; turbine, worm, screw 目 錄 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第一章 緒論 - 1 - 1.1 綜述... - 1 - 1.2 電動座椅設計研究的現(xiàn)狀 - 2 - 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 - 2 - 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 - 3 - 1.3 電動座椅設計的背景 - 3 - 1.4 本文的主要研究工作 - 3 - 第二章 研究方案的選取 - 4 - 2.1 綜述 - 4 - 2.2 座椅坐墊升降部分 - 4 - 2.3 座椅坐墊前后移動部分 - 5 - 2.4 座椅靠背傾斜部分 - 6 - 第三章 選用傳動的特點 - 6 - 3.1 齒輪傳動 - 6 - 3.1.1 齒輪傳動特點 - 6 - 3.1.2 齒輪傳動類型 - 7 - 3.2 螺旋傳動 - 8 - 3.2.1螺旋傳動特點 - 8 - 3.2.2螺旋傳動類型 - 8 - a. 滑動螺旋傳動 - 8 - b. 滾動螺旋傳動 - 8 - 3.3 空間連桿機構(gòu) - 9 - 第四章 機構(gòu)設計 - 10 - 4.1電動機選擇計算 - 10 - 4.1.1 選擇電動機的轉(zhuǎn)速 - 10 - 4.1.2 工作機的有效功率 - 11 - 4.1.3 選擇電動機型號 - 11 - 4.2 傳動比分配 - 11 - 4.3 計算各軸轉(zhuǎn)速 - 12 - 4.4 蝸輪蝸桿設計 - 12 - 4.4.1選擇蝸桿傳動類型 - 12 - 4.4.2 選擇材料 - 12 - 4.4.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 - 12 - 4.4.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 - 14 - 4.4.5 校核齒根彎曲疲勞強度 - 14 - 4.4.6 驗算效率 - 15 - 4.4.7 精度等級公差和表面粗糙度的確定 - 16 - 4.5 滾珠絲杠設計 - 17 - 4.5.1 選擇滾珠絲杠型號及其工作條件 - 17 - 4.5.2 降速比計算 - 17 - 4.5.3 慣量計算 - 17 - 4.5.4 電動機力矩計算 - 17 - 4.5.5 剛度計算 - 18 - 4.5.6 反向死區(qū) - 18 - 4.5.7 傳動剛度變化引起的定位誤差 - 19 - 4.6 前后調(diào)節(jié)滾珠絲杠支承軸承驗算 - 19 - 4.7 垂直調(diào)節(jié)螺桿驗算 - 20 - 4.7.1 螺桿的強度計算 - 20 - 4.7.2 螺桿穩(wěn)定性計算 - 20 - 4.8 垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)支承軸承驗算 - 21 - 結(jié)論 - 22 - 致 謝 - 23 - 參考文獻 - 24 - 附錄Ⅰ…………………………………………………………………………- 25 - 第一章 緒論 1.1 綜述 過去的轎車以交通為唯一目的，今天的轎車設計思想則倡導人與車的融合，座椅就是這個設計思想中極其重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代轎車座椅涉及到電子學、人體工程學、工業(yè)設計學等方面的領域，隨著汽車技術的發(fā)展，轎車座椅巳從一個簡單的部件發(fā)展到一個比較復雜和精確程度要求比較高的部件。 由于座椅是衡量轎車檔次的重要依據(jù)，因此轎車設計師十分重視電動座椅的設計，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、乘坐姿勢和體壓分布等因素，應用人體工程學的研究成果和先進技術，制造出乘坐舒適、久坐不乏的座椅。例如奔馳E級轎車的六向可調(diào)式電動座椅均按人體輪廓要求設計，能為人體的腰部和臀部提供最佳的橫向支持。在材料方面，由于座椅還起到車廂裝飾的作用，因此座椅面料的顏色要與車廂的總色調(diào)配合一致，除了質(zhì)地優(yōu)良，還要有良好的手感，使人們一坐上去就有一種舒適的感覺。 汽車座椅的調(diào)節(jié)可以通過手動或電動的方式來完成。 最早的手動調(diào)節(jié)座椅在1921年面世。手動調(diào)節(jié)方式需要成員先通過手柄放松座椅的鎖止機構(gòu)，之后通過改變身體的座姿和位置來帶動座椅移動，最后將鎖止機構(gòu)的手柄放松，將座椅固定在所選擇的位置上。 這種調(diào)節(jié)方式的主動施力方是座椅上的乘客，座椅調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)起來也不是十分的方便。 在中高檔轎車上，生產(chǎn)商都會提供可電動調(diào)節(jié)的座椅。 電動座椅是由座墊、靠背、靠枕、骨架、懸掛和調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。其中調(diào)節(jié)機構(gòu)由控制器、可逆性直流電動機和傳動部件組成，是電動座椅中最復雜和最關鍵的部分，可逆性直流電動機必須體積小，負荷能力要大；而機械傳動部件在運行時要求有十分良好的平穩(wěn)性，噪音要低?？刂破鞯目刂奇I鈕設置在駕駛者操縱方便的地方，一般在門內(nèi)側(cè)的扶手上面或座墊側(cè)面。 可逆性直流電動機一般有三個以上，它們受控制器控制并分別驅(qū)動某個調(diào)整方向的傳動部件。傳動部件有蝸桿軸，蝸輪、齒軸和齒條等。調(diào)整時，蝸桿軸在電動機的驅(qū)動下，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，從而將齒軸旋入或旋出，即座椅下降或上升。如果蝸輪又與齒條嚙合，蝸輪轉(zhuǎn)動將齒條移動，即令座椅前移或后移。 電動調(diào)節(jié)的座椅在調(diào)節(jié)時，座椅是施力方，乘客只需扳動控制鍵就可以令座椅移動，無需主動改變身體的座姿。電動座椅還可以提供更加精準的調(diào)節(jié)位置。電動座椅的使用，讓駕駛員能夠輕松的找到最適合自己的駕駛姿勢，提供良好的視野，提高了行車安全性，并能有效減輕駕駛疲勞。 1.2 電動座椅設計研究的現(xiàn)狀 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 最早的手動調(diào)節(jié)座椅在1921年在英國投入使用。手動調(diào)節(jié)方式需要成員先通過手柄放松座椅的鎖止機構(gòu)，之后通過改變身體的座姿和位置來帶動座椅移動，最后將鎖止機構(gòu)的手柄放松，將座椅固定在所選擇的位置上。1954年卡迪拉克汽車Eldorado款汽車首先推出4路電動座椅。 自動汽車座椅實際是人體工程與電子技術相結(jié)合的產(chǎn)物，它能自動適應不同體型乘員乘坐舒適性的要求。這種應用微機控制的電動座椅出現(xiàn)于80年代，1983年日本日產(chǎn)（Nissan）和豐田（Toyota）公司分別在公爵（Cedric）牌轎車和皇冠（Crown）牌轎車上使用。 人因工程是一門新興的邊緣學科,起源于歐洲,形成于美國。發(fā)展至今已經(jīng)有60多年的歷史。人因工程研究的是在工作中、家庭生活與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學科。人、機和環(huán)境和諧統(tǒng)一是其核心指導思想。1968年,國際人機工程學學會(IEA)在瑞士召開了以座椅為主題的第一次國際學術研討會,這次會議之后,在全世界掀起了座椅設計的高潮。至今這場運動仍如火如荼。 蝸桿傳動廣泛應用于汽車座椅的電動調(diào)節(jié)。 1922年美國創(chuàng)制成平面直齒蝸桿傳動，被譽為威氏蝸桿 (WildhaberWarm)。五十年代，日本人發(fā)展了此項技術，這就是他們在世界市場上推銷的，有相當競爭能力的平面蝸桿傳動 (Plana Worm). 1953年西德尼曼(Nieman)教授為蝸桿傳動作出了新的貢獻，發(fā)明了凹圓弧齒圓柱蝸桿傳動，這就是當今世界聞名的“Cavex Worm". 此外，日本于1972年以來陸續(xù)發(fā)表了一些有關新型蝸桿傳動的文章，并己取得了一定的成果。 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 豐田普瑞維亞于1990年推出，很早就通過各種渠道進入中國市場，也是打開了中國汽車電動座椅制造發(fā)展之門，之后越來越多的汽車廠家開始在中國發(fā)售電動座椅的轎車，之后的中國汽車制造力求完美的詮釋電動座椅，使之更加完善，功能更加齊全。 1991年9月5日至9日,中國汽車工程學會汽車電器委員會在杭州召開了1991年度汽車電器學術報告會議，會議指出發(fā)展汽車電器的自動化，汽車電動座椅的設計生產(chǎn)就是我國趕超國外汽車車身電氣的一個重要方向。 至今，中國的高級轎車廠商紛紛將電動座椅視為車輛不可缺失的組成部分。隨著技術的不斷成熟，制造價格普遍降低，該車身電器目前正在向家用車型向轉(zhuǎn)移。 1.3 電動座椅設計的背景 座椅是汽車的基本附屬器件，隨著人們生活水平的提高，對汽車座椅的舒適性需求也越來越高，需求對汽車座椅地調(diào)節(jié)能夠更加簡單、方便、快捷。目前，汽車座椅位置的調(diào)節(jié)多采用基于手動調(diào)節(jié)方式的機械和電動控制兩種方式。 轎車電動座椅以駕駛者的座椅為主。從服務對象出發(fā)，電動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)整到最佳的位置上，使駕駛者獲得最好視野，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)大國的有關廠家都竟相采用機械和電子技術手段，制造出可調(diào)整的電動座椅。 1.4 本文的主要研究工作 方案的思路就是電動座椅是利用電動機的動力來調(diào)整座椅前后的位置和靠背的傾斜度, 自動適應不同體型的駕駛員與乘員的乘坐舒適性要求。電動座椅能滿足便利性和舒適性, 駕駛員通過按鍵操縱, 既可以將座椅調(diào)整到最佳的位置上, 以獲得最好視野, 得到易于操縱方向盤、腳踏板、變速桿等操縱件的便利, 還可以獲得舒適和最習慣的乘坐角度。 我的設計就是研究設計一種電動調(diào)節(jié)式座椅，其汽車座椅位置的調(diào)節(jié)主要有三個方向，即坐墊高度調(diào)節(jié)、坐墊水平位置調(diào)節(jié)及座椅靠背傾角的調(diào)節(jié)。 通過前期的仔細對比研究，確定了每個運動機構(gòu)方案的構(gòu)成。分別設計可逆電動機為動力源，蝸輪蝸桿、滾珠絲杠、平面連桿機構(gòu)，并將它們互相組合，以達到調(diào)節(jié)座椅位置的目的。 第二章 研究方案的選取 2.1 綜述 現(xiàn)代轎車的電動座椅是由座墊、座背、座枕、骨架、懸掛和調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。其中調(diào)節(jié)機構(gòu)由控制器、可逆性直流電動機和傳動部件組成，是電動座椅中最復雜和最關鍵的部分，可逆性直流電動機必須體積小，負荷能力要大；而機械傳動部件在運行時要求有十分良好的平穩(wěn)性，噪音要低?？刂破鞯目刂奇I鈕設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。 可逆性直流電動機一般有三個以上，它們受控制器控制并分別驅(qū)動某個調(diào)整方向的傳動部件。傳動部件有蝸桿軸，蝸輪、齒軸和齒條等。調(diào)整時，蝸桿軸在電動機的驅(qū)動下，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，從而將齒軸旋入或旋出，即座椅下降或上升。如果蝸輪又與齒條嚙合，蝸輪轉(zhuǎn)動將齒條移動，即令座椅前移或后移。目前先進的調(diào)節(jié)機構(gòu)可以調(diào)節(jié)座椅的水平移動和垂直移動，座背的角度移動和靠枕的高度移動，即所謂“六向可調(diào)式”。乘員可以根據(jù)自己的身材將座椅調(diào)整到最舒適的位置。 現(xiàn)根據(jù)需要調(diào)整部位的運動擬定方案。 2.2 座椅坐墊升降部分 方案1：一椅座、一對分別位于該椅座兩側(cè)的椅架、一驅(qū)動構(gòu)件及一被動構(gòu)件。該椅座具有一本體及一對固設于該本體左右兩側(cè)的組接部；該對椅架各具有一配合該組接部的第一椅腳,該第一椅腳外緣沿其軸向設有一齒條；該驅(qū)動構(gòu)件具有一固定于該椅座本體的馬達,及一與該馬達傳動連接的主動傳動件；該被動構(gòu)件具有一樞設于該椅座本體上的第一軸桿,該第一軸桿與該主動傳動件傳動連接,于該第一軸桿兩相反端分別設有一齒輪,該二齒輪分別嚙合于該各第一椅腳的齒條。 方案2：由蝸桿軸，蝸輪，心軸等組成。調(diào)整時，直流電動機產(chǎn)生的力矩帶動蝸桿軸，驅(qū)動蝸輪傳動，使心軸在蝸輪內(nèi)旋進或旋出，帶動座椅上下運動。 方案3：由蝸桿軸，蝸輪，滾珠絲杠，連桿機構(gòu)組成。調(diào)整時，直流電動機產(chǎn)生的力矩帶動蝸桿軸，驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動并帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，帶動由與滾珠絲杠配合的螺母前進或后退，螺母上連接了連桿機構(gòu)，連桿機構(gòu)運動帶動座椅的上升與下降。 由于現(xiàn)在工業(yè)技術的成熟，汽車車身配件的完整程度，結(jié)合運動部件的可靠性和便于維修等因素。重點考慮汽車坐墊上下運動的重復性對運動機構(gòu)壽命和安全要求。更結(jié)合全部運動機構(gòu)設計的要求，充分利用資源，盡量采用相同的材料和類似運動設計方案，所以選擇有滾珠絲杠的方案3。 2.3 座椅坐墊前后移動部分 方案1：基體,其設置在所述車座或墊凳中之一處；可移動體,其設置在可移動部處,所述可移動體裝配到所述基體上,從而相對于所述基體延伸或縮回；齒條,其固定到所述基體或所述可移動體的頂面或底面中之一上,所述齒條形成為板狀形狀,其在所述可移動體的延伸和縮回方向上延伸,并且具有齒；小齒輪,其容置于所述基體和所述可移動體中的另一個之內(nèi)并且與所述齒條相嚙合；驅(qū)動單元,用來驅(qū)動小齒輪；以及引導機構(gòu),其設置在所述基體和所述可移動體處以沿著所述可移動體的延伸和縮回方向引導所述可移動體。 方案2：由蝸桿，蝸輪，齒條，導軌組成。齒條安裝在導軌上，調(diào)整時，直流電動機產(chǎn)生力矩經(jīng)過蝸桿傳至兩側(cè)的蝸輪上，經(jīng)齒條帶動，使座椅伸縮移動。 方案3：由蝸桿軸，蝸輪，滾珠絲杠組成。調(diào)整時，直流電動機產(chǎn)生的力矩帶動蝸桿軸，驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動并帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，帶動由與滾珠絲杠配合的螺母前進或后退。由于螺母與上軌連接在一起，所以帶動座椅前后移動。 由于現(xiàn)在工業(yè)技術的成熟，汽車車身配件的完整程度，結(jié)合運動部件的可靠性和便于維修等因素。重點考慮汽車坐墊上下運動的重復性對運動機構(gòu)壽命和安全要求。更結(jié)合全部運動機構(gòu)設計的要求，充分利用資源，盡量采用相同的材料和類似運動設計方案，所以選擇有滾珠絲杠的方案3。 2.4 座椅靠背傾斜部分 方案1：由雙向控制開關、控制電機、蝸桿、蝸輪、蝸輪軸、蝸輪室蓋和座椅靠背調(diào)節(jié)軸組成。雙向控制開關將電源與電機相連,控制電機的轉(zhuǎn)動方向。控制電機軸的延伸部分為蝸桿,蝸桿與蝸輪嚙合,蝸輪與蝸輪軸為一體,蝸輪軸內(nèi)有一空心扁槽與座椅靠背調(diào)節(jié)軸的扁頭插入聯(lián)接。按動雙向控制開關,使控制電機軸,即蝸桿順時針或逆時針旋轉(zhuǎn),蝸桿驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動并將轉(zhuǎn)動方向改變后傳遞給蝸輪軸,蝸輪軸驅(qū)動座椅靠背調(diào)節(jié)軸,使座椅靠背前傾或后仰轉(zhuǎn)動,達到調(diào)節(jié)座椅靠背的目的。 方案2：靠背調(diào)節(jié)機構(gòu)的主要部件是鉸鏈銷釘、鏈輪、內(nèi)齒輪( 30 個齒) 、外齒輪( 29 個齒) 等。鉸鏈銷釘有一個偏心凸輪, 凸輪中間軸A與安裝在座墊側(cè)的外齒輪同軸; 鉸鏈銷釘?shù)闹虚g軸B 與安裝在座椅靠背側(cè)的鏈輪同軸, 并與內(nèi)齒輪同軸轉(zhuǎn)動。 當靠背與頭枕調(diào)節(jié)開關置于A 或B 方向時, 靠背調(diào)節(jié)用的電動機運轉(zhuǎn),并帶動鏈輪轉(zhuǎn)動, 安裝在鏈輪上的鉸鏈銷釘也以同樣的轉(zhuǎn)向一起轉(zhuǎn)動。由于外齒輪安裝在座墊側(cè), 因而鉸鏈銷釘?shù)闹虚g軸B 圍繞著帶偏心凸輪的中間軸A 旋轉(zhuǎn)。這樣, 內(nèi)齒輪就與外齒輪嚙合, 鉸鏈銷釘每轉(zhuǎn)一圈, 所嚙合的齒輪轉(zhuǎn)動12° 經(jīng)過仔細研究和比較，由于方案2的實施需要大量的零件配備和專門的生產(chǎn)設計環(huán)節(jié)，鑒于方案1的簡單易操作性，又可以利用以前汽車的車身部件，綜合前面的設計環(huán)節(jié)，故選擇方案1. 第三章 選用傳動的特點 3.1 齒輪傳動 3.1.1 齒輪傳動特點 齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點。 齒輪傳動是指用主、從動輪輪齒直接、傳遞運動和動力的裝置。 在所有的機械傳動中，齒輪傳動應用最廣，可用來傳遞任意兩軸之間的運動和動力。 齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。 3.1.2 齒輪傳動類型 a. 圓柱齒輪傳動 用于平行軸間的傳動，一般傳動比單級可到8,最大20，兩級可到45,最大60，三級可到200，最大300。傳遞功率可到10萬千瓦,轉(zhuǎn)速可到10萬轉(zhuǎn)／分，圓周速度可到300米/秒。單級效率為0.96～0.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適用于中、高速傳動。人字齒輪傳動適用于傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩的傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有3種:外嚙合齒輪傳動，由兩個外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動，由一個內(nèi)齒輪和一個小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相同；齒輪齒條傳動，可將齒輪的轉(zhuǎn)動變?yōu)辇X條的直線移動，或者相反。 普通齒輪傳動：載荷和速度的許用范圍大；傳動比恒定；外廓尺寸??；工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求較高。精度低時傳動噪音較大，無過載保護。 b. 蝸桿傳動 交錯軸傳動的主要形式，軸線交錯角一般為90°。蝸桿傳動可獲得很大的傳動比，通常單級為8～80,用于傳遞運動時可達1500；傳遞功率可達4500千瓦;蝸桿的轉(zhuǎn)速可到3萬轉(zhuǎn)／分；圓周速度可到70米／秒。蝸桿傳動工作平穩(wěn)，傳動比準確，可以自鎖，但自鎖時傳動效率低于0.5。蝸桿傳動齒面間滑動較大,發(fā)熱量較多，傳動效率低，通常為0.45～0.97。傳動平穩(wěn)無聲，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比較大，可做成自鎖蝸桿。自鎖蝸桿傳動效率很低；中高速傳動蝸輪齒圈需貴重的減磨材料（如青銅），制造精度要求較高，道具費用昂貴。 蝸桿傳動：傳動平穩(wěn)無聲，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比較大，可做成自鎖蝸桿。自鎖蝸桿傳動效率很低；中高速傳動蝸輪齒圈需貴重的減磨材料（如青銅），制造精度要求較高，道具費用昂貴。 螺旋傳動：傳動平穩(wěn)無聲，降速比大，可將轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€往復移動，滑動螺旋可做成自鎖螺旋機構(gòu)；工作速度一般很低。 3.2 螺旋傳動 3.2.1螺旋傳動特點 利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。主要用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成推力。按工作特點，螺旋傳動用的螺旋分為傳力螺旋、傳導螺旋和調(diào)整螺旋。①傳力螺旋:以傳遞動力為主,它用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力,一般為間歇工作,工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機和螺旋千斤頂上的螺旋。②傳導螺旋：以傳遞運動為主，常要求具有高的運動精度，一般在較長時間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度也較高，如機床的進給螺旋（絲杠）。③調(diào)整螺旋：用于調(diào)整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動，要求自鎖，有時也要求很高精度，如機器和精密儀表微調(diào)機構(gòu)的螺旋。按螺紋間摩擦性質(zhì)，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動?；瑒勇菪齻鲃佑挚煞譃槠胀ɑ瑒勇菪齻鲃雍挽o壓螺旋傳動。 3.2.2螺旋傳動類型 a. 滑動螺旋傳動 通常所說的滑動螺旋傳動就是普通滑動螺旋傳動?；瑒勇菪ǔ２捎锰菪温菁y和鋸齒形螺紋，其中梯形螺紋應用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由于工藝性較差強度較低等原因應用很少;對于受力不大和精密機構(gòu)的調(diào)整螺旋，有時也采用三角螺紋。 一般螺紋升程和摩擦系數(shù)都不大，因此雖然軸向力F相當大，而轉(zhuǎn)矩T則相當小。傳力螺旋就是利用這種工作原理獲得機械增益的。升程越小則機械增益的效果越顯著?；瑒勇菪齻鲃拥男实?，一般為30～40％，能夠自鎖。而且磨損大、壽命短，還可能出現(xiàn)爬行等現(xiàn)象。 b. 滾動螺旋傳動 用滾動體在螺紋工作面間實現(xiàn)滾動摩擦的螺旋傳動，又稱滾珠絲杠傳動.滾動體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動螺旋傳動的摩擦系數(shù)、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動稍差，但遠比滑動螺旋傳動為好。滾動螺旋傳動的效率一般在90％以上。它不自鎖，具有傳動的可逆性；但結(jié)構(gòu)復雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應用于機床、飛機、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場合。滾動螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式，按滾珠循環(huán)方式分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)的導路為一導管,將螺母中幾圈滾珠聯(lián)成一個封閉循環(huán)。內(nèi)循環(huán)用反向器，一個螺母上通常有2～4個反向器，將螺母中滾珠分別聯(lián)成2～4個封閉循環(huán)，每圈滾珠只在本圈內(nèi)運動。外循環(huán)的螺母加工方便，但徑向尺寸較大。為提高傳動精度和軸向剛度，除采用滾珠與螺紋選配外，常用各種調(diào)整方法以實現(xiàn)預緊。 在JB/T3162-1991中，將滾動螺旋傳動稱為滾珠絲桿副。該標準規(guī)定，滾珠絲桿副分為定位滾珠絲桿副（稱P類）和傳動滾珠絲桿副（稱T類）。前者是通過旋轉(zhuǎn)角度和導程控制軸向位移量的滾珠絲桿副，后者是與旋轉(zhuǎn)角度無關用于傳遞動力的滾珠絲桿副。 3.3 空間連桿機構(gòu) 由若干剛性構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）聯(lián)接，而各構(gòu)件上各點的運動平面相互不平行的機構(gòu)，又稱空間低副機構(gòu)。在空間連桿機構(gòu)中，與機架相連的構(gòu)件常相對固定的軸線轉(zhuǎn)動、移動，或作又轉(zhuǎn)又移的運動，也可繞某定點作復雜轉(zhuǎn)動；其余不與機架相連的連桿則一般作復雜的空間運動。利用空間連桿機構(gòu)可將一軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槿我廨S的轉(zhuǎn)動或任意方向的移動，也可將某方向的移動轉(zhuǎn)變?yōu)槿我廨S的轉(zhuǎn)動，還可實現(xiàn)剛體的某種空間移位或使連桿上某點軌跡近似于某空間曲線。與平面連桿機構(gòu)相比，空間連桿機構(gòu)常有結(jié)構(gòu)緊湊、運動多樣、工作靈活可靠等特點，但設計困難，制造較復雜?？臻g連桿機構(gòu)常應用于農(nóng)業(yè)機械、輕工機械、紡織機械、交通運輸機械、機床、工業(yè)機器人、假肢和飛機起落架中。 空間連桿機構(gòu)常指單自由度空間閉鏈機構(gòu),但是隨著工業(yè)機器人和假肢技術的發(fā)展,多自由度空間開鏈機構(gòu)也有不少用途。單自由度單環(huán)平面連桿機構(gòu)只含4個轉(zhuǎn)動副,而單自由度單環(huán)空間連桿機構(gòu)所含轉(zhuǎn)動副應為7個,此即空間七桿機構(gòu)?？臻g連桿機構(gòu)中采用多自由度的運動副如球面副或圓柱副時，所含構(gòu)件數(shù)即可減少而形成簡單穩(wěn)定的空間四桿機構(gòu)或三桿機構(gòu)。為了表明空間連桿機構(gòu)的組成類型,常用R、P、C、S、H分別表示轉(zhuǎn)動副、移動副、圓柱副、球面副、螺旋副。一般空間連桿機構(gòu)從與機架相連的運動副開始，依次用其中的一些符號來表示。常用空間四桿機構(gòu)的組成類型有RSSR、RRSS、RSSP和RSCS機構(gòu)這些機構(gòu)因含有兩個球面副,結(jié)構(gòu)比較簡單，但繞兩球心連線自由轉(zhuǎn)動的局部自由度影響高速性能。所有轉(zhuǎn)動副軸線匯交一點的球面四桿機構(gòu),也是一種應用較廣的空間連桿機構(gòu)，如萬向聯(lián)軸節(jié)機構(gòu)。此外，還有某些特殊空間連桿機構(gòu)，如貝內(nèi)特機構(gòu)，其運動副軸線夾角和構(gòu)件尺度要求滿足某些特殊關系。 運動分析和綜合 空間連桿機構(gòu)的分析綜合均較平面連桿機構(gòu)復雜困難，這在很大程度上影響空間連桿機構(gòu)的推廣應用。研究空間連桿機構(gòu)的方法有以畫法幾何為基礎的圖解法和運用向量、對偶數(shù)、矩陣和張量等數(shù)學工具的解析法。圖解法有一定的局限性，應用較多的是便于電子計算機運算的解析法?？臻g連桿機構(gòu)分析中重要而又困難的問題是位移分析。對多于 4桿的空間連桿機構(gòu)，由輸入求輸出位移時因中間運動變量不易避開或消去，一般要用數(shù)值迭代法聯(lián)解多個非線性方程式或求解高次代數(shù)方程式。對最難進行位移分析的空間7R機構(gòu)，由輸入求輸出位移的代數(shù)方程式高達32次。對空間連桿機構(gòu)進行運動綜合的基本問題是：①當主動件運動規(guī)律一定時，要求連架從動件能按若干對應位置或近似按某函數(shù)關系運動；②要求連桿能按若干空間位置姿態(tài)運動而實現(xiàn)空間剛體的導引；③要求連桿上某點能近似沿給定空間曲線運動。由于這些問題和平面連桿機構(gòu)的綜合問題相仿，所以平面的巴默斯特爾理論可解析地推廣于空間剛體的導引問題和其他運動綜合問題。此外尚有利用機構(gòu)封閉性等同條件建立設計方程式和采用優(yōu)化技術等綜合方法。 第四章 機構(gòu)設計 4.1電動機選擇計算 4.1.1 選擇電動機的轉(zhuǎn)速 a. 計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 nw = 60V/(πd)/P=60×0.2/(3.14×0.032×5)=159.7 r/min b. 計算電動機的轉(zhuǎn)速 由于選用蝸輪蝸桿傳動，絲杠與蝸輪直接連接 而蝸桿傳動的單擊傳動比8 ~40 所以電動機轉(zhuǎn)速nd為400 ~2000 4.1.2 工作機的有效功率 a. 傳動裝置的總效率 蝸桿傳動的效率η1= 0.80 彈性聯(lián)軸器的效率η2= 0.99 滾動軸承的效率 η3=0.99 滾動絲杠效率 η4=0.95 齒嚙合效率 η5=0.97 總效率 η=η1×η2×η3×η4×η5 = 0.80×0.99×0.99×0.85×0.97=0.723 b. 工作機的功率 Pw = FV/1000ηw = 3000×0.2/1000×0.95=6.3W c. 電動機的輸出功率 Pd=Pw/η=6.3/0.723=8.73W 4.1.3 選擇電動機型號 網(wǎng)上查找直流12V電動機得到 電動機型號 額定功率(w) 轉(zhuǎn)速(r/min) 電壓 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量（不大于） 110SZ10HS 36 500 12 686 0.56 110SZ61 150 1700 12 843 0.56 根據(jù)以上兩種可行直流電動機對比可見，在其他條件大致相同下，轉(zhuǎn)速1700的電機可調(diào)及性能高，所以選擇110SZ61型電動機。 4.2 傳動比分配 由于選擇的電動機轉(zhuǎn)速為1700 r/min 而滾珠絲杠初定轉(zhuǎn)速159.7 r/min 所以總傳動比初步定為i = 10。 電動機與蝸桿軸用聯(lián)軸器連接，蝸輪與滾珠絲杠鍵連接。所以蝸輪蝸桿傳動比即為總傳動比 i = 10 4.3 計算各軸轉(zhuǎn)速 蝸桿軸與電動機轉(zhuǎn)速相同 n1 = 1700 r/min 滾珠絲杠與蝸輪轉(zhuǎn)速相同 n2 = n1/i = 170 r/min 4.4 蝸輪蝸桿設計 4.4.1選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T 10085-1988 推薦，采用錐面包絡圓柱蝸桿（ZK蝸桿），面包絡圓柱蝸桿(ZK蝸桿)　這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。加工時，除工件作螺旋運動外，刀具同時繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運動。這時，銑刀(或砂輪)回轉(zhuǎn)曲面的包絡面即為蝸桿的螺旋齒面，在I-I及N-N截面上的齒廓均為曲線。這種蝸桿便于磨削，蝸桿的精度較高，應用日漸廣泛。 4.4.2 選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度中等，由于做為汽車車內(nèi)零部件，工作尺寸不大，還是可以選用45鋼，因為效率高一些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC，蝸桿用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。 4.4.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計再校核齒根彎曲疲勞強度。由公式傳動中心距 a. 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2 按Z1=4 估取效率N=0.8 則 b. 確定載荷系數(shù)K 因工作載荷穩(wěn)定 。 估取Kb=1選取Ka=1 Kv=1.05 則 c. 確定彈性影響系數(shù)Ze 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 d. 確定接觸系數(shù)ZP 先假定蝸桿分度圓直徑d，和傳動中心距a的比值d/a=0.5 查得Zp=2.6 e. 確定許用接觸應力[σH] 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC。 查得蝸輪的基本許用運力[σH]`=268MPa 應力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 f. 計算中心距 取中心距A=40.2mm ,因i=10 ,取m=2蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm . 這時 查得接觸系數(shù)Zp`=2.57 因為 Zp’0.68 P=0.67Fr+1.41Fa 因Fa/Fr=1500/1200>0.68 且工作平穩(wěn) 取fp=1 得軸承當量動載荷 預期壽命Ln`=5000h 求該對軸承應具有的基本額度動載荷值 選擇7204AC 基本額度動載荷為14000N 故選擇一對7204AC軸承進行雙端支承C合適 4.7 垂直調(diào)節(jié)螺桿驗算 4.7.1 螺桿的強度計算 選用45鋼為制造材料，σs=240Mpa S=1.5 [σ]=240/1.5=160Mpa 因為d1=20mm 螺桿滿足強度要求 4.7.2 螺桿穩(wěn)定性計算 Ss=2.5 ~ 4.0 取 Ss=3 根據(jù)螺桿柔度 入s 值大小選用不同公式計算Far（螺桿臨界載荷） μ取0.6 l=80 當 入s<40時，可以不必進行穩(wěn)定性校核。 4.8 垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)支承軸承驗算 由于選用的螺桿一端支承方式與滾珠絲杠的支承方式相同，由前面的驗算確定一對7024AC軸承支承合適，所以核算另一端支承軸承。 螺桿的另一端選用深溝球軸承6204 估算螺桿上受力 徑向力Fa = 1500N 軸向力 Fr = 1200N 軸承轉(zhuǎn)速與蝸輪相同 n =170r/min 由滾動軸承樣本查得 6000軸承安裝時當量動載荷可按下式計算 當Fa/Fr小于等于e時 Pr = Fr 當Fa/Fr大于e時 Pr = 0.56 Fr + Y Fa 因為Fa/Fr = 1500/1200 > 0.68 且工作平穩(wěn)，取f = 1 由于選取6024深溝球軸承，此軸承基本額定靜載荷6650N，動載荷12800N 其相對應e值Fa/Co = 0.27 在0.17 ~0.28之間 對應的Y值1.31 ~1.15 。 用線性插值法求Y值 則 X=0.56 Y=1.47 當量動載荷 P = 0.56×1200+1.47×1500=2877N 該軸承的壽命: 軸承符合設計要求。 結(jié)論 通過本次設計我了解到電動座椅是一種機械設計制造學、人體工程學與電子技術相結(jié)合的綜合產(chǎn)物。電動座椅系統(tǒng)一般由雙向電動機、傳動裝置和座椅調(diào)節(jié)器等組成。通過座椅調(diào)節(jié)器實現(xiàn)座椅水平前后移動、座椅上下移動、座椅靠背的角度移動。汽車電動座椅的結(jié)構(gòu)主要有: 可逆直流微型電動機( 驅(qū)動裝置) 、傳動裝置、連接機構(gòu)、調(diào)角器、蝸輪、蝸桿、滾珠絲杠、水平滑動導軌等部件組合而成。電動座椅由坐墊、靠背、靠枕、骨架、懸掛和調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。 由于座椅是衡量轎車檔次的重要依據(jù), 因此電動座椅在具體設計時應該需要引起相關設計人員高度重視,尤其是座椅的材料和形狀。在工藝結(jié)構(gòu)造型方面, 則需要充分考慮人體尺寸、人體重量、乘坐姿勢和體壓分布等因素, 應用人體工程學的研究成果和先進技術, 力爭制造出能夠滿足乘坐舒適、久坐不乏的座椅。電動座椅靠背最好能夠按照人體輪廓要求設計, 能為人體的腰部和臀部提供最佳的橫向支持。在材料選材方面, 由于座椅還起到車廂裝飾的作用, 因此座椅面料的顏色要與車廂的總色調(diào)配合一致, 質(zhì)地優(yōu)良, 還要有良好的手感, 使人們一坐上去就有一種舒適的感覺。 電動座椅的目的是可以帶給人們更多的乘車舒適與安全。因此電動座椅的設計需要很好的材料學、人體工程學、結(jié)構(gòu)學、電子學、工業(yè)設計學來優(yōu)化, 使之更好的為汽車駕乘人員服務。最后, 筆者迫切希望能夠通過此文能夠?qū)δ壳皣鴥?nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展有所幫助。 致 謝 本設計的完成是在我的導師**老師的細心指導下進行的。在每次設計遇到問題時丁老師不辭辛苦的講解才使得我的設計順利的進行。從設計的選題到資料的搜集直至最后設計的修改的整個過程中，花費了**老師很多的寶貴時間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，開拓進取的精神和高度的責任心都將使學生受益終生！ 還要感謝和我同一設計小組的幾位同學，是你們在我平時設計中和我一起探討問題，并指出我設計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。 參考文獻 [1] 郭世永,儀蕾,張生,等,汽車電動座椅水平調(diào)節(jié)自動控制的仿真研究.青島理工大學學報,2007,03. 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Ergonomics, v 48, n 9, Jul 15, 2005, p 1183-1199. 附錄Ⅰ 現(xiàn)代轎車已經(jīng)不是一個單純的運載工具，它已經(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承裝置，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駛者提供便于操縱、舒適、安全和不易疲勞的駕駛座位。座椅設計時應同時滿足以下五點基本要求： 一、座椅的合理布置； 二、座椅外形要符合人體生理功能； 三、座椅應具有調(diào)節(jié)機構(gòu)； 四、座椅有良好的振動特性； 五、座椅必須十分安全可靠； 座椅安裝位置的尺寸是很重要的，它直接影響到使用者的便利性和舒適性。座椅布置要體現(xiàn)出人體工程學的要求。駕駛座椅是最關鍵的座椅。它的基本要求是布置合理，操縱方便，即乘坐時駕駛者對方向盤、操縱桿和踏板的良好可及性。由于歐美和亞洲人身材的差異，一些國家汽車的座位十分寬闊，一些國家汽車的座位相對狹小。由于同一地區(qū)的人群，也有男性和女性的差異，高大和矮小的差異，駕駛座椅必須要有調(diào)節(jié)機構(gòu)，以適應大部分人的身材?！按蟛糠秩恕边@個概念，轎車設計師采用一種二維的人體樣板，它根據(jù)高度將總?cè)巳簞澐譃椴煌娜航M： 5%(所有駕駛者中的5%身材較矮小或等于這尺寸，其余95%身材較高大）； 95%(所有駕駛者中的95%身材較矮小或等于這尺寸，其余5%身材較高大）。 汽車工業(yè)中所應用的總范圍在5%和95%之間，也就是包括了90%人群。例如設計可調(diào)節(jié)座椅與踏板之間的距離，適應盡可能多的駕駛者身材，在這里一般取5%的女性及95%男性人體樣板。 駕駛座椅對方向盤、操縱桿和踏板的可及性決定了人體乘坐的姿勢，姿勢是由座椅的安排位置和形狀設計所決定的。駕駛者乘坐姿勢不理想就容易疲勞甚至引起勞損。因此，日本及歐美各大車廠設計駕駛座椅位置都有基本姿勢、頭部、肩部、手臂、腹部、腿部等活動空間的參考數(shù)據(jù)，不能隨心所欲。 轎車座椅由座墊、靠背、側(cè)背支撐、頭枕等組成，它們具有一定的表面形狀，座面和靠背的外形曲線應與人體放松狀態(tài)下的背部曲線相吻合，乘員入座后座椅的表面形狀與體壓分布能使乘員的肌肉處于最放松的狀態(tài)，能支撐到腰椎部位，不會因血液循環(huán)不良而引起肢體麻木，長時間乘坐不易感到疲勞。通過對座椅的前后上下、靠背的傾斜角度、頭枕前后上下等位置的有限調(diào)節(jié)，可以使大部分人處于舒適狀態(tài)。 座椅的彈簧性能是構(gòu)成座椅振動特性的關鍵。試驗證明，車輛行駛時盡管地板振動大，但由于座椅彈簧的作用，仍有可能在座椅上獲得良好的舒適性，如果彈簧性能不好，則汽車的舒適感會比較差。目前多數(shù)座墊采用整體泡沫尿烷緩沖墊，它用螺旋彈簧或者S形彈簧埋于泡沫尿烷之中而成，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低、無噪聲的優(yōu)點。 對于轎車低靠背座椅而言，頭枕是座椅上一個附件。隨著車速的增加，它對人身安全日益重要。汽車一旦發(fā)生追尾碰撞，汽車受后面沖擊力作用瞬間急速向前，由于慣性作用乘員的頭部卻會突然向后仰，頸椎承受到很大的加速度力而容易傷害。有了頭枕承托，減少頭部自由移動的空間就可以降低對頸椎的沖擊力。1998年 Volvo（富豪）轎車裝配的WHIPS(頭頸部保護系統(tǒng))當追尾發(fā)生時可令靠背頭枕與駕乘者同時后移，有效避免頸椎傷害。 目前轎車座椅已與安全帶、安全氣囊一起構(gòu)成對乘員的安全防護。轎車座椅本身的堅固程度、對車身連接的可靠性、靠背的強度都有行業(yè)規(guī)定和試驗標準，不是隨便做一個安裝上去就行的。 隨著現(xiàn)代技術發(fā)展，轎車的座椅有裝配氣動裝置的，氣壓由發(fā)動機艙的氣泵提供，座椅靠背內(nèi)分別有4個氣壓腔，實現(xiàn)對腰椎部的保護。有靠背分成上下兩部分，角度可以分別調(diào)整以使腰部和肩部同時緊貼靠背，起到安全保護作用。有在靠背內(nèi)裝一個由電腦控制的電子振蕩器，還有按摩保健作用。 附錄Ⅱ Modern cars is not a simple means of delivery, it is already "people, cars and the environment," the combination. As a car seat directly support the user's device, the car has no small importance of the components. The main function of car seats for the driver to provide ease of manipulation, comfortable, safe and easy fatigue of the driver seat. Seat design should also meet the following fi