1、毕业设计轻型货车驾驶员座椅结构设计说明书摘 要轻型货车座椅是轻型货车车身的重要部件。其舒适性在车辆的个性化设计中非常重要，同时也是保障车辆安全性能的一部分。本文根据人们对轻型货车座椅的要求，研究了人的坐姿生理和心理特性，研究了人与座椅的人机关系，在这一基础上，结合我国对汽车座椅的设计和使用，以人机工程学、人体测量学和汽车设计等学科的理论为依据，对轻型货车驾驶座椅进行了综合研究，其中座椅骨架以及各部分调整机构进行了比较详尽的设计，对前后调节机构和高度调节机构的工作原理有明确的说明。至于头枕、蒙皮以及减震机构等部件只进行简单的设计介绍，其中有许多的不足，将在以后的工作和学习中进行重点的研究。关键词
2、：人机工程学、汽车座椅、调节机构、舒适性AbstractLight goods vehicle seat is an important body parts. Their comfort in the vehicle design personality is very important to protect the safety of vehicles is also part of the performance. Based on the requirements of a light goods vehicle seat to study the people sitting in
3、 the physiological and psychological characteristics, were studied and the seat of the man-machine relationship, in this based on the combination of Chinas car seat design and use, to ergonomics, anthropometry and disciplines such as automotive design theory, LGV driving seat of a comprehensive stud
4、y, in which the various parts of the seat frame, and adjust the body are compared in detail the design, before and after adjustment for body and a high degree of regulation of agencies have a clear description of the principle. As head, skin and other body parts as well as the damping is only design
5、ed to introduce simple, many of which are the lack of work in the future and learning to focus on research.Key words：ergonomics, car seat, regulating agencies, comfort第1章 绪论本毕业设计的研究内容和意义本课题研究的内容本课题的主要任务是根据驾驶员的操纵稳定性、安全性、舒适性与座椅的动静态特性分析，对轻型货车的驾驶员座椅进行结构设计，运用CATIA绘图软件进行三维实体造型设计，通过查阅相关资料，根据人机工程学原理，结合驾驶员的操
6、纵稳定性、安性与舒适性，确定了汽车座椅的结构尺寸结合国内和国际标准，对所设计的轻型货车座椅靠背部分进行静强度受力分析。本课题研究的意义汽车是二十世纪最显著的人文标志之一，它改变了人们的生活方式以及时空和价值观念，为人类社会的物质财富和精神文明做出了巨大贡献。汽车座椅是汽车车身的重要部件，一般由座垫及其骨架、靠背及其骨架、头枕，以及相应的导向、调节机构等基本部分组成。汽车座椅系统是用来在车内给驾乘者支撑，并在保证方便进出和驾驶操作的前提下提供驾乘者有效的约束。汽车座椅系统应该提供驾乘者预期的可调节性和长途驾驶的舒适感。在车门关闭状态、在座椅整个调节行程内，座椅系统的操作应该适于所有体形驾乘者进行
7、直观的调控操作。同时汽车座椅也是保障车辆安全性能的一部分。汽车座椅设计的合理性及其质量直接影响到乘员的安全性和舒适性。希望通过本次毕业设计的研究可以对轻型货车座椅的以后发展有一点帮助，使其在操纵稳定性、安全性、舒适性等方面得到一定得提高，更能符合现在人们对它的要求，使其今后的发展方向更宽广，为汽车行业的发展尽自己的一份力量。轻型货车座椅的功用及设计要求轻型货车座椅的功用轻型货车座椅是轻型货车车身的重要部件，其主要功用是： 1).用来在车内给驾乘者支撑，通过主要的支撑点支撑整个人体，使驾乘者在车辆行驶过程中能够保证稳定性；2).在车辆发生碰撞时能够保证驾驶员的安全，汽车座椅的强度直接影响到驾驶员
8、的生命安全。汽车座椅强度符合国家标准可以有效的保护驾驶员的安全；3).给驾驶员提供舒适的驾驶环境，特别是在长途驾驶过程中，减少驾驶员的疲劳感；4).通过调节座椅得到合适的座椅位置可以使驾驶员更方便的驾驶车辆，使视野更加广阔。轻型货车座椅的设计要求轻型货车座椅设计原则的基本依据是：1).安全设计时首先要绝对保证驾乘者的安全，这就要求座椅的骨架及各机构要有足够的强度，应能满足强度(安全)要求和使用要求，在发生碰撞时，座椅不会或可以减轻对乘坐者造成伤害，并能起到一定的保护作用。2).操纵方便设计的座椅还需操纵方便，调整手柄和按钮的布置必须在驾乘者伸手可及切符合轻型货车车内布置要求的位置，并符合常人的
9、习惯且操纵力量适中，便于驾乘者对座椅的前后上下、靠背的倾斜角度、头枕的前后上下等进行调节。3).乘坐舒适设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体压分布并使其肌肉松弛；并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。满足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。4).结构成本在可以保证使用性能的前提下，尽量采用简单的结构、经济的材料，以达到降低整体质量并降低成本的目的。轻型货车的座椅结构汽车座椅伴随着汽车的诞生而出现已经有一百多年，随着汽车的发展和人们精神需求的不断提高，汽车座椅已不是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到安全性和舒适性，集人机工程学、汽车设计等为一体的汽车车身
10、的重要部件。轻型货车座椅一般由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等组成（如图1.1所示），汽车座椅骨架是汽车座椅的基础结构，可分为靠背骨架、座垫骨架和调节装置三个部分。图1.1轻型货车驾驶员座椅简图CATIA软件CATIA软件简介 CATIA是由CAD/CAM软件排名第一的法国著名飞机制造公司Dassau1t开发并由IBM公司负责销售的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统，CATIA起源于航空工业，其最大的标志客户即美国波音公司，波音公司通过CATIA建立起了一整套无纸飞机生产系统，在飞机CAD/CAM中全面使用计算机技术，使Boeing777成为“无纸飞机”，取得了重大的成功。 CAT
11、IA是由法国Dassault公司开发的大型CAD/CAM应用软件，后被美国的IBM公司收购。该软件运行于IBM的工作站上，驱动系统为VM/CMS。与UG、EUCLID相比，该软件在曲面造型方面具有独特的优势，因而广泛应用于航天、汽车等行业的复杂曲面造型设计中。汽车产品设计中很大部分零部件是由一系列复杂的空间曲面构成的，这些曲面是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，这种连接既要满足零件功能、结构的要求，又要光滑过渡，达到平顺、和谐的效果。CATIA软件的曲面造型技术为这类零部件的设计提供了先进、方便、快捷的手段，使汽车的设计更趋完美，设计周期越来越短，极大地提高了汽车开发效率。CATIA 提供了完
12、备的设计能力：从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段，从单个零件的设计到最终电子样机的建立；同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计，工程分析及仿真，数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起，为用户提供严密的无纸工作环境，特别是CATIA中的针对汽车、摩托车业的专用模块,使CATIA拥有了最宽广的专业覆盖面，从而帮助客户达到缩短设计生产周期、提高产品质量及降低费用的目的。CATIA软件在本设计中的应用CATIA软件在本次毕业设计中得到大量的应用。在绘制零件图、装配图、绘制复杂的曲面以及靠背骨架静
13、强度分析等内容里都有应用，CATIA软件是一款非常好的软件，在这里要感谢这款软件在本次设计中对本人的巨大帮助。第2章 座椅的方案设计座椅的功能设计座椅的功能设计 1)座垫：座垫设计主要是座垫深度和坐垫倾角的确定。座垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。座垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；座垫深度过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适。因此，座垫的深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400480mm。座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为210。本设计座垫的深度取460mm，座垫的倾角取7。2)座椅骨架：通常所指的座椅强度
14、其实就是座椅骨架的强度，它属于汽车整车强制认证检测项目之一，应符合GB15083-1994汽车座椅系统强度要求及实验方法的规定。靠背骨架是一个关键的结构件，在载荷传递路线中它把载荷传递给调角器，并最终传至地板，它直接关系到座椅的总体稳定性。在前撞、侧撞尤其是后撞情况下，靠背骨架在撞击能量处理方面起到关键的乘员保护作用。座垫骨架通过调角器与靠背连接，靠背受到的载荷通过调角器传至坐垫再传到地板。此外，坐垫骨架还需承受以下载荷：乘客的静载荷，乘客下潜载荷(即制动时乘客向前滑行的载荷)，乘客在座垫上运动产生的疲劳载荷。材质方面，出于技术成本和结构强度考虑，本设计座椅骨架由钢质材料焊接而成。3)头枕：头
15、枕是为提高汽车乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置，其主要作用是保障安全，一旦汽车发生追尾碰撞，颈椎会承受到很大的加速度而容易伤害。头枕的承托，可以减少头部自由移动的空间，降低对颈椎的冲击力，起到避免或减轻乘员颈部受伤的作用。按照国家标准GB11550-1995汽车座椅头枕性能要求和试验方法，汽车座椅头枕属汽车整车强制认证检测项目之一，汽车前排座椅应装有头枕。头枕正确的安装位置十分重要，应安装在至少与耳朵上缘平齐的地方，后脑与头枕间的距离最好不要超过10cm。4). 靠背：靠背的设计主要指强度设计和造型设计，其中强度设计详细参见座椅骨架部分。靠背造型设计时应使靠背的高度、形状符合人体曲线，使
16、背部肌肉处于放松状态，并能给背部、肩部有效可靠的支撑，使驾驶员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。不同的靠背倾角会导致不同的椎间盘内压力及背部肌肉负荷，所以设计时应考虑合理的靠背倾角。为了提高舒适性，满足司乘人员休息时的需求，靠背倾角应为可调式。本设计靠背倾角调节范围为100-115。人机工程学在本设计的应用汽车座椅对舒适性影响很大，世界各国有关专家在设计和研究开发座椅时，都运用人机工程学原理，充分考虑人体尺寸，人体重量，乘座姿态和体压等因素.比如，在欧洲男性驾驶员的身高指数为176cm，美国为189一 193cm，而女性驾驶员在这些国家中平均身高为153一 1
17、58cm，这些数字可作为座椅设计的重要依据，保证人体在座椅上有良好的操作姿态和体息姿态。从生理学角度出发，站立的人从裸关节，膝关节到臀部都有一些肌肉处于静态受力状态，一旦坐下，就解除了这部分肌肉负荷，从而降低了人的耗能，减轻了血液负担.因而在座椅设计中就要考虑到这些问题。根据人机工程学理论，首先腰锥承受人的上体全部质量，同时承受因人体运动的弯腰等活动，致使腰曲超出正常脊柱生理弧型而产生腰曲变形.因此，腰椎部分最易受到损伤，腰曲变形严重.为了使坐姿下的腰曲变形最小，汽车座椅靠背应提供两点支承.第一支承位于第5、 6胸椎之间，形成肩靠.它的高度相当于肩脚骨高度.肩脚骨而积大，可承受较大的压力.第二
18、支承设置在4、 5腰椎之间的高度上，形成腰垫.在座椅设计时，要使乘坐人员有腰椎依托感、贴和感和侧向稳定感.其次，驾驶员坐在汽车座椅座垫上，长时间乘座会造成不舒适感，在造成这种不舒适感前，臀部所受的压力是不同的.坐骨粗壮，能承受比其周围肌肉更大的压力，大腿底部有大血管和神经系统，压力过大会影响血液循环和神经传导而感到不适.所以坐垫上的压力应按照 图2.1座椅人体压力分布曲线应按照臀部不同部位不同压力的原则来分布，即坐骨处压力最大，同四周逐渐减小，至大腿部位时压力降全最低植.这就是坐垫设计的压力分布小均匀原则.理想的座椅坐垫体压分布曲线见图2.1.(图中的封闭曲线为等压力线，数字的压力单位102P
19、a)，这种情况使得座椅要有振动弹性。在生物学中，当我们坐着时，人的身体由脊椎、胯骨、腿和脚支撑。主要用来支撑人体重量的关节为胯骨和腰椎，腰椎的第三、第四腰椎为整个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。坐姿时，尾椎将受到压力而往前弯，有缓冲震荡的作用。坐骨构成了胯骨最下方的部位，其后下方的坐骨结节为L字母形状，当我们坐着的时候，此处往下顶住来支撑身体的重量。长期的姿势不良、受伤或者疾病，伤害就会发生在脊椎弯曲的地方，如胸弯过分弯曲就会造成圆肩或驼背;腰部脊椎过分弯曲，会造成脊椎的侧弯或是脊椎的前凸症、后凸症。 坐姿是人体较自然的姿势，也是进行各种操作经常采用的姿势。座椅与
20、人们的生活息息相关，无论是工作、学习、出门旅行、在家休息都离不开座椅。人的坐姿是个相当复杂的问题，虽然座椅伴随人类的生活己经有几千年的历史了，但是关于座椅的设计问题至今仍然是值得研究的课题。座面上的臀部压力分布应是：在坐骨结节处最大, 由此向外,压力逐渐减小,直至与座面前缘接触的大腿下部,压力为最小。不同用途的座椅, 两点支承的作用不一样。休息用的座椅, 体、腿夹角较大 ( 舒适角度约为 115), 坐着时身体向后倾斜, 只要肩胛部分支承稳靠, 没有腰靠也能得到舒适的坐姿, 因此是以肩靠起主要作用。人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，坐姿的体压分布是影响乘坐舒适性的重要因素。人就坐时，
21、身体重量的大部分(约80% )经过臀部、背部隆起部分及其附着的肌肉压在坐椅面上。但是，不论什么座面，保持一种固定的坐姿时间过长，臀部细血管内参加循环的血液量就会减少，控制身体下部生理机能的功能将会下降，这种持续的复合作用在肌肉上会引起挤压疲劳。只有不断地活动身体才能使身体的各个部分延迟疲劳的到来，对于腰肌也是这样，尽管不同的坐姿对腰椎弯曲形状的影响不同，有的小些有的大些，但是不论哪种姿势，长时间采取一种坐姿总会产生静力疲劳。因此，任何一种座椅在设计时都应考虑变换坐姿的可能性。一般操作用座椅, 由于操作的要求, 身体需要略向前倾,肩胛骨部分几乎接触不到靠背, 因此,只有腰靠起支承作用, 一般无需
22、设置肩靠。腰靠支承是使背疼和疲劳减到最轻的主要措施。腿的主动脉紧靠着大腿下表面和膝盖的后面, 在这个部位上，任何持续的压力都会给人造成极端的不舒适和肿胀感觉。借助于适当减短座深、把座垫前缘修圆和采用较软的泡沫塑料座垫等措施可防止发生这种情况。正确的坐姿应当是支持脊柱使之逼近这一自然弯曲弧形。座椅的设计必须有可能让人经常地改变自己的姿势和位置，以便减轻压力和活动伸展各部分肌肉。座垫表面的各个边缘应当稍稍向上倾斜，以便阻止臀部向边缘滑动而使操作者能够坐稳。靠背与座垫之间的夹角应当为 95左右，至少是90，以避免因骨盆向前歪斜而弯腰，造成肌肉紧张和受束缚。概括起来，舒适的坐态生理，应保证腰曲弧形处于
23、正常自然状态，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液正常循环。因此，最舒适的坐姿，是臀部稍离靠背向前移，使上体略向后倾斜，保持体腿夹角在 90115之间，小腿向前伸，大腿与小腿、小腿与脚面之间也有合适的夹角。（如图2.2所示）图2.2 舒适坐姿的关节角度 10120；15235；80390；904115；1005120；85695工作座椅是供坐姿工作人员使用的一种由支架、腰靠、座面等构件组成的坐具。座位空间及座椅的尺寸设计应保证适应人体舒适坐姿的生理特征, 提供实现舒适坐态的支承条件。工作座椅设计的主要准则: 1). 人体躯干的重量应由坐骨、臀部及脊椎按适当比例分别支承,
24、其主要部分应由坐骨结节承担。 2). 人体上身应保持稳定。 3). 人体腰椎下部(第 4 5 节腰椎之间)应有适当的腰靠支承。 4). 座面的高度应确保大腿的肌肉和血管不受压迫。 5). 坐者应能方便、自如地变换姿势而不致滑脱。 6). 座椅的位置和尺寸应与工作台、显示装置、操纵装置相配合，以提高操作者的操作舒适性和方便性。对工作座椅设计的基本要求 1).工作座椅的结构型式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应, 应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。 2).工作座椅的座高和腰靠高必须是可调节的。座高调节范围在 GB 10000-88 中 “小腿加足高” ,
25、女性(18 55岁) 第 5 百分位到男性 (18 60岁) 第 95百分位数, 即 360 480 mm 之间。工作座椅座面高度的调节方式可以是无级的或间隔 20 mm 为一档的有级调节。工作座椅腰靠高度的调节方式为165 210 mm 间的无级调节。 3).工作座椅可调节部分的结构, 必须易于调节, 保证调节好的位置在座椅使用过程中不会改变或松动。 4).工作座椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边, 各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部分。 5).操作者无论坐在座椅前部、中部还是往后靠, 工作座椅座面和腰靠结构均应使坐者感到安全、舒适。 6).工作座椅腰靠结构应具有一定的弹性和
26、足够的刚性。在座椅固定不动的情况下, 腰靠承受 250 N 的水平方向作用力时, 腰靠倾角 不得超过 115 。7).工作座椅一般不设扶手, 需设扶手的座椅必须保证 操作人员作业活动的安全性。 8).工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。座垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材料制造。工作座椅的结构和主要参数，工作座椅的主要参数的取值范围列于表 2-1，表中所列参数, 已经考虑了操作者穿鞋和着冬装的因素。人在坐姿状态下，体重作用在座面和靠背上的压力分布称为坐态体压分布，它与坐姿及座椅的结构密切相关，对于体压的研究是目前人们对座椅进行研究的主要方法和参数。体压
27、分布的测量一般采用等高线的形式反映压力分布状况。（如图2.3所示）表2-1 工作座椅的主要参数参数数值测量要点座高mm360-480在座面上压以60kg，直径350mm的半球状重物时测量座宽mm370-420在座椅转动轴与座面的交点处或座面深度方向二分之一处测量座深mm360-390在腰靠g=210mm处测量，测量时为非受力状态腰靠长mm320-340腰靠宽mm200-300腰靠厚mm30-50腰靠上通过直径400mm的半球状物施以250N的力时测量腰靠高mm165-210腰靠圆弧半径mm400-700座面倾角（）0-5腰靠倾角（）95-115 （a）靠背 (b)座垫图2.3人体在靠背和座垫上
28、最适宜的体压分布就座者的骨盆可以比喻为倒立的锥体，与椅面接触的主要是臀部两块薄肌肉层下的坐骨。人体大约75%的重量需由骨盆下两块面积为25cm2左右的坐骨支点 (薄肌肉层支承)承受。由坐骨向外，压力逐渐减少。为了减少臀部下部的压力，座面一般应设计成软垫，其柔软程度以使坐骨出支承人体的60%左右的重量为宜，采用软性坐垫，增大臀部与座面的接触面积，就改善了这种压力集中的现象，使整个臀部均承担体重的压力，减缓坐骨下支点处的疲劳，从而可以延长就座时间。但是，不论什么座面，保持一种固定的坐姿时间过长，臀部细血管内参加循环的血液量就会减少，控制身体下部生理机能的功能将会下降，这种持续的复合作用在肌肉上会引
29、起挤压疲劳。只有不断地活动身体才能使身体的各个部分延迟疲劳的到来，对于腰肌也是这样，尽管不同的坐姿对腰椎弯曲形状的影响不同，有的小些有的大些，但是不论哪种姿势，长时间采取一种坐姿总会产生静力疲劳。因此，任何一种座椅在设计时都应考虑变换坐姿的可能性。 人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，坐姿的体压分布是影响乘坐舒适性的重要因素。人就坐时，身体重量的大部分(约80% )经过臀部、背部隆起部分及其附着的肌肉压在坐椅面上。图2.4为座椅各部位的受力分布。图2.4座椅各部位的受力分布尺寸控制根据R点”即“乘坐基准点”指制造厂规定的设计H点，该点：1).确定了由制造厂规定的座椅每个设计乘座位置的最
30、后面的正常驾驶和乘座位置，它考虑了所有的座椅可能调节状态(水平、垂直及倾斜)。2).具有相对于所设计的车辆的结构建立的座标。3).模拟人体躯干和大腿铰接中心位置。4).做为安放二维人体样板的参考点。头枕：对于前排座椅其高度不应低于900mm对于其它各排座椅不应低于800mm，头枕的外形宽度以座椅中心面为对称面，左右各应宽85mm以上。椅面高度：椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。GB10000-88女（18-55）第五百分位男（18-60）95百分位，小腿加足高342448GB14774 360-480GB/T 12552 90 货车驾驶员操作位置尺寸 350-490选定370-47
31、0mm椅面宽度： GB10000-88女（18-55）第五百分位男（18-60）95百分位，坐姿臀宽310-365GB14774 370-420（推荐400）选定550椅面深度：指椅面前缘至靠背前面水平距离。GB10000-88女（18-55）第五百分位男（18-60）95百分位坐深401-494GB14774 360-390（推荐380）深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400480mm。选定500靠背高度及宽度：高度GB10000-88女（18-55）第五百分位男（18-60）95百分位 坐姿颈椎点高579-701选定630宽度GB10000-88女（18-55）第五百分位男（18-60）95百分位 最大肩宽368-469GB14774 宽度320-340（推荐330）选定550靠背倾角：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。GB14774 95-115调节范围为100-115。椅面倾角：指椅面与水平之间的夹角。GB14774 0-5（推荐3-4）座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为210选定 7综上所述，确定尺寸控制图（如图2.5所示）。 图2.5 轻型货车尺寸控制图第3章 轻型货车驾驶员座椅骨架结构设计 轻型货车驾驶员座椅调节机构的结构设计和计算
