汽车座椅高调机构转动副间隙设计

2018-06-25韦乐侠杨迪新

装备制造技术 2018年4期

韦乐侠，杨迪新，康勇

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州 545007）

为了给驾乘人员提供更舒适驾、乘车环境，汽车座椅采用了高度调整结构。高调机构主要由调高器、连杆机构及底部骨架组成。主要是通过调高器调节座垫骨架的升降来实现座椅高度位置的调整。连杆机构在高调齿轮的驱动下，各连杆绕相应转动副运动，最终使座垫升、降。由于制造误差及装配要求，通常运动副含有一定的间隙，间隙往往使实际机构与理想机构的运动发生偏离，从而降低机构运动的精度[1，2]。当乘坐人员坐上座椅时，高调机构在其重力作用下，因转动副发生间隙补偿位移，导致座垫出现非调节性下沉现象。受坐垫海绵影响，较小的下沉乘坐人员不易感知，当下沉量变大到一定程度时乘坐人员有明显感知。

可感知的下沉现象会导致用户的抱怨，而降低下沉现象需要减少转动副间隙，从而增加了各连接件加工精度，并加大了装配难度。如何解决这一矛盾，尚未有对此类问题的研究，本文应用ADAMS计算转动副配合间隙与座椅下沉位移的关系，并通过试验验证及主观评价，确定无下沉感知状态下的较大位移值，进而确定无下沉感知状态下转动副间隙量。然后根据冷镦、冲压等工艺分配满足间隙量要求得产品公差，形成一套确定座椅高调连杆机构运动副相关配合尺寸公差的方法。

1 高调机构因转动副配合间隙导致座椅下沉机理分析

高调机构工作原理：如图1所示，调节手柄带动齿轮1做定轴转动并输出驱动力，齿轮1通过齿轮啮合带动不完全齿轮2绕B副转动，并通过C副带动连杆3，连杆3通过D副驱动摇杆4绕H副转动。同时摇杆4、构件5、摇杆6、机架7组成平行四边形机构，因摇杆4的驱动使机构5平行于机架移动，达到升降的目的[3]。其中转动副B、C、D、F结构如图2所示，因零件制造精度影响，转动轴与构件I的装配间隙为φ1，转动轴与构件II的装配间隙为φ2，那么构件I与构件II可能产生的最大相对位移为φ1+φ2.当齿轮1无施加驱动力，仅在构件5上施加作用力，理想状态高调机构不会产生位移，但因各转动副存在间隙，在受力消除间隙情况下，导致构件5沿受力发生位移，其位移量受各转动副间隙影响。为确定一个较理想的间隙值，既满足质量要求，又不使零件精度过高，采用ADAMS虚拟样机模拟分析结合试验验证的方法进行设计。

图1 传动机构简图

图2 转动副

2 考虑间隙的高调机构仿真分析

2.1 仿真模型建立

将UG中建立的含间隙传动机构的模型导入ADAMS软件中，给所有构件之间添加相应的运动约束，这其中包括了运动副、接触力、负载以及驱动等。其中，移动副采用Translationaljiont定义，不含间隙的旋转运动副使用Revolutejiont定义。对含间隙的旋转运动副使用ADAMS工具箱中提供的Contact工具定义接触副，Contact可以将组成旋转副的两零件之间的转动定义为接触力传递[1]，如图3所示。模拟人坐于座垫的工况，在两侧侧板（构件3）上布置质量为75 kg质点，质点的X坐标与H点的X坐标一致。

图3 仿真模型

2.2 不同间隙方案的仿真与主观评价

仿真计算思路：以较大转动副间隙值为初步设计值，并分析下沉的位移值，然后进行主观评价。如主观评价不合格，缩小转动副间隙，并再次分析验证，如此循环直至主观评价合格。主观评价：通过5人多功能团队按标准操作要求感知座垫下沉现象，4/5判定者基本感知不到下沉现象为合格，否则为不合格。通过4个循环分析与评价（见表1），得出当转动副间隙为0.1 mm时，仿真分析下沉量为2.08 mm时为不可感知下沉，满足设计要求。

表1 仿真分析及主观评价结果

2.2.1 循环1仿真分析

按孔轴配合的间隙公差为0.2 mm，初始位置为销位于孔的中心位置，施加重力加速度，开始运动仿真，出现2.75 mm的跳动（见图4），如果销位于极限位置（销位于孔的底部）时，则将出现5.5 mm的跳动。即最大下沉量为5.5 mm.

图4 最大间隙时下沉量分析

2.2.2 循环4仿真分析

调整孔轴配合的间隙公差为0.1 mm，初始位置为销位于孔的中心位置，加重力加速度，开始运动仿真，出现1.04 mm的跳动（见图5），如果销位于极限位置（销位于孔的底部）时，则将出现2.08 mm的跳动，即最大下沉量为2.08 mm.

图5 最小间隙时下沉量分析

2.3 试验测试

为测量出按测试要求，座椅骨架安装好高调助力扭簧，将座垫调到最上端、中间位置、最下端，座椅滑轨分别滑至前、中、后，施加750 N力后，测量其下沉量。为方便加载和测量，其加载点和测量点都选择在后提升管的中点（见图6），测试结果见表2.其中座垫中间位置和滑轨中间位置的工况与仿真相同，但因实际零件存在弹性变形及其他转动副也有轻微间隙，下沉量为2.94 mm，比仿真值2.08 mm更大，其他工况测量值可供对比参考。