车用座椅调角器核心件的研究

吴昌明，杨　涛，刘武周，孙付春

(1.成都大学 机械工程学院，四川 成都　610106；2.内江职业技术学院 电气电子工程系，四川 内江　641000)

0　引　言

汽车座椅的人机工程学设计是影响汽车操纵性和舒适性的重要因素之一，而座椅调角器作为汽车座椅靠背角度的调节部件，是满足不同乘客乘坐差异化的关键部件.车用座椅依靠调角器来调节靠背与坐垫之间的夹角，从而适应乘客的坐姿，满足其舒适性与可靠性的要求.调角器的核心部件就是少齿差行星齿轮轮系结构，目前少齿差行星轮系车用座椅调角器核心件的设计和制造过程仍然存在一些不足，如两传动齿轮的啮合问题以及锁止机构卡滞与卡死等情况[1-3].本研究分析了车用自动座椅调角器控制和调节原理，对其核心件进行理论分析与计算验证，并对行星轮系在啮合过程中出现的卡滞、卡死现象提出合理的建议，从而达到提高其传动效率和传动寿命的目的.

1　调角器核心件的总体结构

汽车座椅调角器是实现汽车座椅靠背的仰卧和折叠运动的装置，在座椅上成对使用，能够实现单边锁止或者双边锁止.调角器的主要受力部位是内齿轮和外齿轮，所以在设计调角器相关部件时，对于齿形轮廓度和齿面的质量有较高的要求，通常采用精密的冲压技术[4].车用座椅调角器核心件采用内啮合齿轮传动的方式，主要由外啮合齿轮、内啮合齿轮、偏心盘、锁止滑块与中心轮等部件组成少齿差行星轮系，其结构紧凑而简单.通过合理选择内外齿轮的变位系数与偏心盘的中心距，以此来调整齿轮之间啮合角，使重合度达到最合理的状态，确保内外齿轮在啮合传动的过程中则不会出现干涉、卡死等现象.车用座椅调角器核心件总体结构如图1所示.

图1车用座椅调角器核心件总体结构

2　原理分析

2.1　齿轮啮合传动

少齿差行星齿轮系车用座椅调角器核心件采用内外齿轮啮合传动的方式(见图2).啮合过程中，首先通过传动机构输入动力带动内齿轮的中心外圆与外齿轮内孔形成滑槽里的偏心盘转动.偏心盘强行转动产生圆周运动的过程中，会对内齿轮中心外圆产生一个径向的推力，当偏心盘在滑槽里做逆时针旋转运动，此时举升力在克服外力施加在内齿轮上合力的同时，产生了垂直向上的运动趋势，在水平方向上的分力也使得内齿轮产生向左的运动趋势[5-7].两个方向运动趋势的合成就是内齿轮相对于外齿轮中心作以半径为中心距距离的圆周运动，同时因为两轴线相对位置的被迫改变，固定齿轮轮齿将给活动内齿轮一个推力，相应地产生一个扭矩，迫使内齿轮绕外齿轮做啮合运动.

图2内外齿轮啮合机构简图

2.2　传动比

因行星轮系可以获得较大的传动比，车用座椅调角器核心件是采用少齿差行星齿轮系传动，其传动简图如图3所示.

H为系杆架；C为固定行星轮(外齿轮)；B为行星轮(内齿轮)

图3少齿差行星齿轮系传动简图

由图3可知，外齿轮齿数为ZC，内齿轮齿数为ZB，少齿差行星齿轮系输出构件的传动比为，

(1)

2.3　自锁机构

少齿差行星齿轮车用座椅调角器核心件需要在调节范围内，实现座椅靠背角度的连续性调节，同时当调节到乘客舒适与安全的支撑角度时，能够可靠地自锁.常见的自锁机构为偏心盘锁止滑块机构如图4所示，其工作原理为：在偏心盘凹槽部分嵌有活动锁止滑块，当座椅的靠背受力产生旋转的趋势时，其齿轮上空心定位凸台施加给锁止滑块的推力总是径向推力而偏心盘同时与内齿轮中心外圆和外齿轮内孔相接触，由于其在径向方向产生的摩擦力大小相等、方向相反，因此锁止滑块在切线方向上没有摩擦力和力矩，这样就不能使滑块在圆周上转动，以达到锁定偏心盘转动的效果.

图4偏心盘锁止滑块机构示意图

3　实例分析

3.1　重合度εa的验算

重合度是衡量齿轮副的传动连续性、平稳性及传递载荷均匀性的重要度量指标.影响重合度的因素有齿顶高系数、齿数、压力角，一般增大齿顶高系数可以显著提高齿轮副的重合度，但是会造成齿顶厚变小、齿顶变尖，从而导致靠近齿顶的部位发生崩塌.增加齿数能使重合度增加，但会使齿轮传动的体积增大.减小齿轮的压力角可以增大重合度和齿厚，也能减小齿轮变尖的可能，但是为了减小弯曲和接触应力、提高齿轮传动的强度，需要尽量选择较大的压力角.为了保证齿轮的连续传动，提高齿轮副的传递效率，必须对其重合度进行验算，选择合理的参数[8].

=27.13 °

(2)

=19.35 °

(3)

=1.0567

(4)

3.2　齿廓重叠干涉条件的验算

齿轮啮合传动中，啮合终了的小齿轮齿顶在退出齿圈齿槽时会与内齿轮的齿顶发生重叠干涉，为了避免重叠干涉的发生需要进行计算验证.

=27.7177

(5)

=26.8911

(6)

=2.36

(7)

=2.33

(8)

GS=zC(invαaC+δC)-zB(invαaB+δB)+

(zB-zC)invαω

=0.045

(9)

为了防止齿轮干涉现象的产生，需要保证内外啮合齿轮的重合度εa>1，齿廓重叠干涉指标GS与理想状态值[GS]=0.05 mm相接近.由式(2)～式(9)的计算可知，该车用少齿差行星齿轮系座椅调节器核心件满足此要求，不会出现干涉、卡死等现象.

4　结　语

本研究分析了少齿差行星齿轮系车用座椅调角器核心件的结构，采用内啮合传动方式，结构紧凑、传动效率高并且可以实现无极调节，同时该结构设计有锁止机构，能够灵活实现锁定与调节功能.通过实例分析验算了少齿差行星齿轮系啮合传动重合度与重叠干涉系数，确定其不产生干涉的条件，为进一步设计与优化少齿差行星齿轮系车用座椅调角器核心件打下了基础.