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汽车座椅设计手册 第二册


汽车座椅设计手册
第二册

目录
课程简介——————————————————————1 介绍:复习学习要点—————————————————3 第 1 课:整椅系统——————————————————7 第 2 课:头枕————————————————————21 第 3 课:座椅靠背——————————————————26 第 4 课:紧固件和扭矩控制——————————————37 第 5 课:坐垫————————————————————42 第 6 课:机械机构——————————————————48 第 7 课:发泡和面套—————————————————53 第 8 课:产品评估——————————————————60 第 9 课:制造可行性分析———————————————86 第 10 课:能量控制和座椅系统工程师的职责——————89 附录 A:座椅舒适性设计向导—————————————94 附录 B:座椅装配设计向导——————————————97 附录 C:头枕位置向导————————————————101 附录 D:试验顺序模式————————————————104 附录 E:图纸质量检查表———————————————111

课程简介
在座椅系统设计第一册中,您学习勒 H 点的意义、布局图的重要性和开始设计所需要 的信息, 这些内容对座椅系统第二册的理解非常重要。 在第二册中我们将更加关注于座椅系 统零部件的设计,并从系统的角度来进行设计。 在讨论各种问题如何与制造能力(DFM)和装配能力(DFA)相联系、最终产品又追 溯到了项目早期的概念选择和设计决策的初始阶段的过程中, 您将对座椅设计有一个更加系 统的认识。 这个系统性的观念必须认识到, 一个小零件的设计更改有可能对整个座椅系统产生重大 影响,座椅设计工程师的职责将在设计更改过程中充分体现。

学习目的: 学习目的:
课程结束后,您将能够: ? 描述影响座椅空间和舒适性控制的因素 ? 说明如何处理这些因素以满足设计和性能的要求 ? 能够向客户解释和有效处理问题 ? 描述座椅系统每个零件的设计、制造和装配问题 ? 描述设计开发一个新座椅的步骤,以及如果未按这些步骤进行将产生哪些问题 ? 理解座椅系统工程师的职责

课程设计
本课将详细讲解座椅设计开发过程, 要求您结合实际工作中遇到的问题分析讨论解决方 法。

课程内容
介绍: 介绍:复习学习要点 本课复习座椅系统设计第一册中所讲述的座椅设计过程和影响座椅设 计的因素 第 1 课:整椅 第 1 课详细介绍影响制造过程、 大批量生产和即时供货的因素和在第一 册中介绍过的座椅系统的概念,以及设计中需要考虑的舒适性和 H 点控制 的事项。 第 2 课:头枕 第 2 课介绍客户的期望和头枕设计的主要标准,以及与之相关的制造 性、装配性和头枕杆的一些内容。 第 3 课:座椅靠背骨架 第 3 课介绍座椅靠背骨架中的主要零部件和空间精度要求许多舒适性 和 H 点控制的问题都与靠背骨架的最终形状有关。同时也介绍一些靠背骨 架的制造性和装配性问题。

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第 4 课:紧固件和扭矩控制 第 4 课详细介绍紧固件、紧固件扭矩和摩擦力的重要性,讨论在设计开 发中如何设置扭矩。 第 5 课:坐垫 第 5 课介绍坐垫骨架的用途、功能和一些相关的设计问题,将对两种典 型的坐垫进行优缺点的比较,讨论悬置机构的设计,帮助理解如何既能避 免乘客沉入坐垫,又能保证舒适性。 第 6 课:机械结构 第 6 课讨论单边或双边调角器的特征、特性、空间设计和属性的影响, 这些问题与调节器、锁止机构、面套、坐垫骨架以及整椅的机械结构设计 都有关。 第 7 课:发泡和面套 第 7 课介绍发泡相关的发泡厚度、发泡嵌入度(ILD) 、影响舒适性和 H 点的发泡形状等内容,同时也讨论如何放置吊紧钢丝、双硬度或双密度发 泡和一些能明显改善座椅舒适性的类似硬发泡材料。 第 8 课:产品评估 第 8 课介绍了产品设计过程如何与产品评估相关的。 产品评估的每个阶 段都定义了注意事项和问题清单。产品评估过程的理解包含如何选择合适、 有效的试验方法来证明设计会满足各种规范的要求。批准程序也会介绍。 第 9 课:制造可行性分析 第 9 课复习制造可行性分析,它在前面零部件章节已经介绍过,本课从 制造的观点出发,介绍设计师应该提供什么样的信息帮助制造和装配,同 时也讨论了装配图纸的细节,如何更好的指导供应商制造模具和工厂生产 产品。最后,利用成本向导和以成本为导向的设计理念更好地理解如何保 证项目成本目标。 第 10 课:能量控制和座椅系统工程师的职责 第 10 课讨论能量控制,座椅在受到前向和后向撞击时必须能够吸收能 量。最后,本课讨论了座椅系统工程师必须权衡所有零部件,使其最优化, 保证整个项目的顺利进行。

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介绍: 介绍:复习学习要点
介绍
本课复习座椅系统设计第一册中所讲述的学习要点, 本课的信息包含在第一册中, 这里 是为了帮助您在第二册的学习中更好地一些术语和概念。

目标
本课的学习结束后您将能够: ? 描述第一册中的学习要点 ? 描述第一册中出现的术语

座椅系统理念
首先,我们来回顾一下第一册中的一些重点内容: ? 我们所有的座椅设计都服务于大批量生产,很少又例外,在可预见的将来,也不 会又改变。这一理念对设计的影响非常大,不仅仅是座椅,其它的设计也一样,不同的产量 对应不同的设计结果。1~100 件/年产量的和 1 万件/年产量的设计完全不同,更不同于 10 万 件/年产量的设计。江森自控的座椅设计最小年产量为 6 万件,60 万件/年产量的可被认为相 同的设计。 ? 我们非常推荐及时供货的生产理念,所有的总装厂都实行及时生产,这将深刻影 响我们的设计理念,以下为在及时供货理念引导下的设计要点: 1. 在及时供货工厂没有收货检验,因此无法区分产品的优劣,产品的质量完 全靠供应商来控制。 2. 因为没有检验,需要制作能够防错的装配夹具来进行装配。 3. 设计应该能够防止装配过程中的误操作。 4. 通常情况下的库存不应超过 4 小时。 5. 产品设计工步应该控制在 15~30 秒。 6. 所有的工序的操作应该在同一个方向,尽量避免倾斜、翻转、旋转或者搬 运到一个不舒服的位置,虽然比较困难,但非常重要。 7. 所有操作规范(如扭矩范围、线束走向等)应该容易保证其可靠性和质量。 8. 所有的制造过程必须保证最低的成本。需要协调大批量制造和成本之间的 矛盾问题。

开始座椅系统的设计
设计必须自上而下或者由简单到详细的进行, 没有捷径。 详细设计前必须要有最终方案。 这需要大量的信息输入,如图 1 所示。 设计布局图和输入信息列如原型零件和模具的发放图纸中。 座椅设计布局图将在第一课 中详细讨论。

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产品规范 特殊特性表 原型信息 性能规范

座椅 设计

装配图

零件图 空间图 环境图 STO 线
制造和装配

布局图

H点 控制标准

舒适性 控制标准

造型图
1/4 或 1/5 比例图

可行性

图 1 设计过程

座椅系统设计过程
在第一册中我们从产品的概念出发介绍了座椅系统设计的过程, 在图 2 中增加了一些将 要在设计布局图过程中讨论的细节内容。

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决定功能和用途
把信息集中在 ——环境图和 空间图 ——基准数据 ——合理数据 ——经验教训 ——客户目标 ——可靠性数据

确定规范
——建立性能规范 ——选择实现规范的系统知识 ——布局系统

与客户协商
使用同步开发小组 的输入和可行性信 息与客户协商更改 规范

模型设计

——选择系统零件 ——决定系统特殊特性 ——在模型中布局零件

同步开发小组输入

——确定 H 点控制 ——重点分析 ——有限元分析

分析零件

设计零件

更改金属件和发泡零件以满足客户 要求

—同步开发小组输入 —成本和重量估计



设计是否能够 满足要求?



发放原型零件图纸 根据图纸规范检查原型零件的 性能: 性能:如有必要重新定义 原型装配 设计验证试验 试验结果说明 文件汇编及法规信息

座椅系统设计过程( 图 2 座椅系统设计过程(续)

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传载路径
在以前的课程中我们学到过, 任何载荷作用在座椅的任何位置, 将最终被传递到汽车的 底板上, 如图 3 所示, 在传载路径上的座椅骨架的每个零件都必须有足够的强度来承受这些 载荷。 全球工作小组建立了座椅承载模式,所有的载荷、偏差、压强由座椅结构中不同的零件 (靠背骨架、调角器、调节器、头枕杆、有时的座垫骨架)传递到底板。同样,底板也需要 足够的强度来承担载荷。

图 3 传载路径示意图

H 点控制和舒适性控制 点控制和舒适性控制
座椅设计过程中,H 点控制、舒适性控制和外观可能是最值得关注的事情了,对客户来 说这些是最重要的问题,工程师需要投入主要精力来关注这些问题。 一个成功的工程师应该能够平衡所有各方面的要求, 而不把某个要求压缩到非常小的空 间。一个良好的设计也总是能够融合各种冲突和要求。 以前的课程中介绍过舒适性的两个种类, 静态和动态。 静态舒适性处理座椅系统和车身 的干涉问题。动态舒适性将在本册中详细讨论,它是来处理车身对座椅系统的影响的。

小结
本课我们复习了座椅系统第一册的学习要点,这些学习要点是: ? 大批量生产和及时供货对座椅系统设计的影响 ? 座椅系统设计的过程 ? 座椅系统的传载路径 ? H 点控制、舒适性控制和外观的重要性 现在您对以上要点有了更深的了解, 在以后的课程里将会更加详细地讨论座椅系统的设 计过程。

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第 1 课:整椅
介绍
本课进一步介绍设计过程中应该注意的事项,以及为满足各种顾客需求而进行的 H 点 控制和方便舒适操作环境的设计。 1 课将确保您在学习零件设计前对整椅系统有一个形象 第 的了解。

目标
完成第 1 课的学习后您将能够: ? 选择最终概念时需要考虑的事项 ? 解释无骨架零件对座椅舒适性和独立性的作用 ? 列表说明影响假人离去点设置的因素 ? 讨论能够调整乘客出入问题的设计因素 ? 解释放错调角器转轴点的后果 ? 讨论座椅控制人机工程的重要意义 ? 讨论脚跟点、H 点、坐垫角度和坐垫长度对座椅舒适性的影响 ? 讨论成功设计一个座椅的七个注意事项 ? 解释能够影响 H 点的零部件 ? 讨论使用悬置装置代替全发泡来控制 H 点的相关问题 ? 解释假人相对于中垫和侧翼位置的重要性

开始座椅设计
座椅的设计必须由外部输入开始, 系统的要求必须首先锁定, 然后定义系统内部各零件 的功能。 一旦开始设计座椅,外部的边界条件就已经建立,也就可以开始布局图了。开始需要的 信息是座椅的周边数据,例如: ? 底板 ? 控制台或风道 ? 门和门饰板 ? B 柱饰板 ? 座椅保险带 ? 后排乘客脚、腿和膝盖 ? 头部参数 ? 方向盘 ? 地毯和衬垫物 设计座椅前,风格和复杂度信息必须清楚,通过它,您可以定义最复杂的座椅特征,具 有尽可能多的功能和风格,第一张布局图就使用这个座椅信息。一旦空间布置完成后,从布 局图中移除一些不必要的项目使座椅简化。如果以后有修改,就不会产生空间问题,因为最 复杂的座椅特性一应能够适用于该空间了。 本课我们将把假人与 H 点建立联系,假人的位置由以下信息构成: ?H点 ? 躯干角 ? 大腿角

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? 脚跟点 一旦外部环境、特殊特性和造型确定下来以后,就可以布置金属件了,其中包括: ? 靠背骨架 ? 坐垫骨架 ? 调角器 ? 座椅调节器 利用已知的边界条件布置金属零件的空间,以符合 H 点和舒适性控制标准,可以复习 许多选项和做一些有意义的尝试。在这个过程中,将要与客户讨论许多造型、间隙、手柄位 置等方面的更改。 参考前一课中图 3,可以知道座椅设计的详细流程。 金属零件、发泡和装配的可行性必须开始了,初始结构分析或手工计算也必须进行,利 用布局图和更改信息初始成本也必须建立起来。 在布局图和设计概念还没有建立和完成之前,不要进行详细设计。 在布局图和设计概念还没有建立和完成之前,不要进行详细设计。 详细图纸应该根据设计向导来完成,参考设计手册中附录 E 图纸质量检查清单。图纸 设计向导也可以在技术中心网站中找到。

选择最终的概念
花一段时间来建立系统的概念和合适的布局图非常必要, 这就意味着需要参考许多不同 的选择。 在选择最终概念时需要考虑以下方面: ? 选择机械零件的关键供应商,如座椅调节器和调角器 ? 双向或者单向调角器 ? 有骨架或无骨架坐垫

产品规范 制造过程 搬运到及时供货工厂 产品模具

在工厂内部搬运

产品设计图纸
装配夹具

搬运到客户总装厂

工厂夹具

返修 在客户工厂搬运

图 1-1 零件设计的影响

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? 一体式面套或者裁减面套 ? 产品的产量 ? 座椅的操作特性 图 1-2 描述了设计过程和最终概念的选择,包括三个循环,数据收集、空间布置和有限 元分析,这个过程是反复进行的,在满足所有设计标准和向导之前需要花费大量的时间,有 时也需要与客户进一步协商,更改原始的规范要求。 比较图 1-2 和前一课中的图 2,可以看到许多共同点,输入和反馈循环是一样的, 1-2 图 中的某些步骤更加详细。例如,图 1-2 中的第二步说,如果江森自控、客户或法规的规范还 没有建立,就不能决定机械零件的概念。 收集数据: 收集数据:
边界条件,造型线,1/4 比例图,产品 和性能规范,成本和重量目标,等等 机械零件概念的决定: 机械零件概念的决定:单边还是双边调 角器,手动还是电动滑道,有骨架还是 无骨架座盆,等等 决定最复杂的特性组合 使用已有的造型线、H 点和舒适性 向导来布置机械零件的空间 对所有的机械零件进行压力计算 (有限元分析) 根据制造和装配可行性更改金属件 和发泡件 如有必要,与客户协商更改造型线 和性能要求,等等 最终批准 H 点控制,舒适性控制, 制造可行性,装配可行性,等等 发放原型模具 同步开发小组输入 输入成本和重量预算 金属件,发泡,面套的最终可行性 同步开发小组输入 同步开发小组输入 基准输入,研究,可靠数据,失败 的教训,成功的经验,百万件不合 格品目标和可靠性数据,等等 同步开发小组输入

图 2 座椅设计过程

座椅的空间设计
在空间设计中,布局图中许多东西都必须同时考虑,比较麻烦,但不可避免。工程师必 须把主要精力放在检查所有联结、设计和零件的位置上。 前面我们讲过,布置金属零件(特别是调节器和靠背骨架)必须非常小心,骨架的设计 应该能够满足舒适性的同时,留有充足的空间来布置受力零件。如果空间不足,舒适性就必 须让步,金属零件需要更改或重新设计,使用强度更高或更厚,或者交叉截面设计,来增加 强度。这些让步仅是为了满足强度方面要求。 座椅系统工程师必须使用 H 点控制原理,前面学过发泡的嵌入度影响 H 点,假人嵌入 发泡 A 面的程度与发泡的嵌入度有关,假人嵌入发泡 A 面的程度又会影响金属件的布置, 金属零件的布置又会影响面套在骨架上的安装。 工程师需要考虑的不仅仅是空间问题, 应该让别人理解这个阶段所做出的决定, 同时在

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布局图中检查其它潜在的冲突, 以确定合适的设计和各种零件的位置。 成功的设计需要合理 的妥协、巧妙的组合各种需求。唯一不变的是客户以下方面的要求: ? 假人的位置和信息 ? 底板安装点 在万不得已的情况下,我们才对上面的要求进行更改。如果需要更改,一定要立即与客 户联系。 进行这些检查的时候, 设计过程出现反复是非常正常的。 满足项目中所有冲突的要求是 不容易的, 在空间设计阶段尽可能地解决问题是好的时间。 同步开发小组应该适时地检查设 计结果,包括供应商和采购。 在空间设计的检查过程中, 必须在布局图上进行结构和初始装配可行性的分析, 一旦布 局图和原始的概念确定了以后,许多其它的过程就围绕它展开,而不仅仅是零部件设计。 点和舒适性标准, 座椅工程师在初始阶段需要关注 H 点和舒适性标准,平衡它们与 STO、成本及其它要 、 求的关系。 求的关系。

有限元分析
产品性能的有限元分析需要大量的信息, 说明分析结果以及对该结果需要采取的措施是 一门学问。一句格言“如果输入的是垃圾,那么输出的也是垃圾”说明了有限元分析对数据 输入的要求。 如果想从有限元分析结果中得到有益的启示,注意以下几个方面: ? 有限元的密度 ? 计算中有限元的延展和节点 ? 要求分析的类型(如光束) ? 在连接点、铰链和固定端使用假定条件 ? 选择线性分析、非线性分析或组合分析 ? 必须知道被分析金属零件的属性 一般情况下, 上述问题必须在项目开始阶段讨论, 提前做这些事情可以节省自己和别人 的精力、时间和金钱。得到的信息越多,输出的结果就越有价值。座椅工程师需要知道,他 自己想从有限元分析中得到什么样的结果,以及有限元工程师预测的结果。 有限元分析至少需要以下信息: ? 施加到座椅上的载荷的大小、方向和位置 ? 骨架受力位移过程中是否有其它约束 ? 分析结果需要关注的其它地方 ? 通过测试的标准

舒适性控制
影响舒适性的因素有很多, 不管是系统等级还是零件等级。 本科仅讨论系统等级的舒适 性影响因素,在以后的几课中再讨论零件等级的舒适性影响因素。

汽车的动力学和防振
舒适性设计的真正含义是坐在座椅上的任何尺寸的人都感觉舒适,理解它非常重要。 人体及人体的各个部位都有明确的振动频率范围,处于这个范围内的人会感觉不舒服。 图 1-3 所示为人体各个部分的频率。汽车的每个零件也具有不同的频率,如车身、轮胎、引 擎等等,它们的频率列在图 1-4 中。对座椅影响最大的是车身的频率,因为座椅的能量是有 车身导入的。

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座椅应该能够作为一个隔绝体, 避免能量从车身零件传递到座椅上引起乘客不适。 此外, 座椅在无乘客乘坐时也应该是一个隔绝体。 一般情况下,车身的自然频率为 1.0~2.0 赫兹,人体的自然频率大约为 5.0~9.0 赫兹。 自然而燃,有乘客乘坐时座椅的自然频率应该控制在 2.5~4.0 赫兹,这样人体就与车身隔绝 了。 座椅在无乘客乘坐时的基本原理有所不同, 它的的自然频率不能与来自车身的能量频率 产生共振。目前的设计手册推荐的无乘客乘坐时座椅的自然频率为 14.0~20.0 赫兹(一般在 17 赫兹左右) 。

不适区域

一般不适 腹部疼痛 影响呼吸 肌肉收缩 胸部疼痛 下颌下垂 想小便 吼部哽塞 影响说话 头部不适

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频率(赫兹)

图 1-3 不适区域

座椅、乘客和汽车的自然频率表
人体感觉 汽车底盘 座椅(无乘客) 座椅靠背骨架 汽车悬挂系统 座椅(有乘客) 汽车刚性体 2 2.5 - 4 Hz 0 - 2 Hz 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 频率(赫兹) 6 - 8 Hz 8 - 14 Hz 5 - 16 Hz 20 - 30 Hz 14 - 19 Hz

图 1-4 自然频率表

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考虑到一个座椅中有各种各样的零件,座椅的结构件或者金属件(靠背骨架、坐盆、调 角器颌调节器)对舒适性的影响很小,但仍然对该区域进行了许多研究,数据表明如果改变 座椅的坚硬区域或结构件附近的自然频率, 座椅的自然频率没有多大变化。 这就是现在适用 的强度标准范围,较低要求是 FMVSS 和 ECE 标准,较高范围是 2800 牛米的瞬时后向强度 要求,它是 ECE/FMVSS 要求的 2.5 倍。随着对座椅强度要求的提高,对该区域的研究也将 继续进行。 这种研究结果同样适用于车身或者底盘系统,比较各种大小的汽车,小型汽车、中型汽 车、运动型汽车和豪华汽车,它们的频率都在一个狭小的范围内波动,同样这方面的研究仍 在继续进行。 座椅设计要求确保座椅的自然频率在上文所述的范围, 主要是避免引起人体的舒适性问 题。 假如已经将座椅的自然频率控制在了规定的范围内, 而且金属件对座椅自然频率的影响 又非常小,那么,要将来自汽车的能量于人体隔绝开来就必须借助座椅的非结构零件。

图 1-5 非结构零件组合弹簧 这三个零件放在一起就像一个组合弹簧,提供舒适性和隔绝作用。如果没有悬置件(垫 子和弹簧)就只有面套和发泡起作用。 , 究竟每个零件对舒适性和隔绝振动起多大的作用呢? 这就是一个非常专业的问题了。一些前期的研究建立的数据如下: ? 面套起 30~40%的作用 ? 发泡起 20~40%的作用 ? 悬置件起 30~40%的作用 现在有许多座椅上没有悬置件,如果是这样,同样需要考虑各零件对舒适性的贡献。研 究表明,发泡和面套取代了悬置件的的作用,具体数据如下: ? 面套起 50~60%的作用 ? 发泡起 40~50%的作用 当然,我们需要更加全面的数据,目前的数据仅提供一个大致的方向。数据显示,在隔 绝振动的零件中,面套的作用比我们预期的要大,相反,发泡起到的作用并不是最大。如果 装有悬置零件,它也起到了非常重要的作用。

假人离去点

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图 1-6 假人离去点 离去点如图 1-6 所示,它是假人与座椅坐垫和靠背 A 面接触时相交点,使用 50 百分位 的假人处于设计位置,坐垫和靠背上的这些点应该在特定的区域,才能达到一定的舒适性。 影响这些点的因素有: ? 假人到 A 面的嵌入量 ? 坐垫长度 ? 坐垫角度 ? 相对于 H 点的脚跟点(x 和 z 坐标) ? 中垫宽度 ? 侧翼高度 一般情况下离去点位于坐垫上离咬合线 65%的地方比较合适。如果与这个数值偏差过 大,就会感觉座椅不是很舒服,对于较高或者较矮的人来说,大腿的支撑过多或者不足。 有关方面的讨论将会在坐垫章节和靠背章节中接续讨论。

乘客进出和舒适性
乘客进出不仅仅是座椅自身的问题, 也是座椅在汽车内安装位置的问题。 以下因素影响 乘客进出汽车: ? 座椅和门槛高度的关系 ? 地面到门槛的高度 ? 头顶线的高度 ? B 柱的位置与座椅的关系 ? 方向盘的位置与座椅的关系 图 1-7 列出了这些问题。如果乘客进出产生问题,座椅系统工程师一般情况下需要更改 坐垫和靠背的侧翼, 虽然保留了原风格, 却降低了舒适性。 如果有某些种类的加强, 如钢丝、 硬发泡或者其它类型,那么乘客的进出问题就变成一个舒适性问题了。

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图 1-7 乘客进出 回答这些舒适性的问题并不象想象的那么简单,在许多方面需要与客户协商作出让步, 因为其中大多数的问题都是车身和座椅的边界问题, 属于客户的控制范畴。 但是坐垫和靠背 侧翼的修改需要仔细观察它是如何避让乘客进出路径的。 装在侧翼上的侧向气囊就特别容易出现这样的问题, 侧向气囊正常的安装位置是阻碍乘 客进出的,这就形成了一对矛盾。 过去的一些经验表明,对于每个项目,乘客进出试验应该在实车环境下进行,预计的试 验结果需要同客户协商作出必要的让步。强烈建议在项目进行之初,在座椅空间设计之前, 必须观察用户是如何进出汽车的, 这个过程尽可能记录下来, 在试验时就可以减少座椅的评 估时间,也可以利用该记录对座椅进行更改。

调角器的虚拟转点和人体
在 20 世纪 80 年代中期,江森自控的研究人员发现,坐在座椅上的假人,身体的各个部 分(躯干、臀部、大腿等)都可以围绕着不同的支点旋转。如图 1-8 所示,座椅后下部的所 有虚拟旋转点都非常的接近, 不管是哪个百分位的或者男性假人还是女性假人。 这一点非常 重要,因为如果假人的旋转点落在了这个点附近,座椅就具有很高的舒适性。 如果假人的旋转点放不在这个点附近,在某些极端情况下,由于座椅在旋转时,假人靠 背和座椅靠背之间有相对运动,就产生摩擦力,经过多次调节后,乘客衣服的下摆就会被卷 起来。 一个座椅系统工程师在进行座椅系统设计时, 应该尽可能地使调角器的中心靠近乘客的 虚拟旋转中心。由于实际情况的限制,做到这一点非常困难,必须做一些让步。

图 1-8 调角器的虚拟旋转点

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设置调角器旋转点

图 1-9 设置调角器旋转点 经过精确计算的调角器旋转点位置如下: ? 沿 H 点向下后方向 45 度的直线 P ? 过距 H 点 115 毫米的 R 点,垂直于直线 P 的直线 Q R 点为调角器首选的旋转点,允许沿直线 Q 偏差±40 毫米到 S 点和 T 点。如果旋转中 心趋向于 S 点,靠背角将会大于 55o;如果旋转中心趋向于 T 点,靠背角将会小于 15o

位置控制
舒适性的另外一个重要方面就是座椅控制的人机工程位置和功能,例如: ? 调角器手柄 ? 腰托手柄 ? 调节器手柄 ? 电动调节开关 ? 加热开关,等等 如果某项功能很难触及或操作,会 引起乘客的抱怨。 图 1-10 所示是人机工程原理区域, 该区域乘客很容易操作控制。原则上, 座椅的所有控制都应该设计在这个区 域内或者附近。 由于空间布置的不同,不可能都达 到理想的条件,有时需要作出让步。 图 1-10 人机工程控制区域

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所有乘客的 H 点都是相同的,因此人机工程的舒适性区域也相同,一般情况下在 H 点 为圆心,150mm 半径范围内的园内。

脚跟点、坐垫长度、H 点和坐垫角度 脚跟点、坐垫长度、
汽车制造商的设计人员经常容易忽视或者误解脚跟点、坐垫长度、坐垫角度和 H 点的 关系,特别在汽车概念设计的初始阶段。保持这几点的关系对舒适性控制和 H 点控制非常 重要,如果设置不合适,高百分位或低百分位的乘客都会感到不舒服。 图 1-11 表明了这些点之间的相互关系。 汽车制造商在座椅供应商参与以前就设计好了 这些点,座椅供应商仅在坐垫长度上有一定的决定权,即使这样也必须根据数据设计产品。

图 1-11 脚跟点、坐垫长度、H 点和坐垫角度的关系 如果这些点的相互关系不合适,就会导致大腿压力过大和褪部不适。例如,脚跟点相对 于 H 点在 Z 方向太低,就会造成形体较小的驾驶员感觉大腿部分有很大的压力,如果坐垫 角度太高,这种现象就更加严重,这种情况下,需要一个较小的坐垫角度比较合适。 另外一方面,如果脚跟点相对于 H 点过高,对于个子较矮的人当然和好,但对于个子 较高的人就会感到不舒服,因为他们的大腿太早离开坐垫,腿部缺乏足够的支撑,适当地调 高坐垫角度将会改善这种现象,但会对个子矮的人起到反作用。保持脚跟点和 H 点的相对 位置一致,只调节坐垫角度能够产生相似的情况。 以上两种情况,通过增加坐垫长度也可以改善或者恶化这种现象。 脚跟点、H 点、坐垫角度和坐垫长度之间的关系需要仔细检查和平衡,尽量能够满足所 有百分位的乘客,做到这一点并不容易,与许多其它地方一样,工程师必须作出一些让步。 不幸的是,除了坐垫长度,无法精确控制系统中的这些点。但是,认识到这一点,并且尽早 与客户沟通相关问题,可以使座椅尽可能的舒适。需要记住,座椅舒适性问题如果恶化到了 极点,将会导致整个汽车的设计失败。 对于不同的汽车类型中不同座椅的这些情况已经非常清楚,如小型车、客车、运动型车 或者卡车,每种汽车对这些点定义了不同的关系,但仍然需要寻找它们之间的平衡。

对乘客的方便性
一下项目对于控制座椅设计的舒适性很重要: ? 舒适

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? 隔振 ? 省力 ? 容易操作 ? 容易控制和防错 ? 能够覆盖 5 百分位的女性到 95 百分位的男性 ? 质量感觉:噪音、感觉、咔挡、精致 以上项目组合起来决定了座椅的设计成功与否, 而不是单看某个方面。 座椅系统工程师 应该具有一定的灵活性, 检查每一个项目, 平很它们之间的关系, 最终达到最好的座椅设计。 现今的技术,要求较小的操作力就能使调角器和调节器正常运转。许多情况下,小操作 力能够降低噪音、轻松驾驶,还给人以安全感。 容易操作意思是座椅必须具有足够的空间来实现这些操作。 有时将较远的控制开关移到 合适的区域需要考虑可行性问题或成本问题。此外,座椅上还必须考虑防错控制,避免用户 的误操作。 由于 H 点对于 5 百分位女性和 95 百分位男性都是一样的,所以座椅工程师必须作出更 多的让步。 所有的项目都是这样的。 一个座椅想要在如此宽的用户范围内设计得既方便又舒 适是非常困难的。 附录 A 是座椅舒适性设计向导,这个向导在座椅系统设计第一册中已经讨论过。

H 点控制
以前我们已经讨论过,舒适性控制与 H 点控制有关,但没有足够的知识来考虑 H 点的 设计和开发。近年来,大部分的 H 和舒适性设计在原型建立前就可以进行了,这就是说, 在原型建立前我们就可以预测到座椅及零件是如何工作的, 这就减少了反复建立原型和模具 所花的时间和金钱。 一旦汽车设计完成,座椅的许多参数也随之冻结,包括 H 点、脚跟点、座椅位置、靠 背角、坐垫角等。 具备这些参数以后,假人在汽车内的位置就非常清楚了,但是座椅 A 面的位置还不清 楚,也就是说,H 点和假人将不会因为 A 面的变化而变化。 座椅系统工程师必须设计假人周围的零部件,使其具有合适的 H 点和舒适性。以下零 部件可以调整座椅的 H 点: ? 发泡厚度和嵌入度 ? 悬置网大小和位置(前后或上下) ? 悬置弹簧的弹性和位置 ? 面套材料的质量和属性 ? 吊紧和其它约束 最后的办法就是与客户讨论改变座椅的轮廓。

假人的嵌入和嵌入度
这里讨论 A 面,它一般参考面套表面,是由客户定义,座椅完成时必须发放。 客户定义了 H 点、靠背和坐垫角后确定了假人的位置。假如坐垫和靠背的 A 面因为造 型的需要也已经确定,大多数情况下,A 面和假人嵌入量的关系是个变量,因为它们的关系 能够调整。 图 1-12 所示为没有乘客的座椅 A 面,当乘客坐在上面时,A 面被压在坐骨下面,成为 被压状态。 了解 A 面的被压和未被压状态非常重要。

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图 1-12 定义如下: E:面套表面的总厚度,没有乘客 F:面套表面被压缩的厚度,有乘客时 E-F:假人在 A 面的嵌入量 根据调查和研究,假人的嵌入量和发泡的嵌入度可以表示为:

(E-F) E



1 ILD

这就是说, 全发泡支撑的假人嵌入量能够通过改变发泡的嵌入度来调节, 工程师必须学 会利用这一信息来控制假人的嵌入量和座椅的 H 点。注意,嵌入量可以通过改变发泡厚度 或者发泡的嵌入度来调节。

图 1-12 B 面固定的嵌入量与发泡嵌入度

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改变发泡的嵌入度需要注意,在大多数情况下,客户定义了目标座椅以后,就意味着座 椅的设计硬度应该尽可能与目标座椅的硬度一致, 这样就很难改变发泡的嵌入度。 这种情况 下,唯一的办法就是改变 A 面的支撑,上移或者下移 A 面,但不改变 A 面的轮廓。许多人 无法理解改变轮廓与上下移动 A 面的区别。在所有情况下 B 面都没有变化。 这种逻辑也适用于仅有发泡作为悬置装置的靠背表面, 座椅系统工程师需要使用相同的 方法。 当表面移动时,需要特别注意咬合区域。咬合线会与表面一起移动,一些与咬合线有关 的零件位置需要重新布置,避免其它功能问题。

使用悬置装置代替全发泡结构
当使用一个悬置装置贴合在发泡上时,由于发泡和悬置装置组合在一起作为支撑元件, 情况就复杂一些。图 1-13 为 B 面的移动和变化产生的影响,与图 1-12 所示情况相反。 E:没有乘客 A 面到 B 面的总距离 F:有乘客时 A 面到 B 面的距离 E-F:有乘客时的总嵌入量

(E-F) (E-F) E



1 ILD

B 面不固定的情况下嵌入度和悬置装置的关系与图 1-11 描述的一样, 在图纸上很难 描述到 B 面的距离,这个距离只有在座椅制造出来以后才能测量,理论上来说在不知道这 些信息前无法建立座椅规范,听起来比较困难,也有解决办法。

图 1-13 B 面不固定时 H 点悬置装置和嵌入度的关系 在这种情况下, 我们的目标是在第一次制作座椅时建立一个设计期望值。 在制作零件前 可以通过两件事情来收集 B 面距离的信息: 1. 如果客户已经给定了目标座椅,那么这个距离就可以通过测量座椅获得,然后 根据目标值来进行设计。 2. 根据以往的经验,B 面距离的标准值时 25mm(20~30mm) 。显然,这个值不是 固定的,它会受到很多因素的影响,但都在 25mm 左右。因此,在第一次估算这个距离 时我们可以将其假定为 25mm。通过这种假定,就可以进行其它的计算了。

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通过以上两点,我们就可以预计如何更改设计以达到需要的 H 点位置,在原型制造前, 协调更改设计。如果以后需要进行更改,这些信息就成了更改的依据。

假人的位置不正确
这项内容在座椅设计第一册种已经讨论过。H 点控制种将继续讨论一些关键内容。在 H 点控制种,假人相对于中垫和侧翼的位置非常重要,在布局图中,要使用足够的截面来表述 它们之间的关系。 由于这种原因,保证中垫的最小宽度就非常重要。这个最小宽度一般为 340mm,极端 情况下可以到 32mm,但座椅工程师应尽量保证 340mm。图 1-14 所示为如何获得这个宽度 和控制侧翼的高度,这将为保证正确的 H 点提供有利的条件。 如果中垫的宽度和与此相关的侧翼高度有误,假人就无法正确的坐在坐垫或者靠背上。 这不仅严重影响舒适性,也会误导 H 点的测量。有的设计竟然让假人完全坐在侧翼上,而 与坐垫根本没有接触。这又是一个舒适性和 H 点控制的例子,满足了一个,也就满足了另 一个。

图 1-14 假人、中垫和侧翼

小节
第一课我们学习了在舒适性和 H 点控制时设计上需要考虑的和让步的东西。非常有必 要了解这些概念,它让我们更好的认识导各种零件的变化对整椅的影响。 第二课开始讨论整椅中各种零件的设计。 您将学习头枕和头枕杆的设计、 制造和装配相 关的问题。

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第 2 课:头枕
介绍
现在您的座椅系统设计水平已经有了一定的基础, 我们开始研究零件的设计过程。 在第 二课中,您将学习客户对头枕设计的期望和要求。此外,您将有机会讨论与头枕和头枕杆设 计相关的制造和装配问题。 第二课的内容将使您更好的理解头枕是如何影响整椅和如何使头 枕更好的与座椅其它零件配合。

目标
完成第二课的学习后,您将能够: ? 列举头枕的两种类型 ? 解释 FMVSS2011 和 FMVSS202 为何有自相矛盾的要求 ? 列举头枕设计必须满足的客户要求 ? 描述影响头枕插拔力的零件 ? 描述与头枕成本、操作力、重量或头枕角相关的设计因素 ? 列举头枕杆必须满足的功能要求 ? 解释管状结构的相关问题 ? 列举头枕设计中使用的两种凹槽结构 ? 解释在头枕杆上保持节距公差的方法 ? 描述制作头枕凹槽的两种方法 ? 描述头枕面套最常用的方法 ? 解释头枕底部的密封和与靠背 A、B 面配合的相关问题 ? 列举控制异响的必要步骤

头枕基础
虽然头枕在座椅的零件中看起来很简单, 但却给工程师带来了不少的麻烦, 造成这种情 况有很多原因,但情况正在好转。 根据功能可以把头枕分为两类: ? 提供头部休息的头枕 ? 在撞击过程中吸收能量起到保护头部的作用 头枕发展的趋势是保护头部,头枕的所有设计工作都围绕它最基本的功能保护头部展 开。 头枕设计包括两向和四向机构。两向头枕使用最普遍,四向头枕慢慢开始流行,还有六 向头枕机构很少用到。

设计规范
对头枕设计的一些主要要求有: ? 汽车制造商会确定一个座椅靠背的最高和最低高度, 这个高度每隔几年变化一次 ? 大多数美国的汽车制造商不头枕的 A 面设定在一个安全的区域内 ? 假人头部与头枕金属件有一个最大和最小距离 ? FMVSS202 规定头枕必须能够承受一个施加于距离头枕顶部 65mm 的力,头枕上 的金属件必须将这个力传递导座椅上去。 头枕结构应该具有足够的强度, 也是座椅的结构件 之一。

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? FMVSS201 规定了后排乘客头部对头枕的冲击试验。 这种冲击发生在前向撞击时, 后排乘客向前俯冲,头部撞击前排头枕。标注规定,头枕必须具备吸能特性,这就使头枕结 构的设计复杂化了,因为它需要同时满足 FMVSS201 和 FMVSS202 的要求,有时会产生冲 突,需要作出让步处理。 头枕保护区域向导参见附录 C。

设计和空间布置
确定一个头枕造型时,发泡、面套和功能非常重要。把头枕融入靠背骨架比适合整椅风 格更重要,从这个观点出发,封闭头枕底部就需要非常注意,许多情况下,它就变成了一个 外观问题。在零部件制造前,需要在布局图中表示出头枕的配合和功能情况。

图 2-1 设计和空间布置 从客户的观点出发,一旦满足了政府和客户安全方面的基本要求,造型、成本、制造等 方面都需要满足: ? 能够上下移动 ? 使用时感觉比较牢靠 ? 避免噪音 操作力和粗糙度也很重要,许多零件影响头枕的操作力: ? 导杆公差和表面质量 ? 头枕导套和飞边 ? 靠背骨架 ? 导杆的润滑 这四种零件对操作力影响都很重要。 在设计第一阶段报价时, 您必须定义头枕是否如您所愿在最低位置锁紧, 然后工程师再 定义头枕插拔需要单手还是双手操作, 工程师决定头枕杆的锁紧方式和定位机构都会影响成 本和功能。 头枕操作力以往的经验值为 30 牛导 100 牛, 但近年有下降趋势, 目前我们采用 20 牛导 40 牛。操作力和噪音是矛盾的关系,工程师必须控制它们的关系。

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布置头枕空间位置的关键在于将头枕受力机构布置再客户给定的面套环境内, 座椅系统 工程师需要利用有限元来计算头枕及其连接件的强度。

图 2-2 头枕主要结构 如图 2-2 所示,头枕移动的主要结构是头枕杆,直径有 10mm、12mm 和 12.7mm 三种, 材料为 SAE1010,强度更高的头枕杆材料可以选用合金钢 SAE4340。座椅系统工程师首先 应该选择使用直径 10mm 的 SAE1010 实心杆。头枕杆的设计必须满足上述规范,还要考虑 一下几点: ? 头枕杆是座椅系统的一部分,必须与座椅其它结构一起吸收能量和分担压力 ? 头枕杆的设计应尽量简便,在满足要求的前提下尽量少弯曲和减少材料。如果头 枕杆设计已经合格,不需要使用一些不常用的材料。 头枕杆即可以实心,也可以管状。管状结构是为了减少重量,但会产生其它问题: ? 管状结构一般比实心结构贵 ? 管状就构一般情况下最小外径为 12.7mm,靠背上的导套和凹口尺寸也应与之相 配。它是最小外径是因为在这个尺寸下,管件开槽后,受力时没有断裂。从受力图中分析, 也不容易产生断裂。 ? 从制造工艺上来讲,管件需要一个最小厚度,能够使其在弯角时不易断裂。 头枕杆的直径公差要求非常严格,它可以控制操作力和卡位。这个公差必须尽量的小, 不能大于+/-0.1mm。想要了解这方面更多的信息,参考座椅靠背设计的有关内容。 头枕杆的开槽也很重要,它控制了头枕的正常使用位置,同时,它必须能够很容易的上 下移动,而不产生不舒服的感觉。从这个角度出发,开槽的角度和加工方法就非常重要。能 够使用的有两种开槽类型: ? 通过导套上的按钮使开槽可以移动,否则不能移动。这种情况下,开槽的倾斜角 应该接近 90 度 ? 开槽可以控制头枕不能向下移动,但即使没有按导套上的按钮,头枕也还可以向 上移动,这种情况下,开槽的倾斜角应该在 30 到 45 度之间 开槽角度改变头枕移动的操作力要求, 较大的角度增加操作力, 较小的角度减小操作力。 如果开槽倾角小于 30 度,头枕将可能自由滑动。如果开槽倾角大于 45 度,头枕将很难上下 移动。 在一些情况下,座椅系统工程师由于一些其它的原因,故意改动开槽角度,使其超出了 上述范围,比如头枕杆或导套的尺寸或公差设计不合理,或者靠背骨架空间问题。这些情况 是不允许的。 在头枕向上和向下调节时, 开槽角度也经常可以产生额外的操作力, 一种情况就是操作

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力需要克服重力调节,另一种情况,操作力与重力同向。开槽角度产生的向上或向下的力很 难用其它力去抵消。

头枕杆的制造问题
头枕杆看起来很简单,但很难大批量生产。在图 2-2 中,横向尺寸 200mm 是最难控制 的,该尺寸的公差必须仔细考虑,因为弯曲后有回弹,控制该尺寸从底部到顶部的极限偏差 就非常的困难。由于这个或者结构的原因,第二个头枕杆零件被焊接后就会形成累计公差。 座椅系统工程师需要确定精确公差异控制各零件能够顺利与骨架、导套及头枕杆系统相配 合。一般规定公差值不允许超过+/-1.0mm。有些供应商可能无法达到公差的要求,座椅系统 工程师需要改变一些不敏感的公差,或者重新寻找供应商。头枕杆末端的公差控制在 +/-0.5mm 范围时,功能最好。 在许多情况下,特别是在浇注式头枕中,两杆末端的冲压会形成面套的装配问题。 即使对一个简单的“U”形头枕杆,对制造商来说,在 X、Y、Z 三个方向的对齐也相 当困难,但必须保证一定的操作力和光滑度。如果导套和骨架的供应商比较优秀,头枕杆的 公差就可以适当放松。 许多头枕杆供应商购买尺寸稍大的杆材经过冷拉后到达规定的尺寸, 这种做法有两个重 要的用途: ? 冷拉能够提高和控制材料的屈服点 ? 能够较好地控制径向公差 这几乎已经成为座椅系统工程师必须明确定义的头枕杆加工的一种要求。 头枕杆开槽的加工有两种方法:冷成形或者冲压和拉削。两种方法都各有有缺点,都会 对后续加工产生一定的影响。 拉削会产生毛刺, 有时会引起拉削位置末端的材料堆积。 冷成形使材料变形而没有去除 材料,有时会在两斜面交线处形成材料堆积。这些情况都需要仔细观察,它将会妨碍头枕的 插拔。

装配
面套的包装没有其它制造问题那么困难。 许多及时供货工厂采用真空吸附的方法将发泡 压缩后,包裹面套,再将发泡释放。如果没有真空吸附装备,进行头枕的包装很困难。浇注 式头枕是在及时供货工厂装配的。 许多头枕的设计都有一些凹面, 如果没有支撑很难包裹。 座椅系统工程师需要与面套工 程师一起商议, 是否能选择一些适当的面套零件保持面套的贴合。 几毫米的支撑厚度应该可 以接受,但还是要与客户沟通。 头枕安装到靠背上以后,就产生了其它问题。最常见的问题就是噪音。控制操作力与噪 音紧密相关,需要经过一下步骤: ? 进行头枕杆、导套和靠背骨架的公差计算 ? 三个零件都遵守设计向导 ? 如果一定要消除噪音,重新设计三个零件 对于一般的头枕面套,包装时底部的包封是一个大问题。它与导套的锁止位置和发泡、 面套的贴合度息息相关。座椅系统工程师必须努力使面套与发泡的 A 面和 B 面都贴合。 对于浇注式头枕, 以前也提到过, 头枕杆没有横杆或冲压板, 它安装在面套的两个空中。 面套先放入模具中,然后再将头枕杆装好,最后用发泡填充。这种工艺的最大有点是能够加 工任何造型的头枕,即使有很深的凹面也能加工。组合头枕与它有相似的过程。它们有一个 缺点,就是发泡容易从面料或开口中渗出,发泡工程师需要特别注意。

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小节
第二课我们讨论了头枕设计的关键问题,以及与头枕和头枕杆设计相关的制造和装配。 这些信息将使您更好地理解头枕设计是如何影响整椅的, 以及其它座椅零件是如何影响头枕 的。

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第 3 课:座椅靠背骨架
介绍
我们已经对整椅有了一个系统的概念, 又学习了头枕的相关知识, 第三课将介绍座椅靠 背骨架所包含的子零件、空间布置和尺寸要求。由于靠背骨架的最终形状与舒适性和 H 点 控制有关, 这些问题也将会讨论。 此外, 还要介绍一些影响靠背骨架的制造性和装配性问题。 第三课的学习将使我们了解靠背骨架的设计如何影响其它零件以及整椅设计的。

目标
完成本课的学习后,您将能够: ? 列举靠背骨架所包含的子零件及其替换件 ? 说明截面或骨架的各种空间布置 ? 描述尺寸精度要求 ? 对靠背骨架所使用的管和板结构进行比较 ? 说明调节器的连接方式 ? 说明靠背骨架零件的焊接问题 ? 说明腰托及其相关问题 ? 说明下部横杆及其相关问题

靠背骨架设计
靠背骨架是承担载荷将其传递到调角器的关键结构件, 它提供给座椅稳定性。 作为一个 结构件,靠背骨架在前撞、侧撞和后撞中也扮演了非常重要的角色。 一般情况下,靠背骨架由五到六各主要零件组成。在不同情况下,也需要增加其它的零 件。

靠背骨架的主要子零件 靠背骨架的主要子零件
? ? ? ? ? ? 上横杆 左侧板 右侧板 下横杆 支撑拉簧 调角器(焊接)

图 3-1 靠背骨架 在这些子零件中可能还会包含更多的零件或替代件,主要有: ? 调角器铰链总成代替两个调角器 ? 第二根上部横杆,保护头枕杆末端 ? 四边的面套钢丝

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? 腰托悬簧,手动或电动 ? 按钮和滑动手柄机械零件 ? 一体头枕压板 ? 蝴蝶结、管状或其它头枕导套支架 ? 腰托支撑机构 ? 调角器同步杆 ? 侧翼钢丝 ? 支撑假人的柔性悬置装置 图 3-2 和 3-3 显示了完成一个子零部件功能设计的不同选项,例如: 零件 上部横杆 旁侧板 下部横杆 管件或冲压件 管件、冲压件或者组合 钢丝、管件或冲压件 设计选项

考虑到骨架的装配需要承受前后向荷载、 横向荷载和扭矩, 工程师应该能够识别各个截 面的优缺点: 截面类型 封闭截面 开放截面 优点 比开放截面具有更强的抗扭矩能力 能够剪裁到荷载需要的尺寸,比较节省成本和重量。可以在 同一个设计中安装其它功能,不需要增加其它零件。由于精 确的冲压和弯管,零件更加精确。对于靠背宽度的调节也比 较灵活。

双调角器系统也能够承担较大的荷载。

图 3-2 设计选择

图 3-3 更多的设计选择

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图 3-3 一块和三块设计

平衡扭矩
图 3-4 描述了荷载从头枕传递到座椅滑道和地板的情况,三角形表示地板所受到的扭 矩。箱体的大小就是扭矩与靠背骨架截面的关系,他们是紧密相连的。

图 3-4 靠背骨架扭矩 座椅系统工程师应该知道, 靠背骨架截面与扭矩的关系是一个常数, 不存在差异或者较 大的变化。 靠背截面内部的扭矩表示不同截面的不同区域参照地板扭矩直角图所受到的力。 座椅系统工程师应该知道, 在扭矩力臂上的靠背截面扭矩是线性递增的。 在许多情况下, 没有达到这种状态,将会引起试验的失败。

首次空间设计
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空间设计开始后, 封闭截面和开放截面的不同点就非常明显了。 空间设计首先要做的是 如何把骨架放置道 STO 环境中,放在什么地方。骨架的放置与 A 面和假人的位置相关,与 H 点和舒适性紧密相连。在截面设计时,面套的裁减、背面的封闭或吊紧以及如何去满足 ECE、FMVSS 或政府法规等设计细节比基本的强度要求设计更加重要。 以前, 在靠背骨架中加入一些小零件以满足一些被遗忘或忽视的设计细节, 不仅增加了 成本和重量,也影响了装配过程。从这一点出发,冲压件比管件更具有灵活性,因为增加的 特性可以直接更改冲压件, 而不需要增加零件。 这些设计思路必须在空间设计初期就确定好。 骨架零件或调角器的选择经常会影响整个设计的方向。 根据舒适性和面套的要求将调角器放置在合适的水平上。 原则上, 调角器尽可能的靠下、 靠后。如果调角器是藏起来的,就会产生面套、空间布置和功能等问题。 图 3-5 描述了需要精确定义的三个区域: 1. 靠背骨架两个侧面之间的距离非常重要。它与调角器配合,在安装螺栓时必须 保证调角器或骨架没有扭曲,没有产生较高的应力。 如果调角器组合在靠背骨架上, 那么这个尺寸就是调角器的外表面之间的距离, 它 与升降器、调节器或座盆相连。这个尺寸仅对双侧调角器要求严格,而单侧调角器系统 允许这个宽度与传动杆的宽度有差异。对于该尺寸推荐的公差为±1.0mm,安装平面在 几何公差参考平面上。许多供应商很难做到这个公差,会把公差提高到±2.0mm,这当 然需要与供应商协商。 这个尺寸需要用靠背骨架的装配夹具来控制。 工程师必须在图纸中注明在哪里测量 和控制这个尺寸,零件装在夹具的什么地方,以及零件夹在什么地方。 2. 每个侧面安装调角器的两个孔的尺寸非常重要,必须将几何公差控制在 0.5mm 以内。这个尺寸必须使用夹具控制,通常是焊接夹具。此外,两个孔之间的公差需要由 单边的零件来保证,原因上面已经讲过。许多情况下,由于装配精确度的要求,孔的实 际尺寸变得很重要,M8 的螺栓孔直径不能大于 9.00mm,理想的尺寸是 8.5mm,使用 一个较小的公差。 3. 调角器基准孔与头枕套管之间的距离非常重要,应该在三个坐标方向控制,因 为头枕与骨架必须有正确的位置关系,而调角器孔是用来安装靠背骨架的。 头枕套管孔之间的距离和公差也非常重要, 也应该严密控制。 参考第 2 课中头枕孔及其 公差的相关内容。

图 3-5 测量的精确度

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骨架的制造
在装配早期, 有可能将侧翼支撑板与冲压件合并, 也有可能在管件骨架上不增加额外的 零件和费用的情况下将侧向气囊所需的结构组合在骨架上。 靠背与没有调角器连接的支点位置,管件结构常常出现问题,而冲压件却没有。 ? 管件结构需要部分或整体压平,部分压平还会产生其它问题: ——在部分压平位置很难控制公差 ——很难控制扭矩 ——平面安装调角器或者支架可能不太可靠 基于以上原因, 部分压平不推荐使用, 即使使用, 也是在没有其它选择的情况下。 ? 在压平的表面上增加安装孔会增加成本, 其它增加的工艺如折弯或整平都会增加 成本。而上述的大部分内容在冲压件上就不属于增加的工艺,也就基本不增加成本。 ? 由于管件是一个封闭的结构,一般在调角器附近必须承受较大的弯矩,所以就比 较重。一旦这种结构已经确定,靠背骨架的整体长度也就确定了,很难改变,即使为了 更帖合受力要求而减小弯矩,都比较困难。 从制造的角度出发,有弯曲要求的制造会增加模具的成本。相反,冲压件必须设计和制 造冲压模具,总是需要考虑模具费用的。如果冲压零件的产量足够大,就可以使用级进模。 级进模为专用零件设计,成本比较高,也很难改动。大批量生产中,冲压结构比管状结构便 宜。这又需要在单件价格和模具价格之间进行平衡。一般推荐使用冲压结构,因为它对设计 而言有较大的灵活性。 在旁侧板上经常使用挤出孔来固定焊接螺母——冲压件或压平管件——因为可以节约 成本。 设计时应注意其准确性和可行性。 孔的质量和符合性取决于供应商的设备和质量控制。 图 3-6 显示了挤出孔的推荐要求。

图 3-5 标准挤出

调角器附件
调角器可以焊接或者螺栓连接到靠背骨架上。北美常用螺栓连接,欧洲常用焊接。每种 方法各有优缺点。 如果调角器是焊接安装,那么靠背骨架先要包裹面套,再安装在滑道上。如果调角器是 螺栓连接, 那么调角器是先装在靠背上还是滑道上就可以有选择了。 面套的包装和塑料饰板 的安装决定了使用那种方法最好。 调角器的安装方法对及时供货工厂的面套包装过程影响很 大。 这是为什么在设计开发初期就要考虑装配过程的另一个原因。

上部横杆
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上部横杆可以是冲压件或者是管件。如果是冲压件,必须具有足够的强度。因为强度的 要求,零件被设计成 U 形或 C 形。头枕导套的安装孔必须设计的精确定位。U 形或 C 形的 冲压件可以精确对齐。 如何在图纸中正确描述对两个孔的对齐要求非常重要。 在管件结构中, 头枕导套区域需要充分压平,以使与之配合的头枕导套支架(管件或蝴蝶状冲压件)能够正 确安装,此外,如果是管状头枕导套支架,该区域应该被完全压平。

蝴蝶状冲压件
图 2-2 为蝴蝶状冲压件样图。使用蝴蝶状冲压件有以下问题: ? 因为弧焊有最对焊接长度要求,过多的热变形会引起蝴蝶片的变形,影响零件精 度。 ? 蝴蝶片的月弯形区域与管状骨架的压平部分的间隙必须精确控制。 由于蝴蝶片的 过焊和管件的不平造成不可能具有很高的精度, 我们的制造工厂常常不得不在焊接完成 后,还需要钻或打磨头枕导套支架孔,以保证满意的精度。 ? 我们一般在蝴蝶片与靠背管之间只能保持 40%接触面积, 这对头枕导套的支撑来 说是不够的。 ? 由于靠背骨架的尺寸限制, 蝴蝶片也仅能有一定的宽度, 有时这个宽度是不够的。 ? 如果管件没有完全压平,就会产生更多的问题。

管状头枕导套支架
使用管状头枕导套支架存在以下问题: ? 套管由板料卷压而成,卷压的回弹将产生直径的精确度问题 ? 在焊接安装过程中产生的热量可以使套管变形,影响其圆度

其它装配问题
零件之间的焊接需要注意以下问题: ? 如果有精度要求,应该制作焊接夹具 ? 明确定义焊接位置,避免以后返工 ? 将关键尺寸控制在公差范围内 ? 设计中应考虑到总成零件取出夹具时不出现扭曲变形 ? 仅使用一种焊接——弧焊、 点焊或者铜焊——避免部分焊接的零件产生安全问题 最重要的问题就是保证零部件正确地摆放在焊接夹具中, 配合适当。 零部件在焊接夹具 中的摆放必须简单、快速和明确。 最好使用一种焊接类型,虽然有时比较困难,我们必须努力这样做。设计焊接夹具来定 位零件和控制图纸要求。这些信息必须正确地转换成为工程图纸,便于夹具的正确使用。这 虽然座椅系统工程师不具有直接职责,也必须要重视,从最终责任来讲,如果夹具没有正确 制作,将会影响设计的结果。 座椅系统工程师应该与制造商、焊接工程师在同步开发小组会议上讨论夹具的相关问 题,使其他人能够理解需要注意的问题,更重要的是,这些重要信息一定要显示在图纸中。

头枕导套(或底座) 头枕导套(或底座)
头枕导套需要在座椅系统中正确的空间设计, 这只有在布局图中才能准确表达, 有许多 的重要信息不能被忽视,头枕导套的位置非常重要,它与以下因素有关: ? 面套的缝线 ? 靠背骨架与 A 面的配合程度

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? 头枕与靠背顶部的关系 如果头枕导套需要锁紧,那么它必须在靠背顶部的 A 面。头枕导套和 A 面的关系非常 重要,从配合和操作的角度出发,零件制造前需要在布局图中验证方案。头枕导套的装配和 如何影响面套都需要仔细研究。

头枕导套的功能
一个头枕导套或者头枕底座的设计看起来不是很重要, 也很容易, 但是它提供了许多重 要的功能。在座椅系统中,头枕导套或者头枕底座提供的功能有: ? 支撑头枕杆上下移动 ? 减小上下移动的操作力 ? 减小头枕的插拔力 ? 将荷载从头枕传递到靠背骨架 ? 形成座椅顶部的造型风格 ? 包含头枕锁紧机构 头枕导套在传力路径上, 课以把它看成结构件, 头枕导套的最重要的功能就是控制头枕 插拔。这个功能受许多因素的影响: ? 头枕杆的公差和质量 ? 头枕导套内表面的公差和质量 ? 头枕导套外表面的公差和尺寸 ? 头枕导套和头枕杆的实际配合 ? 头枕导套和金属支撑件的实际配合 ? 靠背骨架上安装孔的尺寸和公差 ? 靠背骨架上安装孔上下端的对齐度 ? 骨架上孔的径向公差 从最终用户的角度出发, 头枕的插拔及其里的大小是最容易看到和感觉到的。 另外一个 抱怨就是头枕在调节时自动脱落, 特别是比较粗糙的设计。 所有引起最终用户和我们的客户 不愉快的问题我们都要特别的注意。

头枕的插拔
不管是头枕还是骨架都有同样的问题,都是不能容忍的。错误的测量、公差和设计缺陷 都会产生问题。 因为存在两个相对运动的零件——头枕杆在头枕导套中运动——就会产生头 枕插拔时的咔咔声。 有一个规律, 一个零件在另一个零件中移动时, 需要设计一个间隙达到一个满意的运动 效果,这个间隙就会产生咔咔声。 真正的问题就是如何减小咔咔声的同时,不增加其它问题,如插拔力。 头枕插拔力与咔咔声是一对冲突的问题, 很难同时满足两个方面的要求。 当收紧了间隙, 减小了咔咔声,操作力又增大了,当增大间隙,减小了操作力,咔咔声又明显了。座椅系统 工程师要寻找操作力和咔咔声的黄金搭配点。 为了减小操作力和咔咔声,可以利用一些其它的方法,但是大多数都要增加产品成本, 还给最终用户带来不便。 还给最终用户带来不便。

头枕导套设计
一般情况下,增大头枕导套和头枕杆之间的接触面积,会减小咔咔声。头枕导套和头枕

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杆之间的最小接触直径为 8mm,推荐使用 12mm 或更大的直径,这要看布局图中空间位置 的情况。 另外一个影响咔咔声和插拔力的因素是头枕导套如何安装在头枕支架或蝴蝶片或冲压 件中的。头枕导套必须安装的尽可能紧,但要便于工厂装配。头枕导套应该提供尽可能大的 支撑面以获得更大的稳定性。 头枕导套的设计应该保证其不受到外力的挤压而变形或损坏。 头枕导套是如何固定在金属骨架上的也非常重要, 很多情况下, 导套和金属之间的干涉 也会产生咔咔声,而不是头枕杆与导套的干涉。 理想的头枕导套只设计成一种颜色,如黑色或者灰色,而适用于大多数的车型,当靠背 包装完成后, 将一个与车身颜色相配的盖子装在顶部就可以了。 这种方法只需要将盖子的颜 色与面套相配,当每年的车型变化时,只改变盖子的颜色就可以了。这些构想必须在设计完 成前反映在布局图中。 头枕杆和头枕导套在整个行程中重叠的部分也应该仔细检查。 总之,最重要的方面是控制各零件配合表面之间的尺寸余量和公差: ? 靠背骨架金属件和头枕导套 ? 头枕导套和头枕杆

头枕导套的制造
头枕导套最常用的材料是聚丙烯,它很便宜,而且也满足法规和客户的要求,如 FMVSS302 的要求。 聚丙烯也有注塑能力和公差方面的问题, 这种材料的最小公差在控制头 枕插拔问题方面不是很理想,特别是零件的内径。外径也影响该问题。 其它一些问题有: ? 内径的拔模角度 ? 分型线上的飞边 许多情况下, 在内径表面增加三到四各加强筋来改善这些问题, 在头枕杆和导套之间经 常设计一个过盈配合,在第一次装配中多余的材料被刮去,就达到了良好的配合效果。 塑料件的注塑也不是很容易的, 包括温度和材料控制要求。 塑料模具可以设计很多的滑 块以生产出比较复杂的产品,但也会产生分型线和飞边等问题。

根据造型线布置骨架
最重要的问题是根据 STO 线布置靠背骨架的最终形状,其中包含了 H 点和舒适性的问 题。 要满足这两点的要求, 在布局图中要使用一些技巧, 因为它们的要求经常是非常苛刻的。 靠背骨架一般的空间设计如下所示,这些问题与座垫类似。 1. H 点和 STO 线是设计起点,假人位置、躯干角和座垫角都已经确定。 2. 从舒适性的角度出发,将骨架布置在离假人最近的距离,这就假定了骨架在纵 向和横向的位置。 3. 检查 H 点控制, 主要通过 STO 的改动来控制 H 点的位置, 在布局图中体现出面 套、可行性等方面的相关问题。 如果完全由发泡来支撑,有两个问题: ? 从客户提供给我们的目标座椅上确定嵌入度 ? 确定假人在 H 点位置时 A 面的嵌入量 A 面需要根据实际情况上下或前后调整,建议在整体造型不动的情况下,仅改动与假人 接触的面积。 适当的 B 面支撑也很重要。对于靠发泡支撑的靠背,只需要两根水平的横向钢丝就可

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以了,将两根钢丝放在腰托区域的上下两端最好。不要将钢丝交叉或者交叉焊接,可能会产 生一些很难解决的问题。 有时需要在躯干上部下方设置第三根钢丝支撑发泡,特别是座椅出口到欧洲的情况。 B 面的定位对于靠背和座垫的 H 点和舒适性影响很大,必须尽早在讨论舒适性时确定。 如果采用网或弹簧支撑发泡的悬置机构,需要注意以下步骤: ? 必须将网或弹簧与发泡作为一个整体来考虑 ? 确定 B 面的位置时,如前所述,参考近似的座椅、同项目前期的座椅或者客户定 义的目标座椅,也可以根据以往的平均嵌入量 25mm 进行设计。B 面也受到后排乘客的 膝盖、腿和脚位置的影响。假人与金属件的距离和发泡的厚度也是重要的影响因素。要 知道,没有一个很好的办法毫无差错地来精确定义 B 面。 ? 静态评估悬置装置的位置。这是一个很重要的步骤。悬置装置放置在座垫或靠背 的 B 面上,这个 B 面必须具有普遍性,靠背的状态至少在有腰托和无腰托之间。 ? 确定弹簧的位置和硬度。从舒适性的角度出发,弹簧的位置非常重要,弹簧的位 置或多或少地体现了靠背和座垫最需要支撑的位置,但也不仅仅是这一点,进一步的研 究正在进行中。 骨架和悬置装置的位置是相互关联的, 悬置装置相对于假人的位置必须在骨架进行 STO 空间布置前完成。 ? 一旦骨架根据舒适性和 H 点布置好以后,其它问题也就浮出水面,具体如下: ——骨架侧面发泡的用量 ——骨架顶部头枕以下的发泡 ——靠背骨架后面和座垫骨架下面的发泡等 所有属于发泡制造、面套和装配可行性等方面的问题 ? 在空间布置完成前,吊紧、B 面面套的封闭背面附件和调角器附近面套的封闭等 等,在靠背骨架的位置最终确定时都应该考虑 ? 不要忽视装配过程中的问题。有时靠背骨架的设计不得不戏剧性的改动,因为骨 架 A 面比较封闭,导致面套或者发泡在装配时撕裂。

腰托相对于假人的前后位置
可调式腰托的支撑位置应该与被压缩的靠背 A 面相贴合,当腰托开始调节时,腰托根 据需要提供支撑。当腰托在最后位置时应该能够充分支撑,因为座椅斜躺时,人体会感觉到 腰托极不舒适,特别是在休息位置上。 这也是为什么持久腰托不受欢迎的原因。 另外一个原因是人体在长时间驾车后不同的姿 势和不同时间都需要不同的腰托支撑。同时,不同体形的人对腰托支撑的位置要求也不同。 座椅腰托问题的解决有一些简单的办法, 一种是使用能够前后调节的腰托, 可以据上所 述安装,即使带有腰托座椅 H 点从 5 到 95 百分位有±10 毫米的变化,腰托可以放在 H 点 上方 135 毫米,仅针对 50 百分位的男性的地方。 理想的腰托也应该能够上下调节,以适应各种人群。前后调节腰托能够节约成本,但上 下调节腰托就比较昂贵。

腰托的上下位置与假人的关系
腰托在靠背上的位置对 H 的前后影响很大。 3-7 表示了如何决定腰托在靠背上的高度。 图 研究表明 50 百分位的男性腰托位置应该在 H 点沿靠背角方向上方 135mm 的地方。对不同 的人群这个数值有+/-10mm 的变化。这就产生一个问题:即使座椅具有腰托机构可以前 后调节,上下调节的余量却不大。固定腰托就变成了一个敏感的问题,它的设计没有办法既

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能前后调节,又能上下调节。

图 3-7 腰托的位置

下部横杆的位置与假人的关系
下部横杆的作用是将靠背骨架的两端连接起来, 增加骨架的刚度。 大多数的骨架都需要 这个结构。 具有双边线性调角器系统的骨架不需要该结构。 横杆有时会产生舒适性和安全性 问题。当横杆需要隐藏和保护调角器的同步杆时,机构都比较复杂,因为调角器的旋转点对 假人造成不舒适的位置正好是横杆的位置。 应该花充分的时间把调角器的旋转点布置的尽可 能的低一些。有关这方面的详细信息参见第 1 课。 横杆也经常用于面套设计,作为面套中的支撑件。 必须保证横杆与假人的最小间距,发泡的 B 面必须附着在横杆上,将横杆布置的尽量 低,离假人尽量远。 下部横杆在后撞试验中起非常重要的吸能的作用,第 10 课中将详细讨论该问题。横杆 的装配和焊接也需要非常注意,前面我们讨论相关的问题。

侧向气囊
本课不讨论侧向气囊设计方面的内容, 而讨论如何设计带有侧向气囊的靠背骨架。 目前 有四个气囊制造商,都具有自主设计能力,但它们也都属于一般的设计标准。我们首先需要 关注的是为了布置气囊,骨架需要做哪些改动。一般情况下,可以在冲压骨架的上半部增加 一个大孔,或者在管状骨架上增加一个支架,每种方法都需要对骨架进行重新设计。

面套相关问题
如果没有解决面套的配合和包装问题,骨架的设计就没有完成。是否具有一个背板,面 套是不一样的。大多数情况下,使用带紧箍或 J 型条吊紧面套,提前进行这些东西的设计和

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布置并不困难,设计时需要与面套工程师及时沟通,布局图中必须表现出面套的设计意图, 定位它们的关注点,在零件制造前做出明智的选择。

小结
在第 3 课中,您学些了影响靠背骨架制造和装配的不同的设计内容、考虑和问题。这些 信息几何您已经学习的头枕方面的内容,使您能更好的理解零件的相互影响和对整椅的影 响。第 4 课您将学习座垫的相关内容。

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第 4 课:紧固件和扭矩控制
介绍
在第 4 课中,您将学习紧固件的工作原理、采用合适的扭矩的重要性、紧固件扭矩和摩 擦力的重要性和紧固过程中的摩擦力。 您将有机会讨论如何建立合适的扭矩。 4 课的信息 第 将帮助您理解座椅紧固件是如何设计和选择。

目标
第 4 课的学习完成后,您将能够: ? 正确设计紧固问题,包括决定合适的紧固件、扭矩、尺寸、长度及寿命 ? 在原型设计阶段选择好标准、 可替代或非标准紧固件, 最大程度的降低成品成本 ? 描述紧固件的工作原理,包括预紧和摩擦

设计要点
设计要点包括形状、功能和配合。

形状
紧固件的形状限制包括以下内容: ? 空间限制 ? 可装配性 ? 设计标准 空间是指零件需要多大的地方。在座椅滑道和其它位置,留给紧固件的空间是很小的。 一个好的设计应该能够在零件紧固前就能提供合适的紧固件尺寸。

螺钉
头部 实际中比较保险的设计是使用比自认为需要的紧固等级更高一级的紧固件。 这样当 设计需要增强或有改动必须增大紧固件时,只需要改变冲压件尺寸就可以用大紧固件 了。 可装配性是一个非常重要的问题, 特别是选择驱动形式。 内驱动形式有六梅花或十 字,常用于关注螺钉能够旋进去的情况。经常使用的驱动形式是外六角头,但它在旋紧 过程中有可能产生干涉。内六角头螺钉能够解决这个问题,但太贵。 空间设计中紧固件的选择也非常重要, 六角头螺钉不能使用的原因常常是空间设计。 同 样,内部驱动可以解决这个问题,但很贵。 螺纹长度 旋紧长度也是非常重要的, 有几样因素影响旋紧长度, 一般情况下至少要有两个螺 纹旋入配合件, 这个长度并不是螺钉旋入零件的总长度, 板件上的螺钉和自攻螺钉都具 有一个锥面,不是所有的螺纹面都与配合件接触,螺钉需要从零件穿出。 感应淬火螺钉的螺纹很脆,这种螺钉至少需要四个螺纹旋入配合零件。 有些螺钉在旋紧之前需要预紧, 这种情况一般需要很长的螺纹旋入配合件, 才能达 到预期的紧固效果, 但紧固件头部的旋紧压力会破坏配合零件的材料。 如果零件间的结 合力要求很高,将会引起扭矩的提高。

内螺纹紧固件
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一些零件本身提供紧固配合的一半(螺钉或螺母) : ? 平面孔,冲压孔或钻孔 ? 拉深孔或深拉孔 ? 焊接螺母,有螺纹或无螺纹 ? 防松螺母 平面孔 钻孔或冲压孔可以使用自攻螺钉和旋紧螺钉。 需要仔细计算配合螺纹的数量和旋出 力。自攻螺钉孔的尺寸根据零件的壁厚确定,壁厚越厚,孔越大,这对扭矩的控制非常 重要,这对详细考虑冲压工艺也很重要,出模一端的孔大一些,螺纹配合中的作用就小 一点,表 4-1 列出了孔径与厚度的关系。 拉深孔 拉深孔提供了更配合长度,有更多的材料与螺纹配合,孔的尺寸也有不同,相关的 材料厚度、孔大小和拉深长度可以在其它资料中找到。深拉孔是对这种技术的延伸,特别是 对较厚板筋。深拉工艺可以代替焊接螺栓,减少焊接零件,以及控制拉深尺寸。 焊接螺母 焊接螺母可以凸焊或气焊在骨架上, 这种螺母可以有螺纹或无螺纹。 在实际应用中 推荐无螺纹的凸焊螺母与自攻螺钉配合,这种螺母的优点包括: ? 节省了零件攻丝的费用 ? 这种螺母不能横向攻丝,减少返工的费用 ? 自攻螺钉上的螺纹强度很高 如果这些螺母是焊接的,最好不要使用凸焊。如果使用了焊接螺栓,需要设计一个锁止 机构,也可以作为定位机构。 江森自控具有每种机构的标准紧固件图纸。

板筋上孔的尺寸( 表 4-1:板筋上孔的尺寸(毫米) 板筋上孔的尺寸 毫米) 螺钉尺寸 材料厚度 .609 .762 .914 1.22 4.2 1.52 1.90 2.67 3.17 3.43 孔直径 3.2 3.2 3.2 3.2 3.4 3.5 3.8 3.8 3.8

防松螺母 防松螺母经常用于独立焊接或者弯头处。 它除了有标准的螺纹外, 还具有一套扭矩 锁止结构。极力推荐使用防松螺栓。这些紧固件江森自控都有标准零件图纸。

铆钉
铆钉的头部和长度与螺钉的要求相似, 铆钉受尺寸和可行性的影响。 铆钉的标准长度是 大于连接长度的 1.25 倍直径,这是考虑了铆钉在孔中的膨胀,铆钉的最终形状对拉伸和弯 曲很重要。江森自控的标准零件图纸也包含这些紧固件。

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设计荷载
紧固件的最大荷载和安全系数应该确定。 4-2 显示了紧固件直径和热处理条件之间的 表 关系。例如,安全荷载为 11 千牛时使用 M8,PC4.6 或者 M6,PC9.8 或者 M5,PC10.9 的螺 钉,获得的强度几乎相同。

热处理螺钉的安全荷载( ) 表 4-2: 热处理螺钉的安全荷载(kN) PC 4.6 M4 M5 M6 M8 M10 M12 2.72 4.4 6.23 11.3 18 26.1 PC 9.8 5.71 9.23 13.1 23.8 37.7 54.8 11.8 16.7 30.4 48.1 70.0 PC 10.9

螺钉越大,价格越贵,当热处理费用的差异忽略不计时,价格成平方倍增长。 铆钉的结构特征也很相似,常常用于剪切连接,此时的剪切力应该注明。

功能
许多紧固件有很多功能,一般能够承受拉力、弯力、剪切力、压力和扭力,连接点处具 有剪切力和摩擦力,使用自攻螺钉能够攻丝。每个紧固件有必要知道自由体受力图,有限元 分析也是很有用的。

压力连接
当螺钉根据扭矩要求拧紧后, 螺钉中残留了一部分压力, 这个残留压力或预紧力就是紧 固程度。在摩擦点这个预紧力传递到被紧固零件表面,迫使其结合在一起,并在被紧固两件 之间形成摩擦力,被紧固零件之间不能相对运动,知道这个力超差。现在的结构件设计中, 紧固件的数量和受力是受控的,被紧固零件之间不能有相对运动,这就是压力连接。 对于螺栓来讲,完全有可能同时实现旋转和压紧功能。螺纹部分不能作为肩部,但很多 地方希望紧固件的螺纹能够作为肩部, 那么紧固件就需要为移动零件定义一个肩部表面。 肩 部的平面在拧紧时也是安装面,需要进行扭矩控制,扭矩枪也需要定义关键特性。肩部较低 的螺钉很难控制,容易造成配合面变形。

剪切连接
剪切连接不需要预紧力, 这种紧固件的失效方式就是断为两截, 连接的受力方向为紧固 件的剪切方向。 头部尺寸和长度都可以选用最小。 剪切连接的螺纹紧固件要求在震动和有拉 伸荷载情况下锁紧连接零件。铆钉和自攻螺钉是自锁紧的。通常情况下,螺钉和剪切销是联 合使用的。

自攻螺钉
自攻螺钉在旋紧过程中形成螺纹, 通常情况下扭矩会比较高。 使用自攻螺钉有以下优点: ? 配合零件不需要预攻螺纹 ? 不会滑丝,减少返工 ? 自锁紧

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? 比切削螺纹配合的更加牢固 自攻螺钉具有特殊的螺纹倾角使其能够攻入螺母或配合件内部。 它经常使用在拉深孔或 者无螺纹焊接螺母上。这种连接比使用切削螺纹的连接要牢固,因为螺纹具有攻丝的力。

规范
紧固件的材料和尺寸规范包含在 ANSI/ASME、ASTM、SAE、福特、戴姆勒克莱斯勒、 通用、丰田、尼桑和 IFI 中。根据这些规范随时可能使用新的紧固件。在非正常情况下使用 非标准尺寸和材料的紧固件应该申报。

使用正确的紧固件
以上所关心的问题都检查过了以后, 建立一张零件的缩略图, 参考紧固件设计向导或者 网络资源确定是否能够使用江森自控已有的零件, 也可以联系江森自控的紧固件工程师配合 定义一个新的紧固件, 或者出于技术原因建立一个全新的零件, 一般情况下您需要创建一个 新零件号、新图纸,还要经过设计评审。

设置扭矩等级
扭矩是螺钉拧紧所要的能量, 是由螺钉头部表面与配合件表面的摩擦力产生的, 有时是 螺母产生,有时是螺钉产生。由于摩擦力对扭矩的重要影响,有以下几点需要考虑: ? 螺纹的配合 ? 螺纹数 ? 螺纹的摩擦 ? 螺钉头部表面的平整性 ? 螺钉头部表面的摩擦 需要设计扭矩时,预紧力或夹紧力的状态如下: ? 当使用较厚的螺母时,螺纹的接触长度增加,需要更大的扭矩。 ? 当螺母和螺钉的配合相对较好时,螺纹的接触面积增大,需要较大的扭矩。 ? 当螺母与螺钉的润滑较好时,需要较小的扭矩,接触表面质量也影响润滑效果。 ? 当螺钉头部表面较大时,也需要较大的扭矩。 ? 当螺钉头部表面润滑较好时,需要较小的扭矩。 根据以上因素来确定扭矩水平是比较困难的。图 4-1 表示了扭矩角度拧紧曲线。图中扭 矩和压力成正比上升。在螺纹几乎屈服时,扭矩斜度趋缓,最大扭矩就设计在屈服前。

图 4-1 扭矩旋转曲线

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在确定产品扭矩时建议使用以下过程: 1)使用现有的产品工具记录扭矩,至少记录 31 个螺钉,不需要使用整个产品,但 需要模拟与螺钉配合的路径。为了实施这个步骤,扭矩枪要有足够的强度,能够打滑螺纹或 者打弯螺钉头部。根据曲线,就可以确定每个螺钉的最大扭力水平。 2)计算平均值和标准偏差。平均值减去 3 个标准偏差,得到 75%的值。这就是最 大扭矩的推荐值,扭矩应该低于该值。 还有一些标准扭矩,可以用于初始原型设计。无论何时有紧固件的更改,上述方法尽可 能早的应用在项目中。尽可能使用自动拧紧工具是很重要的,手动工具的出错率是 25%。

表面处理
一般情况下紧固件表面不需要特殊的表面处理, 除非零件暴露在外观面, 需要镀层或者 喷漆。所有螺钉、螺母、垫片和焊接螺栓都需要鳞化、浸油和烘干。涂层应该在拧紧过程中 完好无损。因为摩擦力对紧固件的扭矩是一个重要因素,紧固件表面防锈也很重要。

标准紧固件
江森自控的紧固件标准有: ? 标准头部尺寸 ? 配合头部和杆径尺寸 ? 长度尺寸有 2、4、6、8、10、12、14、16、18、50、75 毫米 ? 带肩螺钉的肩部尺寸和以上长度规格 ? 标准材料的选择 ? 戴姆勒克莱斯勒、福特、通用、丰田或尼桑的标准零件,供应商的标准零件以及 列于标准零件表中明确定义的零件。 标准件信息可以在紧固件数据库中查找, 其中包括了螺钉的标准、 使用范围和新标准件。 当使用这些文件时,推荐使用以下结构。 数据是根据紧固件类型、 头部类型和尺寸的字母排序, 标明了江森自控的零件号和汽车 制造商的零件号。 现在和将来项目中用到的特殊的紧固件也简要的进行了说明。 在汽车制造 商、 工业企业或供应商那里的零件也被列为江森自控的标准件。 当一个零件在汽车制造商或 其它江森自控的项目中被借用,它就被标注为“借用” 。 紧固件手册可以用于零件的选择、 通用化或标准化。 选择一个紧固件必须注意以下内容: 1. 与紧固件工程师联系。 2. 检查汽车制造商、供应商、工业企业和江森自控的紧固件标准,尽可能选用。一定 要标注借用的零件,除非在标准件中没有超到需要的零件。 3. 检查数据库中的零件。 4. 检查紧固件图纸的详细信息。 5. 如果没有图纸,创建一个需要的零件的图纸。 6. 发放选择的零件,紧固件工程师签发。

小结
第 4 课中您学习了紧固件如何实现其功能、 紧固件的不同类型、 紧固件保持合适扭矩的 重要性和摩擦力在紧固过程中作用。 您应该能够描述如何建立合适的扭矩。 4 课的信息将 第 帮助您理解座椅系统中紧固件是如何设计和选择的。

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第 5 课:坐垫
介绍
第 5 课介绍坐垫的用途、 功能和一些相关的设计问题, 将对两种典型的坐垫骨架进行优 缺点的比较。此外,您将学习更多的如何避免座垫下沉、保证乘客舒适性的知识。第 5 课的 信息将使您理解座垫与头枕和靠背骨架的关系, 您也将会更好的理解如何设计该零件以配合 整椅系统。

目标
完成第 5 课的学习候,您将能够: ? 列出座垫骨架的零件表 ? 讨论座垫骨架需要考虑的问题 ? 解释单片结构或盆结构的优缺点 ? 解释四片式结构的优缺点 ? 描述后排乘客的脚部空间要求 ? 讨论怎样使用合适的悬簧来阻止下沉 ? 讨论悬置装置的位置如何影响乘客的舒适性和隔振问题 ? 列出与座垫骨架有关的面套问题

一般要求
以前曾经介绍过,作用在座椅上的荷载通过一条路径传递到汽车的底板上,以前,座垫 骨架处于受力路径中, 因为调角器装配在座垫上, 座垫必须设计的能够承受来自靠背骨架的 荷载,如图 5-1 所示,这种方式并不可取。现在普遍的概念是座垫骨架不设计成受力件,在 头枕到地板的受力路径之外,如图 5-2 所示。 无论如何,座垫骨架必须提供以下支撑: ? 乘客的静态荷载 ? 乘客的下沉荷载 ? 乘客在座垫上移动的疲劳荷载 ? 一些实际问题,如面套、发泡的支撑等 ? 必须固定发泡使其不能移动,从而避免噪音 ? 当然,座垫骨架在 H 点控制和舒适性控制中也起非常重要的作用

图 5-1 座垫骨架处于受力路径中

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图 5-2 座垫骨架作为不受力件 座垫骨架有很多第二功能,支撑面套等。在设计骨架时需要考虑一些问题: ? 支撑悬置机构 ? 支撑吊悬置网的紧附件 6 到 8 个(每边 3 到 4 个) ? 支持 H 点控制 ? 支持舒适性控制 ? 提供发泡的安置点 ? 提供后排乘客的脚部空间 ? 提供简易附件与上滑轨连接 ? 提供刚性扭矩,有时座垫需要保持两个调角器的同步 ? 提供面套吊紧附件 ? 提供电源开关、腰托把手或两向或四向升降机构 ? 提供塑料盖板、模块等的支撑

骨架类型
主要有两种骨架类型: 1.单片或座盆结构 2.四片式结构

单片座盆
单片座盆就是用一块板料加工而成的金属件, 在上面增加一些小的附件连接调节器、 开 关等。这种座盆可以直接作为座垫骨架,如果设计的巧妙,可以节约成本,且用于大批量生 产(每年 20 万件以上) 。如果使用级进模生产座盆,价格可以更低,特别是没有下一道工序 时。 如果这些座盆是非结构件,就可能设计成轻金属件,如铝、镁或塑料件,这种设计的价

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格需要仔细核算,因为零件价格和模具费用都可能比较贵。如果价格合适,将来一定会用这 种零件。

图 5-3 单片结构 表 5-1 列出了使用单件座盆的优缺点。 表 5-1 单件座盆 优点 价格便宜 一般没有下一道工序,模具线下就是成品 扭矩刚度具有连续性 较好的质量保证能力 缺点 一层材料厚度,对于座盆横向强度不利 用途的局限性,模具不能有较大的改动 模具费用较高

在单件座盆结构中, 没有悬置网, 发泡充当悬置件, 所以发泡的厚度就需要仔细的核算, 来满足 H 点和舒适性要求。 发泡的厚度一般情况下不应小于 50mm, 有较高的嵌入度的发泡 也不例外。 座盆的设计应该有一些网状区域,使发泡不能相对移动,这种移动会产生噪音问题。 设计中应该考虑一些孔或开放区域, 允许空气流通。 同时也需要考虑阻止乘客下沉和控 制后排乘客脚部空间。本课后续内容将讨论阻止乘客下沉的内容

四片式结构

图 5-4 四片式结构

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四片式结构和单片式结构的空间设计相似, 四片式结构解决了单片式座盆中出现的一些 问题,也产生了一些自己的问题,两种结构的价格差异可以忽略,但四片式结构能够提供更 多的设计灵活性。 四片式座盆由四种不同的部分组成: 1. 前横杆 2. 左侧板 3. 右侧板 4. 后横杆 这些零件通过弧焊或点焊焊接在一起。 这种结构的优点有: ? 设计上具有很大的灵活性, 因为每个零件都很容易根据乘客的需要进行改动, 包 括材料厚度和其它要求 ? 座垫骨架在尺寸上可以自由调节,对于不同的 STO 可以灵活调节座盆尺寸,而 不改变核心结构 ? 成本与复杂度的比值要求较低,因为单件复杂度较低 ? 设计中可以灵活控制悬簧和钢丝的尺寸 ? 边角料较少(冲压落料操作) ,因为单个零件较小,可以高效利用 ? 容易控制安全特性,特别是锐边产生的面套、发泡和手柄等问题 这种结构的缺点有: ? 如果不是模具产品,某些单件价格比较高,因为需要特殊的焊接和搬运 ? 需要关注质量控制,因为有较多的搬运、焊接过程和装配等 设计中需要考虑的问题: 设计中需要考虑的问题: 四片式结构应该带有悬置系统和钢丝, 大部分设计都有悬簧, 也有的设计仅使用了 悬置机构。把悬置网固定在骨架上非常重要。 在前横杆或后横杆上经常会增加几个突起用来安装弹簧, 这些突起需要承担很大的 荷载,设计时必须考虑能够承受三倍的静态荷载。根据装配的需要,前横杆或后横杆上 的突起必须折弯,保证悬置机构安装牢靠,不能打开。 当使用拉伸弹簧时,有许多变化的因素。使用横向或纵向都会对 H 点和舒适性造 成影响。 为弹簧打孔需要注意, 弹簧与骨架连接的位置容易产生噪音。 如果这些孔为一种壁 厚的封闭孔, 需要评估他们在长时间使用后和疲劳试验中的撕裂强度。 弹簧和悬置网也 需要考虑疲劳强度,这个系统中的所有零件都需要考虑。 四片式骨架必须也能够进行尺寸调节, 前后或横向, 每个方向至少能够改变 10mm。 这种调节余量有可能避免重新设计个别零件, 这也是四片式结构相对于单片式结构最大 的优点,单片式结构如果不重新开模或增加较大费用更改模具,就无法更改。 在设计尺寸可调式结构时,必须满足以下要求: ? 应留有足够的材料增加拉伸和焊接要求,20mm 左右 ? 骨架拉伸后,强度要求不能降低 ? 无锐边、倾角等影响装配工或用户 ? 焊接夹具和装配工具也能够做相应的调整 后排乘客脚部空间 后横杆在设计条件下应该与后排乘客脚部至少有 5mm 的间隙, 并具有足够的强度, 这个间隙不是金属件与脚部的间隙, 而是横杆面套与脚部的间隙。 后排乘客的脚跟点决 定了脚的位置, 在环境图中是一个非常重要的参数。 如果滑道有六向或四向的调节功能,

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那么这个间隙就应该是座盆处于最低位置时的间隙,而不是设计位置。许多情况下,在 最低位置时的这个要求很难保证,需要与客户协商处理。 有时, 后横杆的空间需要平衡舒适性和后排假人的脚部空间, 这时不能牺牲横杆的 强度,需要进行创造性的思维来解决冲突。一种解决办法是在空间允许的条件下,增加 加强筋、使用强度更高的材料、凸台结构或者增加小零件。

阻止下沉设计

图 5-5 阻止下沉设计 前横杆的设计对阻止乘客下沉非常重要, 在前撞过程中, 乘客在保险带的拉力下有向前 向下滑的趋势,乘客很有可能由保险带底下滑出,这种现象就叫下沉。阻止下沉的目的就是 阻止乘客在前撞过程中的向前运动,这应该是座椅的功能,在座椅上,这个任务就落在前横 杆上了。 根据座椅的位置和车身的大小, 乘客很有可能首先碰到仪表板, 但这不是阻止下沉设计 所要考虑的。您必须假定是由前横杆阻止住了乘客的下沉,而不是仪表板。 当假人开始向前移动时,它的轨迹只能通过录像来观察。在每种汽车上,这个轨迹都几 乎相同。历史数据表明,绝大多数情况下这个轨迹都是水平向前向下 20 度。 如图 5-5 所示,如果我们假定 H 点、D 点和假人坐骨向前下方 20 度运动,避免假人受 伤的办法就是使用前横杆阻挡住假人。 前横杆阻止假人运动的区域应该没用锋利的边缘, 并 能够有效阻止假人的向前运动。横杆的后部应该能够阻止向前下 20 度方向运动的假人滑出 横杆的表面和继续向前滑动。横杆的这个角度一般为 30 度,不要超过 45 度。 20 度的滑移角必须经过试验验证,横杆后部的角度机构需要在布局图早期完成。 另外一个需要考虑的重要因素是如何将悬置机构悬挂在前横杆上。 这些挂钩在前撞过程 中或者假人前滑的作用力下不能脱落。 发泡与金属件之间的悬置网和面套与发泡之间的网格 的牢固问题也很重要,在假人前滑时,发泡和面套可以帮助阻止假人的运动。

避免锋利边缘
避免锋利边缘,特别是单片座盆,非常重要,应该在设计前期就考虑到。级进模在后期 很难考虑更改,并且代价昂贵。 对座盆外围的锋利边缘的评估非常重要, 因为发泡、 面套和搬运过程中的皮肤都容易被

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划伤。这些边缘必须卷边、包边或者保护起来,不能留有隐患。 避免和评估座盆底部的锋利边缘也很重要, 主要是有两个方面的原因。 对在金属零件厂 或及时供货工厂搬运零件的人有潜在的危险。在某些情况下对最终的用户也有潜在的危险, 许多情况下,把伞、鞋、垫子放在座椅下面。当出现这种危险时,手、手指或皮肤就会擦伤 或者弄破。最常见的事故就是后排乘客把脚放在前排座椅下面时,鞋子被划伤。在任何地方 留有锋利边缘都不聪明、不谨慎也不安全,可能对人造成上海,不仅仅是最终用户。

舒适性和隔振
设计悬置装置时,弹簧坚硬部分的位置如果不正确,能够改变或者影响舒适性和 H 点。 悬置网的设计和尺寸也应该注意,但没有弹簧重要。 弹簧可以前后摆,也可以横摆,或者组合起来。前后要摆三根弹簧,横向要在每边摆三 根弹簧或者更多。组合使用的优点还没有发现。 当使用横向弹簧时,在 D 点和 H 点附近每边至少需要两根弹簧,提供乘客的支撑。弹 簧的布置需要仔细,参见图 5-4 的放置方法。 前面也讲过,弹簧及其附件是潜在的噪音源。 发泡与悬置网和弹簧紧密贴合无间隙非常重要, 座椅设计中金属件和发泡之间不能有间 隙。 工程师应该尽可能使用相同的弹簧,避免使用不同长度、不同硬度的弹簧,在装配中不 可能控制这种变化。

小结
第 5 课您学习了座垫的功能和目的, 以及设计相关的问题。 您也了解了座垫骨架两种结 构的优缺点,以及一些设计观点,帮助您避免乘客下沉,保证其舒适性。

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第 6 课:机械结构
介绍
第 6 课您将学习调角器和调节器如何影响座椅系统的, 您将讨论单边或双边调角器的特 征、特性、空间设计和属性的影响,您也将讨论座椅调节器有关的问题和设计标准。此外, 您将了解与锁设计有关的问题, 以及如何使用面套和座垫骨架附件。 6 课的内容将帮助您 第 理解这两种机械机构在座椅系统设计中所扮演的重要角色和它们与其它零件的配合。

目标
晚车第 6 课的学习以后,您将能够: ? 讨论调角器的位置对属性的影响 ? 解释在整椅系统中调角器解锁、操作和承载能力的影响 ? 解释与座椅调节器有关的问题和设计标准 ? 列表、组织和设计锁扣操作相关的问题 ? 讨论与面套附件、座垫骨架附件有关的问题 ? 讨论调节器、锁扣机构和调角器的一些特殊问题 在座椅系统中可以根据字面意思来理解机械机构, 最常见的就是手动调角器和前排手动 调节器。 这两个机械结构和两向可调头枕已经成为座椅系统的主要部分, 作为座椅的基本要 求考虑。 我们这里不讨论这些机构的基本设计理论, 它们是其它资料课程中讨论的问题。 我们将 集中讨论这些机械机构如何影响座椅系统的。 我们也建议座椅系统工程师在处理相关工作时 变得非常简单,您对这些机构了解的越多,对座椅系统的设计判断就越准确

调角器
在座椅系统中设计调角器的空间是非常重要的工作,单边调角器比双边调角器容易布 置,他们的布置都不是很容易。对于单边调角器来说,许多问题还是需要仔细的去布置。下 面就开始讨论调角器的位置对座椅系统属性的影响。

在 X,Z 方向的 H 点位置
根据舒适性要求和 H 点控制,金属件离假人必须留有充足的距离,调角器及其相关金 属件必须在指定的 STO 面中进行布置。作为金属零件的核心部件,调角器将所有来自座椅 靠背的荷载传递到座垫或调节器上。它的尺寸、旋转点和安装点都很难布置,如果空间设计 有问题,只能更改设计或重新选择调角器。

乘客的舒适性
上面提出的问题就与舒适性相关。最大的问题就是旋转点,特别对于双边调角器。大多 数双边调角器有一个同步杆(最便宜的方法) ,它必须保证与假人的最小距离。空间布置和 面套问题也需要考虑,本课稍后讨论有关面套的问题。理论上,调角器旋转点的布置必须解 决上述问题,参见图 6-1。

进出问题
如果调角器布置的太前,就会产生进出问题。不仅会使乘客在进出汽车时感到不适,而 且也很容易出现面套包装、坚硬点或塑料面板的问题。

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图 6-1 带有同步杆的双边调角器

面套问题
调角器的位置是面套难做还是容易做的关键因素。 当有其它因素也影响面套时, 调角器 的位置问题最为关键。如果使用隐藏的调角器能够避免这些空间布置问题。 典型的问题有: ? 确保调角器的位置在其调节过程中与面套和发泡没有干涉 ? 在不影响性能和可靠性的前提下, 调角器周围的面套很容易褶皱。 如果面套在装 配时是半成品,那么应该很容易翻折,在安装调角器的螺栓后,能够快速完成面套包装。 ? 塑料盖板应该很容易在及时供货工厂装配 ? 在调角器周围的面套不应该有皱褶,调角器的安装位置和螺栓位置应该有避让 孔,螺栓是结构件,其扭矩要求不能降低。

操作手柄的舒适性
客户和最终用户都非常关注操作手柄的舒适性。 操作手柄的位置必须根据最终用户的人 机工程学仔细选择。 根据人机工程学选择的手柄位置需要考虑一系列问题, 请参见第 1 课中 位置控制的内容。此外,操作力的大小也非常重要。 假设调角器和铰链的对其度是合理的,单边调角器的操作力就是一个调角器的操作力。 而双边调角器的操作力就不简单是两个调角器的操作力之和, 要比这个值大。 在双边调角器 系统中,靠背骨架系统将会增加 10%到 20%的操作力。同步性和一些其它的装配问题也会 对操作力产生影响。

调节角度时的舒适性和旋转点的位置
第 1 课中讲到旋转点的位置是影响乘客调节靠背角度时舒适性的主要因素, 如果它不在 假人虚拟旋转点附近, 乘客在调节靠背角度时会感到不舒服, 因为靠背的旋转点和假人旋转 点的差异会卷起乘客的衣角,许多情况下座椅靠背的下边沿会慢慢的把乘客向前推。

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装配可行性或装配容易度
调角器空间设计时必须考虑及时供货工厂的装配容易度。 为了保证调角器和靠背骨架的 连接, 装配过程受到一定的限制。 主要问题是装配螺栓的顺序不能让操作工使用三只手去工 作。此外,及时供货工厂在装配螺栓时容易损坏面套也需要考虑。面套包装工和装配工要能 够处理出现的任何相关问题。

金属零件的公差
调角器一般连接靠背骨架和调节器。就靠背骨架而言,侧向的焊接误差一般在±2mm 左右,侧面就与调角器配合安装。图 3-4 显示了尺寸精度。除了这些可见的公差外,座椅的 其它零件也有公差, 调节器或座垫骨架也会影响调角器的装配, 这些公差的累计最终都传递 到调角器上了。 所有这些公差都影响调角器的性能, 座椅系统工程师必须与调角器工程师一起确定公差 条件,避免产生操作力、噪音和耐久性方面的问题。

调角器的特性
除了上面提到的一些需要考虑的因素外,还有一些特性会影响整椅系统,例如: ? 卡盘间隙 ? 操作力 ? 调角器调节能力

卡盘间隙
在一定荷载的作用下,座椅靠背顶部最大位移一般不能超过 12mm,许多情况下控制在 6mm 以内。位移量与荷载的大小有关,荷载较大,位移也会变大。影响位移量的因素有靠 背骨架、调角器和调节器。对调节器来说,位移量在很大程度上与地板上的安装点有关。 卡盘间隙对位移的影响比较大, 这不仅仅是不管多大的荷载都会产生卡盘间隙, 而且在 骨架的顶部这种间隙会成倍放大。因此,调角器的卡盘间隙必须严格控制。但是应该知道, 减小卡盘间隙会增加操作力和制造成本,这些因素之间的平衡关系需要仔细把握。 前面讲到双边调角器的操作力要比单边调角器操作力的两倍还要大 10%到 20%,在双 边调角器系统中平衡操作力和卡盘间隙更加复杂。 座椅系统工程师必须理解操作力和卡盘间隙之间的关系, 在使用调角器前明确要求。 图 6-4 清楚的表示了这种关系。

弹簧的回弹力
回弹力帮助乘客将调节过的座椅从休息位置返回到驾驶位置,它的确定相对比较简单。 如果弹力过大,就会对乘客产生较大的推力,特别是比较轻的人,可能会推出座椅。弹力必 须至少能够推动 50 百分位的男性。弹力的设计必须覆盖所有人群(从 5 百分位的女性到 95 百分位的男性) ,这就使弹力设计趋于复杂化,也需要各种因素的平衡。选择回力弹簧的主 要考虑是它的空间位置,回弹力越大,需要的空间也就越大。工程师也必须了解在这种环境 下乘客是如何调节的, 他们是先从靠背上移开自己的身体, 还是身体靠在靠背上想完全依靠 弹力来向前调节。

座椅调节器
调节器的空间布置要求与调角器类似,但有一些特殊的问题和标准需要评估。

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地板安装点
每一个项目都有不同的安装点和不同的问题,也有一些非常重要的方面,在图 6-2 中。 ? 底板安装附件,如安装脚,必须是金属与地板的连接,中间没有地毯布、衬垫或 其它材料的垫片。中间的软材料肯定会引起以后螺栓的松动。 ? 在座椅零件空间布置的时候, 座椅工程师应尽可能的使安装孔与调角器共线, 避 免额外的悬臂,对于内侧和外侧都一样。 ? 螺栓的装配顺序非常重要, 必须在设计初期与客户协商确定。 螺栓的安装顺序对 座椅的功能和零件的性能,特别是调节器的影响非常大。 ? 安装脚周围必须留有足够的空间来使用螺栓安装工具, 螺栓也必须容易放入安装 位置。 ? 座椅系统工程师应尽量使座椅的安装在车内完成, 而在安装好前螺栓或者后螺栓 后,不需要移动座椅。 ? 四个安装孔中应该有一个是定位孔, 其它孔是腰圆孔或大圆孔, 设置合适的公差 几何尺寸。定位孔应尽量与底板上对应的控制孔对齐,以使座椅在车身上的位置尽量准确。 以往,汽车制造商选择底板上内侧前部的安装孔作为控制孔,座椅也是同样原理。根据 座椅的结构特点,这种方法不是很好。座椅承担了来在内侧安全带锁扣的荷载,安全带锁扣 的滑动端是非常坚固的。 座椅的外侧也承受着来自乘客肩部和腿部安全带的荷载, 这就使正 确的控制点应该在内侧或外侧后部。座椅系统工程师应该与客户沟通使其接受这种设计观 点。如果不同意,可以使用老的方法,但必须有一个控制点来连接座椅和底板。 ? 所有的螺栓尺寸 必须一致 ? 螺栓尽可能不要 使用特殊的垫片。螺栓头部 与座椅安装脚必须有足够的 重叠部分。这些必须进行极 限公差累计计算。如果不合 适, 座椅就无法通过 207/210 的试验,因为螺栓头部与座 椅安装脚没有足够的重叠部 分。这种情况下,建议考虑 使用带头部垫片的螺栓,如 果头部垫片没有起到作用, 最后的办法只好另外使用尺 寸合适的垫片。 ? 应该特别注意调 节器与安装点之间的悬臂连 接,应该确保座椅在极限位 置时没用强度问题。一般这 种极限情况在最前或者最后 位置出现, 必须经过 FEA 的 评估。这种极限情况也有可 能出现在其它位置上。 图 6-2 底板安装点

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调角器的安装点
调角器和调节器之间的安装点是传力路径上的结构点, 需要格外关注, 在设计过程中主 要考虑以下内容: ? 安装点必须能够装配 ? 螺栓应该能够自攻, 不至于产生滑丝现象。 要注意拉深孔应有足够的长度可攻丝, 可以参考靠背骨架的相关内容。 ? 螺栓不能与其它可能产生疲劳强度问题的零件干涉 ? 螺栓和螺栓顶端必须满足舒适性方面的要求 ? 螺栓的配合面不能有面料或其它材料。 如果该区域需要面套包覆, 那么在面套上 打孔,发泡和其它材料同样也需要打孔 ? 螺栓头部必须有足够的接触面积。 如果连接件使用焊接螺母, 螺母与焊接件就会 有孔偏差,可能会造成接触面积不足

内侧安全带锁扣安装点
内侧安全带锁扣安装点不仅仅是受力路径上的结构件, 还必须满足法规要求的荷载, 此 外,还需要满足: ? 螺栓头部必须与配合面牢固结合 ? 设计上必须防止螺栓拧的过紧,在滑道的任何位置上都应该保持锁扣的位置 ? 螺栓顶部必须满足舒适性要求 ? 铆接点和锁扣位置必须满足法规的要求

装配间隙和操作力问题
与调角器类似,这个问题也需要检查。调节器的装配间隙控制更加重要,因为间隙将在 靠背顶部放大,会给乘客造成极差的影响。 如图 6-3 所示,调节器的球或滚珠都施加了预载,就是为了减小间隙。减小或增加间隙 通过控制预载来实现,这也是改变调节器操作力的主要手段。制造误差引起预载的变化,座 椅系统工程师必须与机械工程师一起平衡操作力和间隙之间的关系,最终达到客户的期望。 根据目前的制造技术,不可能有两项内容都最优化的设计方案。图 6-4 表示了典型的操作力 和间隙的关系,虽然它不是很全面,但也描述了操作力和间隙关系的趋势。小的间隙会产生 较大的操作力,而间隙较大时操作力就小。

图 6-3 尼桑手动滑道空载状态

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图 6-4 典型的间隙与操作力关系

图 6-5 滑道和操作力的关系

最小化调节器操作力
在座椅调节器的操作力和间隙问题上,汽车制造商和最终用户会关注其它方面: ? 获得较低的操作力有时可能无法实现, 然而在调节滑道的过程中如果操作力有明 显变化将引起客户的强烈反感, 因此我们的目标就是减小这种变化。 一旦调节器的操作力水 平确定下来,操作力的高低差就应该控制在最小范围内。一般情况下在 10%以内,参考图 6-4A。 ? 如果座垫角度或座椅角度太陡峭, 就需要考虑增加一个辅助弹簧, 在向后调节时 储存能量,向前调节时释放能量以克服或平衡重力。 辅助弹簧和支架除了需要增加成本外, 还会在汽车总装车间产生搬运和装配问题, 工人 在装配弹簧时需要非常小心,不能碰到调节器开关,有针对性的进行防错处理也需要成本。 最好在设计中避免使用辅助弹簧。

锁的位置和操作形式
锁一般放在调节器滑道的中部, 各种情况也不尽相同。 座椅系统工程师和机械工程师需

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要考虑全行程中调节器的荷载路径,最终确定锁的位置。如果调节器是借用的,许多更改就 不那么容易实施。 有时锁的位置没有操作形式的要求高。 6-5 和图 6-6 显示了锁的几种可能的操作形式, 图 最常见的几种形式如下: ? 锁在 X-Z 平面工作, 沿着 Y 轴旋转。 例如尼恩 (图 6-5) 和波川德佛座椅调节器, 这种类型的调节器一般有一个毛巾架手柄。 ? 锁在 X-Y 平面工作,沿着 Z 轴旋转。例如 9914 通用 S 滑道,这种滑道一般有一 个水平向外解锁的手柄。近年,这种结构已经很少使用,因为人机工程不佳。 ?锁在 X-Z 平面工作,沿着 X 轴旋转。例如通用的赛腾、1997APV(图 6-6) 、墨丘 利和尼桑滑道。这种座椅一般具有一个旋转解锁手柄在座椅的前部或后部。

图 6-5 尼恩手动滑道 对于每种操作形式,最终结果都是一样的,牢固的锁住上下滑轨。每种锁的设计又有所 不同,调节器在选择锁止点时需要考虑以下问题: ? 锁操作的空间。每种锁需要的操作空间不同,空间的大小就决定了用锁的类型。 ? 解锁手柄的位置和类型需要客户来定义。 每种类型的锁都有不同的解锁手柄, 改 变它的运动方式可能会增加成本, 座椅系统工程师必须向客户说明, 并且引导客户作出正确 的选择。要合理使用每一种锁。 ? 锁齿的设计是调节器功能和承载种最重要的问题之一, 锁的主要功能依靠锁齿和 齿窗之间的摩擦力来实现,所以锁齿的倾斜角必须仔细审核。 ? 锁的受力也非常重要, 它与滑道本身的受力不同, 它在很大程度上影响滑道和锁 齿之间的解锁力。

图 6-6 GM-200 手动铝滑道锁的受力机构

锁的滑动锁止试验
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一个良好的锁要求能够立即锁止,不发生滑移,并不是所有的锁都能达到这个效果,滑 动锁止试验正是为了检测这个特性, 也用来验证锁止系统的有效性。 锁的有效性依赖于手柄 的弹簧力,弹力较大时,锁止比较快,而且牢固,但也会增加锁的操作力。

单边锁和双边锁
以往,许多座椅滑道只设计一边使用锁,实际上,另外一边(内侧或者外侧)就成为了 自由滑动端。 当座椅上开始使用内侧安全带锁扣、 双向调角器以及滑道承载能力要求的提高, 双向调节器成为标准件。但是,双向锁产生了一些新的问题。 使两边的锁同步非常困难。座椅系统中,除非有特殊的设计,一般在锁与滑道之间都会 存在一定间隙,这种间隙无法避免。因此,在使用双边锁系统时,座椅系统工程师必须向客 户说明事情,并共同确定一个标准,可以用时间来定义滑道上两个锁的间隙(有几毫秒的测 量差或声音差) ,也可以用目标座椅来定义同步性。 在这种情况下,座椅系统的扭转刚度是一个关键因素,无机构件的座盆骨架更加复杂。 因此许多双边调节器使用横杆(或管)构成一个筐体,增加其刚性,使双边锁正常工作。也 有一些其它的设计(特别是在美国)没有使用这种机构,但这必须获得客户的认可。筐体机 构避免了故障锁的影响,特别是能够提供锁正常工作的扭转刚度。

包覆附件
许多情况下,移动的上滑轨需要使用面套或塑料件包覆,上下滑轨是结构件,在考虑其 包覆问题时应保证其结构的完整性。

塑料罩盖、手柄、按钮、 塑料罩盖、手柄、按钮、开关等
不管使用何种调节器罩盖, 用在上滑轨还是下滑轨, 都必须在整个行程中验证是否存在 干涉。使用罩盖或手柄需要注意两个问题: ? 应确保这些包覆件不会卷入金属件中间 ? 发泡和面套应裁剪适当,在安装开关、按钮后发泡和面套切口不会外露 在及时供货工厂裁剪发泡和面料比较难控制质量, 及时供货工厂最希望每个零件都已经 预装好和成形好,他们只需要进行总装配就行了,但在许多情况下,需要在总装线上进行裁 剪。因此,这些基本的工作必须在座椅系统工程师的协助和参与下一点一点的确定下来。

进出、倾斜、 进出、倾斜、翻折和颠倒操作的容易性
这是一个正常的附加操作特性,自由释放调节器,靠背向前旋转最前位置,把座椅向前 滑动,如图 6-7 所示。 这能检测出调节器、锁和调角器的一些特殊问题。 与机械机构相关的一些典型问题包括: ? 手柄的杠杆作用可以降低操作力 ? 调角器和调节器的线束走向,及时供货工厂的线束装配 ? 两向调节器锁的同步性 ? 调节器前后滑动的操作力 ? 装配误差和机械零件的可靠性 ? 累计公差将导致锁故障和功能失效 ? 及时供货工厂的包装和装配 ? 搬运和转移问题 座椅系统工程师和机械零件工程师必须一起确保这些问题能够得到妥善的处理。

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座垫骨架附件
座垫骨架是否是结构件, 对调节器的附件会产生不同的问题。 及时供货工厂最希望附件 设计成为从侧面或上面打螺栓或螺钉。 座垫骨架的测量精度很重要,特别是横向精度。如果调节器装在一个垂直的侧板上,座 垫骨架侧面与上滑轨侧面就没有间隙或干涉问题, 任何的配合不当在螺栓拧紧后都会引起调 角器或调节器的扭曲,达到一定程度时调节器和调角器就会产生噪音、操作力和强度问题。

图 6-7 倾斜滑动

小结
第 6 课您学习了调节器和调角器是如何影响整椅系统的, 您也有机会讨论了单边和双边 调角器的特性、属性、空间布置所需要考虑的一些问题。您也讨论了座椅调节器的空间布置 问题,如安装点、间隙、操作力等相关问题。最后,您了解了所机构设计和确定包覆和座垫 骨架附件时需要考虑的问题。

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第 7 课:发泡和面套
介绍
在您学习了头枕、靠背、座垫骨架和紧固件之后,第 7 课您会学习发泡厚度、密度、压 陷量(ILD)和形状如何影响舒适性和 H 点的,同时您也有机会讨论如何放置吊紧钢丝、双 硬度或双密度发泡和一些能明显改善座椅舒适性的类似硬发泡材料。 7 课的学习将会帮助 第 您理解座椅设计是如何影响面套的选择的。

目标
完成第 7 课的学习以后,您将能够: ? 讨论发泡厚度和压陷量的关系 ? 讨论发泡密度和压陷量的关系 ? 讨论发泡在不同深度压缩发泡时发泡的变化 ? 解释吊紧环、吊紧钩和吊紧带是如何影响座椅舒适性的 ? 解释为什么要避免发泡抽芯 ? 讨论面套材料的相关设计问题 发泡的厚度、 压陷量和形状决定了它对舒适性和 H 点的影响有多大, 有吊紧钢丝的区域、 双硬度或有类似硬发泡的区域也会影响舒适性和 H 点。 面套对舒适性和 H 点的影响也很大。面料类型,如棉布、皮或革,它们的拉深量影响 了舒适性和 H 点,吊紧方法,如带紧箍、J 型条等也影响面套。带紧箍比 J 型条使用的多。

厚度和压陷量的关系
研究表明,压陷量根据厚度的变化而变化,不同配方的发泡的情况也是一样。图 7-1 所 示是它们的关系,数据信息是在 15 平方英寸的发泡块上收集的。 数据表明,座椅系统工程师建立 H 点控制与发泡密度和压陷量关系时,发泡的厚度也 需要考虑进去。实际上,发泡的实际形状和状态由于吊紧等因素的影响,图表中的数据应该 参考使用。

压陷量和密度的关系
研究也表明每种密度的发泡无法给出完整的压陷量,仅在有限的范围内。当 H 点控制 选择了一定的密度/压陷量关系时,也就明确了数据信息的准确程度,图 7-1 表示了这种关 系。

发泡在不同压缩量下压陷量的比较
图 7-2 比较了发泡在不同的压缩量下压陷量的变化。汽车制造商有不同的压缩量要求, 从 25%到 65%,江森自控的工程师必须能够使用有效的办法来比较这些数据,唯一的办法 就是在同一压缩量下进行比较。

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图 7-1 厚度、压陷量和密度的关系

压力变化的转换
图标数据在50%压力下测定(福特、通用) 1. 将50%的压力偏差变成65%需要遵循以下原则: 50% 压力偏差x 3/2 = 65%压力偏差 2. 将50%的压力偏差变成25%需要遵循以下原则: 50% 压力偏差/2 = 25%压力偏差 以上原则是在50%的湿度环境下测定 如果使用其它湿度环境,遵循以下原则 RH值上升1%,压力偏差下降0.6%
500 400 300

200 100

0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 50% RH 65% RH

压力变化的转换

吊紧及其对舒适性的影响
发泡设计向导中可以获得许多设计信息, 如吊紧槽的深度等。 对于座椅系统需要考虑一 些其它的因素, 面吊紧的位置对舒适性和 H 点控制非常重要。 D 点或大腿离去点 20mm A 在 内不能用前后方向的吊紧位置。 许多设计的吊紧位置放在座垫的咬合线位置, 这样可以控制 H 点的变化,但对舒适性不利,如果要改善舒适性需要增加成本。 左右方向吊紧位置推荐放在侧翼和中垫的连接处, 这样可以控制面套的移动, 减小或取

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消面套之间的拼接。 有些座椅产品的侧翼和中垫之间没有吊紧槽, 侧翼的高度和形状必须控 制,也需要客户接受一些拼接处理。 如果不使用吊紧钢丝而使用其它方法,如吊钩或吊带,需要遵循同样的规则,但没有吊 紧钢丝那么严格。人体对其它吊紧方式的不适感比吊紧钢丝要弱,有关内容稍后讨论。 强烈建议对吊紧钢丝的末端进行保护处理, 不要使它危及到舒适性和安全性。 最好的办 法就是将钢丝末端弯成环状。

吊钩和吊带对舒适性的影响
吊钩和吊带经常用于替代吊紧钢丝, 虽然它们比较贵一点, 但是其它方式无法保证某些 造型的的要求。在什么地方、如何放置和如何设计它们在发泡设计向导中都有描述。对于舒 适性和 H 点控制,这些带子不能离 A 面太近,应该植入发泡中,在包装面套后不会很容易 看到或感觉到。

发泡 B 面的挖空
不要将发泡挖空,他们必须提供足够的支撑和判断。 许多设计者和工程师试图挖空发泡的 B 面,这对 H 点控制和舒适性是相当不利的,如 果遵循本手册中的舒适性和 H 点控制要求,就不应该挖空。 挖空发泡会产生强度问题, 因为对于长时间使用的发泡其状态无法预知, 面套包装效果 受到影响,H 点的位置无法预测,对舒适性的影响更无法评估。这些问题多数会在汽车行驶 1000 到 12000 公里时发生,那时再想改善问题已经来不及了。

面套材料的相关问题
除了提供视觉效果和外观造型以外,面套材料还对座椅的舒适性和 H 点有很大影响。 面料的质量和机械性能决定了它如何影响舒适性和 H 点。坐在柔软和富有弹性的面料 上与坐在绷紧的面料上感觉是不一样的。 座椅发泡是不是太硬?是不是太厚?它们是如何包 装的?如何过渡的?如果有发泡嵌块或多层发泡,它们又是如何影响舒适性和 H 点的?这 些都是面套材料影响舒适性和 H 点的问题。

小结
在第 7 课中,您学习了发泡的厚度、密度、压陷量和形状是如何影响舒适性和 H 点控 制的。您也讨论了如何放置吊紧钢丝,双硬度或双密度发泡、特殊发泡材料对座椅舒适性的 影响。本课与第 1 课的内容将帮助您理解座椅设计如何影响面套的选择的。

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第 8 课:产品评估
介绍
您已经学习了座椅系统和各种零件的设计, 现在您将了解如何证明这些设计满足预期的 目标。 在第 8 课中您将学习产品评估相关的问题和考虑因素。 您将又机会讨论选择合适的规 范、有效的验证方法和样件数量,第 8 课的信息将帮助您理解评估的重要性,以保证产品能 够批量生产, 也将介绍一些类似的概念, 这些概念被用于描述欧洲的产品验证中不同的过程 要求。

目标
完成本课的学习后,您将能够: ? 列出产生座椅缺陷的一系列原因 ? 解释设计各个阶段的产品评估的重要性、主要任务和输出

产品评估的目的
产品设计缺陷 产生或造成座椅缺陷的原因有那些?设计缺陷的形式有: ? 制造质量 ? 设计质量 我们如何能够完成一个高质量的设计?我们必须遵循那些步骤? 产品评估相关的设计步骤

图 8-1 设计过程

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设计过程的每一步都有详细的任务和产品评审的内容。 问题: 问题: 当我们进行这些步骤的时候,考虑以下问题: ? 如何用本步的质量来驱动下一步的质量 ? 每一步的精确性如何影响零缺陷目标的完成 您能够省略当中的哪一步吗?为什么?

第 1 步:确定功能和用途 定义功能的重要性
在制造任何样件以前,在开展任何图面工作以前,在有任何设计概念以前,必须清楚零 件所要达到的功能。不幸的是,很多情况下我们忽视了这些。但是我们考虑以下,一个工程 师能否设计出一个喷气式发动机,不知道它要带什么飞船或不知道要飞到哪去?或许不能。 当然座椅不是喷气式发动机, 我们不能因此而放弃应该做的工作, 它们的设计过程是一 样的, 不管产品的类型是怎样的。 需要注意, 预先定义座椅的功能在大批量生产中非常重要。 例如,如果喷气式发动机装在动力装置的下面,工程师就需要改变设计推动动力装置,而这 些改动需要多少成本或增加多少重量并不是问题,因为只需要做一个(或少量) ,对整个过 程的影响不大。但是,在座椅项目中,每个座椅都需要增加成本和重量,大量的座椅将产生 费用和重量问题。 这就很容易理解产品功能预先定义的本质含义了。 工程师还要为它们设计 些什么呢? 许多情况下座椅的概念客户都以工程说明(SOW)的形式定义的,它将列出座椅的一 些内容(手动调角器,电动腰托等等) 。这些并不是确定功能和用途的所有工作,有必要将 它扩展成如何设计才能达到这些功能。 比如喷气式发动机, 简单定义它具有一个发动机不能 表明所有的功能。 工程师必须寻找一些其它问题的答案帮助理解这些信息, 如座椅的使用情 况(荷载和行驶距离等) 。这些看起来比较繁琐,但都是一些基础内容,遗漏的问题越少, 项目开展的就越顺利。

确定功能规范
对于一个给定的产 品如何确定功能规范? 定义功能是首要的 过程,整椅要求决定了 各个零件的功能。一般 情况下,座椅的功能就 是提供安全、舒适的乘 坐环境。为了提供舒适 性, 座椅必须能够调节, 为了能够调节,就需要 增加调角器,因此调角 器的功能之一就是提供 靠背调节。

安全舒适

提供调节

发泡轮廓

靠背调节

能量传递

滑道

增加调角器

大腿支撑

腰托

头枕

图 8-2 确定座椅功能

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列出座椅期望具有的功能和相关零件。

列出座椅系统可能会误入歧途的问题。

用工程师的术语就叫潜在失效模式及后果分析 (DFMEA) 在设计 DFMEA 时工程师尽 , 可能列出所有失效可能。对每个失效必须进行下列评估: ? 失效后果 ? 失效原因 ? 出现失效的数量 ? 现有的设计控制 ? 探测难易度和风险系数(RPN) ? 推荐的措施 ? 职责和目标完成日期 在项目实施的整个过程中工程师需要不断更新这份报告,以反映实际措施及效果。图 8-3 为 DFMEA 的范例。

探测度
探测度是用来评估产生失效或实际失效能够被探测到的可能性。 探测是防止失效的最后 一道防线,如果现行控制不能探测到失效模式,那么这种失效就非常有可能发生。评估探测 的可能性应该慎重, 比较容易乐观。 使用以往的历史记录。 如果失效就出现在近期的项目中, 那么它很可能会再次出现。 表 8-1 设计失效模式及后果分析中探测度向导 (AIAG)

探测
非常渺茫 渺茫 很困难 困难 一般 容易 比较容易 非常容易 显而易见

设计控制下探测可能性
设计控制探测到潜在的原因或机理及失效后果非常困难 设计控制探测到潜在的原因或机理及失效后果有一定困难 设计控制不容易探测到潜在的原因或机理及失效后果 设计控制不难探测到潜在的原因或机理及失效后果 设计控制一般可以探测到潜在的原因或机理及失效后果 设计控制容易探测到潜在的原因或机理及失效后果 设计控制比较容易探测到潜在的原因或机理及失效后果 设计控制非常容易探测到潜在的原因或机理及失效后果 潜在的原因或机理及失效后果在设计控制中显而易见

探测度
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

非常不确定 设计控制无法探测到潜在的原因或机理及失效后果,或者没有设计控制

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期望第 1 步的输出:确定功能和用途
此步完成后可以发放的文件有: ? 左侧整椅的 DFMEA。为什么不将老的 FMEA 和文件改写完成呢?

第 2 步:确定规范 确定规范的重要性
由于设计工作建立在性能要求的基础上, 有那些东西、 如何达到性能的文件是非常重要 的。当您需要进行试验时,您将没有时间去回想需要做些什么,小组成员也可以更改项目流 程。定义什么试验需要做、为什么要做这个试验的文件把工程师的要求相互传递,而不造成 误解,这就是设计验证计划(DVP) 。DVP 建立在座椅系统的性能要求、定义的尺寸要求和 可靠性水平的基础上的。DVP 的样例参见图 8-4。

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选择适当的规范
功能规范定义在 DVP 中,每个功能规范必须于满足一定的数值以评估产品是否达到要 求。

表 8-2:测试规范样例 : 类型 FMVSS 要求(北美) 规范 ? 201 内饰件碰撞中的乘员保护 ? 202 头枕要求 ? PF 8401 戴姆勒克莱斯勒 ? SDS 福特系统设计要求 ? GMUTS 通用 必须由客户定义

ECE/VDA 要求 (多数欧洲) 17.04 座椅强度 客户要求

其它法规要求

一些特别的要求形成了前面所列的座椅的功能和用途。 但是, 工程师也必须防止过度超 标准设计和低标准设计。 为了确定是否需要特别的规范,工程师需要询问以下问题: ? 是否有评估手段(测试方法)来正确模拟前面的功能列表? ? 目前的控制测试是否真的能够探测出失效模式的产生? ? 在满足这些规范的同时我们是否已经达到了防止缺陷座椅的目标? 参考 FMEA 手册中的引用: “大多数的产品在离厂时满足了规范的要求,许多产品在使用中失效了。 ” 确定设计能够满足哪些规范时,不能把必须达到的目标和期望达到的目标分离。例如, 期望头枕能够满足 5000 个循环的功能要求,是不是真的有必要?明确定义哪些规范必须满 足,哪些规范期望更好的满足,是非常重要的。 增加不必要的要求会增加产品的成本,例如:客户的目标(行程、操作力等)在项目早 期是能够满足的, 但如果在产品制造以后再定义它们就太晚了, 这时候设计已经无法满足要 求了。 在项目前期就统一目标可以避免出现后期解释说明和客户的不满。 如果我们需要增加 要求,工程师必须参考历史经验和未来客户在批量生产时的需求。 选择规范的信息来源包括:

历史数据 ? 市场数据 ? 质保数据反馈 ? 基准数据
增加的资源包括: ? 逐个焦点群体 ? 责任循环信息 ? 常识

未来数据 ? 提高/更新的规范 ? 改变环境条件

试验排序和样件数量
一个良好的 DVP 能够在早期列出绝大多数必要的试验,如果项目进展表明需要更新 DVP,那么越快越好。DVP 中列出了试验的顺序和样件数量,所有非破坏性试验应该使用

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一个零件,可以节省样件费用。参考附录 D 中江森自控的试验样件推荐数量。
期望值 R95 C80

R50 C50 R95 C50

图 8-5 样件数量 确信度和可靠性目标 确信度和可靠性目标直接影响设计余量设计验证样品数量,确信度和可靠性水平越高, 设计余量和设计验证样品数量约大。 ? 可靠性就是零件满足期望值的百分比 ? 确信度就是保证可靠性的程度 图 8-5 表示了三对不同的确信度和可靠性之间的关系。 为了保证可靠性水平,零件的性能必须远远超出要求的性能。为了增加确信度水平,需 要更多的数据。 我们的客户一般会定义期望的确信度水平, 可靠性水平只能通过一次次的试 验来获得,这就是在 Y%确信度下的 X%可靠性的最小值。 二项式分布和韦博分布是用于试验计划的两个基本的静态分布。 当简单定义了一个属性 值(通过或未通过) ,就使用了二项式分布。当使用实际的试验数据来确定可靠性水平时, 就使用韦博分布。每种分布对设计水平和样件数量的影响都列在图 8-6 到 8-12 中。 但是,在设计开始前期,有必要了解这些水平,因为这些水平直接影响或引导性能(设 计余量)和试验样件数量要求。

期望第二步的输出:确定规范
第二步可以发放的文件有: ? 设计验证计划 确信在 DVP 中所有的功能和用途将被评估和验证

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二项式分布的样件数量 二项式=属性(满足标准或不满足标准) R≥(1-C) 或 Log(1-C) C 表示确信度 n= Log(R) R 表示可靠性 无失败的试验数量 确信度 可靠性% 99.9 99.5 99 98 95 90 80 50 693 138 69 34 14 7 3 70 1204 241 120 60 24 12 6 80 1609 321 160 80 31 15 7 90 2303 460 229 114 45 22 11 95 2996 598 598 149 58 29 14 99 4605 920 459 228 90 44 21

图 8-6 二项式分布的样件数量

结果失败的试验(寿命延长期测试) 结果失败的试验(寿命延长期测试) 韦博的形状参数、β、评估需要较少的样件,因为假定的数据分布 β N/N1=(L1/L) N,L 是二项式分布的样件数量 N1,L1 是高寿命预期下降的样件数量 韦博可能的密度分布 τ=100 β=0.5,1,2,3,5

图 8-7 结果失败的试验

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满足 R95C50 要求的样件
韦博β= 3.5
样件数量(N1) 样件数量

15 10 5 0
寿命 (L1) 数据 A

1 14

1.2 1.4 1.6 1.8 7 4 3 2

2 1

2.2 2.4 2.6 2.8 1 1 0 0

3 0

图 8-8 满足 R95C50 要求的样件

满足 R98C50 要求的样件 韦博 β= 3.5 样件数量 (N1)

40 30 20 10 0
寿命(L1) 寿命 数据 A 1 34 1.2 18 1.4 11 1.6 7 1.8 4 2 3 2.2 2 2.4 2 2.6 1 2.8 1 3 1

图 8-9 满足 R98C50 要求的样件

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座椅靠背骨架比较 后部荷载
重量差(lbs) 重量差 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 1.00 1.50 2.00 2.50
成本差

$1.00 $0.80 $0.60 $0.40 $0.20 $0.00 3.00

管状 截面 板槽 截面

设计余量" "设计余量 设计余量
图 8-10 座椅靠背骨架后部荷载比较

成本(千美元) 成本(千美元) 200 150 100 50 0

减少样件数量和增加单件成本 之间的矛盾

R95C50 样件成本 R98C50 样件成本 40 万单件成本 80 万单件成本

1

1.2

1.4 1.6 设计余量

1.8

2

图 8-11 减少样件数量和增加单件成本之间的矛盾

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产量交叉点
样件节省 =产品补偿 数量(千件 数量 千件) 千件 2,500 R95C50 2,000 1,500 1,000 500 0 1 1.2 1.4 设计余量 1.6 18. 2 R98C50

图 8-12 产量交叉点

第三步:设计(建模) 第三步:设计(建模) 设计(建模)的重要性
建模能够在制造样件之前验证零件之间的配合。 好的建模能够表现出零件之间的间隙和 装配条件,如果不满足公差将会产生应力或干涉。

设计过程和设计验证计划
座椅系统设计第一册和第二册着重讲述的就是设计过程, 本课仅讨论设计是如何影响设 计验证过程的。 在设计团队中经常存在冲突的要求,设计方向有时会模糊不清。希望降低成本、重量、 投资、时间等等都使第二步中所列的早期规范面临严峻的挑战。如果规范必须要满足,那么 设计就必须清晰, 必须清除模糊不清的设计方向。 工程师团队的主要职责就是保证达到所有 的设计要求。在最后一课中您将讨论座椅系统工程师在保证满足这些规范时必须扮演的角 色。

期望第三步的输出:设计
第二步结束后分发的文件: ? 所有功能的数据模型,布局图是展示这些设计条件和研究的平台。

第四步: 第四步:分析 分析的重要性
在项目开始之初就进行分析能够最大限度的节省成本和时间。 目标是通过分析来进行设 计,而不是通过试验来进行设计。在产品发放和制造前分析的结果用于设计调整,最终,分 析结果将与试验结果进行比较,来确认是否达到了设计的期望值。

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因设计因素导致的重量增加
前排靠背骨架 增重 (lbs)

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
寿命
图 8-13 因设计因素导致的重量增加

"Hand-Calc" 驾座 S. Des. 管件 D. Des. 板件

2.2 2.4

2.6 2.8

3

进行分析
分析最常有的手段是有限元,有限元分析取代了诸如剪切应力和弯曲应力的手工计算。 实际上有限元分析应该用于这些手工计算的细节确认, 它能够在设计师建模之前查出设计缺 陷。 对比详细设计和简单结构设计进行计算,这样可以节省时间和费用。图 8-13 例举手工 计算与其它方法计算的差异。 其它分析方法有: ? 变化仿真 ? 运动研究 ? 静态(线性和非线性) ? FEA 的动力学、压力和偏差模式 有那些信息必须要分析?工程师需要与结构分析小组一起确定用于 FEA 的材料的规 范、厚度和公差。然后对比分析结果和必须要满足的要求及设计余量。

期望第四步的输出:分析
完成第四步后,需要分发以下文件: ? 根据 FEA 模式验证设计 这是在理论上证明设计是满足要求的。

第五步: 第五步:详细设计 详细设计的重要性
原型产品的质量取决于制造他们的零件的质量, 了解哪个零件用于哪一级总成对于产品 的性能非常重要。

详细设计和产品确认
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一个良好的设计需要团队有效的交流。设计也许是真理,但制造是圣经,就是表示工程 师需要沟通设计的细节。 如果制造信息没有包括每个零件的设计细节, 所有美好的愿望都可 能被曲解,设计意图的清晰表达与设计本身一样重要,是相互影响的。 图纸向导的信息将在下一课介绍,以下是在图纸设计重必须注意避免混淆的几个例子: ? 基准 ? 重要尺寸 ? 公差 ? 重要特性 ? 材料 ? 焊接 ? 表面质量 这一步重也应该完成材料清单, 它不仅表示了零件之间的装配关系, 也明确了零件所属 总成的控制水平,这对下一步的原型制造非常重要。 夹具是一项容易忽视的任务。 制造和试验夹具必须有计划的设计和发放, 任何零件或装 配要求的特殊工具也必须发放。

期望第五步的输出:
完成第五步后,需要发放以下文件: ? 审核后的图纸 ? 零件材料清单及版本

第六步: 第六步:建立原型 建立原型的重要性
装配过程中的每一个零件都很重要, 需要了解每个总成所包含的零件及正确版本, 避免 反复。零件清单是控制装配和零件版本的有效文件。

达到图纸要求
每一步都非常重要,建立原型也不例外。工程师要求“根据图纸制造零件” ,我们已经 讨论了图纸的重要性, 但是供应商如何达到图纸的要求也同样重要。 图纸必须明确制造过程 (例如剪切和焊接,热变形加工,软模,激光切割,数控机床加工,冲压,滚压成型,浇注 成型,冷镦等等) ,因为这些过程影响零件的性能,原型供应商必须明白和严格遵守零件制 造要求。为了做的好一些,我们应该保守一些。客户样件和试验零件需要产品产品的意图, 原型零件出来以后再去控制如何使用或者用在什么地方就很困难了, 在建立原型时尽可能的 使用量产零件。 以下是两个原型零件的实例: ? 机械机构是最先要求制作的零件, 手动滑道的操作力、 电动滑道的平稳和噪音都 可以不考虑,正式零件会比现在零件好,客户也是这样期望的。 ? 不要忘记使用标准紧固件,包括车身紧固件。也要注意,使用的标准零件或许不 容易拿到,应尽早计划和定购,为准备零件预留充分的时间。

期望第六步的输出: 期望第六步的输出:建立原型
第六步完成后能够发放以下内容: ? 具有代表性的零件

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第七步: 第七步:检查 检查的重要性
零件没有经过适当的检查, 我们就没有办法解释试验的结果、 客户的问题以及其它性能 问题,换一个其它的零件仍然有可能发生,但至少已经是有意识的去避免了。

检查零件
检查的过程是非常简单的。最基本的,零件必须符合图纸要求,检查零件并不能控制他 们的好坏。既然不能检查质量,那为什么要检查呢? 我们经常因为试验或客户订货紧张而放弃检查, 这是非常危险的。 这些零件都将对设计 进行最终验证,保证它们是最终零件不重要吗?图 8-14 表示了零件符合图纸的重要性。

是否检查零件





零件符合图纸



进行试验



实际节省 试验费用







进行试验

无数据

结果在预料之 中



质量或设 计问题





结果是否符合规范



设计问题

结果不可靠



设计完成

图 8-14 检查对试验结果的影响

有差异的零件
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使用有差异的零件叫做偏差认可。当面临这种问题时,您需要: ? 仅在本此产品中使用偏差零件 偏差认可的零件应该使用标签, 在与偏差无关的零件中限制使用。 临时改变形状通 常详细说明零件的用法。 ? 对这些零件完全认可 对于所有批次零件过程的更改需要工程师发起工程更改要求(ER/TECA)进行永 久更改,如果是永久更改,注意零件的更改等级。 以上两种情况都需要在供应商材料不合格报告表(SMRR)中记录下来,SMRR 表格样 例见图 8-15。 经常在 PPAP 的过程中工厂的生产状态还没有完全稳定, 有些零件还没有 100%的合格, 工厂又不愿意报废这些零件,将它们流入 PV 试验中,这种做法相当危险。

期望第七步的输出:检查
第七步完成后能够发放的文件有: ? 原型质量证明

图 8-15 供应商材料不合格报告表

第八步: 第八步:装配 定义装配过程的重要性
原型阶段的座椅总成一般没有正式零件那么苛刻的要求, 与建立原型零件相似, 正式装 配也需要包含每一个零件的装配细节,避免返工的费用。同样,零件的版本对产品的性能也 非常重要。

定义装配过程
工程师必须与制造工程师一起定义装配过程、开发 ODS 和使用的零件级别,座椅的级 别必须符合零件清单。其它方面还需要确定的有: ? 装配座椅所需的特殊夹具和检具 ? 装配难度,如容易度、逻辑度、单向度 ? 正确的扭矩

期望的输出
第八步完成后能够发放的文件有: ? 座椅总成

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使用了正确版本的零件和正确扭矩的座椅总成。

第九步: 第九步:设计验证试验 设计验证试验的重要性
最基本的, 设计的好坏就在于试验结果。 原型零件的试验证明零件的性能符合工程师的 期望和设计意图。

进行验证试验
与检查验证中零件符合图纸规范相似, 试验验证零件符合设计规范, 检查验证中检查零 件与图纸的符合度, 试验验证中检查零件性能与期望的符合度。 这些试验结果不能简单的 “通 过检查” ,每个人都不希望试验没有通过测试,期望的结果是建立在对产品的分析和测量实 际结果的基础上的。 您已经知道,试验必须计划过程,在第二步中,DVP 列出了试验清单、性能要求和试 验时间。您也知道,一个好的 DVP 会列出绝大多数的早期试验,现在您必须进行这些试验, 并为试验结果做好充分的准备。 您也知道如何确定设计余量和样件数量, 例如, 单个零件的检查是否能够保证整个系统 的良好状态?也许不能,必须预计到过程的变化,需要理解自然变化的存在。做试验的条件 经常是最恶劣的环境,它包括: ? 最小壁厚和实体 ? 最大公差 虚构的零件是非常昂贵的, 即使能够被制造。 需要了解零件的确切性能以便于能够解释 试验结果。 在项目早期的分析能够帮助确定期望的试验结果,这些期望值将与实际试验值进行比 较,在第十步说明结果中您将了解更多的相关内容。

期望的第九步的输出:设计验证试验
完成第九步以后,能够发放的文件有: ? 列有设计水平和失效模式的试验报告

第十步: 第十步:说明结果 正确解释试验结果的重要性
仅通过一个规范不能说明产品(或设计)的可靠性,研究试验结果中可能发生的变化会 暴露产品设计中的问题。如果零件的性能与设计预期不符,就说明试验与产品质量脱节,必 须彻底分析原因。

说明试验结果
项目早期建立的规范是通过或者不通过, 当然这些规范必须满足, 重要的是零件的性能 与工程师的预期有多大的差距。 例如,规范为 3000 磅,设计余量是 10%,就是 3300 磅,那么 FEA 的设计预期就应该 在 3400 磅。 什么情况下试验通过? 如果试验结果与描述不同,确定影响因素是非常重要的。

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一个零件不满足性能要求一般有以下三个原因: ? 设计失败 ? 零件质量 ? 试验失误 这些变化并不是偶尔出现的,有时必须解决这些问题。 理解各个人群的静态分布非常重要,对于尺寸特性,我们经常使用 SPC 来衡量零件的 Cpk 值。对于试验,我们也利用同样的数据分布图来衡量座椅设计的可靠性水平。简单的满 足某个零件的期望值并不能代表达到了我们的静态目标。

图 8-16 韦博累计分布功能图 图 8-16 是韦博分布的一个实例,显示了最合适的曲线(50%信心度)和 90%信心度曲 线,标识 12 次试验超过 10 万次循环的数据非常重要。但是,满足 10 万次循环时,在 90% 的信心度下只有 88%的可靠性,而 50%的的信心度下则有 96%的可靠性。 有时试验结果掩盖了更好的产品, 试验中的松动和稳定性以及噪音也有关系。 这些很容 易被忽视, 如果所有的零件都满足了图纸规范, 我们为什么还期望产品有差异呢?在认可标 准不变的情况下,过程能力更好。如果零件被制造,就会被使用,就必须满足所有性能规范 的要求。 返回头再参考前面的 DFMEA,我们是否庆幸,每个地方的试验都在参考符合探测标准 的现行控制。

期望第十步的输出:说明结果
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第十步完成后,能够发放的文件有: ? 列有可靠性和信心度水平的试验报告(DVP&R)

第十一步:文件和法规要求 第十一步: 文件的重要性
清晰的文件与图纸一样重要, 试验报告、 试验大纲和 DFMEA 这些文件都能作为法律依 据,必须仔细书写,所有的问题必须解决。

文件过程
我们来看一下试验文件的书写过程,试验中所有的信息都很重要,零件号、版本号、分 析数据、材料清单、检查报告都能够相互印证。 所有的语义都需要清晰表述,例如: ? “失效”是什么意思? ? 98%的可靠性是什么意思? ? 本次更改是否使以往的试验作废?

检查步骤——实例 检查步骤——实例 —— 原型零件通过,产品零件失效
所有原型零件的强度试验都通过, 没有列出试验预期和结果分析, 检查显示零件符合图 纸,问题出在什么地方呢? 图纸中指明了最小长度和最小壁厚,原型零件使用将强的材料制作,也是符合图纸的, 而产品材料使用了最小材料特性, 这就表明零件的最小强度无法满足规范的要求, 材料属性 的范围太宽,原型零件和产品零件都满足要求,但产品零件步满足规范要求。第四步没有完 成。

两个错误累计成为一个正确的结果
在建立原型的过程中,所有的马达都反相运转,零件都符合图纸,也没有工程更改,是 为什么呢? 肯定出了什么问题。开关和线束供应商都把零件做错了。开关供应商将极性设置反相, 线束供应商将副驾座的线束装在了驾座上(极性相反) 。刚开始,组装在一起的零件由于开 关和线束都反相了,能够正常工作,所以没有人提出疑问。随后,线束供应商发现问题,开 始纠正,但开关供应商仍然是反相的,零件的装配情况都符合图纸,就出现了上述情况。检 查前后两次运行正常的零件,发现了线束的差异。第五步和第七步没有完成(检查零件符合 图纸不应装配在一起检查) 。

旁侧板的外观
在座椅评审时旁侧板拱起,与座椅面套不贴合,这种情况在建立原型时未出现,原型零 件与产品零件是同一批零件,为什么会发生这样的问题呢? 在总装厂用烘箱加热过装好的座椅, 当座椅冷却后旁侧板形成永久变形, 第八步没有完 成。

尼桑进出问题
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尼桑小货车返回一些座椅,侧翼外侧塌陷,面套皱褶,座椅通过了验证试验,满足规范 要求。 进一步调查研究发现, 所有问题座椅都是四轮驱动配置车型, 两轮驱动配置没有发现该 问题。 四轮驱动配置的座垫与地面的距离比两轮驱动配置的大几英寸, 当乘客从两轮驱动汽 车中出来时,脚先着地,身体再滑出座椅,而从四轮驱动汽车出来时,乘客先要滑出座椅, 脚再着地, 正是这个额外增加的力使座椅产生了上述问题。 四轮驱动配置的进出情况没有试 验,因此,第一步没有完成。

电动驾座疲劳强度
克莱斯勒返回几只电动滑道,上部支架有裂缝。所有滑道都用于驾驶员座椅,支架裂缝 出现在内侧。零件通过了验证试验,满足规范要求。什么出了问题? 司机都是比较高大的男性, 加载到座垫上的荷载比规范要求大得多, 而且位置条件也比 较苛刻。回想以往得经验教训,第一步合第二步没有完成。

驾座杯托问题
1995 年克莱斯勒驾座杯托开始有返修件,柔性支撑弹簧失效,生产日期从 93 年到 95 年都有,汽车行驶里程从几千公里到数千公里。零件满足要求,通过测试,出了什么问题? 1994 左右出现得一种 20 盎司得汽水瓶造成了这种问题。这种瓶子正好能够放进驾座杯 托中,但已经完全压平了支撑弹簧,几次使用以后,橡胶撕裂。第二步没有完成。

定义产品认证
产品认证是一个专业术语, 欧洲经常用于确定零件是否满足法规和试验要求。 在产品认 证过程中, 制造商由政府指定得权威机构获得一种车型或汽车子系统如座椅的批准证明, 权 威机构提供子系统的试验和批准的证明, 制造商则需要证明每辆汽车或子系统与批准类型相 同,或没有较大的制造或设计更改。 产品认证不同于北美的自我审核过程。在北美,试验不是由第三方提供,制造商证明所 有零件或子系统已经验证并满足法规要求。 在欧洲, 权威机构进行试验并证明零件满足所有 法规要求,提供证明文件,制造商证明所有市场零件都与批准零件状态一致。

产品认证的职责
汽车制造商有责任完成汽车及其子系统的产品认证, 因为它是所有服务的提供者, 江森 自控有责任完成所提供子系统的产品认证, 福特就是这样, 要求江森自控负责自己所制造产 品的产品认证, 就是说, 汽车制造商要求江森自控提供正确和功能正常的零件、 座椅和文件。 北美要求供应商自己提供合格证明与此相似, 供应商也被要求提供正确和功能正常的零 件。对于有完全责任的供应商,汽车制造商也要求其提供合格证明及相关文件。

产品认证过程

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图 8-17 产品认证和自检过程比较

产品认证和自我验证过程
图 8-17 比较了产品认证和自我验证的过程,如图所示,两个过程的最大差异在于提供 给政府证明信息和提供给汽车制造商的认证部门相关的文件。 在以下的章节中我们将比较认证过程和自检过程每一步的区别。

汽车制造商团队
在建立认证团队时, 产品工程师需要确保汽车制造商和权威检测机构加入团队, 以理解 相关的认证要求和避免以后的更改。团队需要提前一年到半年准备认证要求。 团队应该至少包括以下人员: ? 汽车制造商车身设计工程师 ? 汽车制造商认证部门

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? 权威试验机构 ? 汽车制造商和江森自控的项目工程师 ? 汽车制造商和江森自控的试验工程师 包含权威试验机构是非常重要的, 因为法规的解释有可能会提高, 确定威试验机构如何 解释法规能够确保设计应该满足的要求以及法规方面我们必须完成的工作。 在自我验证过程中也需要建立一个有汽车制造商参与的团队, 汽车制造商解释应该满足 的要求。 每种情况的结果都是一样的, 建立了一个综合规范的团队来解释法规要求, 确保选择正 确的评估方法来验证产品能够符合要求。

提供产品认证文件
认证过程要求供应商提供必要的文件给汽车制造商的认证部门, 因为汽车制造商对整车 负有认证职责。认证过程和自检过程从这一点来讲是相同的,包括: ? 创建一个一般特性表 ? 在团队协作下建立一个试验和产品要求的最恶劣情况矩阵 ? 试验计划和地点 ? 按计划进行试验 ? 提交文件和试验结果给汽车制造商

认证要求
以下是认证过程中至少要包含的要求: ? 相关的法规要求 ? 准备试验样件 ? 认证图纸 ? 认证照片 ? 试验报告 ? 用户手册

自检过程要求
自检过程的要求都相似,至少包含以下要求: ? 相关法规要求 ? 准备试验样件 ? 图纸 ? 试验样件 ? 试验报告 认证要求和自检要求的不同点将在应用中讨论。 在自检过程中没有特别的照片,只在试验报告中出现照片描述试验要点。

相关法律要求
第 1 课我们讨论过不同的政府和组织制定的要求和法规对座椅和汽车的影响。在美国, 联邦汽车安全标准(FMVSS)包含了性能和安全的主要要求。在欧洲,施行 ECE 或 EC 法 规。 表 8-3 包含了影响认证过程和自检过程的相关法律要求。

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表 8-3:法规 :
认证 名称 相关法规 自检 相关法规

安全带锚点 座椅安全带限位系统 座椅强度及其安装 H 点和视线范围 汽车内饰件及配合 头枕 儿童座椅 前撞 侧撞 驾驶员安全带提醒 可燃性
仅供参考

ECE -R 14.05 ECE -R 16.04 ECE -R 17.07 ECE -R 17.07 ECE -R 21.01 ECE -R 25.04 ECE -R 44.04 ECE R 94.01 ECE -R 95.01 N/A ISO 3795-1989(R.E.3)**

76/115 EEC 77/541 EEC 78/408 EEC 77/649 EEC 74/640 EEC 78/932 EEC N/A 96/79 EEC 96/27 EEC N/A ISO 3795-1989

FMVSS 210 FMVSS 209 FMVSS 207 FMVSS 208 SAE J826 FMVSS 201 FMVSS 202 FMVSS 213 FMVSS 225 FMVSS 214 FMVSS 214 FMVSS 208 FMVSS 302

试验样件的准备
认证准备试验样件的要求如下: ? 每个座椅或零件应包含所有功能 ? 用于认证的每个座椅或零件必须是量产件 ? 用于认证的每个座椅或零件必须经过质量检查并允许发送的 ? 用于认证的每个座椅或零件必须满足设计规范的要求 ? 用于认证的每个座椅或零件必须标明重量和重心 ? 所有相关文件必须附在座椅或零件上 自检样件的准备于认证要求相同。

图纸要求
认证图纸需要包含一定的尺寸信息,如零件号和零件名称、材料及其厚度,其它相关信 息如 H 点坐标、法规要求的尺寸和其它。 汽车制造商的认证部门提供图纸格式。 自检图纸包含所有尺寸、滑道行程、H 点、法规要求的尺寸和其它相关尺寸。汽车制造 商的自检部门提供自检图纸的格式。

照片要求
认证照片必须使用不同的图片显示整椅及其附件。每种不同的座椅必须有结构照片。 每种硬度小于 50 绍尔的零件必须采用半剖视图。 自检过程不需要额外的照片,一般在试验报告上包含照片。

试验报告要求
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认证试验报告应该至少包含以下信息: ? 项目名称 ? 生产年限 ? 汽车制造商名称 ? 认证机构名称 ? 零件号和版本号 ? 试验细节 ——试验装置和标准文件 ——试验名称及规范 ——试验地点 ——试验样件和重量 ——试验准备和过程 ——试验要求 ——试验前后的照片 ——结果 ? 座椅或零件文件的签发 自检试验报告应该至少包含以下内容: ? 项目名称 ? 生产年限 ? 汽车制造商名称 ? 零件号和版本号 ? 试验细节 ——试验装置和标准文件 ——试验名称及规范 ——试验地点 ——试验样件和重量 ——试验准备和过程 ——试验要求 ——试验前后的照片 ——结果

用户手册要求
认证用户手册以文本、照片或图标描述座椅的功能,主要包括滑道前后调节、头枕调节 和其它调节和操作。自检过程没有用户手册方面的要求。

建立一般特性矩阵表
认证和自检过程的零件都需要建立一般特性矩阵表和最恶劣情况表, 大多数试验需要在 最恶劣情况下进行,座椅包含所有配置,这些配置都在特性表中有描述。 在特性表的顶部列出了所有的座椅系统, 左侧列出了零件特性。 通过这个表能够快速查 阅每种座椅系统所包含的零件和特性。 最恶劣情况矩阵表列出了最复杂座椅的试验情况。如下所示,它与设计验证计划相似: ? 试验方法根据零件的控制要求 ? 用于安装试验样件的车身结构或试验夹具 ? 零件的试验位置

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在试验进行前,有必要与认证机构确认试验位置,这样尽可能的排除干扰因素,此外, 许多试验过程需要进行解释,使用认证机构的解释可以避免争议。 开发、 设计验证和认证或自检过程中相同的地点进行比较好, 避免了工装引起的变差和 试验输出文件的影响。

认证和自检的职责
汽车制造商对汽车及其子系统负有认证职责。 江森自控由于是它的特级供应商, 被要求 对认证中的供应系统及子系统负责。 福特已经是这样了, 它还要求江森自控负责认证提供的 所有与汽车试验无关的产品。 这就意味着江森自控能够提供完好的零件、 座椅和文件给汽车 制造商。 自检要求相似,特级供应商被要求提供完好的零件,也要求证明通过各项要求。文件也 需要提供。

再认证
再认证要求重复认证过程, 因为设计或制造影响了座椅系统的结构或轮廓, 必须重新试 验,更新文件。轮廓改变需要的文件简单一些。 结构变化引起的再认证的时间问题需要注意, 因为汽车制造商有一个周期, 在一个零件 的过程中必须收集到必要的文件。 在认证一般一年只能进行两次, 因为更改收集文件的周期 比较长。 江森自控有专门的人员对座椅的工程更改进行检查, 与汽车制造商的认证部门一起决定 对再认证的影响。一般情况下,如果更改影响了性能,需要进行再认证。如果不影响性能, 而只是尺寸的更改,就只需要更改图纸和相关文件。 确认和验证过程不能影响认证,如果设计更改的验证试验结果影响了座椅或零件的性 能,需要进行再认证。

认证的特殊规定
认证加重了座椅系统工程师的职责, 为了节约时间和成本, 座椅系统工程师需要向汽车 制造商真实地汇报设计过程和试验结果, 确保所有所有座椅要求被接受。 汽车制造商需要理 解更改的要求,确定是否需要进行再认证。 还需要理解的其它要求包括: ? 在强度试验中要求尽可能使用最重的座椅, 为了能够涵盖所有情况, 需要增加一 些潜在的重量,如皮或预紧物 ? 在安全带锚点试验中要求尽可能使用最重的座椅, 试验需要提供座椅的重量和重 心信息 ? 在进行头枕试验前明确荷载施加的位置 ? 在行李箱试验前确认试验块冲击位置和波形

小结
在第 8 课中, 您讨论了产品评估考虑的要点和相关问题, 您有机会讨论了选择合适的规 范、 有效的验证方法和样件数量。 8 课的信息将帮助您理解评估在保证产品成功投产过程 第 中的重要作用。也介绍了认证的概念,认证也被欧洲用于描述产品验证的另外一种过程。

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第 9 课:制造可行性分析
介绍
在第 9 课中, 您将复习前面章节中介绍的零部件的一些要点。 9 课将从制造观点出发 第 讨论设计者必须提供什么来帮助座椅的制造和装配。 您将有机会详细讨论在零件图纸或装配 图纸中必须包含什么以便更好的预模具供应商和制造商沟通。 您也将有机会讨论成本向导和 设计对成本的影响。 本课的信息将帮助您更好的建立有效影响零件制造和相关模具方面的设 计观点。

目标
本课的学习完成以后,您将能够: ? 解释设计图纸中特殊特性和重要特性及统计控制的最终影响 ? 讨论控制特殊尺寸的方法而不需要多重定义 ? 解释与统计控制要求相关的内容 ? 描述必须出现在图纸上的重要内容 ? 描述能够保证正常生产的各种工程问题 ? 解释工程师如何获取有用信息帮助节约成本

图 9-1 零件设计的影响

关键特性、 关键特性、重要特性和公差
在前面几课中我们已经讨论过这几个问题。 这些问题对制造工厂是非常重要的, 必须很 好地去理解。图纸中的关键特性(CCs)和重要特性(SCs)决定了以下内容: ? 零件的极限成本 ? 使用的模具和夹具的类型 ? 制造是否需要统计过程控制 ? 客户的搬运方式(一般在 JIT 工厂) 有时, 图纸上的关键特性和重要特性是设计者传递给供应商的及其重要的信息, 一般情 况下应避免使用,特别是关键特性,除非绝对必要。零件或图纸定义的关键特性意味着额外

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的费用。在使用关键特性和重要特性前应考虑首先考虑以下问题: ? 关键特性能否被合适的公差所取代? ? 能否通过重新设计或排除法避免使用关键特性? 在许多特殊的情况下,工程师可能发现必须使用关键特性和重要特性。如果是这样,必 须深思熟虑,慎重抉择。 绝大多数的关键特性强制要求供应商使用统计控制, 详细记录, 需要额外的费用。 但是, 座椅系统工程师或整椅工程师一般认为特殊的尺寸是需要统计控制的。 如果一个统计控制被 认为是必要的,必须向供应商明确定义。

定义统计控制的使用
大多数情况下, 工程师在图纸上定义统计控制, 告诉供应商某个尺寸很重要, 必须控制。 用另外一种方式传递这个信息就是关键特性, 当然, 关键特性包含了其它一些不必要的控制, 应该尽量避免。 发放没有多余信息的“尺寸控制时”要求图纸包含以下内容: ? 在图纸上控制公差 ? 在图纸中标明夹具方案 ? 如果有必要,标明纹理方向 ? 提供合适的基准控制线或面 ? 创建一个位置平面等 这些并不一定全面,唯一的目的是工程师能够管理关键特性。

制造
制造部门最关心的是正确、充分的理解工程图纸。不管愿不愿意,这是制造法则。工程 部门也应该认识到这一点。 工程师对权威图纸的发放一定要非常仔细, 这是提供给制造部门信息的唯一方式, 工程 师不能通过口头、传真或便笺来传递信息,这都是不负责任的,唯一有效的信息是发放的图 纸。 发放的图纸是工程师留在项目中唯一的信息手段。 现实情况是, 当制造部门得到图纸时, 工程师已经没有机会提供额外的信息和解释了, 所有的信息都通过阅读图纸来获得, 如果这 时发现错误,已经来不及了。 图纸信息的完整、 清晰和明确是非常重要的, 不能忽视。 但是许多工程师不仅没有重视, 还破坏了它。 这是一项原则, 产品夹具制造商或者产品制造者能够或者可能利用一些图纸上 不清楚或者被误解的信息, 我们不能职责他们。 保证图纸使用同一种方式阅读和不被误解是 我们工程师的责任。 以下大多数信息必须在图纸中出现: ? 选择合适的基准线,使其能够与布局图和装配零件相关 ? 通盘考虑尺寸方案,选择可行的公差 ? 有必要时在使用较紧凑的公差,并应进行公差累计 ? 明确定义材料规范、表面处理和其它要求 ? 所有已知的设计向导,如 GD&T、ANSI 等,应该应用到图纸中 ? 定义合适的装夹和焊接区域 除了完成图纸,工程师还有许多事情需要做,以保证产品的顺利投产。自我检查以下问 题,或类似问题,真实的回答: ? 您是否知道那些尺寸、 公差和规范比较重要?为什么?这些问题是否在图纸中定

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义、显示和控制? ? 您是否知道什么东西不重要?为什么?经过累积,公差是否控制了尺寸? ? 是否定义了各个区域和表面的装夹、定位或者其它产品工具制造过程? ? 是否定义了某些需要光顺、清洁、无毛刺的区域? ? 是否定义了工具孔? ? 是否定义了一些影响强度的纹理方向或类似问题? ? 在搬运、包装或运输中如果有限制措施,是否在图纸中标明? ? 是否所有的可行性问题已经解决? ? 用于冲压成型的平面是否展开?是否优化组合减少废料? ? 所有图纸上的问题是否有被曲解的可能? 工程师对设计和布局图必须有自己的方法,以下是几个例子: ? 是顺序出模还是转移出模 ? 如果使用发泡模具和塑料模具, 零件的生产线在哪?是否能够避免自锁结构?这 些都可能改变零件的设计 ? 塑料件是否能够重新设计避免滑块?为了使零件尽可能简单,在主模方向出模, 还需要做什么? 想要了解更多图纸方面的信息,参见技术中心网站的座椅系统图纸标准。

成本向导
一般情况下, 产品的成本能够帮助工程师提出好的观点。 工程师应该至少了解直接成本, 他应该了解设计更改将如何影响成本,以及影响多少。 对一个新的设计来说, 成本信息非常重要。 工程师可以与成本人员沟通获取精确的成本 信息, 根据一定的规范在项目的早期就建立起成本目标。 不要小看成本目标或者企图偏离它。

小结
第 9 课您回顾了以前零部件章节的一些内容, 讨论了如何保证设计和布局图的清晰与完 整。 您也讨论了有限元分析所需要的最少信息量和设计选择对直接成本的影响。 您应该能够 更好的理解设计选择对零件和夹具制造的影响。第 10 课您将讨论如何进行安全设计,以及 在平衡客户的期望和整椅系统规范之间的冲突中工程师所扮演的角色。

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第 10 课:能量控制和座椅系统工程师的职责
介绍
第 10 课您将讨论能量控制,或者说座椅在受到前向和后向撞击时必须能够吸收能量, 减轻人体受到的冲击。此外,您将讨论座椅系统工程师的职责。第 10 课的信息提供了一种 这些概念是如何影响整椅的检查方法。最后,在讨论完每个零件对整椅的影响后,您将更加 理解座椅系统工程师必须权衡所有零部件,使其最优化,保证客户的期望。

目标
在完成本课的学习后,您将能够: ? 解释在前撞和后撞中座椅结构件如何必须适当吸能 ? 讨论能量管理的设计观点 ? 讨论座椅系统工程师在整椅项目中的角色

能量管理
汽车和座椅的动态承载能力日益提高, 在前撞和后撞中的座椅能量管理越来越重要。 我 们必须尽最大可能保护乘客免受伤害。发泡和面套可以吸收一部分能量,起到保护作用,而 座椅的金属结构件才是最重要的零件,必须合理的管理能量的输入来保护乘客。 最重要的问题是如何设计座椅金属结构件, 最大限度的吸收乘客周围的能量 (座椅结构 件及汽车结构件) ,而不是乘客自己吸收能量。在碰撞中,乘客接收到的能量越少,幸存的 机会越大。 在前撞的过程中, 能量吸收主要出现在第二次撞击中, 乘客在向前冲被拉回后反弹入座 椅。在后撞过程中,被压入座椅(主要是靠背) ,座椅必须能够吸能。 在前撞和后撞中能量管理都是非常重要的,后撞的能量管理失效,后果更加严重,需要 更多的关注。如果座椅靠背刚性太强,更多的能量将直接传递到乘客身上,将会产生严重的 内伤。相反,如果座椅的屈服性太好,正好乘客位置不当,将会滑出座椅(甚至安全带) , 撞在汽车的其它零件上,如后窗。

能量管理的设计
能量耗散主要通过座椅的承载路径。 必须进行系统设计, 而不是单个零件设计。 实际上, 这个理念不仅是对座椅金属结构的, 对座椅安装的车身结构也是适用的。 但我们现在将忽略 其它特殊的方面,全神贯注于座椅骨架。 在吸收能量时,所有零件都必须有塑性变形或弹性变形,也就是说,金属零件应该被永 久变形或者暂时弹性变形。 调角器也是能量管理中座椅结构中的一部分, 它在损耗足够的能量前或满足一定的荷载 前不能断裂。在座椅结构中,调角器应该时最后一个停止工作的零件。 如图 10-1 所示,靠背骨架应该按照一定的形状弯曲或变形,它必须通过变形来耗散能 量,但同时,又不能允许乘客向前滑移的太远。靠背的下部弯曲应该较轻微,限制乘客的滑 移,而上部应该弯曲的比较严重。也可以这样认为,座椅的骨架应该能够承受一定水平的能 量,较高或者较低都无法获得相同的期望。

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图 10-1 尼桑 HF 调角器后撞滑移模拟试验

其它方法
近年德尔福开发一种其它的方法, 靠背骨架上下横杆特定的区域或阻止碰撞和乘客后倾 的区域设计了一个口袋状的结构,该区域仍然有发泡和面套,这经常被称为“捉套”设计。 这种概念正在用于我们的核心技术靠背骨架见(图 3-1) 。 由于下横杆的移动,两侧的零件也相对向内侧移动,就形成了一个保护乘客的区域,从 而完成了主要的能量管理。 但是,这种设计有一个重要的概念,这个横杆必须满足两个要求,在正常情况下能够满 足扭矩要求,而在后撞时要容易被破坏已保护乘客。

座椅系统工程师的职责
当在一个整椅项目种工作时, 不管在哪个业务块, 座椅系统工程师都负有非常重要的职 责。他们有义务发放整椅系统的产品规范、业务计划和 SOW 的细节以引导项目的进行,这 正是客户所期望的和我们签订合同时称诺的, 它包括了造型线和轮廓, 骨架及机械零件的性 能和操作力等等。 客户期望在项目的初期就能根据价格目标和时间目标建立起这种责任, 座椅系统工程师 也必须根据客户的想法确定质量和可靠性目标。 简单的说, 由于质量和可靠性标准在项目初 期并不讨论,但这不意味着客户不关心这个问题。 如何达到合同的规范和其它条件是我们全部的工作。 实际上, 这就是我们专业知识的写 照。 座椅系统工程师有责任将所有座椅需要的不同信息和零件组合在一起, 使其能够座最终 到达整椅的要求,这也是他们的权利。其他人不可能看到整椅的蓝图和实施它,只有座椅系 统工程师。每个零件组都有各自关注的功能,有时与整椅的方向是有所不同的。

90

图 10-2 座椅系统工程师 由于座椅系统工程师的职责所在,他们经常必须卷入零部件组的性能和期望的冲突中, 以期望达到客户对整椅的要求。 座椅系统工程师面临的最大的挑战是理解这些冲突发生的地 方和使用最合适的平衡各自的关注点, 包括整椅系统。 良好的布局图是座椅工程师解决这些 问题最重要的工具。 也需要了解其它项目中不同的零件没有妥协但最终达到了较好的目标的 经验。 座椅系统工程师也必须认识到,解决 JIT 工厂或者客户的一些问题,和 H 点、舒适性最 终是自己责任, 因为座椅系统工程师需要确信自己正在完全的控制着座椅系统和座椅零件及 零件组的设计

工程和设计计划

图 10-3 设计循环

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为了做到这个循环, 必须建立工程和设计计划并严格执行。 经验标明想要位项目创造最 好机会,必须经过以下两个步骤: 1. 必须建立一个完全专注的团队,从项目开始到项目结束。 “完全”表示所有成员必须从项目初期参与,包括项目经理、销售经理、工程师队 伍等等 “专注”表示中途没有更换成员 “团队”表示成员之间必须有默契,能够很好的一起工作 2. 在第一和第二阶段的工程任务必须根据 TQC 和 EPM 程序完成。 在这两个阶段必须专注于客户管理,零件成本和工程费用必须严格控制

设计
设计从寻找参考资料开始, 有许多的工具供我们支配和使用。 一旦根据初始概念完成了 布局图,有限元分析必须尽快完成,这种分析决定了许多设计的方向,以及金属零件所关注 的问题。金属件、机械机构、发泡、面套和 JIT 装配的可行性问题必须在 SDT 小组中解决。

设计失效模式及后果分析
设计失效模式及后果分析如果使用得当, 是最权威的工具, 但是以往都没有很好的利用。 当使用得当, 它会高亮度显示失效模式的潜在原因, 其他工程师就能通过检查原始设计避免 失效。 许多情况下不可能完全避免所有的失效模式, 但可以将他们降低到一个较低的风险等 级。设计失效模式及后果分析用于定义高风险问题及为降低风险应该如何更改设计。

过程失效模式及后果分析
产品中存在的风险最好在设计中就能控制, 但是设计中无法更改的内容需要在制造和装 配阶段控制, 这就是过程失效模式及后果分析需要完成的任务。 设计失效模式及后果分析定 义了通过制造单件、JIT 装配或者其它方法来避免这些风险。

控制计划和作业指导书
过程失效模式及后果分析之后是控制计划和作业指导书来帮助控制风险。再强调一遍, 最好的控制风险的时间是在产品设计阶段,如图 10-3 所示。

产品
座椅系统工程师不仅需要检查整椅和确定座椅性能, 还需要知道更多的事情, 以下两点 值得警惕: ? 座椅在汽车内的装配 ? 与非座椅零件的干涉

座椅系统设计的十项主要指示
以下十项规则总结了一些整椅系统设计的重要概念和任务, 完全遵照以下规则能够确保 设计有效和项目成功: 1. 首先进行系统设计。随时更新布局图,将所有的设计意图都体现在布局图中, 根据布局图建立细节图纸 2. 座椅系统设计面临和需要处理许多冲突,因此需要做一些明智的取舍,在布局 图中寻找答案 3. 细节决定成败,严格控制你的图纸质量。

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4. 在图纸发放前,甚至在原型前,必须建立制造和装配可行性 5. 原型制造和试验是为了验证设计意图,不是为了发现问题 6. 你是座椅系统专家,履行专家职责 7. 任何事情都以你为主导,其它零件专家为你服务 8. 管理客户 9. 管理管理供应商 10. 座椅出了问题你是唯一的责任人

小结
第 10 课您讨论了能量管理的概念,及座椅如何在碰撞中必须保护乘客和吸收能量。最 后, 在讨论完每个零件如何影响整椅系统后, 您更好的理解了座椅系统工程师在平衡每个零 件的冲突和保证满足客户期望的工作中所扮演的重要角色。

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附录 A:江森自控舒适性设计向导 :
介绍
附加详细介绍了江森自控在进行乘客舒适性设计时应该使用的一些建议。 这是比较早期 的版本,更多信息需要与质量、舒适性和发泡、面套工程师探讨。设计向导提供了一些整椅 舒适性设计方面的建议,还不是很完善,需要不断的更新。 当使用设计向导时,需要注意以下信息: 1. 设计向导应该是整椅设计时的工具。 2. 当信息产生差异或矛盾时请与相关人员联系。 3. 请确保信息没有外传,当设计客户指定的特殊座椅时,向导仅供参考。 4. 如果加入了很多的信息,更新内容需要发送至相关管理人员。 对舒适性向导有任何疑问或建议,请与以下人员联系: Mo Vidwans:4545202 质量工程师 Kuntal Thakurta:4545188 舒适性工程师

座垫

江森自控座椅舒适性向导 前座舒适性推荐值

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设计因素
座垫 发泡50%压陷量 发泡密度 发泡厚度 自H点发泡长度 D点中垫宽度 D点座垫最小宽度 滑道倾角 D点的嵌入量 D点悬置机构干涉量 座垫侧翼高度和角度 假人与座垫咬合线的间隙 假人躯干角 身体与金属件的距离

小型车
目标值 300-350 N 45-55 4-6" 380-400 300-350 500 5-7 deg 25-40 mm 30-40% 25-45 mm 45-65度 15-20 mm 23-26 35-50

中等车
目标值 350-430 N 45-55 4-6" 380-400 300-350 500 5-7 25-40 30-40% 25-45 mm 45-65 度 15-20 mm 23-26 35-50

运动型车
目标值 380-430 N 45-55 4-6" 380 300-350 500 6-8 20-35 25-40% 25-55 mm 45-65度 15-20 mm 23-26 35-50

豪华车
目标值 330-430 N 45-55 4-6" 380 300-350 500 5-7.5 30-50 30-45% 20-45 mm 35-65 度 15-20 mm 22-26 35-50

靠背

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设计因素
靠背 发泡 50%压陷量 (N) 发泡密度 (kg/m3) 发泡厚度 靠背自 H 点高度 靠背在 H 点宽度 腰托定点自 H 点的高 度 腰托前后移动距离 腰托垂直移动距离 假人与金属件的距离 假人嵌入量

小型车
目标值 220-300 35-45 2-6 530-565 300-350 135

中等车
目标值 300-350 35-45 2-6 530-565 300-350 135

运动型车
目标值 300-350 35-45 2-6 530-565 300-350 135

豪华车
目标值 300-350 35-45 2-6 530-565 300-350 135

25 65 45-50 30-35%

25 65 45-50 30-35%

25 65 45-50 20-30%

25 65 45-50 25-40%

设计因素
整椅 靠背自然频率(加载) 靠背自然频率(未加载) 座椅与汽车零件最小频率差 汽车悬挂系统频率 汽车车身频率 地板自然频率 假人躯干角 假人大腿角 假人膝部角 假人脚部角 坐骨压强 大腿压强 座垫横向压强 座垫尾部压强 低位腰托压强 中位腰托压强 肩部压强 疲劳试验后座椅轮廓最大变形 50 百分位假人头离头枕的距离 头枕在最低位置时离 H 点的高度 扶手离 H 点的距离

小型车
目标值 2.5-4 14-19 1.5 8-14 0-2 20-30 22-26 96-98 118-129 87-90.5 42-46% 1.2-1.6 10-14% 0.8-1.2 6-8% 0.5-1 0-6% 0.5-0.8 6-9% 0.6-1.2 10-14% 0.6-1.4 6-12% 0.5-1 <10 50 762 175-185

中等车
目标值 2.5-4 14-19 1.5 8-14 0-2 20-30 22-26 96-98 118-129 87-90.5 42-46% 1.2-1.6 10-14% 0.8-1.2 6-8% 0.5-1 0-6% 0.5-0.8 6-9% 0.6-1.2 10-14% 0.8-1.2 6-12% 0.5-1 <10 50 762 175-185

运动型车
目标值 2.5-4 14-19 1.5 8-14 0-2 20-30 22-28 96-98 118-129 87-90.5 40-46% 1.2-1.8 12-18% 0.8-1.4 6-11% 0.7-1.4 0-6% 0.5-0.8 6-9% 0.6-1.2 10-14% 0.8-1.2 6-14% 0.5-1.2 <10 50 762 175-185

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附录 B:座椅装配设计向导 :
(1996 年 12 月 11 日起草) 日起草) 一、目的
? ? ? ? 协调质量和座椅装配过程,减少变差 座椅装配中的人机工程 提高效率,减少返工 降低工装夹具的投资

二、格式和机构
? ? ? ? 只是一个向导,不是必须或者不能做的事情 参数列表从最合适的到勉强接受的 包含一些主要问题的解释 列举了一些热点问题和多次出现的问题

三、内容表格 四、期望的装配步骤和顺序 期望的装配步骤和顺序
1. 装配顺序的评估排除了再定位 a) 座椅在车身位置装配,或者 b) 座椅在夹具上装配,但是 c) 座椅配对后不需要翻折,除非使用集装箱 2. 所有装配顺序的有效性 a) 子装配模块安排在后面 b) 不同的装配过程安排在后面 c) 夹具间没有大型、摇摆的零件移动 3. 紧固件顺序和拧紧角度 4. 设计是否要求装配中对齐夹具以减少问题和公差累计?

五、新过程介绍
1. 2. 3. 4. 需要进行初始过程能力(Cpk)统计评估 是否有许多现有检测技术无法评估的要求? 客户是否调整了要求,是否简单、可靠? 误差和检具是否得到批准?

六、通用件
1. 2. 3. 4. 标准(常用或已有)的机械零件或子零件是否最大限度的使用? 一些电子部件、紧固件或者紧固件头部是否能够通用? 现有的通用件是否在所有零件中都使用?(J 型条、带紧箍等) 是否降低了总零件数量?

七、人机工程和安全性
97

1. 装配过程每个步骤的操作力是否在合适的范围: a)需要插入的零件是否有导向角? b)手工装配的干涉配合评估? c)无纺布弹性较差影响发泡的装配? d)发泡与骨架的干涉? 2. 排除装配中伤害事故的可能性: a)骨架飞边评估? b)毛刺和飞边水平? c)防止夹手或夹指的安全间隙? d)所有饰盖开孔和缺口在装配中是否形成刀口或夹口? 3. 面套褶皱程度是否在可接受范围,或者可以改善或熨烫平整?(需要数据分析) 4. 零件不被破坏能否拆卸? 5. 线束末端是否容易插接?线束走向如何?

八、紧固件和工具选择/间隙 紧固件和工具选择 间隙
1. 所有扭矩值应符合人机工程向导: a)根据 FMVSS 大螺栓采用 35nm 扭矩(使用右旋螺纹) b)螺钉和小螺栓的扭矩(尽量使用手枪钻) 2. 通用扭矩范围、轮廓和紧固件头部是否使用通用起子? 3. 工具间隙检查: a)是否能够使用电动工具? b)紧固件头部的工人操作空间是否足够? c)在精确扭矩安装中工具能否垂直使用? d)工具形状加螺栓长度不能有干涉 4. 紧固件起子(六角头、内六梅花、十字)的选择需要便于装配: a)六角头螺栓在凹坑中会限制使用 b)由于六角头在外部旋紧,很难用于大扭矩的螺栓 c)使用六角头和十字头小螺钉装配容易对齐 5. 使用自攻螺钉或焊接螺母应是否完成评估?(没有螺纹切削、锥形末端) 6. 使用自钻孔、自扩孔和预钻孔紧固件是否完成评估? 7. 大型铆钉是否使用人性化工具,多次铆接及反弹? 8. 螺钉开始拧紧时是否材料起层?

九、装配安全性
1. 2. 3. 4. 5. 不对称的零件是否防止误装? 外观相似的零件是否以标签或印记区分? 是否只有一种方式装配手柄和开关? 对称的弹簧末端是否防止倒装? 插接器和线束是否有色号?

十、吊紧和包裹
1. 吊紧区域是否使用拉绳? 2. 带紧箍的最小用量? 3. 发泡、面套和骨架上是否有吊紧位置标记?

98

4. 5. 6. 7. 8.

面套吊紧标记是否可见? 吊钩和扣环是否用于 A 面(特别是前座靠背的包裹)? 是否 J 形条比分段吊紧更好? 骨架吊紧附件是否有合适的拉力? 吊紧深度可行性?人机工程?

十一、 十一、效率
1. 需要安装孔对齐的配合面使用标签: a) 是否使用手工插入一个紧固件,用工具插入其它件? B) 哪个方向对于操作者来说是看不到的? C) 是否有防旋转标记? 2. 是否有倒角帮助对齐和插入零件? 3. 是否有压配合来帮助装配和取出紧固件? 4. 是否能够清晰的看到配合位置? 5. 骨架和发泡的接触面: a) 在受压和包覆过程中,发泡是否仍然在设计位置? b) 发泡是否设计了预装附件来保持在装配过程中与骨架的相对稳定? 6. 在装配过程中,发泡和面套的螺栓孔周围是否清洁? 7. 在装配头枕导套和扶手附件时发泡周边是否清洁? 8. 零件是否对称设计,容易对齐? 9. 如果使用卷滚机包覆靠背面套,是否避免了突出物,如扶手转轴或者腰托手柄,它 们会勾到面套? 10. 零件是否可以不损坏的拆卸? 11. 零件是否设计有参考标记,帮助装配和方便检验? 12. 发泡的零件是否藏在发泡中? 13. 是否有参考孔帮助调角器和滑道调节到设计位置?

十二、 十二、外观和质量
1. GD&T 标准是否反映到座椅系统的装配过程中? 2. 尺寸测量过程是否与制造标准一致? 3. 尺寸测量过程是否可涵盖? 4. 有大紧固件的地方是否设计了塑料饰板,塑料件与紧固件的间隙是否充分来避免噪 音,是否避让了内六梅花螺栓的头部? 5. 避免发泡外露? 6. 身体与金属件的间隙是否与噪音无关? 7. 金属件与面套的接触面是否设计了硬连接以允许使用扭矩枪(无发泡和面料堆积)? 8. 面套和发泡的设计是否与机械机构的干涉? 9. 缝线位置是否合适? 10. 避免从绑接钢丝开始吊紧? 11. 发泡的圆角是否配合了缝线的位置? 12. 允许的最小焊缝长度是否在图纸中标明? 13. 润滑油的用量是否在图纸中标明,以避免在装配中污染面套? 14. 装配操作是否容易弄脏面套?胶水、润滑剂和油漆不允许使用在装配过程中。 15. 物料搬运识别和措施定义过程中的潜在质量问题?

99

16. 是否制定和批准外观标准(图片文件)?

100

附录 C:头枕位置设计向导 :

101

102

103

附录 D:江森自控试验顺序模板 :
主要试验清单(版本 C) 序号 1-1 功能 两向稳定性 两向操作速度 两向噪音 手柄操作力 功能 滑动操作力 两向稳定性 四向稳定性 四向稳定性 六向稳定性 六向稳定性 流向操作速度 四向噪音 六向噪音 手柄操作力 脱离 平滑 行程轨迹 试验名称 零件/总成 锁 电动调角器 手动调角器 锁 电动调角器 手动调角器 电动调角器 电动调角器 锁 手动调角器 电动滑道 手动滑道 电动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 锁 电动调角器 手动调角器 锁 电动调角器 手动调角器 电动调角器 手动调角器 电动调角器 手动调角器 锁 电动调角器 手动调角器 锁 电动调角器 手动调角器 锁 电动调角器 有/无 图纸 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 福特 1 通用 1 克莱 斯勒 1

1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-10 1-11 1-12 1-13 1-14 1-15 1-16 1-17 1-18 1-19

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

2-1

锁向后强度 锁向前强度 向前静态强度 向后静态强度 碰撞 向后疲劳强度 向后/向前疲劳强度

有 有 有 有 有 有 有

1

1

1

2-2 2-3 2-4 2-5

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

2-6 2-7

3 3

1 1

3 3

104

主要试验清单(版本 C) 序号 2-8 2-9 2-10 2-11 2-12 2-13 2-14 2-15 2-16 2-17 2-18 2-19 2-20 2-21 2-22 2-23 2-24 2-25 2-26 生命周期 安全带固定点强度 固定点前向强度 固定点后向强度 头枕强度 功能强度 固定点前/后向强度 瞬时静态强度 垂直强度 连续荷载强度 乘客后向强度 碰撞 向后疲劳强度 向后/前疲劳强度 扭转疲劳强度 横向疲劳强度 综合疲劳强度 靠背横向静态荷载刚度 安装横向静态荷载刚度 电动两向寿命 手动两向寿命 前向停止强度 后向停止强度 折叠疲劳强度 电动六向寿命 电动四向寿命 手动两向寿命 试验名称 零件/总成 手动调角器 电动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动滑道 手动滑道 电动调角器 锁,手动调角器 锁, 电动调角器, 手动调角器 锁, 电动调角器, 手动调角器 手动调角器 电动滑道 电动滑道 手动滑道 有/无 图纸 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 福特 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 1 1 通用 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 克莱 斯勒 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 1 1

3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8

3 3 1 1 3 3 3 3

1 1 1 1 1 1 1 1

3 3 1 1 3 3 3 3

105

主要试验清单(版本 C) 序号 3-9 3-10 3-11 3-12 3-13 3-14 3-15 3-16 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10 4-11 4-12 4-13 4-14 4-15 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8 试验名称 手动四向寿命 导入导出寿命 六向稳定性(间歇寿命) 六向操作速度(间歇寿命) 六向稳定性(加速寿命) 六向稳定性(加速寿命) 六向操作速度(加速寿命) 供应商 手柄强度 防尘试验 耐热试验 盐雾试验 极限耐热试验 低温操作试验 高温操作试验 高温老化试验 热冲击试验 跌落试验 手柄强度试验 耐热试验 盐雾试验 防尘试验 误旋紧装配试验 整椅重量和重心 靠背重量和重心 后向刚度 一个乘客后向强度 两个乘客后向强度 三个乘客后向强度 安全带固定点强度 前向固定点强度 零件/总成 手动滑道 手动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 锁,手动调角器 锁, 电动调角器, 手动调角器 锁, 电动调角器, 手动调角器 锁, 电动调角器, 手动调角器 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道 电动滑道,手动 滑道 电动滑道,手动 滑道 电动滑道,手动 滑道 电动滑道,手动

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