淺談座椅骨架設計的“方”與“圓”

宋德詢 李俊 裴冰 邵羽辛

摘要：本文從方管和圓管的材料力學原理出發，根據座椅骨架的受力路徑以及圓管和方管的工藝特點，結合有限元分析方法，確定了座椅骨架方管和圓管的選材策略，從而實現座椅骨架的精益設計。

關鍵詞：汽車;座椅骨架;精益設計;方圓;工藝;有限元分析

Abstract：Based on the mechanics of material of “ circular” and “rectangular” tube，through seat frame force path，and manufacture characteristics of “ circular” and “rectangular”，and in virtue of CAE analysis，introduce the use strategy of “ circular” and “rectangular” tube on seat frame，to actualize lean design seat frames.

引言

精益的設計，總是能夠找到簡單的方式證明自己。

隨著有限元分析的廣泛應用，設計工程師習慣于將設計模型交給有限元工程師進行分析，如果失效，調整后再給有限元工程師重新計算;其實，在設計過程中基于材料和結構的力學性能以及零件的性能需求，工程師可以快速提供比較精益的設計方案，減少CAE工作的工作量，從而提升設計效率，比如座椅骨架的“方圓之道”。

一、“方”與“圓”管力學性能對比

根據如上圖的基礎材料力學公式，結合座椅骨架材料的實際應用，在采用同樣尺寸的板材物料（卷成方管或圓管），將零件尺寸數字的代入計算，可以比較清晰的看出，方管的抗彎截面系數（上下方向）優于圓管，而圓管的抗扭截面系數要優于方管。

二、“方”與“圓”管的工藝和結構

在工藝上，對于直線段的焊接，方管相比于圓管夾持穩定，焊接可靠性也大幅提升;

而圓管便于進行等截面的彎折，可以在轉彎處提供良好的力的傳遞。如上圖，在轉彎處，可以做到圓管的截面基本不變，而方管截面積則會局部變小。

三、座椅骨架設計選材的“方圓” 之道

如下圖，結合座椅CAE分析，對于采用了單側調角器的座椅骨架，前座椅靠背的上方，需要選用圓管以便于傳遞扭矩;在調角器側的上方，主要受力變為彎折力，所以代以方形的板;而靠背的下側，使用圓管，以便于扭矩的傳遞：

如下圖，對于采用了雙側調角器的靠背骨架，在調角器之間則不再使用圓管，用沖壓成型的板材做替代，以保護左右調角器之間的連桿和扭簧;其靠背上部橫管也可以根據整椅布置需要選用沖壓板或方管。

對于座墊，典型的座椅只有外側抬升承力機構，能提供上下位置的止位功能，內側則沒有;所以，需要采用坐墊提升圓管，以便將單側的扭轉力傳到另一側;而坐墊前端由于主要承受乘員的下壓之力，所以布置主要承受彎折之力的防下潛方管在坐盆下以提供支撐。

對于一般的轎車后排座椅的靠背，這個主要以抵抗行李箱撞擊的彎折力為設計輸入的零件，選用方管無疑可以是一種精益的設計方案。

四、結語

“方圓之道” 立足材料力學理論，滿足座椅骨架設計力學傳遞策略，正在被越來越多的座椅設計供應商和主機廠所認知和實施。

參考文獻

[1]周淑淵等 汽車內飾設計概論（第2版） ?人民交通出版社 2012-2.

[2]張坤 丁曉紅 倪維宇 王海華 汽車座椅骨架構件布局設計方法 工程設計學報 （2015年4月）（22-22）