汽车座椅头枕冲击...

河北工业大学城市学院
毕业设计说明书
作者：陈慧超学号： 085265 系：机械工程
专业：车辆工程
题目：汽车座椅头枕冲击试验装置设计
指导者：武一民教授
评阅者：
2012 年 06月 01 日
汽车座椅头枕冲击试验装置设计
摘要：
汽车座椅头枕是汽车上与人体接触最密切的部件，汽车座椅不但要乘坐舒适，还应能承受人体重量，同时还应能经受车辆诸如起步、加速、制动等重复动作和碰撞事故的冲击，汽车座椅头枕是汽车上重要的被动安全系统之一。

每年的汽车乘员伤亡事故中，有相当大的比例是有成员与座椅的二次碰撞或车辆固定件失效一起的。

因此,国家和行业制定了一系列的技术标准和试验方法, 对汽车座椅头枕的要求越来越严格。

本文主要介绍汽车座椅和根据国标、行业标准及试验方法研制汽车座椅头枕冲击试验装置。

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关键词: 汽车座椅汽车座椅试验试验设备研制
Car Seat and Headrest Impact Test Design of the Device
Abstract ：
Car seat and headrest is a part car with human body contact most closely ，Car seat not only want to take the comfortable, should also be able to withstand the human body weight, also should be able to withstand vehicles such as the beginning, accelerate, brake repetitive movements and the impact of the crash. car seat headrest is important in the car of the passive safety system . The crew accidents each year that a large proportion of the members and the seat is a secondary collision or vehicle fixed a failure cause. Therefore, the nation and industry to develop a series of technical standard and test methods of car seat headrest requirements more and more strictly.
This paper mainly introduces the car seats according to the national standard, the industry standard and test methods ，to develop car seat and headrest impact test device. .
Keywords:car seats, tryout of car seats, development of experiment Equipment
目录
1绪论 (1)
1.1 设计座椅头枕冲击试验装置的意义 (1)
1.2 汽车座椅头枕国、内外发展状况 (2)
1.3 本次设计主要任务 (3)
2 汽车座椅头枕的国家标准 (4)
2.1 汽车座椅行业标准 (4)
2.2 汽车头枕行业标准 (8)
2.3 对汽车座椅头枕的结构和分类 (10)
3 国家规定汽车座椅头枕相关试验 (13)
3.1 汽车座椅动态舒适性试验方法 (13)
3.2 汽车座椅头枕性能要求和试验方法 (14)
4 座椅头枕冲击试验装置结构分析和设计 (16)
4.1 总体尺寸的确定 (17)
4.2 摆锤总成的设计 (18)
4.3 绕绳机构总成设计 (19)
4.4 CAXA 图纸设计 (21)
4.5 使用说明 (26)
结论与展望 (27)
参考文献 (28)
致谢 (29)
1 绪论
1.1设计座椅头枕冲击试验装置的意义
汽车作为一种交通工具，它的实际已经日趋完善。

从它的诞生起，加速了世界工业化的进程。

并给人们生活带来了极大的方便，是现代交通史上的一次重大突破，在现代化的今天，汽车在国民经济和人们的日常生活中正起着巨大的作用。

同时社会的需求也给汽车工业提出了越来越高的要求,其中座椅头枕作为汽车重
要组成部分，其行业标准非常严格。

汽车座椅是汽车内饰部件最重要的组成部分，也是与驾乘者联系最为密切的部件，近年来越来越多地受到了人们的重视。

根据J.D.Power的一项市场调查显示，汽车座椅设计和车辆外形设计已成为消费者选购汽车的2个主要因素，而消费者选择汽车座椅的要求依次为安全性、舒性、轻便。

一个性能优良的驾驶座椅除了为驾驶人员提供一个与人体生理特点相适应的舒适而稳定的坐姿、良好的野位置、具备一定的操纵空间和安全空间外,最重要是减轻传给驾驶人员身体的振动和冲击,满足振动舒适性评价标准。

头枕是为了提高汽车乘坐人员乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置。

头枕的主要作用是在汽车受到冲撞时，具有防止反弹的作用，以保护驾乘人员的头、颈椎部位不受损伤。

早期，汽车的研究主要是为汽车的动力性，经济型，制动性等。

随着时代的发展，各行各业的现代化程度的不断提高，以及计算机技术的发展，人们很快解决了上述主要性能之后，把各项技术和精力转移到汽车各方面。

如：汽车乘坐的舒适性平顺性，操纵稳定性，安全靠性等等一些细微的地方上来，而影响这些因素的一个重要部件就是汽车座椅。

汽车座椅是汽车中将乘员，驾驶员和车身联系在一起的部件。

它的功能是，在规定的条件下，能够为驾驶员和乘客提供舒适的位置。

正因它对汽车行驶的平顺性，乘坐舒适性，安全性及操作方便性有很大影响，每年的汽车乘员伤亡事故
中，有相当大的比例是由乘员与座椅的二次碰撞引起的，基于以上因素，汽车座椅的设计越来越受到人们的重视。

此次试验设备检验汽车座椅头枕性能，保证座椅头枕的合格性，车辆安全方面有重要意义。

1.2 汽车座椅头枕国、内外发展状况
汽车座椅不仅代表着很重要的汽车价值，而且还包含了浓重的感情色彩，那就是对乘客负责的态度。

基于这些原因，一款新型汽车在开发初期就会提出对座椅设计的要求。

汽车座椅设计从消费者的需求出发，赋予产品新的功能，提高座椅的品质，给消费者提供更加舒适、安全和愉悦的驾乘体验。

目前，高品质的汽车座椅已经成为汽车设计人员乃至整车个性化设计风格的重要考核标准之一，同时也是保障汽车安全性能的一部分。

安全、舒适、美观的汽车座椅往往会成为一款汽车的一大亮点和卖点
所以，随着国内外汽车工业的高速发展，对汽车座椅要求越来越高，国内外汽车生产企业及汽车零部件生产企业也在不断地加大对汽车座椅的研发力度.在座椅的新结构、新工艺、新材料的研发及应用领域下工夫顺应汽车技术“绿色”和安全的发展潮流.轻量化、模块化，以及更注重安全性、环保型、舒适性，将会成为未来汽车座椅设计的发展趋势。

1轻量化要求
鉴于汽车节能及降低汽车重量这一发展趋势，座椅的减重也被斌予重大意义。

目前，已经有部分汽车及零配件生产厂家运用了各种高强度钢材及铝合金等材料代替原有材料，满足了座椅强度的要求，同时又能降低座椅重量。

2模块化
将各种标准化部件组合成独特的模块，形成不同的平台化结构。

进行产品开发时，可以从一整套灵活机动的组合构件中有选择地组成座椅系统，不仅能减少投资，同时还能节省研发时间和成本。

3安全性
为了增强座椅的安全性，各种新技术也将越来越多地运用到座椅系统中，例如自适应主动头枕、带有被带或者安全带的靠背支撑系统，保护头部、躯
体臀的安全气囊等。

4舒适性
座椅的舒适性不仅要让驾乘人员坐在座椅上时感到舒服，还应综合考虑驾乘人员的各种感官知觉(比如视觉、触觉、听觉和嗅觉)、心里感觉和功能性感觉(是否符合人体工程)等，这将在未来的座椅设计中变得越来越重要。

电动座椅、腰托和按摩系统、座椅加热的通风装里、双密度的坐垫泡沫等技术的普及也将大大提升座椅的舒适性。

5环保性
目前，在座椅的设计和开发过程更注重采用“绿色”和可再生环保材料，例如采用可再生的原材料生产发泡产品等。

另外，轻量化的产品设计.即采用更少的材料也是提高产品环保性
1.3本次设计的主要任务
查阅相关的汽车座椅及头枕设计方法试验方法及国家标准，了解汽车座椅结构及实验装置。

熟悉CAXA、UG等计算分析软件，撰写前期报告。

根据标准，计算分析实验装置，设计装置结构，绘制装置相关图纸。

本次参照汽车座椅头枕国家标准的冲击要求，设计一套座椅冲击试验装置，本次毕业设计要求首先对实验装置进行计算分析，设计装置的具体结构形式，绘制装置的CAXA图纸。

通过这次毕业设计认真深入回顾大学里所学的知识。

毕业设计设计汽车制造、汽车理论、理论力学、材料力学等各方面的知识。

通过不断思考不断计算，学会设计过程中的探索，培养自己独立设计，查询书籍，计算数据的能力。

2.汽车座椅头枕的国家标准
2.1 汽车座椅行业标准
2.1.1 一般要求
（1）座椅总成应符合标准要求，并按经规定程序批准的产品图样和技术文件制造
（2）座椅表面不得有任何可能危及乘员安全的粗糙面或尖棱，应符GB-11552-1999的要求
（3）所有面套应符合其对应图样的缝制及外观要求
（4）座椅表面应无污染、破损、开裂等缺陷以及客户不能接受的褶皱
（5）座椅H点的测量啊按GB/T11563-1995.应满足设计要求，允许误差 15mm。

躯干角度误差±3°。

假人的型号采用SAE J826-2002的规定。

（6）安装扭矩应满足设计图样要求。

（7）座椅安装位置尺寸应满足设计要求，采用验具检验。

（8）座椅处于任何给定的位置，滑道手柄应能够复位。

滑道调节后应能够锁定座椅。

2.1.2 性能要求
（1）面料性能要求
座椅面套的面料性能要求和试验方法应满足客户要求
（2）非金属材料的排放性能试验
座椅非金属材料的排放性能试验应满足以下条件：
A）可凝结水试验按照SAE J1756-1994 的试验方法，其界定值为：
G ≤3mg;
B) 气味测试按照SAE J1351-1993 测试方法，其界定值为：气味评
分小于或等于3.5
（3）燃烧特性
烧特性和试验方法按GB 8410。

（4）座椅系统强度要求
座椅系统强度要求和试验方法按 GB 14167
（5）正面碰撞要求
正面碰撞要求通过汽车向前的碰撞试验，对配置假人的座椅状况进
行验证分析，
要求在减速时，假人不允许冲撞其他物体。

座椅零件及止动和调节装置不准碎
裂或拉断，允许弯曲。

靠背松开装置仍需保持功能完好。

（6）后部碰撞要求
后部碰撞要求通过汽车向后的碰撞试验，对配置假人的座椅状况进行验证分析，在碰撞时，靠背可弯曲，但不允许冲撞其他物体。

座椅零件不允许碎裂或拉断，座椅和地板之间的固定装置不允许扯
断，座椅止动装置不允许松开，切保持其
功能完好。

靠背松开装置仍需保持完好。

（7）侧面气囊系统及其附属的座椅面套实验要求
侧面气囊系统及其附属的座椅面套试验要求保证座椅靠背的侧向气囊总成的质量和性能，对安装有侧向气囊的座椅靠背总成进行爆破试验。

试验后，侧向气囊靠背总成或靠背面套仅允许在规定位置上爆开，不允许零件松动，气囊经受住充气过程考研，保证充分时间要求。

（8）静态刚性试验
静态刚性试验验证前座椅骨架的刚度，前座椅骨架在500N的作用下，弹性变形应不大于预定值。

（9）颠簸和蠕动试验
颠簸和蠕动试验验证座椅的骨架、泡沫和面套的疲劳寿命，在100次/min的频率下，进行坐垫100 000次、靠背50 000次的振动试验，试验后的样品应无异常情况出现，座椅骨架无裂缝，泡沫无变形，面料和衬垫无破损、H点最大变动在额定范围内。

（10）模拟人体进出座椅试验
模拟人体进出座椅试验对带面套的座椅进行面料耐磨性试验，模拟人体进出15 000次的座椅试验，试验后的座椅面套不应出现断裂、结团、不应脱散和漏底，不允许出现磨损，缝线不允许断裂
（11）前坐垫向下强度试验
前排座椅坐垫向下强度试验是对座椅的坐垫进行的强度试验，验证坐垫骨架、座椅操作机构的强度，试验后的座椅骨架和坐垫骨架的固定支架应无破裂，高度调节机构和滑道所止机构无破裂，滑道锁止机构不失效，并可以打开。

（12）纵向调节疲劳试验
纵向调节疲劳试验后，滑道的操纵和解锁都应该是轻松灵活；功能正常，座椅可以均匀地进行调节。

（13）靠背骨架总成强度试验
靠背骨架总成强度试验应在座椅靠背达到最大负载时（靠背骨架变形时承受的最大负荷），靠背骨架和调角器应无损伤。

（14）靠背骨架总成刚度试验
靠背骨架总成刚度试验将座椅骨架总成固定在试验夹具上，放到试验台上并调节至设计位置。

在靠背顶部中心处，垂直于靠背向后施加试验力，在15s内递增1000N。

卸载后测得的塑性变形应不超过10mm。

（15）靠背骨架总成耐久性试验
靠背骨架总成耐久性试验将座椅骨架总成，固定在试验台上。

在靠背顶部中心处施加一个水平向后方向0～300N的循环载荷，次数为10 000次，频率为30次/min在10 000次循环载荷后，前座椅骨架总成不允许出现裂缝。

（16）靠背骨架总成间隙试验
靠背骨架总成间隙试验是测量座椅靠背在持续加载前后的变化，要求座椅靠背在持续加载前后应是主观无间隙的。

在加载力到达25 N时，座椅靠背的间隙不超过3.5 mm. 当加载力到达147 N时，加载点最大间隙不应超过15 mm.
(17) 靠背调节疲劳试验
靠背调节疲劳试验要求座椅靠背在8 000次循环试验后，靠背调节应轻便灵活、均匀、试验前后间隙满足标准要求。

（18）座椅扶手强度和刚度试验
座椅扶手强度和刚度试验要求座椅扶手固定在刚性夹具上，在离座椅
扶手前端25 mm处可加载一个222 N的侧向载荷时，座椅扶手的最
大变形不大于25 mm，塑性变形不超过6 mm
（19）扶手循环试验
扶手循环试验要求将座椅靠背和夹具固定在试验台上，座椅扶手的闭
合位置为起点，把扶手从闭合位置打开到工作位置，再把扶手从工作
位置关闭到闭合位置，循环3 000次。

扶手在3 000次循环试验后必
须保持原有功能要求，无铰链机构缺陷，面套不应出现断裂、脱散和
漏底。

（19）头枕功能试验
头枕功能试验上下调节操作力应小于140N，倾斜调节操作力矩应
为3 N·m～6 N·m
（20）头枕循环试验
头枕循环试验要求将座椅靠背和夹具固定在试验台上，座椅头枕的最
低位置为起始点，把头枕从最低位置移动到最高位置，再把头枕从最
高位置移动到最低位置，循环2 000次。

头枕试验后必须能保持在可
调位置。

（21）靠背调节功能试验
靠背调节功能试验测试靠背调节的操作力
a）手柄式调角器在位于距手柄前段30mm处，用一个垂直于手柄的
19.6 N ～ 68.0 N 的操作力来打开调角器
b）旋转式调角器在位于手轮旋转中心处加载一个力矩，靠背向上运动力矩不大于2.8 N·m ，靠背向下运动力矩不大于2.4 N·m。

（22）座椅总成纵向调节功能
座椅总成纵向调节功能试验测试座椅纵向调节的操作力。

在座椅坐垫上H点位置向下加载60 kg的载荷，用测力计测量手柄打开的操作力，此开启操作力应小于68 N。

用测力计测量座椅纵向调节的力，此力应小于166 N。

（23）座椅动态舒适性
坐椅应具有良好的震动性能和舒适性，座椅动态舒适性的试验方法按
QC/T55-1993
2.2 头枕的行业标准
2.2.1 一般要求
1.基准点“H点”
代表人体的三维H点装置的躯干相对于大腿的理论转轴与座椅纵向垂直平面的交点
2.基准线
GB11551-2003 中附录图所示的通过三维人体模型的线
3.头线
通过头部之心和颈部与胸部交点的直线。

当头部处于自然状态时，头线应与基准线重合
4.折叠座椅
偶尔使用，而平时折叠起来的辅助座椅
5.调节装置
能将座椅或其部件的位置调整到适应乘员乘坐姿态的装置。

该装置有如下功能
纵向位移
垂直位移
角位移
6.座椅移位折叠装置
为便于成员的出入，使座椅或其一部分旋转和移动的装置。

座椅或其一部分旋转和移动中无固定中间位置
2.2.2 技术要求：
1.头枕不应给车内成员带来额外的危险。

尤其不允许在任何位置上出现可能增加成员伤害程度的危险凸起物或棱边。

位于以下规定的碰撞区域内的头枕部分应通过本标准中规定的能量吸收性试验
（1）碰撞区应位于距离座椅对称面左右各70mm的两纵向垂直平面间的区
域。

（2）碰撞区应位于从H点沿基准点向上635mm处且垂直于基准线的平面以上的区域
（3）以上规定区域的能量吸收性试验不适用于最后排座椅头枕
2.位于上述两纵向垂直平面以上区域的头枕的前、后表面应加衬垫，以避免骨架与乘员头部直接接触。

在这些区域中能被直径为165mm头型接触的表面曲率半径应不小于5mm 。

位于上述区域的内的部件，若满足表准规定的吸能性试验，则认为满足要求，如果上述所述头枕和其支承件部分的表面材料肖氏硬度低于50度，本条中除对本标准吸能性试验的要求外的所有要求只适用于刚性部件。

头枕在座椅或车身构件上的固定方式应保证头枕在试验过程中，对于有试验用头型产生的作用压力，其衬垫、固定处或座椅背不得出现刚性的可致伤害的凸起。

2.2.3 头枕高度应满足：
1.对于高度不可调的头枕，对于前排座椅，其高度不应低于800mm，
而对于其他排座椅其高度不应低于750mm
在高度750mm以下应无“使用位置”
除前排座椅以外的其他座椅头枕可调到高度低于750mm的位置，但要向成员清楚地说明该位置不是头枕的使用位置
对于前排座椅，若被乘坐时其头枕能自动回到使用位置的话，则头枕座椅无人乘坐是自动降至告诉低于750mm
2.为保证头枕与车顶、车窗和车身其它结构质检留有足够的间隙，
3.对安装高度可调的头枕，头枕使用部分的高度不应小于100mm
4.对安装高度不可调的头枕，头枕与座椅靠背的间隙不应大于60mm
5.对安装高度可调的头枕，处使用者故意采用非正常操作方法之外，
不应是其安装高度超过最高调整极限。

2.3 汽车座椅头枕结构和分类
2.3.1汽车的座椅
一个性能优良的驾驶座椅除了为驾驶人员提供一个与人体生理特点相适应的舒适而稳定的坐姿、良好的视野位置、具备一定的操纵空间和安全空间外,最重要是减轻传给驾驶人员身体的振动和冲击,满足振动舒适性评价标准。

从驾驶人员隔振防护角度出发,一个性能优良的驾驶座椅在正常的工作状态下,其动态性能应当符合下列要求:
①传给驾驶人员的振动负荷尽可能小. 在同样
条件下,不同体重驾驶人员所承受的振动负荷最好
大致相同,不要有大的变化;
②座椅悬架的固有频率应不随驾驶人员体重的
改变而变化,始终保持最优的振动传递特性;
③座椅悬架尽可能只作垂直方向的振动;
④座椅悬架系统(包括驾驶员在内)阻尼固有频
率以1. 5～2. 0Hz为宜。

2.3.2座椅的结构
仪器车驾驶员座椅为例，起主要由以下零件组成：坐垫，骨架、靠背骨架、头枕、泡沫、面套、调角器、滑轨、调节机构、塑料装饰件等。

汽车座椅的组成
图 2-1
2.3.3座椅的设计原则
(1)产品安全。

座椅作为安全部件，在被动保护中起决定性作用。

首先，在发生事故时它要保证乘坐人员处在自身的生存空间之内，并防止其他车载体进人这个空间。

其次，要使乘坐人员在事故发生过程中.保持一定的坐姿，以使其他的约束系统能充分发挥其保护效能。

除具有防止事故发生的功能外，座椅还应具有在乘坐人员与其发生碰撞时，使乘坐人员的伤害减轻到最低的性能，即座椅能够吸收乘坐人员与之碰撞时产生的能量。

座椅骨架结构的设计，调角器、滑轨等核心部件的选型都应在基于满足安全性条件的基础上进行。

(2)舒适。

合理的座椅设计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，使乘客上身通向大腿的血管不受压迫，血液循环正常;并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。

能有效隔离或衰减汽车在行驶过程中产生的振动，满足大多数驾乘者坐姿舒适的要求。

汽车座椅设计应该充分考虑人体尺寸、人体重量和乘坐姿势等因素。

座椅布置、造型外形尺寸、海绵泡沫的性能等都会影响座椅的舒适性。

(3)操作便利。

座椅还需操纵方便，调节手柄和按钮的布2必须在驾乘
者伸手可及的位置，并符合常人的操作习惯且操纵力适中。

(4)造型美观。

座椅外观造型、面料颜色和质感要与整车造型协调一致.设什人员要充分考虑和分析驾乘人员在使用汽车过程中各感官知觉的需求。

(5)配置多样性。

座椅配置多样性包括座椅功能的多样性(座椅前后调节、上下调节及部支撑调节、座椅可翻转、折盛等功能)及座椅形式多样性(后排座椅采用连体座椅或是独
立座椅)等.最大限度地满足不同客户群的需求。

2.3.4座椅分类
汽车座椅根据其使用位置可以分为：前排后排中排座椅。

其中，前排座椅一般为驾驶员座椅和副驾驶员座椅.中排座椅
单人独立座椅、双人连体座椅或4/6分座椅，后排座
三连体座椅或5/5分座椅
图2-2
2.3.5 头枕的分类
头枕
用于限制成年成员头部相对于其躯干后移，以减轻在发生碰撞事故时颈椎可能收到的损伤程度的装置。

1.可拆式头枕
采用插入或固定的方式与座椅靠背相连且可以与座椅分开的头枕
2.分体式头枕
采用插入或固定的方式与车身结构相连且完全与座椅分开的头枕
3 国家规定汽车座椅头枕相关试验
3.1 汽车座椅系统强度要求及试验方法
3.1.1 强度要求
除M2 M3类车的乘客座椅外，每个成员座椅必须满足一下要求：
①铰接式可翻转座椅、折叠座椅（包括靠背可调节座椅）必须装有自锁
装置。

调节装置和限位装置应便于操作。

②通过座椅质心，分别沿水平向前和向后各施加相当于座椅总成重力20
倍的力。

座椅总成与车身本体不得分离。

对可调式座椅，调节装置
在试验中应能使座椅保持原调节位置，在试验后允许失去调节能力。

座椅背面如果有防止座椅后退的结构件时，仅向前加载。

另外，对
于前向座椅，当汽车安全带安装固定点装在座椅上时，施加上述向
前负荷时必须同时按GB 14167 中的规定对安全带的安装固定点施
加相应的力。

对铰接式可翻转座椅，通过座椅总成质心，沿水平方向向前施加相
当于座椅总成重力20倍的力，对折叠座椅，通过靠背的质心，沿水
平方向向前施加相当于靠背重力20倍的力，限制装置不得自动松脱
和损坏。

③当座椅总成承受一个相对于座椅R点为373 N·m 力矩的时候，对向
前座椅，该力水平向后，对后向座椅，该力水平向前，座椅骨架不
应损坏并且座椅总成与车身本体不应分离。

对可调式座椅，调节装
置在试验中应能使座椅保持原调节位置，在试验后允许失去调节功
能。

④折叠座椅，铰接式可翻转座椅承受以下的力，其限位装置不得自动松
脱和损坏。

对前向座椅，通过座椅铰接或折叠部分的质心，沿水平。