杨丽，王莹，王跃贞，杨黎

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

座椅骨架强度分析及零部件设计优化

杨丽，王莹，王跃贞，杨黎

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

文章以一种单边角调式座椅靠背骨架结构为例，分析零部件材料和结构设计对座椅骨架总成的结构强度的影响。应用有限元方法、理论分析以及与试验验证方法对单边角调式座椅靠背骨架结构设计优化，并满足强度要求,可为单角调式座椅靠背骨架结构设计及优化方向提供参考。

座椅靠背骨架；有限元分析；设计优化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.022

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-63-03

引言

汽车座椅属于汽车的基本装置，是汽车的重要安全部件，其主要作用是为乘员提供支撑、确定乘员位置，提供乘员驾乘舒适性以及保护乘员不受伤害。随着汽车行业竞争日趋激烈，如何在保证安全等级不降的前提下，对产品结构优化，进行成本控制是当前很多主机厂研究的重要课题之一。

座椅的安全性主要取决于骨架强度；座椅骨架是由靠背骨架和坐垫骨架及核心件三部分组成，并由安装支脚通过螺栓固定在车身横梁上；其中座椅的核心件一般包括角调器总成、高调器总成和滑轨总成等，这些核心件一般是由专业厂家设计制造，产品质量一致性和通用性较高。

座椅靠背骨架总成是一般是由钢管框架、左右角调器总成（角调上下连接板和角调器核心件）、侧面支撑钢丝以及靠背弹簧等组成，如图1所示。中高端车型一般采用冲压件框架替代钢管框架结构。当前市场上A0级以下的车型成本压力巨大，经市场调查62款A0级以下车型低配前座椅骨架，其中单边角调骨架 43款，约占70%；可见单边角调座椅骨架是A0级以下车型主流配置。

本文以某单边角调式座椅靠背骨架为例，用有限元方法分析座椅骨架及零部件受力情况，并与试验结果对比；参照有限元分析与试验结果对比，对零部件进行设计优化，以满足设计要求。

1、有限元分析工况与试验方法差异对比

1.1金属材料耐久性与静强度关系

就钢材而言，当其承受正、负相等的交变应力时，其疲劳强度（材料承受的最大应力值）随材料可以承受的交变次数的增加而减小，如图2所示；当可以承受的交变次数达到107次以上时，疲劳强度就变成了一个固定值，称其为持久极限。持久极限一般只有静强度的40%～50%，当应力低于持久极限时，材料具有无限寿命。

因此可以通过FEA，模拟静强度试验，考察骨架应力变化趋势是否与试验结果保持一致。以此为依据，进而对结构进行优化，比对优化前后的分析结果，考量结构优化是否合理有效。

1.2有限元分析工况与试验方法差异对比

试验方法：将座椅按照设计位置固定在试验台架上，在座椅靠背顶端中间位置，沿垂直于假人躯干线方向，相对于“H”点施加指定的力矩，并加卸载循环指定次数。试验后座椅骨架无松动、断裂。

有限元分析工况：

1)加载方式

施加相对静载荷试验力矩两倍载荷于靠背顶端中间位置，方向垂直于靠背，如图3。

2)约束条件

约束4个支脚安装孔所有节点1-6方向自由度。

试验为耐久性试验：有限元分析是进行静强度分析，其载荷为耐久试验的2倍。可通过静强度分析的骨架应力分布图与试验结果进行趋势性对比。

1.3有限元分析与试验结果对比

试验中上连接板焊接边缘处撕裂，FEA结果在焊接边缘处产生应力集中；考虑焊接引起的材料脆化和焊接缺口，加剧材料破坏。FEA结果中应力分布与试验结果趋势吻合。

2、骨架结构优化分析

2.1骨架结构优化对比

表1 骨架结构优化对比表

2.2分析结果对比

表2 FEA结果对比

从以上分析结果可以看出，在骨架其他零部件材料和结构不变的情况下，更改连接板的结构，选用强度较低的材料，也可以提高骨架整体性能。但若材料强度选用过低，也会有失效风险，在结构强度薄弱处增加加强筋会提高整体结构强度。

合理的结构设计和材料选用，既可提高骨架整体强度，也可降低原材料成本。

3、结论

（1）从试验结果和FEA结果对比来看，单角调连接板结果应避免mod0中的结构；

（2）在受力较大部位结构尽可能设计简单，减少折弯以及结构的突变；

（3）在结构强度薄弱处应增加翻边和加强筋，提高局部结构强度；

（4）设计时应尽可能避免焊接质量对骨架性能的影响，若无法规避，则焊接时需注意，钢管与单角调连接板焊接时不可在连接板边缘处焊接，焊接引起的材料脆化和焊接缺口会加剧材料破坏；

（5）合理的结构设计和材料选用，既可提高骨架整体强度，也可降低原材料成本。

[1] 孙井晶,周炳海.汽车座椅骨架结构的改善[J].机械制造,2009(11).

[2] 付斌.材料性能[N].材料科学与工程学院,2011.

[3] 刘鸿文.材料力学(第5版)[M].北京：中国高等教育出版社,2011.

Strength analysis of seat frame and optimum structural design

Yang Li, Wang Ying, Wang Yuezhen, Yang Li
（Chery Automobile Co., Ltd., Anhui Wuhu 241009）

Taking the seatback frame with the single adjustor as an example, the influence of the structural design and the material using on the strength of the seat frame is analyzed. FEA, theoretical analysis and experimental verification are applied to optimize the frame structure of the seatback. Provide the design reference and optimization direction for the seat back frame structure with single adjustor.

single adjustor; seatback frame; FEA; design optimization

U463.9

A

1671-7988（2015）09-63-03

杨丽，座椅工程师，就职于奇瑞汽车工程技术研发总院，目前主要从事座椅开发工作。