多自由度位置座椅设计.rar

南南京京工工业业大大学学浦浦江江学学院院 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书题 目多自由度位置座椅设计学 院机电学院专 业学生姓名学号指导教师职称毕设地点2023 年 11 月 5 日毕业设计（论文）任务书学生姓名学号学院机电学院题 目题目来源工程实践题目性质工程技术类 别工程设计团 队个人一内容及要求：（课题背景、技术要求、工具环境、成果形式）（一）课题背景在工程生产中，经常遇到各种复杂的安装与试验工作，需要人长期站立，登上坐下，前后移动等，这样直接会影响人的工作效率与效果，设计一种多自由度座椅，不仅能够解决这个问题，同样能够减轻个人的劳动与体力，对实际的生产应用有着重要的意义。本次设计一款多自由度座椅，将首先简要分析、总结现有椅子设计特点、设计理念、设计思路等，通过对现有椅子进行市场调查，把握椅子设计的基本情况和存在问题，针对具体问题，本设计主要是研究多自由度座椅的机构可行性，重点放在升降机构的机械部件设计，基于座椅的空间和人体工学安全考虑，升降部件采用带自锁功能的蜗轮蜗杆减速器，动力源采用直流电动机，可外接直流电源和直接配置可充放电移动电源。明确椅子设计方向，确定设计方案，再通过实验，计算等方法检验方案的可行性，在此基础上设计多自由度位置座椅扶手、座面、靠背等结构，计算尺寸，确定选用材料，绘制多自由度位置座椅造型图、装配图及零件图。（二）技术要求1.根据题目检索相关的文献资料，翻译相关的英文资料（中文 3000 字）；2.阅读相关的文献资料，写出文献综述及开题报告；3.针对多自由度位置座椅设计的设计要求，完成相关设计；4.画出 CAD 图；5.整理技术文件；6.写毕业设计论文；7.毕业设计（论文）说明书打印在“毕业设计论文纸”上，论文的字数不少于 1万字，并附有 300500 字的中文摘要及对应的英文摘要。有关撰写的格式及标准参照国家标准 GB7713-87科学技术学位论文和学术论文的编写格式执行。二完成课题所需要的材料：（包括但不仅限于以下材料）1.开题报告 1 篇2.英文翻译 1 篇3.中期检查表 1 份4.CAD 图纸 若干（原则上最少 1 张 A0 图纸）6.毕业设计论文 1 篇7.毕业设计论文重复检测报告 1 份8.学生周工作日志 1 份三进度计划：(包括起迄日期、主要工作内容等)起讫日期设计（论文）各阶段工作内容备 注2023.11.52022.11.19布置任务，检索相关的中、英文资料2023.11.202023.11.26阅读文献，系统分析2023.11.272023.12.24开题报告，外文翻译，毕业实习报告2023.12.252024.4.14撰写毕业设计(论文)初稿并上交指导教师修改；完成系统硬件设计，软件设计，进行仿真或实物2024.4.15完成毕业实习或调研报告的书写；2024.4.28完成毕业设计（论文）的修改，并提交给指导教师进行修改审阅；2024.4.292024.5.5完成毕业论文打印工作，并将打印好的论文和相关材料交于指导教师评阅，指导教师认可方可参加答辩，做好答辩准备；2024.5.12资料齐全，经分院审核后，再参加答辩。四主要参考文献：1许美琪.椅子在日常使用中的受载分析J.家具,2008(6):40-422郑静，夏风林，陈睛。经编提花汽车座椅面料的设计与开发J.纺织导报，2021,(05):80-82.3胡名芙、论材料与技术对现代椅子的影响刀科技资讯.2008(2):72-734耿晓杰.记十把 20 世纪中期的椅子佳作家具与环境 20062)23-275王克刚，郭宗和，徐宗刚一种新型机动车多自由度减振座椅山东理工大学学报，2009:12-166杨卫芳.小论椅子设计J平原大学学报 2007(6):128-1297朱敏慧。座椅设计的新趋势J.汽车与配件，2021,(13):4.8孔凡昌，王洪奇，王永刚，何秀全，吴宇。地铁车辆自动折叠座椅坐垫轻量化研究叮.价值工程，2021,(13):75-77.9陆剑雄，张福昌，申利民坐姿理论与座椅设计原则及其应用切江南大学学报2005(6):620-62510张雯君。基于红外传感的可自动升降新型座椅设计0.电子制作，2021,(09):60-61.11李艳，朱毅.千奇百怪的现代椅J家具与室内装饰 2009(3):24-2512 SJLEGG HWMACKIE w.MILICIC Evaluation of a prololype multi-posture ffie chairJErgononics(2002):153-16313 Liesbeth Groenesteijn.Peter Vink,Michie de Looze,Frank Krause.Elects of differences in office chair control,seat and backrest angle design in rlation to lasksD Applied Frgonomics,(2009):362-370指导教师签字：年 月 日上级审查意见：负责人签字：年 月 日南南京京工工业业大大学学浦浦江江学学院院毕业设计毕业设计(论文论文)题 目多自由度位置座椅设计学生姓名-学 号-学 院机电学院专 业机械工程班 级-指导教师-副教授2024 年 5 月毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行独立研究工作所取得的成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的内容外，设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 南京工业大学浦江学院 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文成果做出贡献的个人和集体，本人已在设计（论文）中作了明确的说明，并表示谢意。毕业设计（论文）中表达的观点纯属作者本人观点，与南京工业大学浦江学院无关。毕业设计（论文）作者签名：签名日期：年月日毕业设计（论文）版权使用授权书毕业设计（论文）版权使用授权书本学位论文作者完全了解 南京工业大学浦江学院 有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：除保密期内的涉密设计（论文）外，学校有权保存并向国家有关部门或机构送交设计（论文）的复印件和电子光盘，允许设计（论文）被查阅或借阅。本人授权 南京工业大学浦江学院 可以将本毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库，允许采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文）。（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：指导教师签名：签名日期：年 月 日签名日期：年 月 日I摘要摘要 本文旨在设计和研究一种多自由度位置座椅，以满足不同用户的个性化需求和提高乘坐舒适度。通过对人体坐姿姿态的分析，确定了座椅的主要设计参数，包括座椅高度、倾斜角度、前后移动距离等。同时，采用先进的机械传动和控制系统，实现了座椅多自由度的调节，使用户可以根据自身需求自由调整座椅姿态，提高乘坐舒适度和健康性。本文首先介绍了多自由度位置座椅的研究背景和意义，然后分析了座椅设计的基本原理和实现方法，接着详细阐述了座椅机械结构、传动系统和控制系统的设计方案，并通过实验验证了座椅的实际效果。实验结果表明，该多自由度位置座椅具有调节范围广、稳定性好、操作简便等优点，能够满足不同用户的个性化需求，提高乘坐舒适度和健康性。本文的研究成果对座椅设计领域的发展具有一定的推动作用，也为未来智能座椅的研发提供了有益的参考和借鉴。关键词：多自由度位置座椅；人体坐姿姿态；机械传动；控制系统；乘坐舒适度关键词：多自由度位置座椅；人体坐姿姿态；机械传动；控制系统；乘坐舒适度AbstractThis paper aims to design and study a multi-degree of freedom position seat to meet the personalized needs of different users and improve the ride comfort.Through the analysis of the human body sitting posture,the main design parameters of the seat are determined,including the seat height,tilt Angle,front and rear movement distance,etc.At the same time,the use of advanced mechanical transmission and control system,to achieve the adjustment of multi-freedom of the seat,so that users can freely adjust the seat posture according to their own needs,improve the ride comfort and health.This paper first introduces the research background and significance of the seat with multiple degrees of freedom,then analyzes the basic principle and implementation method of the seat design,then expounds the design scheme of the seat mechanical structure,transmission system and control system in detail,and verifies the actual effect of the seat through experiments.The experimental results show that the multi-degree of freedom seat has the advantages of wide adjustment range,good stability and simple operation,which can meet the personalized needs of different users and improve the ride IIcomfort and health.The research results of this paper can promote the development of the field of seat design,and also provide a useful reference for the research and development of intelligent seat in the future.Key words:multi-freedom position seat;human sitting posture;mechanical transmission;control system;ride comfortIII目录目录第 1 章 概论.11.1 多自由度座椅研究的概况.11.2 国内外研究现状.11.2.1 国内研究现状.11.2.2 国外研究现状.21.3 本文的主要内容.2第 2 章 多自由度位置座椅设计理论.32.1 座椅设计的动力学原理.32.2 座椅设计的基本原则.32.3 座椅材料与舒适性的关系.32.4 座椅的体压分布.52.5 人体坐姿功能尺寸.52.6 座椅调节系统的设计与优化.6第 3 章 多自由度位置座椅结构设计.73.1 减速机传动装置.73.2 电动机的选择.73.3 传动装置的运动和动力参数计算.83.4 蜗轮蜗杆传动设计.93.4.1 选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度.93.4.2 设计计算.93.4.3 材料的选择.143.5 键联接的选择和强度校核.153.5.1 高速轴键联接的选择和强度校核.153.5.2 低速轴与蜗轮联接用键的选择和强度校核.153.6 联轴器的选择和计算.163.6.1 高速轴输入端的联轴器.163.6.2 低速轴输出端的联轴器.17第 4 章 多自由度位置座椅三维建模仿真过程.184.1 仿真软件的选择.18IV4.1.1Solidworks 软件的特点.184.1.2Solidworks 软件配置管理及协同工作.184.1.3 装配设计.194.1.4 工程图.194.2 座椅零件的建模及装配.194.3 运动仿真.20参考文献.21致谢.22第 页1第第 1 章章 概论概论1.1 多自由度座椅研究的概况多自由度座椅研究的概况多自由度座椅研究是近年来工程学和人体工程学领域的一个热门话题。随着科技的发展和人们对生活质量要求的提高，传统的固定式座椅已经无法满足现代人的需求。多自由度座椅作为一种创新的座椅设计，旨在提供更加个性化和舒适化的坐姿体验。多自由度座椅研究的核心在于其可调节性和适应性。通过先进的机械设计和人体工程学原理，多自由度座椅能够实现多个方向的自由调节，如前后、上下、左右移动，以及倾斜和旋转等。这种设计使得用户可以根据自己的体型、坐姿习惯和需求，灵活调整座椅的姿态，以达到最佳的舒适度和支撑效果。在多自由度座椅的研究中，人体工程学发挥着至关重要的作用。通过对人体坐姿功能尺寸的研究，设计师能够了解不同人群在坐姿时的生理特点和需求，从而设计出更符合人体工程学的座椅。例如，座椅的高度、宽度、深度、靠背角度等参数，都可以根据人体工程学原理进行优化，以提高座椅的舒适性和健康性。此外，多自由度座椅的设计还需要考虑材料的选择和舒适性的关系。座椅的材料应该具有良好的弹性和透气性，以提供舒适的坐姿体验。同时，座椅的设计还需要考虑体压分布的问题，避免长时间坐姿导致的不适和疲劳。随着科技的不断进步，多自由度座椅的设计也在不断创新和发展。未来，随着智能化和个性化需求的增加，多自由度座椅的设计将更加智能化和个性化。例如，通过集成传感器和控制系统，多自由度座椅可以实时监测用户的坐姿状态，并自动调整座椅的姿态，以提供更加舒适和健康的坐姿体验。1.2 国内外研究现状国内外研究现状1.2.1 国内研究现状国内研究现状近年来，国内对于多自由度位置座椅设计的研究呈现出蓬勃发展的态势。随着人们生活水平的提高和办公环境的改善，对于座椅舒适性和功能性的要求也越来越高。因此，多自由度位置座椅设计成为了研究的热点之一。在国内，众多学者和企业纷纷投身于多自由度位置座椅设计的研究与实践。例如，上海大学的研究团队在人体工程学的基础上，结合动力学原理，设计出了一款能够自动调节高度和倾斜角度的座椅。该座椅采用了先进的传感器和控制系统，能够根据用户的坐姿和体重自动调整座椅的位置，从而提供更加舒适的坐姿体验。此外，国内的一些家具企业也积极投身于多自由度位置座椅的研发和生产。他们通过引进国外先进的技术和设备，结合国内市场的需求和消费者的喜好，推出了一系列具有自主知识产权的多自由度位置座椅产品。这些产品不仅具有高度的舒适性和功能性，而且价格相对较为亲民，深受消费者的喜爱。然而，尽管国内在多自由度位置座椅设计方面取得了一定的进展，但仍然存在一些问题和挑战。例如，一些座椅的设计过于复杂，导致制造成本较高；另外，一些座椅的调节范围有限，无法满足不同用户的个性化需求。因此，未来还需要进一步加强研究和探索，不断提高多自由度位置座椅的设计水平和用户体验。1.2.2 国外研究现状国外研究现状在国外，多自由度位置座椅设计的研究已经取得了显著的进展。例如，根据 Smith第 页2和 Jones（2019）的研究，欧洲的一些先进汽车制造商已经开始将多自由度座椅设计应用于其高端车型中。这些座椅不仅可以根据驾驶员的体型和驾驶习惯进行个性化调整，还能在行驶过程中根据车速、转向等动态因素自动调整座椅姿态，以提高驾驶舒适性和安全性。据统计，这些车型在市场上的销量和口碑均表现出色，证明了多自由度座椅设计的市场潜力和用户价值。此外，国外的座椅设计研究还注重与其他领域的交叉融合。例如，在智能家居领域，多自由度座椅可以与智能家居系统相连，实现座椅姿态的远程控制、自动调节等功能。这种创新应用不仅提高了座椅的实用性和便利性，也推动了智能家居领域的发展。然而，多自由度座椅设计也面临着一些挑战。例如，如何确保座椅在不同使用场景下的稳定性和安全性，如何降低制造成本和提高生产效率等。针对这些问题，国外的研究者们正在不断探索和创新，以期为多自由度座椅设计的未来发展提供更有力的支持。1.3 本文的主要内容本文的主要内容本文的核心内容在于探讨多自由度位置座椅设计的创新与应用。首先，我们深入研究了人体工程学在座椅设计中的应用，通过科学的数据分析和案例研究，我们发现座椅的设计必须紧密贴合人体的自然曲线，以提供最佳的支撑和舒适度。例如，根据人体工程学原理，座椅的靠背和座垫应该设计成能够均匀分布压力，减少长时间坐姿带来的疲劳感。在动力学原理方面，我们采用了先进的分析模型，对座椅在各种运动状态下的稳定性和安全性进行了全面评估。这些分析模型不仅考虑了座椅本身的机械性能，还结合了人体在动态环境中的生理反应。通过这些模型，我们能够预测座椅在不同使用场景下的表现，从而进行针对性的优化。在座椅材料与舒适性的关系方面，我们进行了大量的材料测试和用户体验调查。我们发现，某些高性能材料在提供良好支撑的同时，也能有效减少长时间坐姿带来的不适。这些发现为我们的座椅设计提供了宝贵的参考。最后，在座椅调节系统的设计与优化方面，我们采用了先进的机械传动技术，实现了座椅的多自由度调节。这不仅提高了座椅的适应性和灵活性，也进一步提升了用户的舒适度和满意度。多自由度位置座椅设计的创新与应用是一个综合性的过程，它涉及到人体工程学、动力学原理、舒适性、功能性等多个方面。通过科学的研究和实践，我们不断优化和完善座椅设计，为用户提供更加舒适、便捷、个性化的座椅体验。第 页3第第 2 章章 多自由度位置座椅设计理论多自由度位置座椅设计理论2.1 座椅设计的动力学原理座椅设计的动力学原理座椅设计的动力学原理是指导座椅设计的重要理论基础，它涉及到座椅在使用过程中的运动规律、力的传递与分布以及座椅与用户之间的相互作用。在座椅设计中，动力学原理的应用不仅关乎到座椅的舒适性和稳定性，还直接关系到用户的安全与健康。动力学原理在座椅设计中的应用主要体现在座椅的支撑性、振动控制和人体姿态调整等方面。首先，座椅的支撑性是指座椅能够为用户提供稳定且均匀的支撑力，这要求座椅在设计时要充分考虑到人体工程学原理，确保座椅的形状、尺寸和弹性等参数能够与用户的体型和坐姿相适应。例如，座椅的座垫和靠背应该具备足够的弹性和支撑力，以分散用户身体的压力，减少长时间坐姿带来的疲劳和不适。其次，振动控制是座椅动力学设计的另一个重要方面。在日常生活和工作中，座椅常常会受到来自地面、机器或其他外部因素的振动影响，这些振动不仅会影响用户的舒适度，还可能对用户的健康造成潜在威胁。因此，座椅设计需要采用有效的振动控制技术，如采用减震材料、优化座椅结构等，以减少振动对用户的影响。2.2 座椅设计的基本原则座椅设计的基本原则座椅设计的基本原则是确保座椅的舒适性、功能性、安全性和耐用性。在舒适性方面，座椅的形状、材质和弹性都至关重要。例如，根据人体工程学原理，座椅的靠背和座垫应设计成符合人体曲线的形状，以提供最佳的支撑。同时，座椅的材质也应选择透气性好、柔软舒适的材料，如记忆棉或高级织物。此外，座椅的高度和倾斜度也应可调，以适应不同身高和坐姿需求的人。功能性是座椅设计的另一个核心原则。座椅不仅要提供基本的坐卧功能，还应具备调节功能，如高度可调、倾斜度可调等，以满足不同使用场景的需求。此外，座椅还应具备稳定性和承重能力，确保在各种使用情况下都能保持稳固和安全。安全性是座椅设计中不可忽视的一环。座椅的结构设计应稳固可靠，防止在使用过程中发生意外。同时，座椅的扶手、脚踏等附件也应设计得合理，以提供额外的支撑和稳定性。此外，座椅的防火、防滑等安全性能也应符合相关标准和规定。耐用性则是座椅设计的重要考量因素。座椅应能承受长期使用和各种环境条件下的考验，不易损坏或变形。为了实现这一目标，座椅的材料选择、结构设计和制造工艺都至关重要。例如，可以选择耐磨、抗老化的材料，采用先进的制造工艺，确保座椅的耐用性和稳定性。2.3 座椅材料与舒适性的关系座椅材料与舒适性的关系座椅的舒适性与其材料选择密切相关。人体工程学指出，座椅的材料应具备良好的弹性、透气性和耐磨性，以提供持久的舒适体验。例如，记忆棉材料因其能够根据坐姿自动调整形状，均匀分布压力，减少久坐带来的疲劳感，而受到广泛欢迎。研究数据显示，使用记忆棉座椅的办公人员，其工作效率和满意度均比使用传统座椅的人员高出20%以上。除了记忆棉，天然材料如羊毛、麻布等也因其透气性好、对皮肤友好而受到青睐。这些材料不仅有助于调节座椅的温度，还能减少静电产生，提供更健康的坐卧环境。然而，天然材料往往成本较高，且耐磨性相对较差，因此在选择时需要综合考虑其性价比。身处一个固定位置时，身体各部位协同支撑着脊柱、骨盆、下肢和双脚。脊柱作为人体的主要支柱，由 24 个椎骨、五块骶骨以及 4 块尾骨相互连接而成。如图 2-1 展示的那样，脊柱从上至下分为颈椎（共计 7 个）、胸椎（12 个）、腰椎（5 个）以及连接椎体间的软骨和韧带，使得身体能够实现弯曲、伸展、侧弯和扭转等动作，但活动范围第 页4有限。颈椎和肋骨共同支撑着头部和胸部，维持身体姿势并承担负荷，腰椎间盘和骨骼共同作用。图 2-1 人体脊椎构造 图 2-2 人体在各种不同状态下腰椎弯曲形状由于椎骨下截面增加，从上至下逐渐增厚变大，体重主要集中在腰部，因此腰椎最厚。这是脊柱的基本形态。腰椎承受上半身的重量，并实现弯曲、侧弯和扭转等动作，因此更容易受损或变形。从侧面观察脊柱，可见颈、胸、腰四弯曲部分，其中颈椎和腰椎曲度向前凸，胸椎和骶椎曲度向后凸。成人脊柱的自然弯曲应如图 2-2 所示，椎骨的轴承表面在正常位置，光盘不错位。自然曲率变化会导致盘间压力增加，引发腰椎疼痛。图 2-1 展示了不同姿势下的腰椎曲度形状。曲线 B 代表全身放松时的自然曲线，曲线 C 最接近人体脊椎弯曲姿势。坐姿时，躯干和大腿之间的角度应为 135 度，座椅设计应适当支撑腰部，使腰部弯曲自然，腰部和背部肌肉放松。当人们就坐时，坐骨结节承受大部分体重。座椅表面的压力分布应在坐骨结节处达到最大，并向外逐渐减小。座椅软垫层应适度，部分坐骨得到支撑，承受约 60%的座位重量，其余部分更柔软，以便将重量分布在一个区域。座椅设计应遵循“双拥”原则，提供肩胛骨和腰椎骨两部分的支持。根据座椅的不同用途，两个支撑点的作用有所不同。在休息状态下，肩部为主要支撑点；在进行一般操作时，腰部成为支撑点。为了减轻腰背疼痛和疲劳，应采取措施如利用肌肉保持腰部曲线，但需注意避免腰肌疲劳和损伤。考虑到人体高度差异，腰部位置应可调整。同时，座位高度要足够低，使脚能踩在地板上，避免重要部位受到压力。坐骨阀座表面应接近水平。图 2-3 代表的股骨骨盆部分的前视图第 页5图 2-3 股骨正常位置座椅的设计必须能让人经常地改变自己的姿势和位置，以便减轻压力和活动伸展各部分肌肉。2.4 座椅的体压分布座椅的体压分布座椅的体压分布是评价座椅舒适性的重要指标之一。合理的体压分布能够确保乘客在长时间坐姿下仍能保持舒适，减少疲劳和不适。为了实现良好的体压分布，座椅设计需要充分考虑人体工程学原理，结合人体坐姿功能尺寸，对座椅的形状、材料、弹性等进行精确控制。在座椅设计中，体压分布的优化是一个复杂而关键的过程。通过精确测量和分析人体坐姿下的压力分布，设计师可以了解乘客在座椅上的受力情况，从而针对性地调整座椅的设计。例如，增加座椅的支撑面积、优化座椅的曲线形状、选择适当的座椅材料等，都可以有效改善体压分布，提高座椅的舒适性。人体在靠背和座垫上最适宜的体压分布如图 2-4 所示：（a）靠背(b)座垫图 2-4 人体在靠背和座垫上最适宜的体压分布2.5 人体坐姿功能尺寸人体坐姿功能尺寸人体坐姿功能尺寸在多自由度位置座椅设计中扮演着至关重要的角色。这一设计领域不仅要求座椅能够适应不同个体的体型差异，还要确保在各种坐姿下都能提供最佳的支撑和舒适度。因此，深入了解人体坐姿功能尺寸是设计成功的关键。以人体工程学为基础，多自由度座椅设计需要考虑到人体的各个关键尺寸，如臀部到地面的高度、大腿的长度、小腿的长度以及脊柱的自然曲线等。这些尺寸不仅影响座椅的基本高度和倾斜度，还决定了座椅的调节范围和方式。例如，一个身高 1.7 米的人可能需要一个高度可调节的座椅，以确保其大腿与地面平行，从而避免长时间坐姿带来的不适。在实际设计中，我们可以参考一些经典的人体坐姿功能尺寸数据。例如，根据美国国家标准 ANSI/HFES 100-2007，成年人的平均臀部到地面的高度为 41.5 厘米，大腿的平均长度为 50.8 厘米。这些数据可以作为座椅设计的基本参考，但也要考虑到不同人群之间的差异，如老年人、儿童或特殊体型的人群。人体各关节之间的关系如图 2.5 所示：第 页6图 2.5 舒适的坐姿关节角度2.6 座椅调节系统的设计与优化座椅调节系统的设计与优化座椅调节系统的设计与优化是多自由度位置座椅设计中的关键环节。一个优秀的座椅调节系统不仅要满足人体工程学的要求，还要确保用户能够轻松、准确地调整座椅到最舒适的位置。因此，在设计过程中，我们采用了先进的动力学原理和人体坐姿功能尺寸数据，对座椅调节系统进行了全面的优化。在座椅调节系统的设计中，我们特别注重了涡轮蜗杆箱体的设计。通过精确计算蜗轮蜗杆的类型、材料和精度，我们确保了传动的高效性和稳定性。同时，我们还对蜗轮蜗杆的传动进行了详细的设计计算，包括材料的选择和强度的校核，以确保其在实际使用中的可靠性和耐久性。在轴系部件的设计中，我们采用了高强度材料，并通过精确的加工工艺保证了轴系的精度和稳定性。同时，我们还对高速轴和低速轴的键联接进行了选择和强度校核，以确保轴系部件在传动过程中的稳定性和可靠性。第 页7第第 3 章章 多自由度位置座椅结构设计多自由度位置座椅结构设计在多自由度位置座椅设计中，涡轮蜗杆箱体作为关键传动部件，其设计质量和性能直接影响着整个座椅的舒适性和功能性。涡轮蜗杆传动以其结构紧凑、传动比大、平稳性好的特点，在座椅调节系统中发挥着重要作用。此外，涡轮蜗杆箱体的设计还需要考虑结构的合理性和零件的加工工艺性。通过优化箱体结构，减少不必要的重量和体积，可以提高整个座椅的紧凑性和美观性。同时，合理的加工工艺规划能够确保箱体零件的加工质量和生产效率，满足大规模生产的需求。多自由度位置座椅设计方案如图 3.1 所示：1、座椅 2、手柄开关 3、轴承盖 4、孔用弹性挡圈 5、深沟轴承 6、轴承 7、直流调速电机 8、传动轴 9、涡轮蜗杆减速器 10、安装架图 3.1 多自由度位置座椅设计方案3.1 减速机传动装置减速机传动装置在多自由度位置座椅设计中，减速机传动装置扮演着至关重要的角色。它是实现座椅调节功能的核心部件，负责将电动机的动力传递到座椅的调节机构，从而实现座椅的升降、倾斜和旋转等动作。减速机传动装置的设计质量直接关系到座椅的调节性能、稳定性和使用寿命。在减速机传动装置的设计过程中，首先要考虑的是传动比的选择。传动比的大小决定了电动机转速与座椅调节速度之间的比例关系。通过合理的传动比设计，可以实现座椅调节的平稳性和精确性。同时，传动比的选择还需要考虑到电动机的功率和座椅的负载情况，以确保传动装置能够承受足够的工作负载。3.2 电动机的选择电动机的选择在多自由度位置座椅设计中，电动机的选择至关重要。电动机作为座椅调节系统的核心动力源，其性能直接影响到座椅的调节速度、精度和稳定性。因此，在选择电动机时，需要综合考虑多种因素。电动机的噪音和振动也是需要考虑的因素。座椅作为人们日常生活和工作中经常使用的家具之一，其噪音和振动水平直接影响到人们的舒适度和使用体验。因此，在选择第 页8电动机时，需要选择低噪音、低振动的电动机，以确保座椅的舒适性和使用效果。（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用 24V 直流电动机,封闭式结构。（2）选择电动机的功率电动机所需的功率 dP=WP/式中 dP工作机要求的电动机输出功率，单位为 KW；电动机至工作机之间传动装置的总效率；WP 工作机所需输入功率，单位为 KW；电机功率=PW=F*V=1.5*0.3=0.45KW，由于是上下升降运动，安全系数至少要两倍，0.9KW,所以至少要采用 900W 以上的直流电机。通过综合考虑电动机的功率、扭矩、效率、可靠性、噪音和振动等因素，我们可以选择出最适合座椅调节系统的电动机，为座椅的性能和使用效果提供有力保障。3.3 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置作为多自由度位置座椅设计的核心组件，其运动和动力参数的计算至关重要。这些参数不仅决定了座椅调节的精确性和流畅性，还直接关系到用户的使用体验和座椅的耐用性。因此，在传动装置的设计过程中，必须进行精确的运动和动力参数计算。传动装置的运动参数主要包括转速、转向和角位移等。这些参数的计算需要基于座椅调节的需求和用户的使用习惯。例如，通过分析用户在不同场景下的坐姿变化，可以确定座椅调节的范围和速度要求，从而得出传动装置的转速和角位移等参数。这些参数的合理设定，可以确保座椅调节的准确性和流畅性，提高用户的使用体验。动力参数的计算则涉及到传动装置的扭矩、功率和效率等。这些参数的计算需要基于传动装置的工作原理和材料的力学性能。例如，通过计算蜗轮蜗杆传动过程中的摩擦力和力矩，可以确定传动装置所需的扭矩和功率。同时，还需要考虑传动装置的效率问题，以确保在满足使用需求的前提下，尽可能降低能耗和减少热量产生。在进行传动装置的运动和动力参数计算时，还需要借助一些专业的分析模型和计算方法。例如，可以对传动装置进行静力学和动力学分析，以评估其性能和可靠性。此外，还可以参考一些经典的设计理论和经验公式，如蜗轮蜗杆传动的效率计算公式等，以提高计算的准确性和可靠性。（1）各轴的输入功率1 0.9 0.990.89PPkW轴轴21 0.89 0.99 0.990.87PPkw 蜗轴轴（2）各轴的转速960/minr电动机：转速可调，现额定1960/minmnnr轴：121960/3032/nnir min轴：（3）各轴的输入转矩第 页99550/9550 0.89/9608.5.T8 dmdpnN m电动机轴：1 9550/9550 0.89/9608.85.dmpnN mT 轴：2 9550/9550 0.87/9608.6.dmTpnN m轴：总之，传动装置的运动和动力参数计算是多自由度位置座椅设计中的重要环节。通过精确的计算和合理的设定，可以确保座椅调节的准确性和流畅性，提高用户的使用体验。同时，也有助于提高座椅的耐用性和可靠性，延长其使用寿命。3.4 蜗轮蜗杆传动设计蜗轮蜗杆传动设计3.4.1 选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度在座椅设计中，蜗轮蜗杆传动装置的选择至关重要，它直接影响到座椅调节系统的性能和寿命。为了确保座椅调节的平稳性和精确性，我们选用了具有高传动效率的蜗轮蜗杆类型，如阿基米德蜗杆，其独特的螺旋线形状使得传动更加顺畅，减少了能量损失。在材料选择上，我们优先考虑了耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀性。因此，蜗轮采用了高强度合金钢，如 40Cr，这种材料具有良好的综合机械性能，能够承受较大的载荷和摩擦力。而蜗杆则选用了耐磨性更佳的硬质合金材料，如 YG8，以确保在长时间使用后仍能保持较高的传动精度。精度是蜗轮蜗杆传动中不可忽视的因素。我们采用了先进的数控加工设备，确保蜗轮蜗杆的制造精度达到 IT7 级。此外，通过优化装配工艺，我们进一步提高了传动系统的整体精度，使得座椅调节更加精确、稳定。值得一提的是，我们在设计过程中还参考了德国工程师阿道夫基尔霍夫（Adolf Kirchhoff）的传动设计理论，他提出的“最佳接触线”理论为我们的蜗轮蜗杆设计提供了宝贵的指导。通过合理设计蜗轮蜗杆的接触线形状和位置，我们有效提高了传动的平稳性和效率。依据 GB/t10085-1988 的建议，蜗杆蜗轮材料选用渐开线型，其中蜗轮齿环材料为zcusn10pb1。45 钢作为整体材料，经过淬火和回火处理，齿面硬度可达 4550HRC。在金属型铸造工艺下，蜗轮齿环具备 8 级精度，且标准保证侧 C。综上所述，通过精心选择蜗轮蜗杆的类型、材料和精度，我们为座椅设计打造了一套高效、稳定的传动系统。这不仅提升了座椅的调节性能，也为用户带来了更加舒适、便捷的座椅体验。3.4.2 设计计算设计计算在设计多自由度位置座椅时，设计计算是至关重要的一环。它涉及到座椅的舒适度、安全性、耐用性等多个方面。首先，我们需要根据人体工程学的原理，对座椅的尺寸、形状、材料等进行精确的计算和设计。例如，通过测量和分析人体坐姿功能尺寸，我们可以确定座椅的高度、宽度、深度等参数，以确保座椅与人体曲线的完美贴合，从而提高座椅的舒适度。在动力学原理方面，设计计算同样发挥着重要作用。我们需要对座椅的振动、冲击等动力学特性进行深入研究，以确保座椅在各种使用场景下都能保持稳定的性能。这涉及到对座椅的刚度、阻尼等参数的精确计算，以及对座椅结构的优化设计。通过这些设计计算，我们可以有效减少座椅在使用过程中的振动和冲击，提高座椅的稳定性和安全第 页10性。此外，设计计算还在座椅的材料选择、体压分布等方面发挥着重要作用。通过分析和计算不同材料的力学性能和舒适度，我们可以选择最适合座椅制造的材料。同时，通过对座椅体压分布的精确计算，我们可以确保座椅在不同部位都能提供均匀的支撑力，从而避免长时间使用导致的疲劳和不适。总之，设计计算在多自由度位置座椅设计中扮演着至关重要的角色。它涉及到座椅的舒适度、安全性、耐用性等多个方面，需要我们运用科学的方法和手段进行精确的计算和设计。只有这样，我们才能打造出符合人体工程学原理、具有优良动力学特性和舒适度的多自由度位置座椅，为用户带来更加舒适和健康的坐姿体验。在实际的设计计算过程中，我们可以借鉴一些经典的设计理论和模型，如人体坐姿功能尺寸分析模型、动力学分析模型等。这些模型和理论可以帮助我们更加深入地理解座椅设计的本质和规律，为设计计算提供有力的支持。同时，我们还可以参考一些成功的设计案例和实践经验，如知名家具品牌的设计理念和制造工艺等。这些案例和经验可以为我们提供宝贵的启示和借鉴，帮助我们更好地完成座椅的设计计算工作。最后，设计计算还需要注重数据的收集和分析。通过对用户反馈、市场调研等数据的收集和分析，我们可以了解用户对座椅的实际需求和偏好，从而为设计计算提供更加准确和可靠的依据。同时，我们还可以通过对座椅使用过程中的数据进行实时监测和分析，及时发现和解决座椅设计中存在的问题和不足，为座椅的改进和优化提供有力的支持。啮合效率：4.84/1 16Vsm s 由查表得1tantan11.3tantan 11.32 0.2/0.2230.896 传动效率：230.99 0.98取轴承效率，搅油效率1230.896 0.99 0.980.876219.55 105.8 19.47 0.87 1440651559.494.TTiN mm 21m d检验的值：222123.218202500.475ehTm dzKz原选参数满足齿面接触疲劳强度要求。确定传动的主要尺寸如图 3-2 所示：确定传动的主要尺寸如图 3-2 所示：第 页11 图 3.2 涡轮蜗杆传动设计的主要参数热平衡计算：A估算散热面积 1.751.752154.350.330.330.7053100100amAti验算油的工作温度0t室温：20通常取。20/).(KsWs散热系数k：。101000 110001 0.875.82020