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1、广州大学本科毕业论文（设计）课题名称靠背自动升降式座椅的设计学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级名称机械186学生姓名学号一指导教师完成日期2022年5月靠背自动升降式座椅的设计摘要目前靠背座椅己经迈向智能化发展，它不仅能够给使用者带来更好的体验，而口也能缓解使用者的疲劳感，但随着愈来愈多功能的出现，座椅占用空间也随之增大，而出现占用空间的主要原因是座椅靠背的存在。为此，本文针对座椅苑背设计了种独背自动升降响应座椅。本文参考史引式升降原理，利用齿轮齿条传动，转动与齿轮同轴配合的绕线轮，使固定在绕线轮的高性能纤维绳以定滑轮为节点拉升起旅背，实现座椅靠背的“人坐背升，人起背降”的功
2、能，并且根据人体工程学设计赛背升降前后的倾角：利用角度调节渊原理使靠背升起后倾角可调：采用双平面涡卷弹簧反向安装及导向管道实现奔背卜降前的颈角发位。最后，使用ANSYSWOrkbenCh软件完成主要构件的有限元分析以及对质量有要求的构件进行拓扑优化.关键字靠背升降：齿轮齿条传动：相对运动；角度调仃器：拓扑优化ABSTRACTAtpresent,Ihebackrestseathasnx)vedtowardsinte1.1.igentdeve1.opment,whichcannoton1.ybringUserSabetterexperience,buta1.soa1.1.eviatethefati
3、gueofusers.IIowever,withtheemergenceOfn)Oreandnx)refunctions,Iheseatingspacea1.soincreasesaccording1.y.Themainreasonfortakingupspaceisthepresenceoftheseatback.Therefore,thisthesisdesignedabackrestautomatic1.iftingresponseseat.Inthisthesis,referringtothetraction1.iftingprincip1.e,usingrackandpiniontr
4、ansmission,rotatingcoaxia1.1.ywithgearwindingwhee1.,sothatthefiberropefixedinthewindingwhee1.withfixedpu1.1.eyasthenodetopu1.1.upthebackofthescat,toachievethecharacteristicsofpeop1.esittingbackup.peop1.eupbackdown.?ndaccordingtotheergonomicdesignofthebackbeforeandaftertheti1.tAng1.e：Usingtheprincip1
5、.eofAng1.eregu1.atortomakethebackrestriseAng1.eadjustab1.e;Thedoub1.ep1.anecoi1.springisinsta1.1.edinreversedirectionandtheguidepipeisusedtoresettheti1.tAng1.eofthebackrestbeforefa1.1.ing.Fina1.1.y.ANSYSWorkbenchsoftwareisusedtocomp1.etethefinitee1.ementana1.ysisofmaincomponentsandtopo1.ogyoptimizat
6、ionofcomponentswithqua1.ityrequirements.KEYWORDSBackrest1.ifting;Rackandpiniondrive;Re1.ativemotion;Ang1.eregu1.ator;Topo1.ogyoptimization目录第一章绪论I1.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容3第二章总体方案的设计52.1 座椅靠背需求分析52.2 模块功能分解52.3 运动方案的形态矩阵分析62.4 设计分析62. 4.1其他模块功能部分的分析63. 4.2主要模块功能部分的分析7第三章结构设计123.1升降导轨框架的设计123.
7、1.1 导轨框架的选型设计123.1.2 导轨倾斜角度的设计133.1.3 导轨框架的ANSYS分析133.2升降传动系统的设计153. 2.1绕绳的选型设计153. 2.2齿轮齿条的设计163. 2.3轴承固定支座的设计223. 2.4绕战轮的设计243. 2.5转轴的设计254. 2.6油压稳速落压缩弹黄的设计283.3 靠背角度调节的设计303. 3.1角度调节原理304. 3.2齿板的设计313.4 靠背角度的豆位333 .4.1角度品位的原理334 .4.2平面涡卷弹簧的设计34第四章优化设计364.1 导轨框架的优化设计364.2 绕线轮的优化设计374.2.1绕线轮的有限元分析3
8、74.2.2绕线轮的优化数学模型384.2.3绕战轮的拓扑优化394.3齿条连接件的优化地计404.3.1连接件的有限元分析404.3.2连接件的优化数学模型414.3.3连接件的拓扑优化42第五章结论445.1研究总结445.2研究展望44参考文献46致谢48第一章绪论1.1 研究背景及意义在人们日常生活中，座椅是个非常普遍的存在。近年来，随着科技的迅猛发展，越来越多的智能座椅出现在我们视野中。靠背角度可调、座椅高度可调、人体工程学应用、可,折段以及方便携带等均是目前智能座椅最主要的功能体现，许多功能的出现，也使座椅的体积也日益增大，其体积增大，亦增加了空间占用率，同时也使得购买费用逐渐增加
9、。座椅占用空间主要典根于*背的存在以及其不可藏匿性,这类座椅往往不便于存储。固定式匏背座椅存储不便的原因，正是由于人们不使用时，座椅靠背的存在占用了座椅上部分的空间。目前，国内潦行的座椅大多具有靠背可调但不能收起或藏匿的缺点，靠背可折段收起但需要手动进行折叠以及靠背固定式无法调节的缺点，而针对靠背可收起且自动升降响应以便藏匿这类型的座椅尚未普遍存在。因此，靠背自动升降响应式座椅的发展潜力非常大，本文提出了座椅靠背可自动升降的设计，在此基础上研究出一套适用于办公和家居等多领域的靠背自动升降式响应座椅。1.2 国内外研究现状近年来，国内外智能座椅的发展迅速，多功能靠背座椅在智能家居领域中已经有较大
10、的突破，国内外学者对座椅的设计进行了各式各样的研究。如今，靠背座椅I=要有两种，分别为传统的靠背固定式座椅和新兴的靠背多功能座椅。在传统的靠背固定式座椅中，最为典型的是明式座椅，它具有优美的造型、科学的结构、优质的材料以及符合现代人体工程学等特点，其结构如图1-U如今我们常见的大部分靠背固定式座椅都由它演化而成。相对于固定式座椅，靠背多功能座椅更受人们喜爱.它具有许多便携功能，如靠背角度可调节，靠背高度可调及人体工程学应用等.此类座椅满足人体对舒适度的需求，扩展J靠背的各种应用.虽然座椅靠背具有许多功能，但其靠背体积增大，造成一定的空间占用。当使用者不使用时，座椅将不便存储，其结构如图1-2.
11、目前有不少学者主要生中于在研究靠行如何给人带来更多舒适度，对丁座椅靠背的藏匿性，国内外研究并不多,主要体现在以下方面：图1-1传统明式座椅图1-2正背可调式座椅针对座椅靠背的角度调节，KCChoU等提出了一种凹槽内置靠背的设计方法，该凹槽的作用是方便靠;背角度的调节，通过内置靠背利用其齿轮啃合接触定位，实现角度调节，其总体外形结构如图1-3：SerberH等提出了一种靠背平衡座椅的设计方法，该类座椅可通过人体的动态坐姿来调节适合使用者的靠背角度，此外，座椅利用支撑凹槽设计实现了坐姿的动态平衡，其总体结构如图1-4.针对座椅靠背的升降，张城和杨进等叫是出了一种产动控制靠背升降的座椅设计,此类座椅
12、除背升降需要手动转动摇杆推动丝杆组合来控制靠背高度，大致结构如图1-5；居心微等提出了一种利用连杆折段及杆件定位升降的设计，其靠背的升降装置由较链与连杆组成，绑背高度调节需要手动调节连杆折段角并用相应杆件定位，其结构如图1-6,这两种利用杆件相互定位的设计，实现靠背高度可调，结构简单，后期维护较为容易，但需要手动调节定位，且调节后的靠背仍存在占用座椅上部空间的问题。图15粘背丝杆升降结构图图b6张背连杆折叠升降结构图51针对解决靠背在不使用时的升降或藏匿的问题，任毅和张仲凤等网利用齿轮齿条组合相对运动原理，提出了一种坐垫和我背的相对运动的座椅设计，其实现了人坐于靠背时，靠背升起，人离开后下降的
13、特点，即能够完成“人坐背起，人熟背降”的功能。但在上升或下降过程中，靠背的内部结构将会暴露在与人体接触部分，其结构如图17:Wykny等提出了一种靠背可折费的座椅，通过靠背、扶手和椅腿形成四连杆机构来实现靠背的折段，完成靠背折段的同时也可以使椅腿折狡，靠背旋转至折叠位置后，椅子将具有紧凑、节省空间的配置，适合储存或运输一但折叠过程中需要手动操作，其结构图如图1.8,这两种靠背运动结构简单且巧妙，实现了靠背的升降或收起藏匿，但前者容易导致独背内部零部件与人体接触.后者则无常背升降的自动响应功能“图I-H折娈椅内图1-7齿轮齿条升降座椅闻1.3 研究内容本文将围绕座椅靠背自动升降的设计原理，设计一
14、种靠背角度可调，靠背白动升降响应的座椅，其具体实现为：当人坐于座椅坐垫时，靠背自动升起，升起的靠背角度可谓：当人离开座椅坐垫后，靠背角度自动划位，角度在位后靠背便下降频匿，以便解决使用者在不使用座椅时的存储、移动、运输或收纳等问题。本文主要针对座椅靠背的升降及角度调节进行结构设计、运动分析、关键零部件的强度校核与分析及优化计算。具体的章节安排如下：第章：绪论。阐述课题的研究背景及意义：了解目前国内外座椅靠背设计的发展状况：安排各章节内容。第二章：总体方案设计。根据现有技术存在的不足，拟定多个方案，并通过对比分析各方案的优缺点和模块间的衔接，得出最优的设计方案。第三章：结构设计。进行导轨框架、线
15、背升降传动系统和苑背角度调节装置的设计：计算各零部件的尺寸以及对标准件的选型：利用ANSYS有限元软件对关键构件进行力学分析；利用SohdWorkS软件对升降传动系统及角度调节装置进行三维建模设计。第四章：优化设计。对核心构件进行优化设计，如导凯框架的支掾优化：优化绕线轮的质量，减少转动过程中的转动惯量：优化齿条与坐垫连接件的质量，减少整体质量。第五章：结论。总结本次张背自动升降式座椅的研究结果，分析设计过程中存在的不足之处，进一步提出改进建议和展望。第二章总体方案的设计2.1座椅靠背需求分析本章将对赛背自动升降式座椅进行总体方案的设计，主要是以现有的座椅为参考，设计一种人坐于座椅坐垫时，靠背便能自动升起，升起后的靠背帧角可调：人离开座椅坐垫后，靠:背倾向自动复位，复位后靠背卜降藏匿的座椅，且该座椅符合人体工程学设计。设计上述功能之前，除了应考虑舒适度情况外，还需了解人体的就坐行为，根据人体的强姿情况提出座椅的具体功能需求。每个人都有不同的坐姿，但多数人都习惯在有靠背支撑的坐具中坐卜.，倚靠在靠背以寻求最舒适的坐姿。卜面将对不同坐姿进行荷要的介绍与分析。人体双脚的分析。人坐在椅子上，并非静止不动，而是会通过不断地调整若坐姿的细
