CN106274590A - 一种新型轻量化汽车座椅骨架 - Google Patents

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张凯
郭小芳
李飞
曾勇
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Abstract

一种新型轻量化汽车座椅骨架，包括铝合金复合材料的倒”U”型的靠背主钢管，该靠背主钢管的侧面两脚上通过高强度钢的靠背连接支架固定有铝合金材质的靠背侧面支撑钢丝，该靠背主钢管上端两侧的连接有凹凸形状的铝合金材质的支撑钢丝。本发明在充分理解和应用汽车座椅的力学原理基础上，用铝合金代替金属，在满足同等强度要求的同时，使得座椅靠背骨架的重量大大降低，而且铝合金材料较金属材料更加耐腐蚀，从而延长了使用寿命，并简化结构和工艺，降低了生产周期和成本。

Description

一种新型轻量化汽车座椅骨架
技术领域
本发明涉及汽车座椅领域，具体为一种新型轻量化汽车座椅骨架。
背景技术
节能减排是目前全球汽车行业面临的共同挑战，进一步优化传统发动机和整车匹配性、加快发展替代能源和新能源汽车、大力开展汽车轻量化工程等，都是非常有效的措施。
每一个零件的减重、每一公斤的减重对于整车的轻量化和汽车行业的节能减排来说都非常可观。据统计，普通乘用车的整车质量每减轻10%(约100～200kg)，可节油6%～8%，排放降低4%左右;重型货车质量每减轻1000kg，燃油消耗可降低6%～7%。总之，轻量化对汽车节能减排来说，效果非常显著，
汽车座椅轻量化可大幅度降低汽车的能耗,对节能减排有着重要意义,现阶段我国铝合金结构件在汽车上的应用还不太广泛,有相当大的发展和应用空间,因此铝合金骨架汽车座椅发展前景广阔。铝合金强度高,成形性和耐腐蚀性良好,可循环再利用,这些特性使其成为理想的低密度高强度材料以替代高密度的钢铁材料。而用铝合金代替金属，需要充分理解汽车座椅的力学原理，设计出一款等同金属强度要求的铝合金骨架。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种新型铝合金材料骨架，代替原有金属骨架，利用特殊材料结构，满足同等强度要求，同时利用铝合金的轻与耐腐蚀，达到座椅减重，耐用的目的。
本发明采用的技术方案为：一种新型轻量化汽车座椅骨架，包括铝合金复合材料的倒”U”型的靠背主钢管，该靠背主钢管的侧面两脚上通过高强度钢的靠背连接支架固定有铝合金材质的靠背侧面支撑钢丝，该靠背主钢管上端两侧的连接有凹凸形状的铝合金材质的支撑钢丝。
优选地，所述的靠背主钢管的侧面两脚被拍扁成片状，靠背连接支架通过螺栓连接方式固定在靠背主钢管上。
优选地，所述的靠背主钢管(11) 的截面为异形椭圆，内部加有变料厚加强筋。
优选地，所述的靠背主钢管(11) 内部的加强筋的料厚为从两端的2mm渐变到中间的1mm。
优选地，所述的靠背主钢管(11)的上端横梁上，还包括两个用于固定铝合金材料的座椅头枕导管(10)的凹槽。
优选地，所述的铝合金复合材料为铝合金系列中的6系铝合金的T6状态，通过挤压工艺成型。6系铝合金是Al-Mg-Si系热处理可强化型合金，该铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2系或7系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点，主要有T4和T6两种状态，T4状态延展性好，具有优良的冷加工性能；T6状态强度硬度较高，具有较强的结构性能，该主钢管是靠背最主要受力机构件，采用T6状态材料。
本发明提供的一种新型轻量化汽车座椅骨架，由铝合金复合材料靠背异形主钢管、铝合金材质支撑钢丝，高强度钢连接支架组成；该铝合金复合材料采用铝合金系列中的6系铝合金，该系列是Al-Mg-Si系热处理可强化型合金，采用T6状态材料，T6状态强度硬度较高，具有较强的结构性能；通过挤压工艺成型，为满足金属同等强度要求，该钢管外部采用异形设计，同时内部增加不等料厚加强筋，以满足其强度设计要求；本发明在充分理解和应用汽车座椅的力学原理基础上，用铝合金代替金属，在满足同等强度要求的同时，使得座椅靠背骨架的重量大大降低，而且铝合金材料较金属材料更加耐腐蚀，从而延长了使用寿命，并简化结构和工艺，降低了生产周期和成本。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明整体结构的爆炸示意图。
图2是本发明的靠背主钢管正视图。
图3是本发明的靠背主钢管左视图。
图4是本发明的靠背主钢管截面剖视图。
图5是本发明的靠背主钢管与靠背连接支架连接分解图。
图6是本发明的FEA静强度分析结果示意图
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，如附图1所示，本发明提供的一种新型轻量化汽车座椅骨架，包括铝合金复合材料的倒”U”型的靠背主钢管11，该靠背主钢管的侧面两脚上通过高强度钢的靠背连接支架16固定有铝合金材质的靠背侧面支撑钢丝13，该靠背主钢管11上端两侧的连接有凹凸形状的铝合金材质的支撑钢丝12。
如附图2、3所示，所述的靠背主钢管11的侧面两脚被拍扁成片状。如附图5所示，靠背连接支架16通过螺栓连接方式固定在靠背主钢管11上。由于铝合金与合金钢之间是无法之间焊接，同时焊接也会热影响材料强度性能。为避免这些问题，该处采用螺栓连接，不仅可以避免无法焊接和热影响，同时安装方便，也便于以后模块化设计与装配。
如附图4所示，所述的靠背主钢管11的截面为异形椭圆，内部加有变料厚加强筋，所述的靠背主钢管11内部的加强筋的料厚为从2mm渐变到1mm再渐变回2mm。该结构突破以往常用金属圆管设计思路，在将材料占用比最低时，截面强度系数达到最高。该结构截面根据结构力学与材料力学原理，进过多次理论计算与CAE拓扑优化，与原尺寸金属圆管相比，减重54%，而截面强度系数则提高12%。
所述的靠背主钢管11的上端横梁上，还包括两个可以固定铝合金材料的座椅头枕导管10的凹槽。
所述的铝合金复合材料为铝合金系列中的6系铝合金的T6状态，通过挤压工艺成型。
6系铝合金是Al-Mg-Si系热处理可强化型合金，该铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2系或7系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点，主要有T4和T6两种状态，T4状态延展性好，具有优良的冷加工性能；T6状态强度硬度较高，具有较强的结构性能，该主钢管是靠背最主要受力机构件，采用T6状态材料。
靠背主钢管11采用的是铝挤压成型技术：1）挤压法不但可以生产断面形状较简单的管、棒、型、线产品，而且可生产断面变化、形状极复杂的型材和管材，如阶段变断面型材、逐渐变断面型材、带异形加强筋的整体壁板型材、形状极其复杂的空心型材和变断面管材、多孔管材等；2）挤压加工灵活性很大，只需要更换模子等挤压工具即可在一台设备上生产形状、规格和品种不同的制品，更换挤压工具的操作简便易行、费时少、工效高。这种加工方法对订货批量小、品种规格多的铝合金材料加工生产厂最为经济适用；3）工艺流程简短、生产操作方便，一次挤压即可获得比热模锻或成型轧制等方法面积更大的整体结构部件，而且设备投资少、模具费用低、经济效益高。
本发明已通过FEA静强度分析，如图6所示，最终结果是1068N，是国标的890N的1.2倍，所以本发明提供的一种新型轻量化汽车座椅骨架，可以满足客户及相应法规要求，同时还留有20%强度余量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种新型轻量化汽车座椅骨架，其特征在于：包括铝合金复合材料的倒”U”型的靠背主钢管(11)，该靠背主钢管(11)的侧面两脚上通过高强度钢的靠背连接支架(16)固定有铝合金材质的靠背侧面支撑钢丝(13)，该靠背主钢管(11)上端两侧的连接有凹凸形状的铝合金材质的支撑钢丝(12)。
2.如权利要求1所述的一种新型轻量化汽车座椅骨架，其特征在于：所述的靠背主钢管(11)的侧面两脚被拍扁成片状，靠背连接支架(16)通过螺栓连接方式固定在靠背主钢管(11)上。
3.如权利要求1所述的一种新型轻量化汽车座椅骨架，其特征在于：所述的靠背主钢管(11) 的截面为异形椭圆，内部加有变料厚加强筋。
4.如权利要求3所述的一种新型轻量化汽车座椅骨架，其特征在于：所述的靠背主钢管(11) 内部的加强筋的料厚为从两端的2mm渐变到中间的1mm。
5.如权利要求1所述的一种新型轻量化汽车座椅骨架，其特征在于：所述的靠背主钢管(11)的上端横梁上，还包括两个用于固定铝合金材质的座椅头枕导管(10)的凹槽。
6.如权利要求1所述的一种新型轻量化汽车座椅骨架，其特征在于：所述的靠背主钢管(11)所用的铝合金复合材料为铝合金系列中的6系铝合金的T6状态，通过挤压工艺成型。
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