CN113352959B - 一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅 - Google Patents

一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，包括支撑单元、蓄力调节单元和座椅，支撑单元用于支撑座椅，蓄力调节单元用于对座椅高度进行调节。本发明所述装置具有蓄力功能，可以适应不同体重的乘坐者，通过往复扭转握杆实现蓄力，能够提升座椅到合适的高度，不需要乘坐人员起身，操作方便。

Description

一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅
技术领域
本发明涉及座椅技术领域，特别是一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅。
背景技术
座椅机构是汽车驾驶室重要的组成部分，随着现代社会的发展，人们对于汽车座椅结构的功能需求不断提升，尤其是对坐姿调整的需求以及乘坐舒适性的需求。当下汽车升降机构主要采用以下几种方式：(1)利用电动机，将电能输入作为动力源进行座椅升降操作，但是这种方式需要内置电机，整车重量会因此增加，违背了轻量化趋势，会增加车辆行驶过程中的振动与能量消耗。(2)利用液压机构，类似于办公座椅升降方式，需要以人的重力作为驱动力将液压机构压缩以达到座椅下降的目的，座椅升高时需要操作人员站起才能将液压机构恢复初始状态，这样虽然不需要消耗其他能源，但操作起来很不方便，不利于车辆行驶过程中对坐姿进行调整，很难满足使用需求。
而现有的车辆减振机构主要有以下几点不足：(1)车辆悬架机构和驾驶室座椅升降机构相互独立，不能做到归一化设计，座椅减振效果不佳。(2)车辆悬架广泛采用普通螺旋弹簧及阻尼器配合减振，不能对不同路面状况进行自适应调整，无法实现主动的自适应控制，振动控制效果不理想。
因此设计一种集升降与减振功能于一体的座椅升降结构是有必要的，不仅可以实现易于操作的座椅升降功能，也可以有效抑制座椅的振动，提升车辆行驶的平顺性和乘员乘坐的舒适性。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的升降减振座椅中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其包括，支撑单元，包括顶撑件、底撑件和交叉连接架，所述顶撑件和所述底撑件通过所述交叉连接架进行连接；蓄力调节单元，包括主动调节组件和升降减振组件，所述升降减振组件包括与所述主动调节组件配合的驱动盘、与所述驱动盘转动配合的固定盘、设置于所述固定盘上的套筒、与所述套筒配合的棘轮、设置于所述固定盘上并与所述棘轮配合的小棘爪、与所述套筒旋转配合的半圆盘、与所述半圆盘配合的下端盖、与所述套筒配合的压电复合涡卷弹簧、设置于所述驱动盘上并与所述棘轮配合的大棘爪、连接所述底撑件和所述驱动盘的扭力弹簧，以及设置于所述压电复合涡卷弹簧配合的上端盖，所述压电复合涡卷弹簧内圈与所述套筒卡合，外圈与所述上端盖卡合，所述上端盖与所述交叉连接架配合。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：所述套筒上设置有第一凸起，所述棘轮上设置有与所述第一凸起配合的第一凹槽。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：所述主动调节组件包括握杆、与所述握杆连接的转筒、连接所述转筒和所述驱动盘的驱动杆，所述驱动杆的两端分别与所述转筒和所述驱动盘偏心连接。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：所述交叉连接架包括对称设置于所述顶撑件侧面的第一交叉杆、与所述第一交叉杆配合的第二交叉杆、连接两个所述第一交叉杆的第一连接杆、连接两个所述第二交叉杆的第二连接杆、连接所述第一连接杆和上端盖的第一推动杆，以及连接所述第二连接杆和另一所述上端盖的第二推动杆，所述升降减振组件对称设置有两个，所述第一推动杆一端与所述上端盖偏心连接，另一端连接在所述第一连接杆中部，所述第二推动杆一端与另一所述上端盖偏心连接，另一端连接在所述第二连接杆的中部。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：两个所述第一连接杆分别穿过所述顶撑件和所述底撑件，两个所述第二连接杆分别穿过所述顶撑件和所述底撑件，所述第一连接杆和所述第二连接杆对应设置，所述顶撑件上设置有供所述第一连接杆移动的第三凹槽，所述底撑件上设置有供所述第二连接杆移动的第四凹槽。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：所述第一交叉杆中部设置有第二凹槽，所述第二交叉杆穿过所述第二凹槽，同一侧的所述第一交叉杆和所述第二交叉杆铰接。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：所述压电复合涡卷弹簧包括涡卷弹簧和压电柱，两片所述涡卷弹簧中间径向分布有多个所述压电柱。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：所述底撑件上设置有支撑柱，所述升降减振组件与所述支撑柱配合。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：所述半圆盘上设置有限制块，所述下端盖上设置有与所述限制块配合的限制槽。
作为本发明所述基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的一种优选方案，其中：还包括座椅，设置于所述顶撑件上。
本发明有益效果为本发明所述装置具有蓄力功能，可以适应不同体重的乘坐者，通过往复扭转握杆实现蓄力，能够提升座椅到合适的高度，不需要乘坐人员起身，操作方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的结构图。
图2为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的支撑单元结构图。
图3为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的主动调节组件和交叉连接架结构图。
图4为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的升降减振组件剖视图。
图5为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的部分升降减振组件结构图。
图6为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的半圆盘示意图。
图7为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的半圆盘和下端盖剖视图。
图8为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的压电复合涡卷弹簧结构图。
图9为实例1中基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅的压电复合涡卷弹簧原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1～9，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅包括支撑单元100、蓄力调节单元200和座椅300，支撑单元100用于支撑座椅300，蓄力调节单元200用于对座椅300高度进行调节。
具体的，支撑单元100包括顶撑件101、底撑件102和交叉连接架103，所述顶撑件101和所述底撑件102通过所述交叉连接架103进行连接中。
蓄力调节单元200包括主动调节组件201和升降减振组件202，所述升降减振组件202包括与所述主动调节组件201配合的驱动盘202a、与所述驱动盘202a转动配合的固定盘202b、设置于所述固定盘202b上的套筒202c、与所述套筒202c配合的棘轮202d、设置于所述固定盘202b上并与所述棘轮202d配合的小棘爪202e、与所述套筒202c旋转配合的半圆盘202f、与所述半圆盘202f配合的下端盖202g、与所述套筒202c配合的压电复合涡卷弹簧202h、设置于所述驱动盘202a上并与所述棘轮202d配合的大棘爪202j、连接所述底撑件102和所述驱动盘202a的扭力弹簧202m，以及设置于所述压电复合涡卷弹簧202h配合的上端盖202k，所述压电复合涡卷弹簧202h内圈与所述套筒202c卡合，外圈与所述上端盖202k卡合，所述上端盖202k与所述交叉连接架103配合。
进一步的，所述套筒202c上设置有第一凸起202c-1，所述棘轮202d上设置有与所述第一凸起202c-1配合的第一凹槽202d-1，所述主动调节组件201包括握杆201a、与所述握杆201a连接的转筒201b、连接所述转筒201b和所述驱动盘202a的驱动杆201c，所述驱动杆201c的两端分别与所述转筒201b和所述驱动盘202a偏心连接。主动调节组件201的设置能够实现将操作者手持握杆201a转动的动力转换成升降减振组件202的驱动力；升降减振组件202实现座椅升降功能。操作人员操作握杆201a转动一定角度能够带动驱动盘202a转动。握杆201a采用软橡胶材料包裹，提升操作人员操作过程中的舒适性。
所述固定盘202b通过过盈配合固定在支撑柱102b上，小棘爪202e通过圆柱销连接在固定盘202b上，控制棘轮202d转动方向；所述驱动盘202a与支撑柱102b间隙配合并可绕支撑柱102b自由转动；所述大棘爪202j通过圆柱销固定在驱动盘202a上，通过驱动盘202a绕支撑柱102b转动驱动棘轮202d单向转动；所述棘轮202d和套筒202c卡合，套筒202c通过间隙配合连接下端盖202g；驱动盘202a转动通过大棘爪202j带动棘轮202d单向转动，小棘爪202e可以防止棘轮202d反向回转，实现棘轮202d单向运动的功能
套筒202c上端设置有钩槽，压电复合涡卷弹簧202h内圈与钩槽连接；所述上端盖202k和支撑柱102b间隙配合，可绕支撑柱102b自由转动；所述压电复合涡卷弹簧202h外圈通过上端盖内置的沟槽与其联接，当棘轮单向旋转时，通过套筒202c带动压电复合涡卷弹簧202h内圈旋转，而上端盖202k由于座椅受到人体重力阻碍而不能旋转或旋转较棘轮202d小的角度，因此压电复合涡卷弹簧202h内外圈存在旋转角度差，进而实现蓄力的功能。
所述扭力弹簧202m一端固定在底撑件102上，另一端与驱动盘202a连接，同时配合小棘爪202e限制棘轮202d反转，驱动盘202a恢复初始位置，实现蓄力环节复位功能。所述半圆盘202f和支撑柱102b间隙配合，可在支撑柱102b上自由转动，当座椅升高到限定高度之后，下端盖202g通过限制槽202g-1带动半圆盘202f旋转，半圆盘202f侧边可拨开小棘爪202e，利用压电复合涡卷弹簧202h的反作用力使棘轮202d、套筒202c、上端盖202k和下端盖202g恢复到初始位置，实现座椅升降环节复位功能。
优选的，所述交叉连接架103包括对称设置于所述顶撑件101侧面的第一交叉杆103a、与所述第一交叉杆103a配合的第二交叉杆103b、连接两个所述第一交叉杆103a的第一连接杆103c、连接两个所述第二交叉杆103b的第二连接杆103d、连接所述第一连接杆103c和上端盖202k的第一推动杆103e，以及连接所述第二连接杆103d和另一所述上端盖202k的第二推动杆103f，所述升降减振组件202对称设置有两个，所述第一推动杆103e一端与所述上端盖202k偏心连接，另一端连接在所述第一连接杆103c中部，所述第二推动杆103f一端与另一所述上端盖202k偏心连接，另一端连接在所述第二连接杆103d的中部。
进一步的，两个所述第一连接杆103c分别穿过所述顶撑件101和所述底撑件102，两个所述第二连接杆103d分别穿过所述顶撑件101和所述底撑件102，所述第一连接杆103c和所述第二连接杆103d对应设置，所述顶撑件101上设置有供所述第一连接杆103c移动的第三凹槽101a，所述底撑件102上设置有供所述第二连接杆103d移动的第四凹槽102a。所述第一交叉杆103a中部设置有第二凹槽103a-1，所述第二交叉杆103b穿过所述第二凹槽103a-1，同一侧的所述第一交叉杆103a和所述第二交叉杆103b铰接。
进一步的，所述压电复合涡卷弹簧202h包括涡卷弹簧202h-1和压电柱202h-2，两片所述涡卷弹簧202h-1中间径向分布有多个所述压电柱202h-2。所述底撑件102上设置有支撑柱102b，所述升降减振组件202与所述支撑柱102b配合。压电复合涡卷弹簧202h采用两片涡卷弹簧202h-1中间夹径向分布压电柱202h-2的结构，利用压电柱202h-2的电致伸缩原理，通过控制输入压电柱202h-2的电流大小来改变涡卷弹簧202h-1的刚度，实现刚度的主动控制。当振动传入时，可以通过控制不断改变涡卷弹簧202h-1刚度来自适应控制振动，达到主动减振的目的。
需要说明的是，压电复合涡卷弹簧202h的原理如下：
如图9，已知涡卷弹簧最大输出力矩：
Figure GDA0003526275900000071
式中K3为固定系数，b为弹簧宽度，h为弹簧厚度，σp为材料抗拉强度极限。可见涡卷弹簧的最大输出力矩是与涡卷弹簧片厚度呈二次正相关。
同时涡卷弹簧的刚度：
Figure GDA0003526275900000072
式中E为材料弹性模量，T为弹簧扭矩，h为弹簧厚度，K1为外端连接方式系数，l为弹簧工作圈展开长度。可见涡卷弹簧的刚度是与涡卷弹簧片厚度呈正相关。
本发明中所设计的压电复合涡卷弹簧202h，采用两层弹簧片中间夹压电柱的结构，通过对压电柱主动供电实现涡卷弹簧202h-1厚度由h1到h2的变换，等效于使弹簧片变厚，实现增大弹簧刚度以及最大输出力矩的效果。
较佳的，所述半圆盘202f上设置有限制块202f-1，所述下端盖202g上设置有与所述限制块202f-1配合的限制槽202g-1，还包括座椅300，其设置于所述顶撑件101上。
在使用时，操作人员坐在座椅上。
操作握杆201a来回转动，转筒201b转动通过动驱动杆201c带动两个驱动盘202a转动，驱动盘202a上的大棘爪202j带动棘轮202d转动，同时固定盘202b上的小棘爪202e阻止棘轮202d回转，进而棘轮202d带动套筒202c旋转，套筒202c上方连接着压电复合涡卷弹簧202h的内圈，使之旋转，压电复合涡卷弹簧202h受到压缩，其外圈因此会带着上端盖202k和下端盖202g旋转，座椅300也因此被升高。若被重力过大不能一次升高到设想的位置，下端盖202g还未到达半圆盘202f限制槽202g-1限定位置，不能带动半圆盘202f转动，此时座椅高度保持稳定不会复位，固定盘202b上的小棘爪202e限制棘轮202d回转，松开施力手，驱动盘202a和握杆201a在扭力弹簧202m的作用恢复至初始位置，预备下一次蓄力提升过程，直至施加的力能够提升驾驶员和座椅300到设想的高度，停止转动握把即可。若多次蓄力提升后达到限定高度位置，下端盖202g达到限定位置带动半圆盘202f拨开小棘爪202e和大棘爪202j，棘轮202d、套筒202c、上端盖202k和下端盖202g都会由于压电复合涡卷弹簧202h的反作用力回弹至初始位置，而驱动盘202a和握杆201a会由在扭力弹簧202m的作用下回弹至初始位置。
座椅在某一高度呈稳定状态时，减振功能发挥作用。座椅的振动传递到压电复合涡卷弹簧202h上，此时其利用压电材料的电致伸缩原理，通过主动控制输入涡卷弹簧202h-1之间的压电柱202h-2的电流来使压电柱202h-2伸缩，进而通过改变涡卷弹簧202h-1的厚度和曲率半径来实现涡卷弹簧202h-1刚度的主动控制。利用压电复合涡卷弹簧202h的可主动控制刚度的性能，就可以实现振动的主动自适应控制。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其特征在于：包括，
支撑单元(100)，包括顶撑件(101)、底撑件(102)和交叉连接架(103)，所述顶撑件(101)和所述底撑件(102)通过所述交叉连接架(103)进行连接；
蓄力调节单元(200)，包括主动调节组件(201)和升降减振组件(202)，所述升降减振组件(202)包括与所述主动调节组件(201)配合的驱动盘(202a)、与所述驱动盘(202a)转动配合的固定盘(202b)、设置于所述固定盘(202b)上的套筒(202c)、与所述套筒(202c)配合的棘轮(202d)、设置于所述固定盘(202b)上并与所述棘轮(202d)配合的小棘爪(202e)、与所述套筒(202c)旋转配合的半圆盘(202f)、与所述半圆盘(202f)配合的下端盖(202g)、与所述套筒(202c)配合的压电复合涡卷弹簧(202h)、设置于所述驱动盘(202a)上并与所述棘轮(202d)配合的大棘爪(202j)、连接所述底撑件(102)和所述驱动盘(202a)的扭力弹簧(202m)，以及设置于所述压电复合涡卷弹簧(202h)配合的上端盖(202k)，所述压电复合涡卷弹簧(202h)内圈与所述套筒(202c)卡合，外圈与所述上端盖(202k)卡合，所述上端盖(202k)与所述交叉连接架(103)配合；
所述套筒(202c)上设置有第一凸起(202c-1)，所述棘轮(202d)上设置有与所述第一凸起(202c-1)配合的第一凹槽(202d-1)；
所述主动调节组件(201)包括握杆(201a)、与所述握杆(201a)连接的转筒(201b)、连接所述转筒(201b)和所述驱动盘(202a)的驱动杆(201c)，所述驱动杆(201c)的两端分别与所述转筒(201b)和所述驱动盘(202a)偏心连接；
所述交叉连接架(103)包括对称设置于所述顶撑件(101)侧面的第一交叉杆(103a)、与所述第一交叉杆(103a)配合的第二交叉杆(103b)、连接两个所述第一交叉杆(103a)的第一连接杆(103c)、连接两个所述第二交叉杆(103b)的第二连接杆(103d)、连接所述第一连接杆(103c)和上端盖(202k)的第一推动杆(103e)，以及连接所述第二连接杆(103d)和另一所述上端盖(202k)的第二推动杆(103f)，所述升降减振组件(202)对称设置有两个，所述第一推动杆(103e)一端与所述上端盖(202k)偏心连接，另一端连接在所述第一连接杆(103c)中部，所述第二推动杆(103f)一端与另一所述上端盖(202k)偏心连接，另一端连接在所述第二连接杆(103d)的中部。
2.如权利要求1所述的基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其特征在于：两个所述第一连接杆(103c)分别穿过所述顶撑件(101)和所述底撑件(102)，两个所述第二连接杆(103d)分别穿过所述顶撑件(101)和所述底撑件(102)，所述第一连接杆(103c)和所述第二连接杆(103d)对应设置，所述顶撑件(101)上设置有供所述第一连接杆(103c)移动的第三凹槽(101a)，所述底撑件(102)上设置有供所述第二连接杆(103d)移动的第四凹槽(102a)。
3.如权利要求2所述的基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其特征在于：所述第一交叉杆(103a)中部设置有第二凹槽(103a-1)，所述第二交叉杆(103b)穿过所述第二凹槽(103a-1)，同一侧的所述第一交叉杆(103a)和所述第二交叉杆(103b)铰接。
4.如权利要求3所述的基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其特征在于：所述压电复合涡卷弹簧(202h)包括涡卷弹簧(202h-1)和压电柱(202h-2)，两片所述涡卷弹簧(202h-1)中间径向分布有多个所述压电柱(202h-2)。
5.如权利要求4所述的基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其特征在于：所述底撑件(102)上设置有支撑柱(102b)，所述升降减振组件(202)与所述支撑柱(102b)配合。
6.如权利要求5所述的基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其特征在于：所述半圆盘(202f)上设置有限制块(202f-1)，所述下端盖(202g)上设置有与所述限制块(202f-1)配合的限制槽(202g-1)。
7.如权利要求6所述的基于压电复合涡卷弹簧的蓄力式升降减振座椅，其特征在于：还包括座椅(300)，设置于所述顶撑件(101)上。
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