CN204641464U - 体重调节机构式扭杆总成及装有该扭杆总成的座椅悬架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种体重调节机构式扭杆总成及装有该扭杆总成的座椅悬架，体重调节机构式扭杆总成包括：中套筒和套入中套筒内腔的扭杆，扭杆和中套筒通过扭簧扭矩连接，扭杆两端各固定连接一个端套筒，中套筒固定连接顶杆、固定连接第一固定杆以及转轴连接第一剪杆，一个端套筒固定连接第二固定杆，另一个端套筒固定连接第二剪杆，第一剪杆和第二剪杆在扭杆径向平面内相互间夹角固定，第一固定杆和第二固定杆在扭杆径向平面内相互间夹角可调整。设计的扭杆与套筒结构，使得整个悬架具有弹性，初步提供了减震的舒适性，进一步利用体重调节机构差别化的针对每一位乘坐者，使不同体重的乘坐者均能得到较好舒适性；采用曲面和支撑轮相互支撑，极大的提高了乘坐者的舒适性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种农用机械座椅悬架，尤其涉及一种体重调节机构式扭杆总成及装有该扭杆总成的座椅悬架。
背景技术
农用车辆由于工作的路面条件较差,并受其承载能力要求和结构上的限制,大多数农用车辆和工程机械都无悬挂或采用全刚性悬挂系统,这就使得其驾驶人员长期处在低频2～8Hz内，易引发脊椎畸变和胃病等职业性疾病,这严重的影响了驾驶人员的身心健康和工作效率。为了改善其乘坐舒适性，采用切实可行的技术措施, 隔离由于地面激励而引起的通过底盘和座椅传递到人体的振动,最简便可行的办法是设计合理的座椅悬架。
I-DEAS（ Integrated Design Engineering Analysis Software）是一款由美国SDRC公司出品的集成了三维实体造型设计、工程分析、仿真、试验、制造和工程管理等各种功能的软件，该软件在CAD/CAE一体化技术方面一直雄踞世界榜首 。本实用新型采用I-DEAS进行座椅悬架的建模和仿真。
发明内容
本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种结构简单的体重调节机构及装有该体重调节机构的农用机械座椅悬架。
为达到上述目的，本实用新型采用的一种技术方案为：一种体重调节机构式扭杆总成，包括：中套筒和套入所述中套筒内腔的扭杆，所述扭杆和所述中套筒通过扭簧扭矩连接，其特征在于，所述扭杆两端各固定连接一个端套筒，所述中套筒固定连接顶杆、固定连接第一固定杆以及转轴连接第一剪杆，一个所述端套筒固定连接第二固定杆，另一个所述端套筒固定连接第二剪杆，所述第一剪杆和所述第二剪杆在所述扭杆径向平面内相互间夹角固定，所述第一固定杆和所述第二固定杆在所述扭杆径向平面内相互间夹角可调整。
本实用新型一个较佳实施例中，所述第一固定杆和所述第二固定杆上设有相互对应的螺栓孔，通过套入在所述螺栓孔内的螺栓和螺母调节所述第一固定杆和所述第二固定杆之间的夹角。
本实用新型一个较佳实施例中，在自由状态下，所述第一固定杆和所述第二固定杆在所述扭杆径向平面内相互间夹角呈10°-15°。
本实用新型一个较佳实施例中，所述中套筒上设有滑套，所述滑套转轴连接在所述中套筒上，所述第一剪杆固定连接所述滑套。
本实用新型采用的另一种技术方案为：一种安装有扭杆总成的座椅悬架，包括上下设置的座盆和底板，所述第一剪杆和所述第二剪杆分别交叉铰接一根铰接杆，所述第一剪杆、所述第二剪杆以及两根所述铰接杆的上端均连接座盆，下端均转轴连接底板，其特征在于，所述底板与所述顶杆之间通过压持在一起的曲面和支撑轮相互支撑。
本实用新型一个较佳实施例中，所述铰接杆的上端设有滚轮，所述座盆底面设有滚轮套，所述滚轮能够在所述滚轮套内滑动和滚动。
本实用新型一个较佳实施例中，所述第一剪杆和所述第二剪杆的下端均设有滚轮，所述底板顶面设有滚轮套，所述滚轮能够在所述滚轮套内滑动和滚动。
本实用新型一个较佳实施例中，顶杆上设有曲面，所述底板上设有支撑轮，所述曲面压持在所述支撑轮上。
本实用新型一个较佳实施例中，顶杆上设有支撑轮，所述底板上设有曲面，所述支撑轮压持在所述曲面上。
本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型设计的扭杆与套筒结构，使得整个悬架具有弹性，初步提供了减震的舒适性，进一步利用体重调节机构差别化的针对每一位乘坐者，使不同体重的乘坐者均能够得到较好舒适性；采用曲面和支撑轮相互支撑的结构，极大的提高了乘坐者的舒适性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是座椅悬架非线性刚度曲线示意图；
图2是本实用新型的扭杆总成立体结构图；
图3是本实用新型的体重调节机构立体结构图；
图4是本实用新型的座椅悬架的第一种优选实施例的立体结构图；
图5是本实用新型的座椅悬架的第二种优选实施例的立体结构图；
图6是本实用新型第一种优选实施例的支撑轮运动曲线；
图7是本实用新型第二种优选实施例的支撑轮运动曲线；
图中：1、扭杆，2、中套筒，3、端套筒，4、顶杆，5、第一固定杆，6、第二固定杆，7、第一剪杆，8、第二剪杆，9、滑套，10、座盆，11、底板，12、铰接杆，13、曲面，14、支撑轮，15、滚轮，16、滚轮套，17、螺栓孔，18、螺栓，19、螺母。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
．非线性弹性特性座椅悬架的实现方法
1.1 座椅悬架理想的弹性特性
理想的座椅悬架的弹性特性是非线性的，它需要满足:在车辆正常行驶时座椅处在工作区段内，该区段内的等效固频避开人体的敏感频段并能满足驾驶人员乘坐舒适性和操纵稳定性；当座椅承受冲击和较大振幅振动时此时座椅悬架的刚度迅速增大，避免悬架击穿而产生冲击，同时限制了悬架的动位移。
座椅的弹性特性力F与座椅面相对于座椅下地板的位移y的基本关系曲线如图1所示。
．基于I-DEAS的剪式座椅悬架的细节设计与两种结构建模
在建模阶段首先应用I-DEAS软件的Master Modeler子模块设计三维零件图，然后把建立好的三维零件都调入Master Assembly模块进行零件的装配，在装配过程中运用constrain(约束)命令对各零件间的位置关系进行约束，保证即使零件尺寸经过修改，各个零件的位置关系仍然保持不变，最后运用Interference(干涉)命令检查装配体之间是否存在零件干涉。
2.1扭杆1总成设计
图2中扭杆1用来保证曲面13杆运动位移发生变化时位置关系的需要，并能衰减由于路面不平对座椅悬架所产生的振动。进行细化设计后的联接方式: 扭杆1以焊接的方式和左、右侧的端套筒3固联；中套筒2以间隙配合的方式置于左、右端套筒3和扭杆1之间，中套筒2可以自由转动；第二剪杆8焊接在右侧的端套筒3上，第一剪杆7焊接在滑套9上，滑套9以间隙配合的方式套在中套筒2上，顶杆4也固焊在中套筒2上。
2.2 体重调节机构设计
为了能够根据驾驶人员的体重，对座椅悬架的扭杆1的预紧力进行调整，改变曲面13与滚轮15的接触位置，从而达到调节座椅在不同体重驾驶员乘坐时的平衡位置，更好的满足座椅悬架的弹性特性,设计了一种简单的体重调节的机构。主要包括四个零件：第一固定杆5和第二固定杆7，调节螺栓18和螺母19，如图3所示。
第一固定杆5固定在中套筒2上，第二固定杆7固定在左侧的端套筒3上，在第一固定杆5和第二固定杆7上开长方形的螺栓孔17；螺母19设计成圆柱形，在圆柱体的侧表面上钻螺纹孔。初始状态时第一固定杆5和第二固定杆7之间呈10°-15°的夹角，螺栓18通过长形孔连接第一固定杆5和第二固定杆7，也就是相当于把扭杆1和顶杆4相连。第一固定杆5和第二固定杆7之间的夹角大小靠旋紧或放松螺母19来实现，当旋紧螺母19时螺栓18与螺母19之间的距离变小，从而带动第一固定杆5和第二固定杆7之间的距离变小，夹角也随之变小。反之，当放松螺母19时螺栓18与螺母19之间的距离变大，从而带动第一固定杆5和第二固定杆7之间的距离变大，夹角也随之变大。通过这种角度的变化，就可实现顶杆4与扭杆1之间的位置变化，从而调节座椅悬架的预紧力。
2.3 两种结构方案的确定
本实用新型的第一种优选实施例为：上曲面13下支撑轮14式座椅悬架。只要根据给定的非弹性特性及座椅其他构件的尺寸，通过计算曲面13板的形状，就能实现预定的非线性弹性特性。具体结构如图4所示。
本实用新型的第二种优选实施例为：上滚轮15下曲面13板式。第一种优选实施例中的下支撑轮14在与底板11焊合的过程中，要求严格的位置关系，对焊接的精度要求较高。而材料在高温受热时容易发生尺寸变形，这样在焊接后下滚轮15与两边的挡板之间容易产生间隙。为此对座椅悬架进行了改进设计，提出了上曲面13板下滚轮15的设计思想，这样结构简单的下曲面13板与下底板11焊合时，容易保证其位置关系的准确性。具体结构如图5所示。
运动学分析与工程图输出
3.1 运动学分析
本实用新型在不考虑系统运动起因的情况下研究座椅悬架各部件的位置与姿态及其它们变化速度与加速度的关系即运动学分析。使用I-DEAS的Mechanism Design(机构设计)模块和Mechanism Simulation(机构仿真)模块仿真和分析装配件的机构运动，获得设计中所需的位移、速度、以及受力响应的数据。
首先根据装配历史树定义Rigid Body（刚体），然后根据机构中各刚体之间的运动方式创建Joint(运动副)，最后，对机构施加载荷。以座椅悬架方案一为例：机构中定义了2个Translational Joint(移动副)，每个移动副约束5个自由度；12个Revolute Joint(转动副)，每个转动副约束5个自由度；1个Cam-Cam(凸轮-凸轮副)，每个凸轮-凸轮副约束2个自由度；8个Fixed Joint(固定副)，每个固定副约束6个自由度。创建完运动副后调用Verify(验证)命令来验证机构的自由度，并定义悬架机构中的下底板11为地基。对联接外剪杆和下底板11的转动副施加Motion载荷，并调用ADAMS求解器标准函数中的CUBSPL(分段差补函数)定义该载荷。执行Solve(求解)命令，对机构进行求解，求解信息,
使用Graphing(绘制图表)命令来显示和分析计算结果数据。图6和图7所示为座椅悬架第一种优选实施例中底板11上的支撑轮14、底板11支撑轮14在机构运动过程中沿机构系统坐标X、Y、Z的位移变化曲线。
因为在运动分析过程中设置座椅底板11为运动基准面，所以底板11的支撑轮14只有沿X轴向的运动位移。根据此数据结果可以很容易的获得上轮轴的最大运动行程，可以根据此数据来重新修订上导轨的长度尺寸。
结论
依据非弹性特性曲线进行了两种剪式座椅悬架结构设计，针对扭杆1总成和体重调节机构进行了细化改进。基于I-DEAS软件的建模与运动学分析能够缩短设计周期，提高设计的效率，通过对输出的工程图进行实物加工，更好的验证了其实际意义。
一种体重调节机构式扭杆1总成，包括：中套筒2和套入中套筒2内腔的扭杆1，扭杆1和中套筒2通过扭簧扭矩连接，扭杆1两端各固定连接一个端套筒3，中套筒2固定连接顶杆4、固定连接第一固定杆5以及转轴连接第一剪杆7，一个端套筒3固定连接第二固定杆7，另一个端套筒3固定连接第二剪杆8，第一剪杆7和第二剪杆8在扭杆1径向平面内相互间夹角固定，第一固定杆5和第二固定杆7在扭杆1径向平面内相互间夹角可调整。
第一固定杆5和第二固定杆7上设有相互对应的螺栓孔17，通过套入在螺栓孔17内的螺栓18和螺母19调节第一固定杆5和第二固定杆7之间的夹角。
在自由状态下，第一固定杆5和第二固定杆7在扭杆1径向平面内相互间夹角呈10°-15°。
中套筒2上设有滑套9，滑套9转轴连接在中套筒2上，第一剪杆7固定连接滑套9。
一种安装有扭杆1总成的座椅悬架，包括上下设置的座盆10和底板11，第一剪杆7和第二剪杆8分别交叉铰接一根铰接杆12，第一剪杆7、第二剪杆8以及两根铰接杆12的上端均连接座盆10，下端均转轴连接底板11，底板11与顶杆4之间通过压持在一起的曲面13和支撑轮14相互支撑。
铰接杆12的上端设有滚轮15，座盆10底面设有滚轮套16，滚轮15能够在滚轮套16内滑动和滚动。
第一剪杆7和第二剪杆8的下端均设有滚轮15，底板11顶面设有滚轮套16，滚轮15能够在滚轮套16内滑动和滚动。
本实用新型的第一种优选实施例中，顶杆4上设有曲面13，底板11上设有支撑轮14，曲面13压持在支撑轮14上。
本实用新型的第二种优选实施例中，顶杆4上设有支撑轮14，底板11上设有曲面13，支撑轮14压持在曲面13上。
以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (9)
1. 一种体重调节机构式扭杆总成，包括：中套筒和套入所述中套筒内腔的扭杆，所述扭杆和所述中套筒通过扭簧扭矩连接，其特征在于，所述扭杆两端各固定连接一个端套筒，所述中套筒固定连接顶杆、固定连接第一固定杆以及转轴连接第一剪杆，一个所述端套筒固定连接第二固定杆，另一个所述端套筒固定连接第二剪杆，所述第一剪杆和所述第二剪杆在所述扭杆径向平面内相互间夹角固定，所述第一固定杆和所述第二固定杆在所述扭杆径向平面内相互间夹角可调整。
2. 根据权利要求1所述的扭杆总成，其特征在于：所述第一固定杆和所述第二固定杆上设有相互对应的螺栓孔，通过套入在所述螺栓孔内的螺栓和螺母调节所述第一固定杆和所述第二固定杆之间的夹角。
3. 根据权利要求1或2所述的扭杆总成，其特征在于：在自由状态下，所述第一固定杆和所述第二固定杆在所述扭杆径向平面内相互间夹角呈10°-15°。
4. 根据权利要求1所述的扭杆总成，其特征在于：所述中套筒上设有滑套，所述滑套转轴连接在所述中套筒上，所述第一剪杆固定连接所述滑套。
5. 一种安装有权利要求1所述扭杆总成的座椅悬架，包括上下设置的座盆和底板，所述第一剪杆和所述第二剪杆分别交叉铰接一根铰接杆，所述第一剪杆、所述第二剪杆以及两根所述铰接杆的上端均连接座盆，下端均转轴连接底板，其特征在于，所述底板与所述顶杆之间通过压持在一起的曲面和支撑轮相互支撑。
6. 根据权利要求5所述的座椅悬架，其特征在于：所述铰接杆的上端设有滚轮，所述座盆底面设有滚轮套，所述滚轮能够在所述滚轮套内滑动和滚动。
7. 根据权利要求5或6所述的座椅悬架，其特征在于：所述第一剪杆和所述第二剪杆的下端均设有滚轮，所述底板顶面设有滚轮套，所述滚轮能够在所述滚轮套内滑动和滚动。
8. 根据权利要求5所述的座椅悬架，其特征在于：顶杆上设有曲面，所述底板上设有支撑轮，所述曲面压持在所述支撑轮上。
9. 根据权利要求5所述的座椅悬架，其特征在于：顶杆上设有支撑轮，所述底板上设有曲面，所述支撑轮压持在所述曲面上。
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