汽车座椅骨架轻量化技术与方法研究现状

寂寞如风 2021-01-28 15:36:44

摘要:汽车为了减轻自重要实现汽车座椅骨架轻量化,为了使汽车座椅骨架轻量化,要从结构和材料入手来进行研究,经过多次实验研究汽车座椅轻量化,采取材料轻量化的做法比较可行,目前采用复合型材料可以起到汽车座椅轻量化的作用。

汽车座椅骨架轻量化技术与方法研究现状

随着社会的进步汽车的保有量也在激增,近年来我国的家庭轿车也在迅速的发展,因此带来了很大的空气污染问题,有效的降低汽车的重量可以减少污染物的排放,各大汽车厂家都在寻找降低汽车自重的方法,汽车座椅骨架轻量化可以降低汽车的自重量。


1汽车座椅轻量化的方法


汽车车身重量的计算方法很多,宝马公司推出了一个比较准确的计算方法,这是一种采取轻量化系数来进行计算的方法。它通过对车身质量的计算、参考扭转系数和投影面积来计算车身重量。

汽车座椅骨架轻量化技术与方法研究现状

其中m是汽车的重量,KG;c1是汽车的静态刚度;


A是汽车的投射面积,m2


L这个轻量化系数大,这个汽车的质量也越来越大。


现在进行汽车座椅轻量化研究的文章不多,国际上对于汽车座椅轻量化,也没有形成一个成熟的研究体系。根据前面的轻量化公式可以计算出座椅的重量,其中刚度和投影面积对汽车质量有很大影响。汽车座椅的设计还要考虑到它的安全性能,减震效果也要进行参考。


2、轻量化技术


现在减轻汽车座椅骨架重量有两个方法,(1)结构和另加的优化设计(2)采取新型合成材料来降低重量,为了对汽车座椅进行轻量化设计可以,采取质量好重量轻的铝合金和碳纤维材料来进行汽车座椅设计。

汽车座椅骨架轻量化技术与方法研究现状

2.1轻量化结构


2.1.1优化尺寸


为了使汽车座椅轻量化要对汽车座椅的外形和零件的尺寸进行科学的设计,对于壁厚和体积都要精细的设计,所有的配件都要求尺寸小、厚度也要小,这样才能有效的减轻重量。科学家采用有限元分析方法,对汽车的后排座椅骨架进行了优化设计,通过尺寸的优化设计使重量得到了降低,而且汽车座椅的设计还要符合国家的相关规定。还有的设计人员对汽车驾驶员座椅进行了优化设计,经过轻量化的设计也减轻了汽车的重量。还有的研究人员利用FIB进行分析,把汽车座椅的大梁由冲压件设计改为钢管设计,对座椅的焊接进行了优化处理,通过这样的改良也成功的降低了座椅的重量。通过分析采取这些方法降低了汽车的重量,还符合国家的相关规定。


2.1.2拓扑优化


拓扑优化理论是上世纪初外国学者提出的,它的思路是优化材料的分布,采取拓扑优化,在对材料的均匀分布处理中寻找减轻汽车重量的方法,对比尺寸和形状优化拓扑优化可以更加随意的设计,可以节约更大的空间是一种结构优化的好方法。


美国公司采用拓扑优化方法,设计出了轻重量的汽车座椅骨架,大众公司采用了这个设计,用在了自己的一款车型上。和以往的轻量化汽车座椅骨架相比较,这种座椅重量更加的轻盈了。


一个外国工程师采取拓扑优化的方式,把座椅的滑轮和座椅设计成一体化的结构,这种设计方式可以有效的降低重量,而且通过一体化的设计可以降低座椅的制造成本。


我国的实际是也采取拓扑优化方法对汽车座椅进行了优化设计,通过轻量化的设计业降低了座椅的重量。


通过结构优化的设计可以看到:对汽车零件的尺寸和结构进行优化设计,可以降低汽车的重量。但是由于行业处于安全考虑对汽车座椅的设计有明确的规定,所以无论采取那种优化方案进行设计,也只能降低很小的汽车的重量。


2.2材料轻量化


文化影响力是指一国的文化资源在对外交往中的传播与推广能力。理论上,文化具有双向流动的属性,国与国之间可平等地开展文化资源的互通与共享。然而在国际关系现实中却难以实现这一平衡状态。一国的文化影响力越强,它在国际文化流动中就越占优势。而中南半岛各国的文化影响力可划分为三种类型。它们同中国之间的文化流动也可相应地表现为三种模式(详见表2)。


2.2.1高强度钢材


根据美国钢铁协会的规定满足屈服度和抗拉强度的钢就属于高强度钢,还有超高强度钢,它的指数就更高一点。还有的科学家区别高强度钢的的视角是抗拉强度,以抗拉强度大小来区分高强度钢和超高强度钢。高强度钢板又进行了普通和先进高强度钢板的区分。普通高强度钢板有无缝原子钢、硬化钢、含磷钢、等;先进高强度钢板有双相钢、复合钢、塑性钢等。JFE公司开发了很多用于汽车制造的高强度钢,瑞典钢铁公司也研制成功了很多型号的高强度钢。


高强度钢和超高强度钢这种材料可以有效的降低汽车座椅的重量,但是刚强度钢这种材料本身也有很多的缺点,不适合做为汽车座椅的材料,比如它的延展性差加工容易硬化等缺点,而且这些高强度钢大部分都依靠进口因此成本很高。


2.2.2铝合金


铝合金这种材料具有重量轻、密度小、导热还可以再生利用等特点,铝合金的密度仅为钢铁的三分之一,抗冲击力是钢铁的两倍以上,所以由于铝合金具有这么多的优点,为了降低汽车的重量铝合金材料在汽车制造中得到了普遍的应用,汽车零配件中由铝合金材料替换钢铁材料都会减低材料原来的重量。


虽然铝合金这种材料在汽车的叶子板、保险杠、外棚等很多地方都得到了应用,但是用作汽车座椅的却很少,一般只在扶手等一些小零件上的到了应用,汽车座椅没有普遍采用铝合金材料的原因是:(1)材料成本高铝合金材料价格昂贵。(2)焊接效果相差,铝合金材料不能像钢铁材料那样有很好的焊接效果,所以生产起来很不方便;(3)铝合金的成型工艺限制,目前铝合金只有三种成型工艺可以用于汽车座椅生产,分别是铸造、锻造和形变铝合金工艺,目前用于汽车座椅的钢铁骨架厚度很低,如果换成铝合金骨架则达不到这么小的厚度,所以限制了铝合金材料在汽车座椅骨架中的应用。


2.2.3镁合金


镁合金是一种重量最轻的金属材料,它的密度比铝合金和钢铁材料都要小,而且强度和刚度都不错,导热性能好易于加工。汽车上使用镁合金也有很长的历史了,镁合金的汽车零件一般都采取压铸的工艺进行制作,因为镁合金的压铸零件质量最轻,性能要超过铝合金。我国有很多企业可以生产镁合金铸件。


从上世纪末期很多的汽车厂和科研单位都在研究镁合金的生产和应用,奔驰、福特这些大公司都采用镁合金材料作为汽车配件进行生产,使汽车座椅的重量大幅的减轻,我国的技术人员通过实验对镁合金座椅进行了优化处理,成功的减少了零配件使汽车座椅重量得到了进一步的降低。


2.2.4塑料和复合材料


塑料材料可以和玻璃纤维碳纤维材料结合起来制成一种复合材料,来应用在汽车的零部件生产上。上世纪中期开始复合型塑料材料开始在汽车制造业普遍的得以应用,因为这种材料重量更加轻盈,通过现代化的高科技处理使它的硬度和刚性,都能和钢材铝合金所媲美,所以这种复合型塑料材料在汽车制造业中普遍的应用起来,一般都采用注塑工艺来生产工程塑料,用于汽车的座椅骨架材料。


3结语


汽车的生产要符合国家和行业的排放以及其他的环保规定,因此要求汽车重量要尽量的降低,这样就会有效的减少汽车尾气的排放,达到节能减排的环保要求,因此汽车座椅骨架的质量被一再的降低。


来源:《装备维修技术》;作者:杨熠(江西省江铃汽车股份有限公司)

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