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汽車座椅調(diào)角是座椅靠背和底座之問的主要承力部件，人體作用在靠背的力完全是由調(diào)角器的鎖機(jī)構(gòu)承擔(dān)的。為保證成員的安全，尤其是在汽車碰撞時座椅不至于拉脫，需要對調(diào)角器進(jìn)行嚴(yán)格的實驗。某型汽車座椅調(diào)角器在極端實驗工況下發(fā)生拉脫現(xiàn)象，不符合安全標(biāo)準(zhǔn)。由于調(diào)角器的整體尺寸較小，尤其是鎖齒板和內(nèi)齒輪圈齒的尺寸太小，鎖齒板寬度僅為20mm，齒高為0.7mm，無法通過實驗方法測的各個部位應(yīng)力情況。因此，分析調(diào)角器失效的原因，強(qiáng)度分析方法便成為行之有效的唯一途徑。
當(dāng)座椅需要調(diào)整角度時，轉(zhuǎn)動凸輪軸3帶動凸輪6轉(zhuǎn)動，使鎖齒板5同內(nèi)齒輪圈2脫離嚙合，調(diào)整靠背角度。調(diào)整完成后凸輪軸3在彈性墊圈7的作用力下轉(zhuǎn)動并帶動凸輪6，使鎖齒板5同內(nèi)齒輪圈2嚙合。從調(diào)角器的工作原理可以看出，座椅靠背同底座之問的作用力主要是在鎖齒板、內(nèi)齒輪圈和固定座之問傳遞的。實驗過程中的破壞也是發(fā)生在鎖齒板和內(nèi)齒輪圈的齒，以及固定座凸臺的端部。抱箍主要是起導(dǎo)向作用，保證內(nèi)齒輪圈和固定座可以發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。
在調(diào)角器實驗過程中，產(chǎn)生破壞的各個部位為：鎖齒板、齒輪圈嚙合齒，固定座的凸臺端部。而抱箍、凸輪軸、凸輪、彈性墊圈沒有發(fā)生損壞。因此該座椅調(diào)角器分析的有限元模型只包括鎖齒板、固定座和內(nèi)齒輪圈三個零件。
為保證有限元分析計算結(jié)果的精度，選用六面體單元輔以少量五面體單元。嚙合齒的齒高為0.7mm，為保證齒形的連續(xù)性在嚙合部位單元的尺寸選取0.1 mm。為減小有限元模型的規(guī)模同時保證計算精度，鎖齒板和內(nèi)齒圈其他部位的單元尺寸選取0.5mm，固定座單元尺寸選取1.5mm。鎖齒板和內(nèi)齒圈、固定座之問定義接觸，計算齒接觸和彎曲應(yīng)力。固定座、內(nèi)齒圈和鎖齒板的材料均為鋼，彈性模量為210GPa，泊松比為0.3。但固定座選用的是45鋼，屈服強(qiáng)度為335MPa，內(nèi)齒圈和鎖齒板為合金鋼，屈服強(qiáng)度為820MPa，最終完成的座椅調(diào)角器有限元分析模型。
從座椅調(diào)角器經(jīng)過有限元分析結(jié)果得出：齒板和內(nèi)齒輪圈嚙合的齒處應(yīng)力比較大，三個齒板及與之相嚙合的內(nèi)齒輪圈部應(yīng)力分布情況相似。雖然應(yīng)力都小于材料的屈服強(qiáng)度，但比較接近屈服強(qiáng)度。在齒板和內(nèi)齒圈嚙合部位，齒板兩側(cè)的齒應(yīng)力較大，中問部位齒的應(yīng)力較小。這是由于在嚙合時，齒板受到固定座凸臺的阻擋，使座椅的位移受到限制，因而受力時首先是兩側(cè)的齒變形，最后才是中間的齒變形。但是，由于原結(jié)構(gòu)中齒板同固定座凸臺的高度不同，從而使齒板在嚙合時產(chǎn)生一定的傾覆，造成了齒板上下兩個面的受力不均。
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