汽车头枕设计案例和要求

头枕是为提高汽车乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置。在后碰过程中，通过限制乘员头部相对于其躯干后移，以减轻颈椎可能受到的损伤，起到保护头部的作用；同时，头枕还起到为驾乘人员提供头部休息的作用。当然，头枕最核心的功能是保护头部，头枕的所有设计工作都是围绕保护头部功能展开的。

1.座椅头枕的分类

座椅的头枕通常可以分为整体式、可拆式和分体式三种。

（1）整体式头枕 由靠背上端部分形成或仅能用工具将其从座椅或车身结构上拆下来的头枕；利用将座椅外罩全部或部分拆下来的方法拆下的头枕也属于整体式头枕范畴。

（2）可拆式头枕 采用插入或固定的方式与座椅靠背相连且可与座椅分开的头枕。

（3）分体式头枕 采用插入或固定的方式与车身或座椅靠背结构相连，且完全与座椅可分开的头枕。

座椅常见的可调节头枕主要为两向和四向调节。两向调节头枕使用最普遍，四向调节头枕因成本因素，常见于中高端车使用。实现调节的方式有手动和电动。

2.头枕需要满足的法规要求

头枕需要满足的法规要求有头枕高度、头枕宽度、头枕与靠背间隙、头枕吸能、头枕强度（位移）、内部凸出物、禁限用物质要求等，设计时还要考虑挥鞭伤性能、头枕操作力性能、振动噪声、外观精致化等要求。

（1）挥鞭伤性能校核

1）对乘员的安全保护是头枕的核心功能，头枕设计中，对于挥鞭伤保证是设计重点。C-NCAP只对前排驾驶人座椅有要求，E-NCAP同时对后排座椅也有要求。

2）影响挥鞭伤性能的主要因素有头枕后距离值、头枕高度、头枕泡沫硬度、头枕内部结构、头枕型面等。采用主动式头枕或头枕内部塑料骨架结构，对于挥鞭伤性能提升有利。校核参数测量如图12-23所示，推荐参数见表12-4。

图12-23 头枕设计挥鞭伤性能校核

表12-4 头枕设计推荐参数表

（2）头枕杆选择 头枕杆常用的有直径为9mm实心杆，直径12mm、12.7mm、14mm的空心管，材质一般为SAE1010，强度更高的材料可以选合金钢SAE4340；在满足性能要求前提下，从成本和通用化考虑，应该优先选择直径9mm的SAE1010实心杆；管状结构重量轻，但比实心杆成本高。有挥鞭伤性能要求的头枕，一般情况下使用外径为12mm的空心管，且呈现出有使用强度、刚性更好的外径14mm空心管的趋势。(www.xing528.com)

（3）头枕杆的公差控制 头枕杆与塑料头枕导套形成重要配合关系，头枕杆尺寸精度对于控制头枕异响、操作力至关重要。头枕杆直径公差一般控制在±0.1mm，头枕杆两杆中心线横向间距公差一般控制在±1.0mm。

（4）头枕杆开槽

1）头枕杆开槽加工方式常见有冷压、拉削两种。采用冷压工艺开槽，强度好，常用于空心管，但该工艺控制不好时，会在两斜面交线处形成材料堆积，影响头枕插拔力。拉削工艺通过去掉部分金属，强度受一定影响，会产生毛刺，影响头枕插拔力，头枕调节噪声较大。推荐采用冷压工艺。

2）头枕开槽位置确定时，考虑因素有便于用户操作，则最低锁止位置不能太低；满足法规要求，最低锁止位置不能太高；故一般最低锁止齿的位置设计在头枕处于最低锁止位置时，头枕底面与靠背上表面距离10～15mm时的位置。有头枕设计案例显示，为了让挥鞭伤测试时，头枕处于一个较高的位置进行测试，这个距离取得较高，但必须满足法规对头枕的相关要求。一般前排头枕调节行程设计为20mm×3齿；考虑挥鞭伤测试位置要求，最好在头枕全行程中间位置向下8mm左右设计一个齿。

（5）座椅头枕塑料导套设计 头枕导套最重要的功能就是控制头枕插拔，对头枕插拔操作舒适性及头枕异响控制有重要影响。

1）影响头枕插拔功能的因素主要有：

①头枕杆的尺寸、公差和表面镀层质量。

②头枕导套内表面的尺寸、公差和表面质量。

③头枕导套外表面的公差和尺寸。

④头枕导套和头枕杆的实际配合。

⑤头枕导套和头枕导套安装支架的实际配合。

⑥靠背骨架上支架安装孔间距的尺寸和公差。

⑦靠背骨架上支架安装孔上下端的对齐度。

⑧头枕导套安装支架孔的径向公差。

头枕插拔力与异响是一对冲突问题，需要通过反复调配头枕杆、头枕导套、头枕导套安装支架之间的配合关系，寻找操作力和异响的配合平衡点。

2）头枕导套设计要点主要有增大头枕导套和头枕杆之间的接触面积，会减小异响；头枕导套和头枕杆之间的最小接触直径为9mm；推荐使用12mm或更大直径。头枕导套在便于工厂装配前提下，安装得尽可能紧。头枕导套应提供尽可能大的支撑面以获得更大的稳定性，如长度、直径增加，都有利于异响改善。头枕导套在导套安装支架中固定也非常重要，如果有松动间隙，也导致头枕异响。在内径表面设计三到四个间隙调整筋来实现配合调整问题。在头枕杆和导套之间经常设计一定过盈配合，在第一次装配中多余的材料被刮去，就达到了良好的配合效果。