[摘 要]基于对未来出行方式的预测，本文提供了一种多功能地铁座椅的方案设计，当乘客无放置自行车需求时，椅子面旋转为水平，可当座椅使用；当乘客想放置自行车时，椅子面旋转为竖直，将自行車挂在挂钩上；当车内人流量大时，可将装置完全收起以满足运能需求。采用solidworks建模，并对模型进行有限元分析。结果表明：该装置可以实现设计功能。
　　[关键词]多功能地铁座椅 solidworks 有限元分析
　　中图分类号：U270.387 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0268-01
　　1 引言
　　随着社会发展，社会交通方式将会有较大的改变，人们会逐渐采用公共交通系统，尤其是自行车+地铁的出行模式。然而在大城市，为上班族提供一个自行车停车场并不现实。在国外，利用自行车出行与地铁的接驳常见且有效。为此可在地铁车厢内部将部分座椅设计成能安放自行车的多用座椅，如果有乘客来放自行车，座椅装置就可以折叠成一个自行车悬挂架，如果没有人来放置自行车，那就可以方便地折叠回一个多人坐的座椅。这个装置一物两用，既节省了空间，也方便了人们的出行，政府也不必再为开辟自行车停车位而费心。
　　2 方案设计
　　2.1 装置椅子面部分机构设计
　　考虑到要节省地铁内部空间以及方便乘客乘车，椅子面部分应有水平和竖直两种状态，同时椅子面的翻转轴应当适当贴近墙面。采用左右两个双作用气缸驱动椅子面的翻转，双作用气缸的气源来自于列车。综上，设计该部分的机构运动简图如图1所示。
　　2.2 车后轮支撑装置机构设计
　　考虑到安放自行车后轮，设计了能翻转的车轮支撑板，为使乘客更加方便地使用车后轮支撑装置，设计了踏板连杆机构，机构运动简图如图2所示。
　　为了使装置操作起来更加方便，在踏板部分设置有控制双气缸的换向阀，运行流程为：当车轮支撑板展开时，为防止死点，椅子面呈近似竖直状态，；当车轮支撑板收拢时，椅子面部分呈水平状态。
　　2.3 挂钩部分机构设计
　　该挂钩部分主要为转动副结构，可缩回和展开，用来固定自行车的前轮部分，使得自行车在放置时与椅子背所在面呈一定的角度。
　　2.4 安全栏杆部分机构设计
　　为防止列车运行过程中的颠簸而导致的自行车脱钩等问题的发生，设计了安全栏杆。乘客悬挂好自行车后，可将安全栏杆放下以保证安全。安全栏杆转轴处采用阻尼转轴，使安全栏杆可在任意位置悬停。
　　2.5 优化设计
　　使用solidworks的simulation模块对模型进行有限元分析，首先去除了次要的部件，只留下椅子面机架和椅子面部分，定义两个材料均为铝合金1060。
　　1.考虑椅子上面同时坐4个人的分析
　　在整个椅子面施加3000N的载荷，得分析位移结果如图5所示。图中所示椅子面中部位移最大，故添加一个可伸缩的支撑杆结构，在椅子面呈水平状态时，支撑杆缩回到不可压缩的状态，可减小椅子面中部因受载荷而导致的变形，保证安全性。
　　2.考虑椅子上面只坐1个人的平衡受力分析
　　在部分椅子面施加1000N的载荷，得分析位移结果如图6所示。图中所示椅子面侧面部位移最大，故也应在侧面装伸缩支撑杆。
　　由此得到最终模型如图5所示。
　　三.设计计算
　　3.1 计算机构自由度
　　椅子面部分运动简图如图1所示，其机构自由度计算如下：
　　车后轮支撑部分运动简图如图2所示，其机构自由度计算如下：
　　式中n为活动构件数目，低副数目，为高副数目。
　　四.结语
　　本装置通过双作用气缸驱动和踏板连杆机构控制，以达到在地铁座椅上放置自行车的目的，在交通高速发展的今天，本装置可使得乘客携带在行车搭乘地铁，亦可节省很大的空间让更多的乘客坐上地铁从而提高地铁的载客能力，有效缓解城市的交通压力，降低环境污染，值得研制和推广。
　　参考文献
　　[1] 谢进，万朝燕，杜立杰.机械原理.北京.高等教育出版社.2009.
　　[2] 龙震二代工作室.SolidWorks2011高级设计.北京.清华大学出版社.2011.