汽車組合儀表罩匹配問(wèn)題的尺寸工程分析

劉平平

（北京汽車研究總院有限公司）

尺寸工程是在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，以產(chǎn)品為對(duì)象進(jìn)行的定位基準(zhǔn)分析、裝配公差分析及產(chǎn)品內(nèi)外觀間隙面差控制和評(píng)價(jià)等，及與尺寸相關(guān)的設(shè)計(jì)、分析及驗(yàn)證等一系列活動(dòng)。它的總體目的是實(shí)現(xiàn)零部件順利裝配，并最終達(dá)到預(yù)先設(shè)定的產(chǎn)品尺寸品質(zhì)要求[1]。在整車產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，受“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”各方面因素[2]的影響，尺寸偏差的來(lái)源繁多且復(fù)雜，如何保證最終產(chǎn)品的實(shí)車效果滿足設(shè)計(jì)要求，則顯得尤為重要。文章通過(guò)解決某車型組合儀表罩匹配問(wèn)題的實(shí)例，說(shuō)明了尺寸工程在整車開(kāi)發(fā)過(guò)程中的具體應(yīng)用。

1 組合儀表罩與組合儀表匹配問(wèn)題

某車型組合儀表罩與組合儀表均裝配在儀表板本體上，組合儀表罩覆蓋于組合儀表上部，兩者的主要配合為X向間隙，名義值為2 mm，匹配型面及上部斷面圖，如圖1所示。

圖1 汽車組合儀表罩與組合儀表的配合型面圖

如圖1 b所示，實(shí)車在試制裝車過(guò)程中，個(gè)別車輛出現(xiàn)了儀表罩與組合儀表的區(qū)域間隙配合尺寸偏差的情況。對(duì)于這種實(shí)車匹配問(wèn)題，以尺寸工程角度進(jìn)行分析與驗(yàn)證，排除零件剛性強(qiáng)度的影響，從裝配定位角度提出整改方案，保證匹配問(wèn)題的解決。

2 組合儀表罩與組合儀表匹配分析

2.1 相關(guān)部件裝配流程分析

相關(guān)部件裝配順序：首先將儀表板本體裝配在車身上，再將組合儀表裝配在儀表板本體上，最后將組合儀表罩裝配在儀表板本體上，整個(gè)裝配過(guò)程結(jié)束。具體的裝配定位方式如下。

1）儀表板本體裝配定位：儀表板本體作為裝配載體，組合儀表罩與組合儀表均裝配在儀表板本體上，則儀表板本體上組合儀表罩與組合儀表的安裝位置會(huì)影響到兩者最終的外觀匹配效果，儀表板本體上，儀表罩與儀表的裝配位置，如圖2所示。

圖2 汽車儀表板本體上儀表罩與組合儀表的裝配定位圖

2）組合儀表裝配定位：組合儀表裝配在儀表板本體上，裝配方式為一面兩銷，定位銷布置在組合儀表下端，控制組合儀表Y，Z向，X向定位面通過(guò)螺釘安裝，保證組合儀表的X向位置，具體裝配定位，如圖3所示。

圖3 汽車組合儀表的裝配定位圖

3）組合儀表罩裝配定位：組合儀表罩為總成供貨，由儀表外罩（上部區(qū)域）與儀表內(nèi)罩（下部區(qū)域）裝配構(gòu)成。組合儀表罩在儀表板本體上的裝配方式為一面兩銷形式，定位銷B布置在儀表外罩區(qū)域，控制Y，Z向，在間隙配合X方向上，通過(guò)卡筋裝配保證零件的X向位置，具體裝配定位，如圖4所示。

圖4 汽車組合儀表罩裝配定位圖

組合儀表罩與組合儀表間隙配合區(qū)域?yàn)閮x表內(nèi)罩部位，而上部定位點(diǎn)主要布置在外罩總成區(qū)域，其尺寸對(duì)儀表罩總成的整體姿態(tài)存在較大的影響。

2.2 尺寸偏差分析

實(shí)車匹配中，組合儀表與儀表罩間隙配合型面為X，Z向，主方向?yàn)閄向，分析思路如下。

2.2.1 X向尺寸累積分析

根據(jù)上述零部件裝配順序，儀表罩切邊與組合儀表配合型面間隙累積尺寸鏈，如圖5所示。

圖5 汽車儀表罩與組合儀表間隙尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

結(jié)合車型零件的尺寸精度及工藝制造能力，得出L1零件尺寸公差為±0.5 mm，L2工藝能力尺寸公差為±0.1 mm，L3零件尺寸公差為±0.3 mm，L4工藝能力尺寸公差為±0.1 mm，L5零件尺寸公差為±0.7 mm?？梢罁?jù)概率法計(jì)算尺寸鏈，如式（1）所示。

由式（1）可知，對(duì)L0有影響的組成環(huán)中，影響較大的為L(zhǎng)1與L5。在組合儀表罩零件制造中，由于組合儀表罩上部定位點(diǎn)布置在儀表外罩，而與組合儀表間隙偏差位置位于儀表內(nèi)罩，由于存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，在滿足零件制造水平的前提下，L5鏈環(huán)總成制造精度難以保證。而組合儀表不存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，因此L1滿足工藝制造水平即可。由上述分析可知，組合儀表罩與組合儀表間隙配合超差，L5鏈環(huán)對(duì)結(jié)果偏差影響最大。因此，從理論上對(duì)尺寸鏈環(huán)L5進(jìn)行分析驗(yàn)證。

組合儀表罩為總成供貨，配合型面處于內(nèi)罩總成，定位點(diǎn)布置在外罩總成，內(nèi)罩與外罩通過(guò)飾條進(jìn)行裝配連接。間隙配合型面累積公差尺寸鏈，如圖6所示。

圖6 汽車儀表罩間隙配合型面L5計(jì)算尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

由上述分析可知，儀表罩總成零件的制造工藝，除儀表內(nèi)罩與外罩配合尺寸l1，l5之外，還存在2次基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換l2，l4及裝配l3的公差累積，偏差結(jié)果較大，因此儀表罩間隙配合型面的尺寸偏差，是重要的尺寸改進(jìn)方向。

2.2.2 Z向尺寸影響

受匹配型面影響，在理論狀態(tài)下，儀表罩與組合儀表配合間隙為2 mm。如果組合儀表位置不變，隨著儀表罩位置的上移，兩者在上部配合區(qū)域的間隙呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，儀表罩Z向上移2 mm，兩者間隙配合尺寸，如圖7所示。

圖7 汽車儀表罩Z向上移結(jié)果對(duì)比示意圖

由上述分析可知，儀表罩的Z向會(huì)對(duì)偏差結(jié)果產(chǎn)生影響。依據(jù)數(shù)據(jù)理論位置，儀表罩與組合儀表間隙為2 mm，隨著儀表罩的上移，兩者間隙逐漸變小，在儀表罩上移2 mm時(shí)，兩者間隙變?yōu)?.6 mm，儀表罩定位銷的Z向位置對(duì)最終匹配結(jié)果有一定的影響，但不是主要的影響因素。

3 方案制定與實(shí)施

依據(jù)上述尺寸分析，在現(xiàn)有儀表罩與組合儀表外觀匹配形式（造型方案）不變的情況下，儀表罩的配合尺寸對(duì)匹配結(jié)果影響較大。

如果依靠提高儀表罩組裝零部件精度來(lái)保證儀表罩總成的尺寸偏差，在成本控制方面存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此，暫不考慮通過(guò)提高零件精度來(lái)保證總成尺寸要求，應(yīng)從儀表罩的裝配定位方式著手，解決該匹配問(wèn)題，以此為出發(fā)點(diǎn)，有2種不同的解決方案。

3.1 優(yōu)化儀表外罩裝配定位方式（方案1）

原設(shè)計(jì)方案儀表外罩與內(nèi)罩通過(guò)飾條裝配連接，尺寸鏈環(huán)累積較長(zhǎng)，優(yōu)化方案直接將外罩與內(nèi)罩進(jìn)行裝配，打斷飾條的公差累積影響，從而縮短尺寸鏈。在設(shè)計(jì)上的優(yōu)化方案為儀表外罩定位方案更改，將定位在飾條的裝配方式取消，直接通過(guò)簡(jiǎn)易裝具進(jìn)行裝配，建立內(nèi)罩間隙配合面與外罩定位面的直接定位關(guān)系，簡(jiǎn)易裝具在裝配過(guò)程中的使用示意，如圖8所示。

圖8 簡(jiǎn)易裝具在汽車儀表外罩裝配過(guò)程中的使用示意圖

優(yōu)化后的間隙配合型面尺寸鏈，如圖9所示。

圖9 汽車儀表外罩定位方案優(yōu)化后尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

由圖9可知，影響l0'的尺寸鏈環(huán)縮短為1環(huán)l1'，即l0'由簡(jiǎn)易裝具的制造精度偏差來(lái)保證，與前期設(shè)計(jì)方案由5環(huán)縮短為1環(huán)相比，尺寸累積結(jié)果有了較大的改善。

3.2 優(yōu)化儀表罩總成裝配定位方式（方案2）

由于儀表罩總成的主要匹配點(diǎn)位于儀表內(nèi)罩，前期設(shè)計(jì)方案將上部定位點(diǎn)布置在外罩區(qū)域，設(shè)計(jì)鏈環(huán)累積較多。優(yōu)化方案取消儀表外罩定位點(diǎn)，將儀表罩總成的定位點(diǎn)設(shè)計(jì)在儀表內(nèi)罩，消除飾條、外罩等零件對(duì)儀表罩總成偏差結(jié)果的影響。儀表罩總成優(yōu)化后的裝配定位方式，如圖10所示。

優(yōu)化后的間隙配合尺寸鏈，如圖11所示。由圖11可知，影響l0''的鏈環(huán)縮短為1環(huán)l1''，即l0''由儀表內(nèi)罩的切邊精度偏差來(lái)保證，較前期設(shè)計(jì)方案有了較大的改善。

圖11 汽車儀表罩總成定位方案優(yōu)化尺寸鏈圖

3.3 方案對(duì)比與確定

方案1通過(guò)簡(jiǎn)易工裝來(lái)保證外罩與內(nèi)罩間隙配合型面的相對(duì)尺寸偏差，設(shè)計(jì)變更區(qū)域僅擴(kuò)大飾條安裝孔尺寸，其他結(jié)構(gòu)均不變化，可消除該問(wèn)題潛在的影響，也不會(huì)對(duì)周邊零件產(chǎn)生影響。

方案2需要在內(nèi)罩增加定位結(jié)構(gòu)，相應(yīng)在儀表板本體上增加安裝結(jié)構(gòu)，同時(shí)取消儀表外罩的定位結(jié)構(gòu)，涉及到零件工裝模具的整改與調(diào)試，在時(shí)間與成本控制方面存在一定的影響。

經(jīng)過(guò)討論，優(yōu)化方案1在項(xiàng)目研發(fā)中對(duì)提升匹配品質(zhì)等方面優(yōu)于方案2，更具有實(shí)用價(jià)值。

3.4 方案實(shí)施

優(yōu)化方案確定后，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車的試制試驗(yàn)，外觀匹配問(wèn)題有了較大的改進(jìn)，匹配效果滿足設(shè)計(jì)要求。各部門(mén)對(duì)實(shí)車匹配效果進(jìn)行評(píng)審后，一致認(rèn)同匹配狀態(tài)，并制定產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更，保證了該匹配問(wèn)題的解決。

4 結(jié)論

文章通過(guò)整車尺寸工程的分析應(yīng)用，從根本上解決了組合儀表罩與組合儀表間隙匹配問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，若在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期發(fā)現(xiàn)，則可以從產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面提出優(yōu)化建議，避免在樣車階段出現(xiàn)由產(chǎn)品變更而導(dǎo)致的時(shí)間、成本等問(wèn)題。因此，在開(kāi)展尺寸工程工作時(shí)，要明確尺寸工程應(yīng)與整車開(kāi)發(fā)保持同步，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期介入，通過(guò)專業(yè)的分析研究，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，盡早發(fā)現(xiàn)尺寸問(wèn)題并提出整改方案，保證尺寸工程在質(zhì)量、成本和周期中起到積極的推動(dòng)作用。