湯自強,衛(wèi) 強,呂自國,王海光,梁靖汶
(河南天海電器有限公司,河南 鶴壁 458030)
線束是汽車電路中連接各電器設備的接線部件,由絕緣護套、接線端子、導線及絕緣包扎材料等組成[1]。汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡主體,是整車電器零部件的血管和神經(jīng)系統(tǒng),沒有線束也就不存在汽車電路。隨著整車電子電氣系統(tǒng)增加,車輛智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化及5G技術(shù)的應用,導致線束的質(zhì)量、體積急劇增加,進一步增加了線束的布置難度。縱觀近年來汽車召回事件,有很多是因線束布置不當引起,所以線束布置的優(yōu)劣,直接決定了線束品質(zhì)的好壞。在線束布置時考慮好各種潛在風險和隱患,將大大提升線束的可靠性。本文以Catia軟件為載體,探討Catia布線的技巧,以提高線束的可裝配性、可靠性、可制造性等。
打開Catia,首先需要進入到EHA(Electrical Harness Assembly)模塊下,并點擊Geometrical Bundle將一個Product賦予電器屬性;然后點擊Multi-Branchable Document,之后會進入EHI(Electrical Harness Installation)模塊,同時會出現(xiàn)圖1對話框。
圖1為線束直徑的選項。直徑在設計過程中是非常重要的一個參數(shù),設計太小會導致在實際裝車的狀態(tài)下線束與周邊環(huán)境干涉;設計過大會導致在設計過程中出現(xiàn)干涉、空間利用率低等情況,所以在設計中應該盡量精準估算出線徑的大小。同時,為保證設計品質(zhì),應該將惡劣環(huán)境、重要部分的線束段線徑,進行30%冗余設計,以此來保證線束的可靠性。此外,下方的“Section”選項為截面積,“Diameter”和“Section”這兩個選項為相互關聯(lián)選項;其中一個確定之后,就可以根據(jù)S=πR2自動生成另外一個數(shù)據(jù),將圖1的直徑100mm帶入圓面積公式可得出其截面積約為0.008m2。
圖1 線束直徑的選項
圖2 中的“Bend Radius for Check”,為線束的彎曲半徑;彎曲半徑的大小,決定了線束在彎曲成型時受到的阻力大小。在多股束段情況下,將直徑小于16mm(沒有大于8mm2的導線)線束段的彎曲半徑比例設置為1,即彎曲半徑=線束直徑;直徑大于16mm小于25mm(或有大平方導線)時,彎曲半徑比例一般設置為1.5;直徑大于25mm時,彎曲半徑比例設置為2;不可將彎曲半徑比率設置小于1;小于1的情況,會使線束受拉力以及應力等,影響線束的壽命。直徑大于16mm的情況,大多數(shù)是線束主干、電源線、大平方搭鐵等,在設計中需多加注意。下方的“Computer Bend Radius” 是和下方的“Build Mode”相關的,是不可選擇設計的。
圖2中有下拉表格,“Slack”為松弛度,其與線束長度的關系為L=L直(1+X%);其中L直為從2個固定點之間出線面和入線面之間的直線長度,X為線束的松弛度。也就是說,當X=0時,線束為緊繃狀態(tài);為了線束可靠性以及可裝配性,通常將松弛度設置為1。L為下拉表格中的“Length”。這里需要提到一點,某些線束廠在3D轉(zhuǎn)換成2D圖紙時,會將3D上的長度圓整之后轉(zhuǎn)化成2D圖紙,這樣雖然在工藝制造方面提供了極大便利,但是在設計上難免會有些偏差。所以,在設計前期,需要將固定點之間的長度同樣圓整,線束之間的長度也就自然會圓整。
圖2 線束的彎曲半徑
“External Curve”這個命令是以現(xiàn)有外部曲線為中心線繪制的一條線束,和創(chuàng)成式里面的掃掠命令大同小異。
圖3“Route Definition”是定義線束段的路徑。在圖2點擊“Route Definition”就會出現(xiàn)圖3對話框。此時只需要依次點擊定義好電器屬性的固定點或者接插件,就會自動生成線束段。需要注意的是,在某些狀態(tài)下,分支點出線是沒有方向的 (或者說是T字型包扎)。有方向的線束段和沒有方向的線束段在設計中,長度會有差別。因此,需要將實際線束段和設計線束進行比較分析,或者進行工藝上的一些要求?!癟angentmanagement”是該點的方向設置,可以利用羅盤、現(xiàn)有曲線等進行設置,方向需要根據(jù)線束可能出現(xiàn)的實際狀態(tài)進行設計。下方的“Offset Management at Creation”是虛擬點的添加設置,在設計過程中會碰到一些無法避開的環(huán)境,有時會增加一個虛擬點來避開環(huán)境;這樣雖然在數(shù)據(jù)模擬中是沒有問題的,但是實際裝車狀態(tài)并非和數(shù)據(jù)模擬的一致,仍然會造成干涉,這個虛擬點不建議增加。
圖3 定義線束段的路徑
圖4 中,“Bundle Segment Definition”是分支點的增加與取消以及線束的形狀設計。線束會存在多種形狀,比如主干,會用圓柱體繪制;編織線,會用長方體繪制等,根據(jù)實際情況具體分析。
圖4 分支點的增加與取消以及線束的形狀設計
線束大多數(shù)情況下是不可見的,無法直觀判斷其損壞程度。同時相比于鈑金、內(nèi)飾,線束是柔性件,產(chǎn)品具有一定的不可控性,因此線束的可靠性相當重要。線束布置通常通過增加固定點、護線殼以及提高包覆物耐磨等級等方法來保證線束的可靠性。
1)線束靜態(tài)的狀態(tài)下,盡量避開鈑金銳邊、支架銳邊以及焊渣等對線束壽命有影響的環(huán)境件。
2)線束在越過、穿過鈑金孔時,應當增加橡膠件、異形卡扣等方式來避免金屬件對線束的損傷。
3)線束在安全件附近時,通過改變分支走向、增加固定點等方式保證間隙在25mm以上。
4)線束在跨區(qū)域布置時,跨區(qū)域線束段不應出分支;若無法避免,主干應當留出振動量以避免振源將線束扯斷。同時應當與振動包絡保持10mm以上的間隙;若無振動包絡的情況下,應當保證與本體25mm以上的間隙。
5)線束彎曲角度應當保持鈍角,同時轉(zhuǎn)彎處各有一個固定點以保證線束固定的可靠性。
6)固定點之間的距離應保持在200mm以內(nèi);在直線部位、沒有干涉的情況下,可以保持在300mm以內(nèi)。
7)線束為避免承受其他壓力,盡量沿邊、槽布置。
8)線束應遠離高溫區(qū)域,比如排氣管、模塊主機以及前照燈散熱片等。
9)在濕區(qū),線束接插件應當屬于防水接插件;線束接插件不能口朝上,避免進水。
10)干濕區(qū)交界的地方,干區(qū)線束要比濕區(qū)線束位置高,這樣可以防止?jié)駞^(qū)的水流進干區(qū)。
11)除了直接的水預防,還應當避免虹吸現(xiàn)象的出現(xiàn)。虹吸現(xiàn)象是利用壓強差,將高處的水,順著管狀之類物件流入低處。因此,濕區(qū)搭鐵應當用雙臂熱收縮管進行保護,同時搭鐵應當比接插件的位置低。
在布置線束時,除了不能和周邊件干涉外,最重要的就是可裝配性。在裝配線束過程中一定要考慮到總成的可裝配性。比如儀表線束、頂棚線束等,盡可能不給整車裝配過程中增加額外的工序及成本。此外,還需要考慮到部件的可裝配性,也就是不能將部件布置在不可見、人手無法達到的位置。應該將部件布置在人手易于裝配的位置,這樣不會造成工人裝配疲勞。
1)某些電器件的裝配順序是在環(huán)境之后,例如門飾板開關、儀表以及中控屏等。中控屏是在儀表板裝上之后再進行安裝的,沒有操作空間。對于此類,我們會將線束拉出來,在儀表板外面裝配電器件,裝配完成之后再將電器件和線束一起裝配到儀表板內(nèi)。此時需要注意兩點:一個是線束的分支長度,我們會將接插件模擬在實際安裝空間位置,再模擬線束長度。另一個是線束裝配到內(nèi)飾板以后,線束是否會和周邊干涉,線束是否有被磨損的風險。
2)除了上述情況需要增加線束余量,還有一種是卡扣、接插件的裝配路徑與線束路徑不同,通常會在其束段上增加5mm安裝余量。
3)線束不能在其他零部件的安裝軌跡上,否則會影響其他零部件的安裝、拆卸或?qū)€束造成損傷。
在布置線束時,應當隨時和工藝工程師溝通,若是設計的產(chǎn)品在工藝上無法實現(xiàn),等到生成圖紙之后再去溝通的話,所需要的時間成本、經(jīng)濟成本是比較高的。
1)線束固定點之間至少有50mm以上的長度,這是保證工裝板上的工裝可以安裝。
2)線束分支點距離卡扣至少在30mm以上。以3M膠帶為例,其膠帶寬度一般為18mm,若是分支點到固定點之間的距離小于30mm,則無法保證線束包扎的可靠性。
只會使用Catia軟件,還不能說自己會線束布置,只有將仿真軟件使用和實際相結(jié)合,同時熟知布置原則,才能被稱為線束布置工程師,才能設計出符合要求的線束產(chǎn)品。天海集團作為國內(nèi)龍頭企業(yè)的專業(yè)線束設計制造供應商,在汽車線束方面與通用、福特、FCA、上汽、一汽、長安、奇瑞、北汽等國內(nèi)外主機廠密切合作,積累了豐富的經(jīng)驗,歡迎業(yè)界同仁一起探討線束布置,為提高線束品質(zhì)貢獻一份自己的力量。