汽車線束用塑料支架設(shè)計(jì)概論

林貞亮，盧 云，熊英男，余 群

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315315）

1 引言

汽車線束設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到塑料支架，為其提供保護(hù)和固定，但塑料支架作為線束的子零件還沒(méi)有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范作為指導(dǎo)，從而不能很好管控支架的設(shè)計(jì)品質(zhì)。為了使支架的設(shè)計(jì)和管控更規(guī)范、更高效，本文從支架的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)、外觀要求、安裝要求、材料性能、設(shè)計(jì)要求和性能要求等方面對(duì)支架進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)闡述。

2 功能概述及常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

2.1 固定支架（塑料）作用及特點(diǎn)

線束塑料支架定義：應(yīng)用于固定汽車線束的導(dǎo)線或插件等部件，具有保護(hù)、導(dǎo)向及約束等作用的一種塑料制品。線束塑料支架的主要組成部件及其作用如圖1所示。

1）主體：支架上包裹防護(hù)線束的主體部分。

2）上蓋：裝配到主體上，防止線束外漏或起防護(hù)作用的部分。

3）固定點(diǎn)：支架上與鈑金、螺柱、金屬支架或其他零件配合具有固定作用的部分，結(jié)構(gòu)一般是支架上開(kāi)固定孔的形式，或者是支架上直接設(shè)計(jì)卡扣結(jié)構(gòu)（如圖1中C’）。

4）嵌件：嵌入支架固定點(diǎn)內(nèi)，增強(qiáng)固定點(diǎn)承受力作用的部分，常見(jiàn)為內(nèi)嵌金屬圓環(huán)結(jié)構(gòu)，或直接內(nèi)嵌螺栓或螺母的結(jié)構(gòu)。

5）出線口：線束從支架內(nèi)進(jìn)、出的位置。

6）鉸鏈：支架上有鏈接作用，并能使鏈接部分按一定方向折彎部分。

圖1 線束護(hù)板示意圖

7）扣合點(diǎn)：上蓋與主體卡接的機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)上蓋打開(kāi)和閉合。

8）扎帶孔：使用扎帶把線束固定在護(hù)板上時(shí)，扎帶穿過(guò)護(hù)板的孔（詳見(jiàn)扎帶孔設(shè)計(jì)）。

2.2 常用使用位置

線束塑料支架一般使用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、儀表管梁、車身底板等位置，需根據(jù)實(shí)際車內(nèi)環(huán)境以及線束走向需求設(shè)計(jì)，一般多起約束走向、防護(hù)、固定接插件等作用，常用位置如圖2所示。

圖2 常用位置示意圖

2.3 常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式

線束護(hù)板常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 線束護(hù)板常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

3 設(shè)計(jì)要求

3.1 外觀、尺寸、顏色

1）外觀要求：護(hù)板支架表面色澤應(yīng)均勻一致，無(wú)明顯飛邊、氣泡、翹曲、熔接痕、燒焦等缺陷，在指定處刻有零件號(hào)、材料碼、日期章、型腔號(hào)等標(biāo)識(shí)，標(biāo)記應(yīng)清晰。

2）尺寸要求：尺寸公差要求詳見(jiàn)表1。

3）顏色要求：室外（前艙及底板下部）護(hù)板顏色優(yōu)先采用黑色；駕駛艙內(nèi)塑料支架根據(jù)原材料不同，顏色可選用黑色或白色。

表1 尺寸公差要求

3.2 安裝扭矩要求

常用固定支架標(biāo)準(zhǔn)件有M5螺母、M6、M8螺栓或螺母［1］。塑料支架根據(jù)固定位置及結(jié)構(gòu)的不同推薦不同的固定力矩，其推薦固定扭力見(jiàn)表2要求。

3.3 材料性能要求

常見(jiàn)材料類型有以下幾種。

1）類型I：彈性體增韌的尼龍66：標(biāo)識(shí)（>PA66<）。

2）類型II：15%玻纖增強(qiáng)的尼龍66：標(biāo)識(shí)（>PA66-GF15<）。

3）類型III：30%玻纖增強(qiáng)的尼龍66：標(biāo)識(shí)（>PA66-GF30<）。

4）其他類型：PP、PP加玻纖、PA6、PA6加玻纖等。

表2 推薦固定扭力

材料選擇：材料選擇參考表3。

表3 材料選擇

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

3.4.1 支架布置間隙要求

1）與運(yùn)動(dòng)部件周邊間隙≥20mm。

2）與固定部件間隙≥5mm，特殊部位視情況而定（如儀表板內(nèi)飾、門檻護(hù)板內(nèi)飾等件）。

3）與燃油管路、制動(dòng)管路、空調(diào)管路及風(fēng)道特殊部件間隙≥15mm。布置階段若不滿足以上要求需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3.4.2 支架固定點(diǎn)的選取和設(shè)計(jì)要求

1）固定支架需有且僅有一個(gè)點(diǎn)用來(lái)做主定位，其他安裝點(diǎn)采取兼容公差設(shè)計(jì)。

如圖4所示，定位點(diǎn)取圓型孔，其他固定點(diǎn)一般取腰型孔，腰型孔方向一般根據(jù)位置誤差（包括車身、塑料支架本身位置誤差）評(píng)估。固定點(diǎn)的選取需考慮安裝的合理性和便利性，同時(shí)需兼顧模具成型問(wèn)題，螺栓螺母類固定安裝面盡量選在與出模方向垂直或接近垂直的方向，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，有利于后期的量產(chǎn)同時(shí)也可節(jié)省成本。

圖4 支架固定點(diǎn)

設(shè)計(jì)卡接機(jī)構(gòu)時(shí)，卡接類結(jié)構(gòu)盡量與本體出模方向一致，否則可做成組裝的形式（車身環(huán)境受限及特殊情況除外）。

2）支架與車身常用固定方式：固定支架（塑料）與車身常用固定方式見(jiàn)表4。

表4 支架與車身常用固定方式

3）螺栓螺母固定結(jié)構(gòu)固定點(diǎn)厚度的設(shè)計(jì)：通常厚度設(shè)計(jì)值≥5mm（特殊空間受限除外，且厚度不得低于3mm 同時(shí)需加金屬嵌件增強(qiáng)）。此處壁厚過(guò)厚易引起產(chǎn)品縮水外觀不良，需進(jìn)行偷料工藝處理（圖5）以保證壁厚均勻。

3.4.3 支架形狀及壁厚設(shè)計(jì)

在保證間隙的情況下，護(hù)板形狀盡可能簡(jiǎn)單規(guī)整，過(guò)渡地方應(yīng)平緩自然，截面形狀規(guī)整，避免平行四邊形等異形形狀（特殊情況除外）。如圖6所示。

圖5 工藝孔處理

圖6 護(hù)板形狀對(duì)比

支架形狀需規(guī)整，多呈矩形，優(yōu)先隨形鈑金，一般需通過(guò)加厚壁厚之后做偷料工藝處理來(lái)增加支架整體強(qiáng)度。護(hù)板支架壁厚需均勻一致，厚度一般為1.7～3mm。支架形狀如圖7所示。

3.4.4 支架裝線容積要求

護(hù)板容積限值：護(hù)線盒內(nèi)線束體積原則上最大不超過(guò)護(hù)線盒內(nèi)容積的80%，最小不低于護(hù)線盒內(nèi)容積的50%，最佳容積比是護(hù)線盒內(nèi)線束體積占護(hù)線盒容積的70%，如圖8所示。

3.4.5 出線口的設(shè)計(jì)要求

1）護(hù)板內(nèi)線束一般通過(guò)扎帶將線束與護(hù)板固定在一起，護(hù)板內(nèi)可開(kāi)扎帶孔或扎帶槽，有時(shí)也通過(guò)膠帶輔助固定。根據(jù)環(huán)境需要有時(shí)支架在扎帶孔特征處增加凹槽特征。護(hù)板內(nèi)開(kāi)扎帶孔形式，如圖9所示。優(yōu)點(diǎn)是捆綁線束較牢，缺點(diǎn)是線束生產(chǎn)時(shí)，護(hù)板一般需提前預(yù)裝扎帶，費(fèi)工時(shí)。

圖7 支架形狀

圖8 護(hù)板容積

圖9 護(hù)板內(nèi)開(kāi)扎帶孔形式

護(hù)板上開(kāi)扎帶槽形式如圖10所示。優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)操作便利，缺點(diǎn)是線束與扎帶易捆綁不牢，引起線束竄動(dòng)或扎帶翻脫。

3.4.6 出線口的形狀及尺寸要求

出線口可設(shè)計(jì)成單片式、導(dǎo)向半圓式、卡管式（通常為卡波紋管），如圖11所示。

圖10 護(hù)板上開(kāi)扎帶槽形式

圖11 出線口形狀設(shè)計(jì)

3.4.7 支架內(nèi)扎帶孔的分布及尺寸設(shè)計(jì)

護(hù)板內(nèi)靠近出線口末端3～5mm處需開(kāi)扎帶孔，靠近大分支兩端至少需一組扎帶孔固定，開(kāi)孔位置需考慮分支點(diǎn)的實(shí)際大小，開(kāi)在易操作處，其他區(qū)域扎帶孔均勻分布。支架內(nèi)扎帶孔的分布如圖12所示。

扎帶孔開(kāi)孔大小需根據(jù)所用扎帶大小來(lái)定，太大易竄動(dòng)，太小不利于生產(chǎn)操作，以下表格內(nèi)為最常用3種扎帶，尺寸見(jiàn)表5。

圖12 支架內(nèi)扎帶孔的分布

表5 尺寸表

上下蓋扣合結(jié)構(gòu)的選取方式1如圖13所示。①優(yōu)點(diǎn)：易組裝、防脫扣、易拆卸；②缺點(diǎn)：略占空間。

上下蓋扣合結(jié)構(gòu)的選取方式2如圖14所示。①優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省空間、易拆卸；②缺點(diǎn)：對(duì)注塑成型要求略高。

扣合結(jié)構(gòu)可依實(shí)際環(huán)境來(lái)選取，如空間允許推薦第1種，當(dāng)然還有其它扣合結(jié)構(gòu)，這個(gè)根據(jù)實(shí)際需求而定。

圖13 上下蓋扣合結(jié)構(gòu)選取方式1

圖14 上下蓋扣合結(jié)構(gòu)選取方式2

3.4.8 扣合結(jié)構(gòu)在支架上的分布

扣合結(jié)構(gòu)一般呈對(duì)稱分布在護(hù)板兩側(cè)（本體結(jié)構(gòu)受限除外），護(hù)板首末端需分別布置一組扣合，分支較粗、護(hù)板折彎處需布置扣合，其他地方均勻分布即可。

如圖15所示，此支架為扁平型設(shè)計(jì)地板支架，線束未完全鋪平的情況下會(huì)將上蓋頂起，所有扣合位要均勻分布，分支處需增加扣合位6來(lái)保證上蓋不被分支線束頂起變形，因?yàn)槟＞邔?shí)現(xiàn)及空間問(wèn)題，此支架應(yīng)用了兩種扣合方式。

圖15 扣合結(jié)構(gòu)在支架上的分布

3.4.9 支架排水孔設(shè)計(jì)

位于駕駛室外的護(hù)板應(yīng)設(shè)計(jì)排水孔，根據(jù)護(hù)板形狀可將扎帶孔、工裝釘孔等作為排水孔。對(duì)于水平放置的護(hù)板，通常采用工裝釘孔作為排水孔。排水孔的設(shè)計(jì)應(yīng)避免距離過(guò)近而影響護(hù)板的剛度和強(qiáng)度。支架排水孔設(shè)計(jì)如圖16所示。

3.4.10 支架整體加強(qiáng)設(shè)計(jì)

1）為了確保塑件的強(qiáng)度和剛性，而又不致使塑件的壁厚過(guò)厚，可以在塑件的適當(dāng)部位設(shè)置加強(qiáng)筋，如圖17所示。加強(qiáng)筋還可以避免塑件的變形，在某些情況下，加強(qiáng)筋還可以改善塑件成型過(guò)程中塑料流動(dòng)的情況。加強(qiáng)筋高度一般為1～2mm，不要超過(guò)一個(gè)壁厚，防止制品產(chǎn)生明顯縮痕。特殊的三角斜筋除外。

2）限位結(jié)構(gòu)一般采用過(guò)渡配合的設(shè)計(jì)方式，保證組裝的順暢以及裝配后的牢固性。主體及掛腳均需設(shè)計(jì)合適的C角導(dǎo)向，通常在熔斷絲盒與掛腳裝配面處設(shè)計(jì)小凸筋，與掛腳配合后過(guò)盈。

掛腳拉脫力：力矩≥160Nm。

圖16 支架排水孔設(shè)計(jì)

圖17 支架加強(qiáng)筋與固定角加強(qiáng)

止動(dòng)位間隙：A=0.3～0.5mm。

掛位尺寸：①不可拆卸B=0.5～0.8mm；②可拆卸B>1mm。

4 總結(jié)

塑料支架為汽車線束系統(tǒng)常用的子零部件，為線束提供保護(hù)和固定，論文描述了汽車線束塑料支架的功能、常用位置、外觀要求、安裝要求、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)、性能設(shè)計(jì)要求等內(nèi)容。從支架的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、安裝、性能等全閉環(huán)，為汽車電器線束塑料支架的設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求闡述。