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)
汽車線束設(shè)計中經(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有系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范作為指導(dǎo),從而不能很好管控支架的設(shè)計品質(zhì)。為了使支架的設(shè)計和管控更規(guī)范、更高效,本文從支架的常見結(jié)構(gòu)、外觀要求、安裝要求、材料性能、設(shè)計要求和性能要求等方面對支架進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計闡述。
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)一般是支架上開固定孔的形式,或者是支架上直接設(shè)計卡扣結(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),可實現(xiàn)上蓋打開和閉合。
8)扎帶孔:使用扎帶把線束固定在護(hù)板上時,扎帶穿過護(hù)板的孔(詳見扎帶孔設(shè)計)。
線束塑料支架一般使用在汽車發(fā)動機(jī)殼體、發(fā)動機(jī)艙、儀表管梁、車身底板等位置,需根據(jù)實際車內(nèi)環(huán)境以及線束走向需求設(shè)計,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
線束護(hù)板常見結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。
圖3 線束護(hù)板常見結(jié)構(gòu)
1)外觀要求:護(hù)板支架表面色澤應(yīng)均勻一致,無明顯飛邊、氣泡、翹曲、熔接痕、燒焦等缺陷,在指定處刻有零件號、材料碼、日期章、型腔號等標(biāo)識,標(biāo)記應(yīng)清晰。
2)尺寸要求:尺寸公差要求詳見表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
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,其推薦固定扭力見表2要求。
常見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(>PA66<)。
2)類型II:15%玻纖增強(qiáng)的尼龍66:標(biāo)識(>PA66-GF15<)。
3)類型III:30%玻纖增強(qiáng)的尼龍66:標(biāo)識(>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
3.4.1 支架布置間隙要求
1)與運(yùn)動部件周邊間隙≥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)險評估。
3.4.2 支架固定點(diǎn)的選取和設(shè)計要求
1)固定支架需有且僅有一個點(diǎn)用來做主定位,其他安裝點(diǎn)采取兼容公差設(shè)計。
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)評估。固定點(diǎn)的選取需考慮安裝的合理性和便利性,同時需兼顧模具成型問題,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,簡化結(jié)構(gòu),有利于后期的量產(chǎn)同時也可節(jié)省成本。
圖4 支架固定點(diǎn)
設(shè)計卡接機(jī)構(gòu)時,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:通常厚度設(shè)計值≥5mm(特殊空間受限除外,且厚度不得低于3mm 同時需加金屬嵌件增強(qiáng))。此處壁厚過厚易引起產(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
在保證間隙的情況下,護(hù)板形狀盡可能簡單規(guī)整,過渡地方應(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,一般需通過加厚壁厚之后做偷料工藝處理來增加支架整體強(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)計要求
1)護(hù)板內(nèi)線束一般通過扎帶將線束與護(hù)板固定在一起,護(hù)板內(nèi)可開扎帶孔或扎帶槽,有時也通過膠帶輔助固定。根據(jù)環(huán)境需要有時支架在扎帶孔特征處增加凹槽特征。護(hù)板內(nèi)開扎帶孔形式,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,護(hù)板一般需提前預(yù)裝扎帶,費(fèi)工時。
圖7 支架形狀
圖8 護(hù)板容積
圖9 護(hù)板內(nèi)開扎帶孔形式
護(hù)板上開扎帶槽形式如圖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)板上開扎帶槽形式
圖11 出線口形狀設(shè)計
3.4.7 支架內(nèi)扎帶孔的分布及尺寸設(shè)計
護(hù)板內(nèi)靠近出線口末端3~5mm處需開扎帶孔,靠近大分支兩端至少需一組扎帶孔固定,開孔位置需考慮分支點(diǎn)的實際大小,開在易操作處,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。
扎帶孔開孔大小需根據(jù)所用扎帶大小來定,太大易竄動,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):對注塑成型要求略高。
扣合結(jié)構(gòu)可依實際環(huán)境來選取,如空間允許推薦第1種,當(dāng)然還有其它扣合結(jié)構(gòu),這個根據(jù)實際需求而定。
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)計地板支架,線束未完全鋪平的情況下會將上蓋頂起,所有扣合位要均勻分布,分支處需增加扣合位6來保證上蓋不被分支線束頂起變形,因為模具實現(xiàn)及空間問題,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
位于駕駛室外的護(hù)板應(yīng)設(shè)計排水孔,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)計應(yīng)避免距離過近而影響護(hù)板的剛度和強(qiáng)度。支架排水孔設(shè)計如圖16所示。
3.4.10 支架整體加強(qiáng)設(shè)計
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程中塑料流動的情況。加強(qiáng)筋高度一般為1~2mm,不要超過一個壁厚,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)一般采用過渡配合的設(shè)計方式,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)計小凸筋,與掛腳配合后過盈。
掛腳拉脫力:力矩≥160Nm。
圖16 支架排水孔設(shè)計
圖17 支架加強(qiáng)筋與固定角加強(qiáng)
止動位間隙: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。
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)計指導(dǎo)、性能設(shè)計要求等內(nèi)容。從支架的數(shù)據(jù)設(shè)計、安裝、性能等全閉環(huán),為汽車電器線束塑料支架的設(shè)計提供系統(tǒng)設(shè)計要求闡述。