汽車線束過孔橡膠護套設計

林貞亮， 盧 云， 石紅偉， 李潤國， 王黎明

（吉利汽車研究院 （寧波） 有限公司， 浙江 寧波 315315）

汽車線束中經(jīng)常使用到過孔橡膠護套，為線束提供密封、保護和固定，但橡膠過孔護套作為線束的子零件缺乏系統(tǒng)的設計規(guī)范作為指導文件。為了使橡膠護套的設計、評審和品質(zhì)管控更規(guī)范、更高效，本文從橡膠護套的特點、常見結(jié)構(gòu)、使用位置、關鍵尺寸、設計依據(jù)及關重點、性能要求和驗證等方面對過孔橡膠護套進行了系統(tǒng)的設計闡述，為汽車線束用橡膠護套提供設計指導。

1 功能概述及常見結(jié)構(gòu)

1.1 線束過孔橡膠件作用及特點

常用的線束橡膠件材料有天然橡膠、氯丁膠、硅橡膠、三元乙丙等［1］。汽車線束橡膠護套多以三元乙丙即EPDM為主要材質(zhì)，是為了保證車輛密封性、過孔保護、線束平滑過渡性能而在車身鈑金、護罩等零部件過孔位置使用的彈性橡膠的零件，常見結(jié)構(gòu)分為帶骨架 （導向結(jié)構(gòu)，材料多為PA66） 和無骨架兩種。

橡膠件有高彈性、機械強度高、減震、較高的可撓性、耐磨性、不透水、不透氣，某些合成橡膠具有耐油、耐熱、耐寒、耐老化、耐輻射性能。

1.2 線束過孔橡膠件的使用位置

前艙橡膠件用在前艙與前圍鈑金接口處，多位于前圍鈑金左側(cè)，也有的位于前圍鈑金兩側(cè)，左右各1個。一般安裝在前艙線束上和發(fā)動機線束、底板線束上，通常前圍鈑金過孔護套為整車中最大的。

車門及后背門橡膠護套是汽車上比較特殊的橡膠件，需要跨越鈑金，各自位于車門及后背門與車體連接處，安裝在相應門線束上。

油泵橡膠件位于駕駛室地板中后部，一般安裝在油泵線束上，也可集成到地板線束上。倒車雷達橡膠件在行李廂后部，一般安裝到倒車雷達線束上，也可集成到地板線束上。其它橡膠件如后組合燈橡膠件、4門過孔橡膠件、后輪EPB卡鉗線束橡膠件等，大多集成在對應的功能線束上。線束過孔橡護套常見使用位置如圖1所示。

圖1 線束過孔橡護套常見使用位置

2 設計依據(jù)及關重點

2.1 前圍過孔護套關鍵尺寸分析

汽車線束前圍過孔橡膠護套是常見且重要的橡膠護套，其關鍵尺寸定義 （圖2） 及分析如下。

圖2 關鍵尺寸定義

鈑金開孔直徑d：需綜合考慮線束最大線徑的匹配性，插件及線束分支的可穿過性，并需考量NVH性能，例如：傳統(tǒng)乘用車車型長使用D=72mm，翻遍高度為6；高性能及配置較高車型使用左側(cè)D=100mm，右側(cè)D=85mm的前圍兩側(cè)過孔方案。

鈑金厚度t：由車體依據(jù)材料、車身強度決定，過孔膠圈與之匹配設計，若鈑金不翻邊，膠圈設計可覆蓋鈑金厚度0.8~1.0mm，若鈑金采用翻邊結(jié)構(gòu)，膠圈設計可覆蓋鈑金厚度0.7~1.1mm。

鈑金翻邊高度h：影響密封性與安裝力和保持力，翻遍結(jié)構(gòu)可增強橡膠件的密封性，改善裝配性，增大拉脫力，設計首選帶翻邊結(jié)構(gòu)，h與開孔直徑d為正相關，對標結(jié)果h約為d的6%~11%。

膠套過線尺寸D：考量EPDM拉伸率下限為400%及低配車型最小線束外徑設計合理的尺寸，容納線徑為D×（1-1.35），對標多車系，過線尺寸D數(shù)據(jù)范圍15~28mm （能覆蓋智能駕駛Level3線徑上升到38mm的需求）。

膠套最大投影直徑B：以不干涉周圍零件為原則。

膠套最大長度A：以不干涉周圍零件為原則，同時考慮線束工廠的纏膠帶的便利性，膠圈纏膠帶位置長度≥25mm。

膠套過孔鈑金尺寸C：為確保防水功能需設計過盈量，與開孔直徑d為正相關。

鈑金翻邊配合尺寸E：為確保密封性與安裝便利性，膠套配合尺寸為翻邊高度正相關，并在周圍增加數(shù)圈R0.5~0.85之凸起輔助密封。

2.2 前艙、雨刮、油泵等橡膠設計依據(jù)

設計輸入條件：①鈑金開孔是否有翻邊，翻邊朝向，翻邊高度及公差，翻邊拔模角度；②鈑金孔尺寸及公差；③鈑金厚度 （確認單層鈑金還是雙層鈑金）；④過孔線束的直徑 （線束粗細）；⑤過孔周邊環(huán)境數(shù)據(jù)：支架、插接件、線束走向。

2.3 門線束 （4門+行李廂門） 橡膠件設計依據(jù)

設計輸入條件：①門側(cè)，立柱側(cè)的鈑金孔尺寸及公差；②鈑金厚度 （單層鈑金，雙層鈑金，有無翻邊結(jié)構(gòu)）；③所穿線束的直徑 （線束粗細）；④膠套上是否配插接件，插接件型號及數(shù)據(jù)；⑤鈑金的開門鉸鏈數(shù)據(jù)及極限開門角度。

3 匹配鈑金要求

3.1 鈑金開孔大小要求

鈑金開孔要滿足線束上所有的插件都能穿過該孔，鈑金孔的直徑大于線束中最大插接件外廓圓半徑5mm以上，如圖3所示。

圖3 鈑金開孔大小要求

3.2 鈑金孔周邊平面要求

為保證橡膠護套的防水性，要求鈑金孔周邊為平面設計（圖4），平面的尺寸要求L見表1。

圖4 鈑金孔周邊平面設計

表1 平面的尺寸要求

3.3 鈑金開孔翻邊要求

翻邊結(jié)構(gòu) （圖5） 可增強橡膠件的密封性，改善裝配性，增大拉脫力，首選匹配帶翻邊結(jié)構(gòu)的鈑金孔，對于直徑大于50mm的過孔安裝孔，建議設置一個至少5mm的翻邊。

圖5 翻邊結(jié)構(gòu)

3.4 雙層鈑金開孔尺寸要求

雙層鈑金的密封，內(nèi)層鈑金孔半徑R2，需比外層鈑金孔半徑R1至少大5mm。如圖6所示。

圖6 雙層鈑金

3.5 車頂鈑金開孔要求

鈑金孔必須設置一凸臺，以防止水流經(jīng)過膠套與鈑金間的貼合面縫隙處，流入車內(nèi)，若橡膠護套為帶骨架結(jié)構(gòu)則必須明確鈑金孔的公差，推薦要求橡膠件開孔公差尺寸定義為R00.2（R為開孔尺寸，公差尺寸要求上公差為0.2mm，下公差為0mm），橡膠過孔骨架的尺寸和定義與鈑金的公差匹配，防止裝配困難或裝配后漏水。

4 護套結(jié)構(gòu)設計

4.1 壁厚設計

一般前圍橡膠護套厚度設計參考：出線口壁厚1.5~2.5mm，過渡部分3~3.5mm，隔音艙設計3.5~8mm，如圖7所示。

圖7 壁厚設計

4.2 出線口結(jié)構(gòu)設計

出線口內(nèi)部機構(gòu)推薦設計3條防水防滑筋，R=0.5為宜；出線口直徑D定義，可按線徑D≈最大過線徑/1-1.35參考設計；出線口設計長度≥25mm。如圖8所示。

圖8 出線口結(jié)構(gòu)設計

為匹配多種直徑線束，出線口也可以設計為開放式，帶U型槽結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

圖9 U型槽結(jié)構(gòu)

4.3 卡槽設計

1） 卡槽寬度：匹配帶翻邊結(jié)構(gòu)的橡膠套，設計單邊過盈0.25~0.5mm，如圖10所示，鈑金開孔Φ72，膠套卡槽寬度設計為73mm，單邊過盈量為0.5mm。

圖10 卡槽寬度

2） 卡槽高度設計參考：卡槽厚度設計與鈑金翻邊高度一致，如鈑金翻遍為6，設計卡槽高度為6，如圖11所示。

圖11 卡槽高度

4.4 唇邊設計參考 （圖12）

圖12 唇邊設計

1） 小唇邊C：設計寬度一般選取3~5mm，大于5mm膠套不好裝配，小于3mm，膠套容易拉出；唇邊的角度a對裝配性同樣有影響，推薦傾斜角度30°~60°。

2） 大唇邊A/B：A設計寬度1~1.5mm ，B設計高度1.2~2mm。

4.5 隔音艙設計

隔音艙設計，要考慮模具脫模工藝，盡量設計大圓角過渡面，避免設計尖角、直角。如圖13所示。

圖13 隔音艙設計

隔音艙設計，要考慮模具脫模工藝，在取模具內(nèi)芯側(cè)，膠套壁厚適當減薄，如圖14藍色圈內(nèi)同時隔音艙最大直徑與脫模位置線束穿線孔直徑的比值一般要求小于3.5，便于脫模。

圖14 膠套壁厚減薄

4.6 安裝標記設計

帶導向的膠套需要設計安裝標記，便于總裝車間裝配定位。如圖15所示。

圖15 安裝標記

4.7 膠圈的檢修口設計

前圍鈑線束過孔橡膠護套推薦增加檢修口設計，方便車輛的返修穿線。如圖16所示。

圖16 檢修口設計

5 過孔護套性能要求

考慮橡膠件為二級零部件，基于應用和成本、周期考慮，推薦過孔橡膠護套的DV測試項目遵循表2。

表2 過孔護套的性能要求