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汽车线束过孔橡胶护套设计探析

汽车线束过孔橡胶护套设计探析

摘要:本文描述汽车线束过孔橡胶护套功能、布置位置、关键尺寸、设计依据及关重点、性能要求等内容,本论文为线束过孔橡胶护套结构设计及产品验证提供设计指导。

关键词:汽车线束过孔;橡胶护套;设计指导

汽车线束中经常使用到过孔橡胶护套,为线束提供密封、保护和固定,但橡胶过孔护套作为线束的子零件缺乏系统的设计规范作为指导文件。为了使橡胶护套的设计、评审和品质管控更规范、更高效,本文从橡胶护套的特点、常见结构、使用位置、关键尺寸、设计依据及关重点、性能要求和验证等方面对过孔橡胶护套进行了系统的设计阐述,为汽车线束用橡胶护套提供设计指导。

1功能概述及常见结构

1.1线束过孔橡胶件作用及特点

常用的线束橡胶件材料有天然橡胶、氯丁胶、硅橡胶、三元乙丙等[1]。汽车线束橡胶护套多以三元乙丙即EPDM为主要材质,是为了保证车辆密封性、过孔保护、线束平滑过渡性能而在车身钣金、护罩等零部件过孔位置使用的弹性橡胶的零件,常见结构分为带骨架(导向结构,材料多为PA66)和无骨架两种。橡胶件有高弹性、机械强度高、减震、较高的可挠性、耐磨性、不透水、不透气,某些合成橡胶具有耐油、耐热、耐寒、耐老化、耐辐射性能。

1.2线束过孔橡胶件的使用位置

前舱橡胶件用在前舱与前围钣金接口处,多位于前围钣金左侧,也有的位于前围钣金两侧,左右各1个。一般安装在前舱线束上和发动机线束、底板线束上,通常前围钣金过孔护套为整车中最大的。车门及后背门橡胶护套是汽车上比较特殊的橡胶件,需要跨越钣金,各自位于车门及后背门与车体连接处,安装在相应门线束上。油泵橡胶件位于驾驶室地板中后部,一般安装在油泵线束上,也可集成到地板线束上。倒车雷达橡胶件在行李厢后部,一般安装到倒车雷达线束上,也可集成到地板线束上。其它橡胶件如后组合灯橡胶件、4门过孔橡胶件、后轮EPB卡钳线束橡胶件等,大多集成在对应的功能线束上。线束过孔橡护套常见使用位置如图1所示。

2设计依据及关重点

2.1前围过孔护套关键尺寸分析

汽车线束前围过孔橡胶护套是常见且重要的橡胶护套,其关键尺寸定义(图2)及分析如下。钣金开孔直径d:需综合考虑线束最大线径的匹配性,插件及线束分支的可穿过性,并需考量NVH性能,例如:传统乘用车车型长使用D=72mm,翻遍高度为6;高性能及配置较高车型使用左侧D=100mm,右侧D=85mm的前围两侧过孔方案。钣金厚度t:由车体依据材料、车身强度决定,过孔胶圈与之匹配设计,若钣金不翻边,胶圈设计可覆盖钣金厚度0.8~1.0mm,若钣金采用翻边结构,胶圈设计可覆盖钣金厚度0.7~1.1mm。钣金翻边高度h:影响密封性与安装力和保持力,翻遍结构可增强橡胶件的密封性,改善装配性,增大拉脱力,设计首选带翻边结构,h与开孔直径d为正相关,对标结果h约为d的6%~11%。胶套过线尺寸D:考量EPDM拉伸率下限为400%及低配车型最小线束外径设计合理的尺寸,容纳线径为D×(1-1.35),对标多车系,过线尺寸D数据范围15~28mm(能覆盖智能驾驶Level3线径上升到38mm的需求)。胶套最大投影直径B:以不干涉周围零件为原则。胶套最大长度A:以不干涉周围零件为原则,同时考虑线束工厂的缠胶带的便利性,胶圈缠胶带位置长度≥25mm。胶套过孔钣金尺寸C:为确保防水功能需设计过盈量,与开孔直径d为正相关。钣金翻边配合尺寸E:为确保密封性与安装便利性,胶套配合尺寸为翻边高度正相关,并在周围增加数圈R0.5~0.85之凸起辅助密封。

2.2前舱、雨刮、油泵等橡胶设计依据

设计输入条件:①钣金开孔是否有翻边,翻边朝向,翻边高度及公差,翻边拔模角度;②钣金孔尺寸及公差;③钣金厚度(确认单层钣金还是双层钣金);④过孔线束的直径(线束粗细);⑤过孔周边环境数据:支架、插接件、线束走向。

2.3门线束(4门+行李厢门)橡胶件设计依据

设计输入条件:①门侧,立柱侧的钣金孔尺寸及公差;②钣金厚度(单层钣金,双层钣金,有无翻边结构);③所穿线束的直径(线束粗细);④胶套上是否配插接件,插接件型号及数据;⑤钣金的开门铰链数据及极限开门角度。

3匹配钣金要求

3.1钣金开孔大小要求

钣金开孔要满足线束上所有的插件都能穿过该孔,钣金孔的直径大于线束中最大插接件外廓圆半径5mm以上,如图3所示。

3.2钣金孔周边平面要求

为保证橡胶护套的防水性,要求钣金孔周边为平面设计(图4),平面的尺寸要求L见表1。

3.3钣金开孔翻边要求

翻边结构(图5)可增强橡胶件的密封性,改善装配性,增大拉脱力,首选匹配带翻边结构的钣金孔,对于直径大于50mm的过孔安装孔,建议设置一个至少5mm的翻边。

3.4双层钣金开孔尺寸要求

双层钣金的密封,内层钣金孔半径R2,需比外层钣金孔半径R1至少大5mm。如图6所示。

3.5车顶钣金开孔要求

钣金孔必须设置一凸台,以防止水流经过胶套与钣金间的贴合面缝隙处,流入车内,若橡胶护套为带骨架结构则必须明确钣金孔的公差,推荐要求橡胶件开孔公差尺寸定义为R00.2(R为开孔尺寸,公差尺寸要求上公差为0.2mm,下公差为0mm),橡胶过孔骨架的尺寸和定义与钣金的公差匹配,防止装配困难或装配后漏水。

4护套结构设计

4.1壁厚设计

一般前围橡胶护套厚度设计参考:出线口壁厚1.5~2.5mm,过渡部分3~3.5mm,隔音舱设计3.5~8mm,如图7所示。

4.2出线口结构设计

出线口内部机构推荐设计3条防水防滑筋,R=0.5为宜;出线口直径D定义,可按线径D≈最大过线径/1-1.35参考设计;出线口设计长度≥25mm。如图8所示。为匹配多种直径线束,出线口也可以设计为开放式,带U型槽结构,如图9所示。

4.3卡槽设计

1)卡槽宽度:匹配带翻边结构的橡胶套,设计单边过盈0.25~0.5mm,如图10所示,钣金开孔Φ72,胶套卡槽宽度设计为73mm,单边过盈量为0.5mm。2)卡槽高度设计参考:卡槽厚度设计与钣金翻边高度一致,如钣金翻遍为6,设计卡槽高度为6,如图11所示。

4.4唇边设计参考(图12)

1)小唇边C:设计宽度一般选取3~5mm,大于5mm胶套不好装配,小于3mm,胶套容易拉出;唇边的角度a对装配性同样有影响,推荐倾斜角度30°~60°。2)大唇边A/B:A设计宽度1~1.5mm,B设计高度1.2~2mm。

4.5隔音舱设计

隔音舱设计,要考虑模具脱模工艺,尽量设计大圆角过渡面,避免设计尖角、直角。如图13所示。隔音舱设计,要考虑模具脱模工艺,在取模具内芯侧,胶套壁厚适当减薄,如图14蓝色圈内同时隔音舱最大直径与脱模位置线束穿线孔直径的比值一般要求小于3.5,便于脱模。

4.6安装标记设计

带导向的胶套需要设计安装标记,便于总装车间装配定位。如图15所示。

4.7胶圈的检修口设计

前围钣线束过孔橡胶护套推荐增加检修口设计,方便车辆的返修穿线。如图16所示。

参考文献:

[1]吕自国,卫强,史曹,等.浅谈整车线束橡胶件的设计[J].汽车电器,2014(2):34-36.

作者:林贞亮 卢云 石红伟 李润国 王黎明 单位:吉利汽车研究院(宁波)有限公司