基于統計公差的全景天窗主密封條壓縮量的研究

歐陽帆

Ou Yangfan

（同濟大學 機械與能源工程學院，上海 200092；偉巴斯特車頂供暖系統（上海）有限公司，上海 201108）

基于統計公差的全景天窗主密封條壓縮量的研究

歐陽帆

Ou Yangfan

（同濟大學 機械與能源工程學院，上海 200092；偉巴斯特車頂供暖系統（上海）有限公司，上海 201108）

密封條作為天窗上一個重要功能零件，不僅起著防水、防塵和隔音降噪等密封作用，還在天窗玻璃開啟關閉或天窗安裝過程中與配合環境零件產生壓縮、摩擦等作用，其與配合環境零件的壓縮量及公差的設定非常關鍵。壓縮量設定過小時，密封條無法發揮正常功能；壓縮量設定過大，則可能造成天窗開啟關閉過程中產生異響、天窗無法正常開啟或天窗無法在整車上安裝。

汽車天窗；密封條；壓縮量；尺寸鏈；累計公差

0 引 言

近10年來，我國汽車市場飛速發展，每年上市銷售的各類改款及全新乘用車型多達數百種，市場擴大的同時，各整車廠商之間的競爭也日趨激烈。

天窗作為增加整車舒適性的一項外飾類功能零件，逐漸成為各上市新車型的必備配置。尤其是高檔的外滑式全景天窗（Outer Sliding Roof，OSR），越來越多地出現在目前火爆的 SUV車型和其他高檔乘用車型上。

密封條在天窗上起到防水、防塵、防漏氣、隔音和一定的美觀作用，是天窗上的關鍵零件。密封條與周邊環境件的壓縮量設定至關重要，該值若設定不當，密封條不僅無法起到上述作用，甚至還會發生密封條外觀起皺，天窗關閉或開啟時產生異響等問題。文中主要探討安裝在天窗框架上OSR主密封條的壓縮量設定，并以某款OSR上的主密封條為例，分析統計公差在該密封條與周邊零件壓縮量設定上的應用。

1 累計公差尺寸鏈的計算方法

1.1 極值公差法

極值公差法是在考慮零件尺寸最不利的情況下，通過尺寸鏈中尺寸的最大值或最小值來計算目標尺寸的值及公差的方法。此方法一般適合功能性零件，要求在最惡劣的情況下，零件也必須滿足要求。主要有以下幾點：

1）封閉環的基本尺寸等于各增環的基本尺寸之和減去各減環的基本尺寸之和。

式中，N為封閉環的基本尺寸，mm；Ai為增環的基本尺寸，mm；Aj為減環的基本尺寸，mm；m為增環的數目；n為組成環數目。

2）封閉環的上偏差等于各增環的上偏差之和減去各減環的下偏差之和。3）封閉環的下偏差等于各增環的下偏差之和減去各減環的上偏差之和。

1.2 統計公差法

統計公差法是在各裝配零件大批量生產且生產過程均采用統計過程控制、各零件的尺寸公差的概率分布符合正態分布且裝配尺寸鏈較長（一般不少于 3個環）的情況下，利用各獨立的正態分布的方差可疊加原理（裝配部件中各零件的尺寸分布絕大部分情況下都是互相獨立的）來計算目標尺寸的公差。此方法適用于大部分功能要求不高的零件，而且允許極少數的情況下，當各零件都處于最惡劣的情況時總成零件出現較低的、可以接受的不良率。主要有以下幾點：

1）封閉環的基本尺寸等于各增環的基本尺寸之和減去各減環的基本尺寸之和。

式中，N為封閉環的基本尺寸，mm；Ai為增環的基本尺寸，mm；Aj為減環的基本尺寸，mm；m為增環的數目；n為組成環數目。

2）當各環的基本尺寸均為尺寸統計值的中值情況時，封閉環公差為各環公差平方和的算術平方根。

式中，T為封閉環的公差，mm；Tsi為各組成環的平均統計公差，mm；n為組成環數目。

2 影響OSR主密封條壓縮量累計公差尺寸鏈的因素

圖1 OSR

圖2 斷面A-A（主密封條安裝于天窗窗框總成上）

2.1 密封條的安裝方式

OSR（如圖1所示）主密封條可安裝于車頂窗框上，也可安裝于天窗框架上，不同的安裝方式會造成決定主密封條壓縮量公差的裝配尺寸鏈的各個環不同。主密封條裝于天窗框架（導軌為天窗框架一部分）上時（如圖2所示），主密封條為“雙泡”結構，其外側與車頂窗框存在壓縮。主密封條安裝于車頂窗框上時（如圖3所示），主密封條為單泡結構，其外側與車頂框架間用密封膠粘結固定。

圖3 斷面A-A（主密封條安裝于車頂窗框上）

2.2 天窗在整車上的裝配方式及天窗各相關零件的裝配關系

不同安裝方式造成天窗相對車頂窗框的位置公差不同。OSR的前玻璃是裝在運動機構的連桿上，運動機構在天窗導軌內滑動以實現天窗前玻璃的起翹和開閉。在計算主密封條與前玻璃總成的接觸壓縮量的公差尺寸鏈時，各組成環是從前玻璃總成到運動機構件，然后到導軌，再到主密封條，最后的封閉環是主密封條與前玻璃的壓縮量。

3 某車型配備的OSR上主密封條壓縮量公差的研究

某車型上采用的密封條（如圖4所示）與圖2中的斷面類似，其外側泡與車頂窗框翻邊壓縮，內側泡與天窗前玻璃注塑總成包邊壓縮。文中所研究的是這2個壓縮量結合統計公差的設定方法。

圖4 斷面A-A（天窗導軌位置處斷面）

封閉環基本尺寸的計算，可以在應用CAD軟件時，在3D模型中直接量取或事前設定，產品開發工程師通常關注如何確定封閉環的公差分布，之后才能結合產品功能確定封閉環基本尺寸（設計名義值）是否設定合理。

主密封條外側泡與車頂窗框翻邊的壓縮量名義值暫定為2.5 mm，內側泡與前玻璃總成注塑包邊的壓縮量名義值暫定為1.9 mm。

主密封條外側泡與車頂窗框翻邊的壓縮量作為尺寸鏈中的封閉環，根據天窗在整車上的裝配方式及天窗各相關零件的裝配關系，其組成環為6個，見表1。 mm

表1 主密封條外側泡與車頂翻邊壓縮量計算

采用極值公差計算，主密封條外側泡與車頂窗框翻邊的壓縮量最小值為0.45 mm，可以接受；最大壓縮量達到4.55 mm，在此壓縮量下，密封條對車頂窗框翻邊的壓縮回彈力過大，且此側密封條海綿膠與密實膠的間隙只有5.87 mm-4.55 mm =1.32 mm（如圖5所示），兩者結合造成天窗在整車上安裝困難。采用統計公差計算，壓縮量在1.41～3.59 mm（2.5±1.09 mm）間，無上述問題。

主密封條內側泡與天窗前玻璃總成注塑包邊的壓縮量作為一個尺寸鏈中的封閉環，根據天窗各相關零件的裝配關系，其組成環為13個，見表2。了解其組成環的公差分布后，可以計算出該封閉環的公差分布。根據極值法計算，其尺寸為1.9±3.5 mm；根據統計法計算，其尺寸為1.9±1.23 mm。

圖5 密封條斷面

表2 主密封條內側泡與前玻璃總成注塑包邊壓縮量計算mm

采用極值公差計算，主密封條內側泡與前玻璃總成的壓縮量最小值為-1.6 mm，此側密封條和前玻璃總成已無壓縮，會產生漏氣、漏光等問題，此值不可接受；最大壓縮量達到5.4 mm，此時，不僅密封條回彈力很大，且此側密封條海綿膠與密實膠間隙只有6.4 mm-5.4 mm =1 mm（如圖5所示），這會造成天窗總成前玻璃開啟和關閉力很大，且容易產生摩擦異響。采用統計公差計算，壓縮量在0.67～3.13 mm（1.9±1.23 mm）間，無上述問題。

在用極值法計算主密封條兩側壓縮量公差時要解決上述問題，只能將密封條斷面上兩側的海綿膠泡加大，外側至少加大0.5 mm，壓縮量的名義值可維持2.5 mm不變。內側海綿膠泡至少需要加大 4 mm，并將壓縮量的名義值調整為4 mm，兩者結合，圖4中天窗在整車上主密封條可見寬度的名義值將由14.5 mm增大到16.9 mm（假定密封條原來兩泡總高度為x，且由圖4可知，密封條可見寬度為x -1.9-2.5=14.5 mm，則兩側泡加高后總高度為x+0.5+4=x+4.5，可得出密封條可見寬度為x+4.5-4-2.5=16.9 mm），會造成天窗總成外觀質量下降并增加主密封條成本，這種做法不可取。

4 結 論

極值法求解尺寸鏈時，封閉環公差是由各組成環公差累加得到，各零件具有完全互換性。當封閉環公差要求較高，組成環較多時，各個組成環公差勢必很小，這會對加工精度要求提高，增加制造成本。

采用統計方法計算的封閉環公差比用極值法計算出的要小，因此其允許更大的制造公差，在制造成本上更經濟，可以引入安全系數來達到制造成本和風險的平衡，采用統計法時要確保特征符合規律分布和具有獨立性的條件。理論尺寸和公差可輸入到電子表格中進行疊加計算。

在制造過程受控且穩定的條件下，零件加工時其尺寸處于公差帶范圍的中間部分是多數，接近極限尺寸是極少數。多個零件在裝配時，各組成環恰好都接近極限尺寸的可能性更小。因此，按統計公差方法求解零件的尺寸公差在現實生產中具有合理性，但如果零件的生產數量小，沒有達到批量生產的條件，不滿足零件100%互換性一般要求時，特征的尺寸公差不存在分布概率的問題，因此這種情況下只能采用極值法進行分析。

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U463.85.06

：ADOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2017.01.004

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