汽車儀表板與手套箱間隙過大成因分析及解決方法

左志華，丁新橋，徐勝橋

（1.上海通用汽車有限公司整車制造工程部，上海 201201；2.武漢軟件工程職業學院，湖北 武漢 430205）

引言

汽車（特別是轎車）車身生產投入大，產量高，質量標準要求近乎苛刻。20 世紀 90 年代初，由美國密西根大學吳賢銘先進制造技術中心倡導、美國政府支持、三大汽車公司（GM、Ford、Chrysler) 實施的“2mm”工程，在短短三年內使美國主要品牌車身的制造偏差從 1993 年的 4～5mm減少到 1996年的 2mm ，迅速達到世界領先水平。國內部分汽車制造企業，于 1997年提出了具有中國汽車工業特色的、車身質量控制的“2mm”工程的概念和目標，得到了政府和工業界的認可。

汽車整車尺寸匹配是汽車開發中的最重要的內容之一，也是體現一個汽車公司制造水平高低的重要標志。汽車尺寸匹配的質量保證通常從兩方面著手，一方面通過虛擬仿真技術，防止低級的設計錯誤，保證設計尺寸匹配；另一方面在零部件的制造中大量使用檢具、三坐標等測量手段，嚴格監控零件的尺寸，保證零部件符合設計要求。但是數模虛擬匹配與實樣匹配還有諸多差別，如零件剛度、裝配工藝的影響等無法在虛擬匹配中體現；另外，單個零部件在檢具上符合尺寸要求并不能保證零件在相互匹配中滿足要求。這些問題只能在實樣零件制造后，通過實體匹配才能發現[1]。高品質汽車車身內飾的材質及裝配工藝，可以提高客戶對車輛持久的愉悅度，反映汽車制造工藝的水平。汽車車身內飾尺寸，尤其是儀表板各組件的尺寸匹配，尤為重要。本文就汽車整車制造過程中的手套箱與儀表板之間出現的間隙過大的現象做出分析研究，并給出解決方法。

1 汽車車身儀表板總成的組成結構

由于車身是內飾的安裝載體，汽車內飾的安裝，尤其是儀表板(主機廠簡稱 IP)及其附件的安裝，尤為重要。汽車車身儀表板總成包含儀表板骨架、蒙皮、手套箱、儀表顯示板以及其他許多電氣線束及附屬物件。經主機廠驗證評估，其他附件及電氣線束等對儀表板總成安裝時無影響。本文的研究對象主要是汽車儀表板骨架（主機廠簡稱CCB）、蒙皮及手套箱。

CCB是儀表板的骨架，它是儀表板總成在車身上的安裝基礎。CCB一般是由厚度為1mm鍍鋅鋼材制成，具有較好的力學性能。手套箱與儀表板蒙皮是聚乙烯（PE）材質。如圖1是某型乘用車的IP總成結構示意圖。圖2是某型乘用車的CCB總成結構示意圖。圖3是某型乘用車的蒙皮結構示意圖。圖4是是某型乘用車的手套箱總成結構示意圖。

圖1 某型乘用車的IP總成結構示意圖

圖2 某型乘用車的CCB總成數模示意圖

圖3 某型乘用車儀表板蒙皮數模示意圖

圖4 某型乘用車手套箱數模示意圖

2 汽車車身儀表板總成的安裝工藝

2.1 IP總成與車身連接關系

IP總成在安裝時，是利用機械臂以整體吊裝進入車身內部。在Y向左側通過兩個螺栓將CCB固定連接在車身內側板上。Y向右側也是通過兩個螺栓以及公差調節器連接在右側內車身板上。由于車身裝配本身公差帶的存在，在裝配時，IP與左側車身鈑金貼合沒有間隙，由于車身零部件在制造時一般存在尺寸公差，IP和右側車身鈑金存在一定的間隙且存在波動，右側通過公差調節器連接CCB與車身鈑金。當車身存在一定尺寸誤差時，公差調節器通過旋出塊的旋出多少來貼近車身鈑金，起到聯接的作用，從而克服尺寸誤差帶來的不利影響。如圖5所示公差調節器位置。

圖5 公差調節器位置

公差調節器可以根據 CCB與車身間隙大小進行調節處理，可以滿足一定車身尺寸誤差范圍內IP的順利安裝問題，以保證CCB與車身裝配的靈活性，這對于批量生產汽車的整車制造企業來說尤為重要。

2.2 公差調節器的結構與原理

公差調節器是由旋出塊、襯套和靜止塊三部分組成，如圖6所示。襯套鑲嵌在旋出塊內表面。旋出塊通過外螺紋和帶有內螺紋的靜止塊連接。靜止塊和焊接螺母與CCB右端鈑金固定連接。

圖6 公差調節器示意圖

當螺栓攻入襯套之后，襯套位于螺栓與旋出塊之間，它們形成過盈配合，通過產生的靜摩擦力矩 MC帶動旋出塊轉動，此時 MC為主動力矩。旋出塊通過螺紋與靜止塊旋轉，克服兩者的摩擦力矩 MB直至旋出塊與右側車身鈑金貼合。此時，旋出塊右端面與車身鈑金內面會產生摩擦力矩MBIW。其中MB和MBIW為從動摩擦力矩。

當MBIW=MC-MB時，旋出塊停止轉動，它與右側車身內板貼合，消除CCB與車身鈑金件的間隙，螺栓繼續轉動，直至與焊接螺母連接。

當MBIW＜MC-MB時，旋出塊雖然與右側車身內板貼合，但仍然旋轉，靜止塊與車身鈑金距離有可能增加。

這就是IP與車身右側打緊過程。

2.3 手套箱、IP蒙皮與CCB連接關系

IP蒙皮通過螺釘安裝在CCB上，形成一個整體。手套箱下端通過卡爪與IP蒙皮鉸接，使得手套箱可以繞下端邊線作中心軸旋轉。手套箱上端與IP沒有連接點。手套箱左右兩側各以一個鎖舌與IP蒙皮相連，如圖7所示。

圖7 手套箱安裝示意圖

3 手套箱間隙過大現象的產生

3.1 旋出塊所受車身內板件約束反力的計算

某型乘用車采用的公差調節器的旋出塊端面外圓半徑R=27.8mm，旋出塊端面內圓半徑r=13.8mm，旋出塊端面與車身摩擦系數μ=0.3，查閱設計工程標準得知旋出塊和襯套MC為1.2n·m，旋出塊與靜止塊力矩MB為0.15n·m，這里取MBIW為兩者之差為1.05N·M。

根據摩擦力矩計算公式：MBIW=2μF(R2+R×r+r2)/3(R+r)

得出旋出塊與車身之間正壓力F為：

代入數值求出F=163.8N。可知，Fmin=163.8N。

圖8 CCB右端板受力結構圖

3.2 手套箱間隙過大現象的產生

如圖8，CCB右端板與公差調節器的位置可以知道，接近橫梁位置的上端調節器對右端板的變形可以忽略，重點討論右端板下端的公差調節器對右端鈑金下方的作用力及變形。其實，它是一個簡單的懸臂梁問題。它的下端與左端板連接在一起，F′=163.8N，為公差調節器對 CCB右端板下端的作用力。此時 F′克服左右懸臂的彈性力，使下端向左平移。當CCB右側與內車身安裝時，在緊固公差調節器的螺栓時，CC向當IP裝配完成時，手套箱與IP之間的右側間隙有偏大的情況出現，比正常2mm多出0.75～1mm。當公差調節器在打緊的時候，旋出塊貼住車身鈑金端面產生靜摩擦力矩，阻止旋出塊繼續旋轉使旋出塊與襯套發生脫離。CCB端面板件承受163.8N的力而不發生變形。圖9是某整車制造廠的一款車型手套箱編號點，表1是手套箱裝配完成前后實際檢測值。

圖9 某車型手套箱間隙檢測點標記

表1 某車型手套箱裝配完前成后實際檢測值（單位：mm）

從表1，我們可以看出IP手套箱間隙裝配前后1點的變化0.5mm。

3.3 手套箱間隙過大試驗測試

我們選取某整車制造廠的一款新車型，通過測力器作用在手套箱附近的公差調節器上，如圖10所示。在三種不同的推力作用下，測量手套箱上1～6號點標記的間隙變化量，如表2所示。注意：間隙變化量在0.5mm以內合格。

圖10 手套箱模擬受力圖

表2 IP公差調節器處受力與間隙變化

實際測量過程中，發現承受163.8N，CCB端面右側板件向左移動，從而導致1點間隙變大。

3.4 手套箱間隙過大產生的原因

當公差調節器在打緊的時候，旋出塊與螺栓之間產生的摩擦力矩較大，克服旋出塊貼住車身內飾板端面產生靜摩擦力矩及旋出塊與靜止塊摩擦力矩，致使CCB端面板件受力而發生較大變形，致使手套箱和蒙皮下端向左移動，而使手套箱與蒙皮之間的間隙發生變化，其中1點間隙變化超過工藝標準，如圖11。CCB右端面為1mm的鍍鋅鋼板，其剛度為210GPa左右。如果其剛度增加，足以克服公差調節器中旋出塊與螺栓的摩擦力矩，使旋出塊與車身板材停止相對轉動。

圖11 手套箱1點間隙變大示意圖

4 手套箱間隙過大現象的產生解決方法

4.1 手套箱間隙過大解決方法一

CCB右端板材為鍍鋅優質碳素鋼，為了抵御該板材的彈性變形，增加其剛度，可以采用高強度鋼或者合金鋼，以提高其力學性能，尤其是剛度。這樣在公差調節器打緊的時候，可以減少該板材的彈性變形。從而保證手套箱下端不向右平移。但是在實際批量整車生產中，成本是必須考慮的問題。更換材料，意味著成本大量增加。顯然，這種方法不是最好的。

4.2 手套箱間隙過大解決方法二

仔細分析IP與右端板的連接方式的時候，發現IP與右端板下端有一個定位銷進行定位。如圖12所示。通過更改定位銷的位置，使IP下端提前產生向右的變形。

圖12 定位銷的位置

改變生產工藝，使 CCB右端板的定位銷孔向右移動1mm，定位銷在安裝的時候會使IP下端向右移動，當公差調節器打緊的時候，CCB右端板帶動IP及手套箱向左移動，正好抵消先前向右的偏移量，如圖13所示。這樣，很好地解決了手套箱1點間隙偏大的問題，如圖14所示。這種方法簡單而實用，節約成本，只需要在CCB右端板模具上做小小的改動就可以實現。

圖14 偏調方案原理示意圖

5 總結

在整車制造和裝配過程中，車身尺寸產生變化，原因往往是多方面的。有的是車身零部件誤差的累積效應，有的是材料力學性能的局限，有的是裝配和加工工藝產生的影響。本文分析了主機廠某型車手套箱間隙過大現象的原因，尤其是公差調節器的工作原理和作用，從零部件受力的角度，仔細分析手套箱1點位置產生的具體原因，并給出了解決方案，這種方案能以最低的成本，有效地解決整車裝配中的實際問題，很好的控制了手套箱各點的間隙。

[1] http://blog.sina.com.cn/s/blog_95d97f340100vk3r.html.