汽車功能件裝配性校核

劉梓陽 李剛 王少博 吳莊樂

（北京寶沃汽車股份有限公司）

汽車功能件是具備特定作用的零部件，如內外飾件、底盤、動力總成零件、電子電器以及汽車開閉件。研究這些部件可否正常裝配被稱作為裝配性校核[1]。裝配性校核作為研究汽車零部件組裝的重要過程，應與整車開發流程[2]及其要求保持一致。明確各子工作的定義及要求，可以指導相關產品的開發工作。裝配性校核覆蓋產品設計、工藝設計、零部件制造、質量保證和裝配的全過程。該文從DTS[3]（gap/flush目標值）、零件設計階段的零件定位方案和尺寸公差、GD&T（形位公差）、制造裝配階段的FM[4]（功能尺寸）等方面進行分析計算，然后根據計算結果進一步延伸并影響到零件的模具設計、夾具設計、檢具設計和測量設計等[5-7]。

1 汽車功能件校核對象選取

原則上，所有安裝在車身上的功能件都必須進行校核，由于以車身為載體的功能件數量大，可依據一些基本的原則進行篩選。

1）車身：作為承載體，其它功能件需要與之連接和緊固，互相配合的定位點、緊固點稱為裝配點。車身裝配點的尺寸及其公差，裝配點在車身坐標系下的位置公差，服務于同一個功能件的裝配點之間的相對位置度公差，這些是必須校核的對象。

2）功能件：如內外飾件、底盤及電子電器件。它們的裝配點存在尺寸和公差，如定位銷的直徑和公差。在功能件自身的檢測坐標系下，裝配點位置度公差，或裝配點相互之間的位置度公差，這些是必須獲取的輸入并需進行校核。

3）緊固件：起緊固作用的零件，如標準件、卡扣等，其直徑等數據直接與裝配孔徑大小相聯系，必須納入校核。

2 工作流程

2.1 前期輸入條件

工作前期，需收集校核對象信息與相應的條件，具體分類如下：

1）功能件定位點、緊固點的位置及數量；

2）功能件定位（安裝）基準，緊固點位置公差，或檢測基準，緊固點位置公差；

3）功能件安裝銷、孔直徑尺寸公差；

4）配接點緊固標準件直徑、螺栓法蘭直徑、卡扣直徑等規格；

5）車身裝配點的位置、數量；

6）車身裝配點單件、小總成的GD&T圖紙中的產品基準、裝配點的尺寸及位置公差；

7）裝配點在車身焊接流程中的形成過程，包括車身焊接成形工裝MCP（焊接控制點）。

2.2 計算輸出結論

依據裝配校核流程，可以得到以下結論，并反饋出校核零件的理論狀態：

1）車身裝配點的功能尺寸及公差[8]建議值；

2）功能件裝配點的孔徑尺寸及位置公差建議值；

3）相關DTS點公差的可實現性；

4）裝配可行性報告；

5）校核零件QIR（質量問題單）報告。

3 裝配性校核計算方法

公差與孔徑的關系，可按照美國機械工程師協會標準Y14.5—2009附錄B[9]中的方法分類計算，該文通過裝配性校核歸納出典型的、非常有代表性的計算方法。

3.1 浮動裝配

圖1示出汽車緊固件浮動裝配。如圖1所示，當2個或多個零件通過緊固件裝配，如螺栓和螺母，且每個孔（孔徑相同）對螺栓（直徑相同）有相同的間隙，稱之為浮動裝配。浮動裝配的工藝特點是所有螺栓全部穿過配接孔后再擰緊螺母，螺栓穿孔時配接件可根據需要相對移動。

圖1 汽車緊固件浮動裝配示意圖

浮動裝配公差與孔徑的計算，如式（1）所示。

式中：D——每個孔按孔徑公差計算的最小直徑，mm；

M——每個螺栓直徑，mm；

T1——第1個零件的兩安裝孔間的位置度公差（以貼合面和其中一孔為基準），mm；

T2——第2個零件的兩安裝孔間的位置度公差（以貼合面和其中一孔為基準），mm。

浮動裝配應用，如圖2所示。對于沒有基準，單純的4個孔兩兩配對裝配，標準件螺栓采用M8直徑規格，螺栓在每個孔中有浮動量，按無基準浮動裝配計算。

圖2 汽車緊固件浮動裝配應用示意圖

計算圖 2 中 D1，D2，D1'，D2'的尺寸公差及位置公差，結果如下：

D1=D2=Φ9+0.2，相對位置公差為±1 mm，因此，T1（D1相對D2的公差）=2 mm；

D1'=D2'=Φ9+0.2，相對位置公差為±0.5 mm，因此，T2（D1'相對D2'的公差）=1 mm；

T1+T2=3 mm，4（D-M）=4 mm，可見公差累積和小于組孔與螺栓直徑差。

由此得出結論：圖2中兩零件裝配可行，在滿足公差合格條件下，不存在錯孔風險。

3.2 固定裝配

汽車緊固件固定裝配示意圖，如圖3所示。當裝配件的一個零件上有約束的特征，如攻絲的孔或雙頭螺柱（孔徑或螺柱直徑相同），另一零件有相同孔徑的孔，屬于固定裝配類型。

圖3 汽車緊固件固定裝配示意圖

固定裝配公差與孔徑的計算，如式（2）所示。

通過計算，分析比較固定裝配（按無基準固定）與浮動裝配的區別。

假定：浮動裝配零件1的公差（T1f/mm）+浮動裝配零件2的公差（T2f/mm）=固定裝配零件1的公差（T1g/mm）+固定裝配零件2的公差（T2g/mm），分別代入式（1）與式（2）中，比較浮動裝配孔徑（Df/mm）與固定裝配孔徑（Dg/mm）的關系。

通過計算得到：Df-M＜Dg-M，即 Df＜Dg。

由此可以得出結論：在同等的零件公差，相同的緊固件的情況下，浮動裝配所要求的孔徑小于固定裝配的孔徑；相同的孔徑與緊固件，浮動裝配所允許的零件公差和大于固定裝配的零件公差和?？梢姼友b配對零件的精度要求低。

3.3 孔銷定位裝配性校核

功能件孔銷定位裝配，如圖4所示。裝配件的一個零件上有起定位作用的圓孔和長圓孔，另外一個上有配對的2個定位銷，裝配時孔銷先配合，然后擰緊其余螺栓，稱之為孔銷定位裝配。孔銷定位裝配有較多的變化形式，主要體現在孔和銷的形狀；也有的功能件借助工裝與車身定位，實現緊固連接。定位孔徑公差通常為0～+0.2 mm，銷徑公差通常為-0.1～0 mm，其它配接孔徑相等。

圖4 汽車功能件孔銷定位裝配顯示界面

識別孔銷配合的公差與孔徑的計算，如式（3）所示。

式中：T3——第1個零件的安裝孔位置度公差（以貼合面和兩銷為基準），mm；

T4——第2個零件的安裝孔位置度公差（以貼合面和兩孔為基準），mm。

3.4 類孔銷定位裝配性校核

功能件類孔銷定位裝配，如圖5所示。裝配形式與孔銷配合的裝配類似，一個零件上設計有定位用的圓孔和長圓孔，另一個零件上的配接點不是銷子，而是起緊固作用的螺柱，螺柱的直徑通常比圓孔直徑和長圓孔的寬度小0.5 mm，這種裝配方式與孔銷定位的裝配類似，計算方法一樣。

圖5 功能件類孔銷定位裝配顯示界面

3.5 孔銷定位裝配校核應用

轉向管柱與儀表橫梁支架的裝配應用過程為：首先查閱零件數據及對應的圖紙，找到所需的輸入條件，然后通過數據與圖紙得到輸入條件。圖6示出儀表橫梁支架數據顯示界面。圖7示出轉向管柱數據顯示界面。圖8示出轉向管柱圖紙。從圖6～圖8的數據中得到某車型的輸入條件有：

1）從圖6中得到的輸入條件：儀表橫梁支架數據中的2個螺柱（①②位置）規格為M8；螺母（③位置）規格為M8；過孔（④位置）直徑為Φ9。

2）從圖7中得到的輸入條件：轉向管柱數據中的孔①直徑為Φ11；孔②長圓孔尺寸為9 mm×11 mm；孔③直徑為Φ8.2。

3）從圖8中得到的輸入條件：轉向管柱圖紙中的孔①與孔③長度方向的公差T4=±1 mm。

圖6 汽車儀表橫梁支架數據

圖7 汽車轉向管柱數據

圖8 汽車轉向管柱圖紙示意圖

根據以上輸入條件進行尺寸鏈[10]計算：

由孔徑大小情況可以得到，儀表橫梁支架在孔③、孔④處起定位作用（應用孔銷定位裝配方式校核），將數值代入式（3），可得到儀表橫梁支架孔①、孔②的中心至孔③、孔④中心在長度方向的公差T3為±0.5 mm。

為達到該精度，儀表橫梁支部的上半部分和下半部分在焊接時須有精確的定位。

針對本次裝配校核結果并結合實際，將以下建議方案反饋給設計及裝配工藝等部門：轉向管柱的公差按±0.5 mm來控制，儀表橫梁支架中孔①、孔②所在的上半部分零件和孔③、孔④所在的下半部分零件在焊接過程中，直接用孔定位保證精度。

4 結論

文章以汽車裝配性校核計算方法為研究對象，介紹如何利用裝配性校核思想進行車身功能件的校核計算。分析過程中，通過審閱產品資料和圖紙數據，利用尺寸鏈工具，對功能件裝配的公差和孔徑進行了嚴格科學的分析計算，得出校核結論。該結論必須在產品試制階段[11]的裝配中進行跟蹤驗證，并及時查找新問題、得出新結論，在生產過程階段再驗證，通過成功的經驗形成正式的文件，反饋給后續新項目的設計工作，同時對不足之處要在實踐中不斷完善和修正。