新能源汽車高壓線束支架設(shè)計方案研究

齊 闖

（鶴壁天海環(huán)球電器有限公司， 河南 鶴壁 458000）

高壓線一般由導(dǎo)體、絕緣、編制屏蔽、護套組成，如圖1所示。

圖1 高壓線組織結(jié)構(gòu)

由于高壓線束產(chǎn)品線粗、硬、重、折彎半徑大的組織結(jié)構(gòu)特性，因此傳統(tǒng)的固定件（比如卡扣、扎帶等） 很難滿足需求，主要表現(xiàn)在強度不夠、固定不牢靠，易發(fā)生安全事故，新形式的固定方式急需開發(fā)。經(jīng)過多年的支架設(shè)計及加工經(jīng)驗且與主機廠多年的溝通合作，推薦3種設(shè)計方案。

1 設(shè)計方案

1.1 金屬支架+橡膠圈+扎帶

如圖2所示，首先把橡膠圈安裝在線束上，然后安裝金屬支架，最后用扎帶把金屬支架、橡膠圈及線束扎緊，金屬支架上面有安裝孔，需要用螺母或者螺柱把支架安裝到車身上。

圖2 金屬支架設(shè)計方案

1） 金屬支架：常見的材質(zhì)有低碳鋼+電泳漆、不銹鋼SUS 304等，前者有成本優(yōu)勢，價格低，但是電泳工藝過程中，掛點及支架棱邊電泳漆薄弱，易腐蝕，且支架運輸過程中及裝車過程中電泳漆易被破壞，破壞之后耐腐蝕性較低，存在支架折斷風(fēng)險，后者不銹鋼有較高的強度，耐腐蝕性好，但是成本高。金屬支架一般都會設(shè)計防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，便于安裝，安全性好。相比其他部位，支架折彎處強度較低，一般都會在折彎處或者大面上設(shè)計加強筋，用于增加此處強度。常見的加強筋形式有兩種：三角形和平面形，如圖3、圖4所示，具體選擇哪種形式需要依據(jù)空間結(jié)構(gòu)大小，能設(shè)計平面形建議設(shè)計平面形加強筋。特別要注意的是加強筋不能影響支架安裝，支架固定安裝孔距離加強筋尺寸建議大于20mm以上。

圖3 三角形加強筋

圖4 平面形加強筋

2） 橡膠圈：材質(zhì)推薦EPDM（三元乙丙橡膠），硬度可以依據(jù)主機廠要求而定，硬度越高，橡膠圈越硬，推薦硬度為HA50。橡膠圈需要設(shè)計兩道裂縫（如果沒有裂縫，線束加工時需要提前預(yù)裝，工序會復(fù)雜，增加過程成本），如圖5所示，便于安裝高壓線束，橡膠圈內(nèi)徑大小設(shè)計需要依據(jù)高壓線外徑大小，橡膠圈壁厚一般為2～3mm。

圖5 橡膠圈

3）扎帶：推薦用7.6mm寬、1.9mm厚的常規(guī)扎帶。

1.2 塑料支架+扎帶（圖6）

圖6 塑料支架方案

1） 塑料支架：材質(zhì)一般為PA66，根據(jù)情況需要增加適量的玻纖，推薦玻纖含量15%～30%，玻纖含量越高，硬度越高，但柔韌性越差。固定腳一般會設(shè)計成長圓孔（腰型孔），用于吸收裝配公差，便于線束安裝。固定腳的上面一般會有金屬鑲件，用于增大安裝扭矩，金屬鑲件材質(zhì)推薦低碳鋼+鍍達克羅，也有用鋁材質(zhì)的，金屬鑲件的安裝方式有后壓式和模內(nèi)注塑。后壓式是先注塑出塑料支架，然后靠壓力把金屬鑲件安裝在支架上。模內(nèi)注塑是塑料支架注塑前，把金屬鑲件裝配到模腔內(nèi)，然后注塑塑料支架，金屬鑲件的保持力需要滿足頂出力大于150N（經(jīng)驗值）。塑料支架上面需要設(shè)計一些成對的扎帶孔，用于固定線束到塑料支架上。加強筋一般需要設(shè)計，特別是在支架固定點處，需要增加支架強度，建議加強筋設(shè)計不要在支架內(nèi)部，對線束是種保護，又不會減少支架容積率。

2） 扎帶：推薦用4.6mm寬、1.2mm厚的常規(guī)扎帶。

1.3 金屬支架+包膠注塑（圖7）

圖7 包膠金屬支架方案

包膠金屬支架應(yīng)用得比較少，一般用于振動小，現(xiàn)有公差不能滿足裝配，安裝線束時，需要少量移動支架的情況下，這種支架是可移動支架，主要用于不易安裝的環(huán)境下。防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、加強筋、安裝固定孔等設(shè)計可以參照1.1方案里面的金屬支架設(shè)計。

金屬部分材質(zhì)推薦用SUS 304不銹鋼，也可以采用鍍鋅板+電泳漆方式，但是需要注意包膠過程中，不能破壞電泳漆，鍍鋅板不能裸露，包膠過程中產(chǎn)生的高溫不能影響電泳漆的性能，比如附著力下降等情況發(fā)生。包膠部分材質(zhì)推薦EPDM（三元乙丙橡膠），硬度可以依據(jù)情況而定，一般HA50～60。

2 設(shè)計驗證

支架設(shè)計完成之后，需要做CAE分析等前期理論驗證，用以保證設(shè)計方案滿足客戶需求。對于金屬支架來說，一般需要做隨機振動仿真模擬，用于驗證在規(guī)定的時間內(nèi)不會因為支架疲勞影響支架壽命。振動類型一般有4種：①安裝在電機或變速器上；②安裝在車身上；③安裝在柔性部件上；④安裝在非彈性部件上。另外需要做模具分析，用以保證可加工制造性。

對于塑料支架，除了需要做隨機振動仿真模擬，還需要做模流分析與模具分析，用于驗證設(shè)計可靠性。3D快速成型件需要根據(jù)實際情況是否需要，主要驗證尺寸及結(jié)構(gòu)是否合理，不能用于驗證性能。

3 支架加工介紹

對于金屬支架，一般加工工藝都是落料+成型，最后表面處理，需要開發(fā)落料模具和幾個折彎成形模具，模具周期一般為30天左右，前期可以使用手工件（線切割方式）做前期驗證。對于塑料支架來說，一般都是開發(fā)注塑模具，里面的金屬鑲件如果有現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件可以直接選型，非標(biāo)金屬鑲件可以開發(fā)對應(yīng)的模具，塑料支架加工周期一般為45天左右。橡膠圈前期可以開發(fā)單腔模具用以驗證，待實驗及裝車驗證都滿足需求后開發(fā)批量模具，單腔模具開發(fā)周期一般為25天左右，批量模具一般為40天左右。對于包膠金屬支架，需要開發(fā)金屬支架模具及包膠模具，加工周期一般為50天左右。

4 DVP實驗介紹

金屬支架一般需要做鹽霧、扭矩、ELV等方面的實驗，如果材質(zhì)是鍍鋅板+電泳漆，建議增加附著力實驗、沙石沖擊實驗、耐化學(xué)試劑實驗，實驗周期一般30天左右。

橡膠圈一般需要做ELV實驗、高低溫實驗、耐化學(xué)試劑實驗、熱老化實驗等，實驗周期一般為45天左右。

塑料支架一般需要做自由落體、機械沖擊、機械振動、扭矩、高低溫、熱老化、防潮、熱交變、ELV、阻燃等方面的實驗，實驗周期一般為45天左右。

包膠金屬支架需要做ELV實驗、扭矩實驗、鹽霧試驗、高低溫實驗、耐化學(xué)試劑實驗、熱老化實驗等，周期一般為45天左右。

5 結(jié)語

隨著汽車零部件市場的發(fā)展及新技術(shù)、新材料、新工藝的研究應(yīng)用，比如聚氨酯發(fā)泡RIM等，相信在未來，會有更多的支架設(shè)計方案應(yīng)用。