歐陽帆

Ou Yangfan

（同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 200092；偉巴斯特車頂供暖系統(tǒng)（上海）有限公司，上海 201108）

基于統(tǒng)計(jì)公差的全景天窗主密封條壓縮量的研究

歐陽帆

Ou Yangfan

（同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 200092；偉巴斯特車頂供暖系統(tǒng)（上海）有限公司，上海 201108）

密封條作為天窗上一個(gè)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(guān)閉或天窗安裝過程中與配合環(huán)境零件產(chǎn)生壓縮、摩擦等作用，其與配合環(huán)境零件的壓縮量及公差的設(shè)定非常關(guān)鍵。壓縮量設(shè)定過小時(shí)，密封條無法發(fā)揮正常功能；壓縮量設(shè)定過大，則可能造成天窗開啟關(guān)閉過程中產(chǎn)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(jì)公差

0 引 言

近10年來，我國(guó)汽車市場(chǎng)飛速發(fā)展，每年上市銷售的各類改款及全新乘用車型多達(dá)數(shù)百種，市場(chǎng)擴(kuò)大的同時(shí)，各整車廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。

天窗作為增加整車舒適性的一項(xiàng)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(xiàn)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(guān)鍵零件。密封條與周邊環(huán)境件的壓縮量設(shè)定至關(guān)重要，該值若設(shè)定不當(dāng)，密封條不僅無法起到上述作用，甚至還會(huì)發(fā)生密封條外觀起皺，天窗關(guān)閉或開啟時(shí)產(chǎn)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(shè)定，并以某款OSR上的主密封條為例，分析統(tǒng)計(jì)公差在該密封條與周邊零件壓縮量設(shè)定上的應(yīng)用。

1 累計(jì)公差尺寸鏈的計(jì)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(jì)算目標(biāo)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(diǎn)：

1）封閉環(huán)的基本尺寸等于各增環(huán)的基本尺寸之和減去各減環(huán)的基本尺寸之和。

式中，N為封閉環(huán)的基本尺寸，mm；Ai為增環(huán)的基本尺寸，mm；Aj為減環(huán)的基本尺寸，mm；m為增環(huán)的數(shù)目；n為組成環(huán)數(shù)目。

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

1.2 統(tǒng)計(jì)公差法

統(tǒng)計(jì)公差法是在各裝配零件大批量生產(chǎn)且生產(chǎn)過程均采用統(tǒng)計(jì)過程控制、各零件的尺寸公差的概率分布符合正態(tài)分布且裝配尺寸鏈較長(zhǎng)（一般不少于 3個(gè)環(huán)）的情況下，利用各獨(dú)立的正態(tài)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(dú)立的）來計(jì)算目標(biāo)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(shù)的情況下，當(dāng)各零件都處于最惡劣的情況時(shí)總成零件出現(xiàn)較低的、可以接受的不良率。主要有以下幾點(diǎn)：

1）封閉環(huán)的基本尺寸等于各增環(huán)的基本尺寸之和減去各減環(huán)的基本尺寸之和。

式中，N為封閉環(huán)的基本尺寸，mm；Ai為增環(huán)的基本尺寸，mm；Aj為減環(huán)的基本尺寸，mm；m為增環(huán)的數(shù)目；n為組成環(huán)數(shù)目。

2）當(dāng)各環(huán)的基本尺寸均為尺寸統(tǒng)計(jì)值的中值情況時(shí)，封閉環(huán)公差為各環(huán)公差平方和的算術(shù)平方根。

式中，T為封閉環(huán)的公差，mm；Tsi為各組成環(huán)的平均統(tǒng)計(jì)公差，mm；n為組成環(huán)數(shù)目。

2 影響OSR主密封條壓縮量累計(jì)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(huì)造成決定主密封條壓縮量公差的裝配尺寸鏈的各個(gè)環(huán)不同。主密封條裝于天窗框架（導(dǎo)軌為天窗框架一部分）上時(shí)（如圖2所示），主密封條為“雙泡”結(jié)構(gòu)，其外側(cè)與車頂窗框存在壓縮。主密封條安裝于車頂窗框上時(shí)（如圖3所示），主密封條為單泡結(jié)構(gòu)，其外側(cè)與車頂框架間用密封膠粘結(jié)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(guān)零件的裝配關(guān)系

不同安裝方式造成天窗相對(duì)車頂窗框的位置公差不同。OSR的前玻璃是裝在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿上，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在天窗導(dǎo)軌內(nèi)滑動(dòng)以實(shí)現(xiàn)天窗前玻璃的起翹和開閉。在計(jì)算主密封條與前玻璃總成的接觸壓縮量的公差尺寸鏈時(shí)，各組成環(huán)是從前玻璃總成到運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，然后到導(dǎo)軌，再到主密封條，最后的封閉環(huán)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(cè)泡與車頂窗框翻邊壓縮，內(nèi)側(cè)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(gè)壓縮量結(jié)合統(tǒng)計(jì)公差的設(shè)定方法。

圖4 斷面A-A（天窗導(dǎo)軌位置處斷面）

封閉環(huán)基本尺寸的計(jì)算，可以在應(yīng)用CAD軟件時(shí)，在3D模型中直接量取或事前設(shè)定，產(chǎn)品開發(fā)工程師通常關(guān)注如何確定封閉環(huán)的公差分布，之后才能結(jié)合產(chǎn)品功能確定封閉環(huán)基本尺寸（設(shè)計(jì)名義值）是否設(shè)定合理。

主密封條外側(cè)泡與車頂窗框翻邊的壓縮量名義值暫定為2.5 mm，內(nèi)側(cè)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(cè)泡與車頂窗框翻邊的壓縮量作為尺寸鏈中的封閉環(huán)，根據(jù)天窗在整車上的裝配方式及天窗各相關(guān)零件的裝配關(guān)系，其組成環(huán)為6個(gè)，見表1。 mm

表1 主密封條外側(cè)泡與車頂翻邊壓縮量計(jì)算

采用極值公差計(jì)算，主密封條外側(cè)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(dá)到4.55 mm，在此壓縮量下，密封條對(duì)車頂窗框翻邊的壓縮回彈力過大，且此側(cè)密封條海綿膠與密實(shí)膠的間隙只有5.87 mm-4.55 mm =1.32 mm（如圖5所示），兩者結(jié)合造成天窗在整車上安裝困難。采用統(tǒng)計(jì)公差計(jì)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(nèi)側(cè)泡與天窗前玻璃總成注塑包邊的壓縮量作為一個(gè)尺寸鏈中的封閉環(huán)，根據(jù)天窗各相關(guān)零件的裝配關(guān)系，其組成環(huán)為13個(gè)，見表2。了解其組成環(huán)的公差分布后，可以計(jì)算出該封閉環(huán)的公差分布。根據(jù)極值法計(jì)算，其尺寸為1.9±3.5 mm；根據(jù)統(tǒng)計(jì)法計(jì)算，其尺寸為1.9±1.23 mm。

圖5 密封條斷面

表2 主密封條內(nèi)側(cè)泡與前玻璃總成注塑包邊壓縮量計(jì)算mm

采用極值公差計(jì)算，主密封條內(nèi)側(cè)泡與前玻璃總成的壓縮量最小值為-1.6 mm，此側(cè)密封條和前玻璃總成已無壓縮，會(huì)產(chǎn)生漏氣、漏光等問題，此值不可接受；最大壓縮量達(dá)到5.4 mm，此時(shí)，不僅密封條回彈力很大，且此側(cè)密封條海綿膠與密實(shí)膠間隙只有6.4 mm-5.4 mm =1 mm（如圖5所示），這會(huì)造成天窗總成前玻璃開啟和關(guān)閉力很大，且容易產(chǎn)生摩擦異響。采用統(tǒng)計(jì)公差計(jì)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(jì)算主密封條兩側(cè)壓縮量公差時(shí)要解決上述問題，只能將密封條斷面上兩側(cè)的海綿膠泡加大，外側(cè)至少加大0.5 mm，壓縮量的名義值可維持2.5 mm不變。內(nèi)側(cè)海綿膠泡至少需要加大 4 mm，并將壓縮量的名義值調(diào)整為4 mm，兩者結(jié)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(cè)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(huì)造成天窗總成外觀質(zhì)量下降并增加主密封條成本，這種做法不可取。

4 結(jié) 論

極值法求解尺寸鏈時(shí)，封閉環(huán)公差是由各組成環(huán)公差累加得到，各零件具有完全互換性。當(dāng)封閉環(huán)公差要求較高，組成環(huán)較多時(shí)，各個(gè)組成環(huán)公差勢(shì)必很小，這會(huì)對(duì)加工精度要求提高，增加制造成本。

采用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算的封閉環(huán)公差比用極值法計(jì)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(jīng)濟(jì)，可以引入安全系數(shù)來達(dá)到制造成本和風(fēng)險(xiǎn)的平衡，采用統(tǒng)計(jì)法時(shí)要確保特征符合規(guī)律分布和具有獨(dú)立性的條件。理論尺寸和公差可輸入到電子表格中進(jìn)行疊加計(jì)算。

在制造過程受控且穩(wěn)定的條件下，零件加工時(shí)其尺寸處于公差帶范圍的中間部分是多數(shù)，接近極限尺寸是極少數(shù)。多個(gè)零件在裝配時(shí)，各組成環(huán)恰好都接近極限尺寸的可能性更小。因此，按統(tǒng)計(jì)公差方法求解零件的尺寸公差在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中具有合理性，但如果零件的生產(chǎn)數(shù)量小，沒有達(dá)到批量生產(chǎn)的條件，不滿足零件100%互換性一般要求時(shí)，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(jìn)行分析。

[1]蔡延波，曹增強(qiáng)，李志成. 復(fù)雜裝配尺寸鏈的分析計(jì)算[J]. 現(xiàn)代制造工程，2008（4）：81-84.

[2]喻鵬飛. 公差疊加分析方法概述[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用，2010（1）：61.

[3]張國(guó)瑩，張琦，王云浩，等. 裝配尺寸鏈的應(yīng)用分析[J]. 摩托車技術(shù)，2011（5）：40-42.

[4]閻艷，余美瓊，王國(guó)新，等. 平面尺寸鏈公差分析算法研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（7）：799-802.

[5]鄒石英. 統(tǒng)計(jì)公差在裝配尺寸鏈中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代企業(yè)教育，2011（14）：196-197.

[6]張宇. 面向質(zhì)量目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)公差應(yīng)用概述[J]. 機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2012（10）：15-18.

[7]崔慶泉. 轎車尺寸同步工程實(shí)施綜述[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用，2013（6）：191-194.

[8]田鳳榮，徐晶才，李瑞生，等. 尺寸工程在內(nèi)飾件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[C]. 沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)，2013.

[9]周清華. 尺寸鏈分析技術(shù)及其在車身開發(fā)中的應(yīng)用[C]. 中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)，2013.

[10]李廣利. 在尺寸鏈中統(tǒng)計(jì)公差的目標(biāo)設(shè)計(jì)[J]. 低壓電器，2013（12）：12-14.

U463.85.06

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

1002-4581（2017）01-0013-04

2016? 08? 16