摘要:由于汽車內飾要求,卷收器本體外部常帶有飾板結構用于遮擋卷收器而提高感知質量,對于安全帶卷收器安裝支架,前期開發過程中一定要與安裝支架裝配的區域進行多次有效的溝通確認,同時要求工藝在前期參與評估。
關鍵詞:卷收器;安裝支架;下飾板;結構改進
中圖分類號:U463 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2014)09-0099-03
國家新法規GB14167-2012強制要求安全帶形式為三點式結構,這就要求卷收器安裝支架的結構設計要求更加嚴格,由于汽車內飾要求,卷收器本體外部常帶有飾板結構用于遮擋卷收器而提高感知質量,同時與卷收器安裝支架相關的零件有卷收器組件、后側圍內板防水薄膜等,某微車在總裝后存在第三排座椅安全帶下飾板松脫較嚴重的情況,本文重點從下飾板松脫問題,找出問題所在并提出相關解決方案。
1 卷收器安裝支架的功能
卷收器安裝支架用于安裝卷收器本體,卷收器的安裝方式不同,支架結構類型不同,目前安全帶卷收器有單點式固定和雙點式固定兩種,單點式固定和雙點式固定的區別就是卷收器組件的安裝點數量不同,從成本上考慮,某些微車常采用是單點式固定方式,單點式固定對卷收器安裝支架的要求更加嚴格,卷收器支架既要能滿足卷收器組件的安裝要求,又要能滿足現有的焊接工藝,同時成本、重量上也有一定的輕量化要求,某微車所采用的卷收器安裝支架為1.5mm料厚的SPCC材質,所選用的材質和料厚要求能否滿足強度、剛度要求,支架本體需CAE的虛擬仿真分析,分析內容大致為常規工況及螺栓擰緊過程中施加一定扭矩的強度、模態等。
2 故障問題調查
為滿足出口車法規要求,出口車后側圍上內板焊合件需增加第三排安全帶固定點,即增加第三排后安全帶上加強板焊合件和第三排后安全帶卷收器支架合件,質量部反饋每天約有10臺車存在第三排座椅安全帶下飾板松脫的問題,對比故障車與合格車輛,發現安全帶Y向內偏,與安全帶下飾蓋磕碰,導致下飾蓋松脫。現場驗證將一個合格安全帶互換到故障車上,故障重現,進而發現安全帶卷收器安裝支架亦Y向內偏(圖1)。
排除了人工操作、產品尺寸精度和零件焊接工裝定位精度等原因,我們分別從鈑金結構、安全帶下飾板結構和焊接工藝設備著手調查,經過長期的生產車間現場跟蹤及產品調研分析,得出以下幾點原因分析。
圖1 安全帶卷收器安裝支架Y向內偏
2.1 焊槍方面原因分析
焊接安裝帶卷收器安裝支架時,車間使用的焊槍型號是C25-2119,該焊槍焊接需要35mm的間隙(圖2),而側圍內板焊合件與側圍外板X向的間隙不足26mm,焊槍在焊接過程中碰歪第三排安全帶卷收器安裝支架(圖3),導致安全帶卷收器安裝支架在完成裝配后Y向偏離,從而出現第三排座椅安全帶裝飾板松脫現象。
圖2 C25-211焊槍結構 圖3 焊槍與支架干涉
2.2 安全帶方面原因分析
對故障車第三排安全帶進行分析:對比故障車安全帶與合格安全帶未發現差異,故障車更換安全帶后,故障重現。對安全帶進行尺寸測量,結果符合設計要求(見圖4)。
圖4 安全帶尺寸分析
2.3 安全帶裝飾蓋原因分析
對故障車拆下的第三排安全帶下飾板進行分析。
(1)零件使用的材料為改性PP,符合設計要求。(2)隨機抽取1件庫存零件進行耐沖擊實驗,沖擊試驗要求制品在-40℃環境中放置4h,用350g鋼制落錘自1m高度對剛性支撐的任意表面進行落球沖擊,試驗結果合格(見圖5)。(3)第三排座椅安全帶下飾板結構,裝飾蓋有4個卡腳,我們對4個卡腳進行加熱試驗,驗證溫度對卡腳的影響,4個卡腳烤10分鐘,卡腳溫度達到50°,裝車后裝飾蓋保持力沒有變化,溫度對安全帶裝飾蓋保持力沒有影響。但安全帶裝飾蓋卡腳底部為直角,卡腳處應力集中,導致卡爪斷裂(圖6)。
圖5 安全帶裝飾蓋耐沖擊實驗報告
圖6 安全帶裝飾蓋結構及卡爪斷裂情況
3 相關解決方案
經過調查分析,導致第三排座椅下飾板松脫的原因為安全帶卷收器安裝支架Y向距離與焊槍干涉,該支架在Y向變形影響飾板裝配的穩定性;安全帶下飾板卡腳底部為直角,卡腳處應力集中,導致卡爪斷裂,針對這些問題,總結出解決措施為更改卷收器安裝支架及與之匹配的安全帶組件、優化安全帶下飾板直角卡爪結構。
3.1 更改安全帶卷收器安裝支架
調查分析卷收器安裝支架的Y向與焊槍干涉,通過優化卷收器安裝支架的Y向距離,達到產品改進要求,安全帶卷收器安裝支架更改,材料(SPCC)、料厚(t=1.5mm)不變,上部翻邊在Y向優化11mm(圖7),同時相應的左/右后卷收器組件做匹配更改(圖8)。
圖7 卷收器更改示意,綠色為老狀態結構,粉色為新狀態結構。
圖8 卷收器組件更改示意
3.2 更改第三排安全帶下飾板
第三排安全帶下飾板由于卡腳處為直角,存在應力集中,通過優化該處直角,拐角處倒圓,消除應力集中,兩筋位加高至與R角平齊(圖9)來消除飾板裝配松脫問題。
圖9 安全帶飾板更改示意
4 CAE分析驗證
更改后的卷收器安裝支架強度和剛度是個很重要的指標,我們用Hyperworks、NASTRAN進行CAE分析,分析工況為X向5g加速度,Z向-1g加速度;Y向7g加速度,Z向-1g加速度;Z向-10g加速度,分析結果表明,支架結構優化前強度為73Mpa,結構優化后強度有較大的改善(圖10),但支架的剛度卻有所降低,支架Y向偏置11mm,相當于在原有結構基礎上形成了一個“懸臂梁”結構,在螺栓軸線方向加50N.M的扭矩,計算在打扭力時第三排排安全帶卷收器安裝支架剛度(圖11),在加載50N情況下,支架的最大位移量由0.46mm變更為1.291mm,卷收器最大位移應以小于1.8mm為目標,卷收器安裝支架結構優化后在50N加載扭矩的位移量滿足產品設計要求。
圖10 卷收器支架更改前后最大應力值情況
圖11 卷收器支架更改前后最大位移情況
5 實車驗證
改進方案實施后,現場質量工程師負責跟蹤新方案實施情況,對下線前100輛車進行跟蹤驗證確認新方案實施有效,通過產品的結構優化,消除第三排座椅安全帶下飾板松脫問題,根本上消除了因產品設計問題而導致客戶抱怨的潛在風險。
6 結語
對于安全帶卷收器安裝支架,前期開發過程中一定要與安裝支架裝配的區域進行多次有效的溝通確認,同時要求工藝在前期參與評估,在現有焊接設備的情況下盡量不把產品設計過于復雜,但需保證產品性能滿足相關要求,目前某客車安全帶下部卷收器趨于平臺化,卷收器安裝結構在滿足某車型要求的情況下可以很好的完成產品的沿用,減少設計驗證成本的同時也能滿足產品開發需求,同時由于在開發此款微車時,對于安全帶卷收器安裝支架只分析了零件在加載一定扭矩情況的位移量,而缺失強度和模態的仿真分析,此問題給以后車型卷收器安裝支架的設計提供了很好的參考范例,同時后續車型卷收器安裝支架也增加了強度和模態的仿真分析。
參考文獻
[1] 郭竹亭.汽車車身設計(上、下)[M].吉林科學
技術出版社,1992.
[2] (美)莫維尼,王崧(譯).有限元分析ANSYS
理論與應用(第二版)[M].北京:電子工業出版
社,2005.
作者簡介:鐘能財(1986—),男,江西興國人,上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心助理工程師,研究方向:汽車車身設計。
摘要:由于汽車內飾要求,卷收器本體外部常帶有飾板結構用于遮擋卷收器而提高感知質量,對于安全帶卷收器安裝支架,前期開發過程中一定要與安裝支架裝配的區域進行多次有效的溝通確認,同時要求工藝在前期參與評估。
關鍵詞:卷收器;安裝支架;下飾板;結構改進
中圖分類號:U463 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2014)09-0099-03
國家新法規GB14167-2012強制要求安全帶形式為三點式結構,這就要求卷收器安裝支架的結構設計要求更加嚴格,由于汽車內飾要求,卷收器本體外部常帶有飾板結構用于遮擋卷收器而提高感知質量,同時與卷收器安裝支架相關的零件有卷收器組件、后側圍內板防水薄膜等,某微車在總裝后存在第三排座椅安全帶下飾板松脫較嚴重的情況,本文重點從下飾板松脫問題,找出問題所在并提出相關解決方案。
1 卷收器安裝支架的功能
卷收器安裝支架用于安裝卷收器本體,卷收器的安裝方式不同,支架結構類型不同,目前安全帶卷收器有單點式固定和雙點式固定兩種,單點式固定和雙點式固定的區別就是卷收器組件的安裝點數量不同,從成本上考慮,某些微車常采用是單點式固定方式,單點式固定對卷收器安裝支架的要求更加嚴格,卷收器支架既要能滿足卷收器組件的安裝要求,又要能滿足現有的焊接工藝,同時成本、重量上也有一定的輕量化要求,某微車所采用的卷收器安裝支架為1.5mm料厚的SPCC材質,所選用的材質和料厚要求能否滿足強度、剛度要求,支架本體需CAE的虛擬仿真分析,分析內容大致為常規工況及螺栓擰緊過程中施加一定扭矩的強度、模態等。
2 故障問題調查
為滿足出口車法規要求,出口車后側圍上內板焊合件需增加第三排安全帶固定點,即增加第三排后安全帶上加強板焊合件和第三排后安全帶卷收器支架合件,質量部反饋每天約有10臺車存在第三排座椅安全帶下飾板松脫的問題,對比故障車與合格車輛,發現安全帶Y向內偏,與安全帶下飾蓋磕碰,導致下飾蓋松脫。現場驗證將一個合格安全帶互換到故障車上,故障重現,進而發現安全帶卷收器安裝支架亦Y向內偏(圖1)。
排除了人工操作、產品尺寸精度和零件焊接工裝定位精度等原因,我們分別從鈑金結構、安全帶下飾板結構和焊接工藝設備著手調查,經過長期的生產車間現場跟蹤及產品調研分析,得出以下幾點原因分析。
圖1 安全帶卷收器安裝支架Y向內偏
2.1 焊槍方面原因分析
焊接安裝帶卷收器安裝支架時,車間使用的焊槍型號是C25-2119,該焊槍焊接需要35mm的間隙(圖2),而側圍內板焊合件與側圍外板X向的間隙不足26mm,焊槍在焊接過程中碰歪第三排安全帶卷收器安裝支架(圖3),導致安全帶卷收器安裝支架在完成裝配后Y向偏離,從而出現第三排座椅安全帶裝飾板松脫現象。
圖2 C25-211焊槍結構 圖3 焊槍與支架干涉
2.2 安全帶方面原因分析
對故障車第三排安全帶進行分析:對比故障車安全帶與合格安全帶未發現差異,故障車更換安全帶后,故障重現。對安全帶進行尺寸測量,結果符合設計要求(見圖4)。
圖4 安全帶尺寸分析
2.3 安全帶裝飾蓋原因分析
對故障車拆下的第三排安全帶下飾板進行分析。
(1)零件使用的材料為改性PP,符合設計要求。(2)隨機抽取1件庫存零件進行耐沖擊實驗,沖擊試驗要求制品在-40℃環境中放置4h,用350g鋼制落錘自1m高度對剛性支撐的任意表面進行落球沖擊,試驗結果合格(見圖5)。(3)第三排座椅安全帶下飾板結構,裝飾蓋有4個卡腳,我們對4個卡腳進行加熱試驗,驗證溫度對卡腳的影響,4個卡腳烤10分鐘,卡腳溫度達到50°,裝車后裝飾蓋保持力沒有變化,溫度對安全帶裝飾蓋保持力沒有影響。但安全帶裝飾蓋卡腳底部為直角,卡腳處應力集中,導致卡爪斷裂(圖6)。
圖5 安全帶裝飾蓋耐沖擊實驗報告
圖6 安全帶裝飾蓋結構及卡爪斷裂情況
3 相關解決方案
經過調查分析,導致第三排座椅下飾板松脫的原因為安全帶卷收器安裝支架Y向距離與焊槍干涉,該支架在Y向變形影響飾板裝配的穩定性;安全帶下飾板卡腳底部為直角,卡腳處應力集中,導致卡爪斷裂,針對這些問題,總結出解決措施為更改卷收器安裝支架及與之匹配的安全帶組件、優化安全帶下飾板直角卡爪結構。
3.1 更改安全帶卷收器安裝支架
調查分析卷收器安裝支架的Y向與焊槍干涉,通過優化卷收器安裝支架的Y向距離,達到產品改進要求,安全帶卷收器安裝支架更改,材料(SPCC)、料厚(t=1.5mm)不變,上部翻邊在Y向優化11mm(圖7),同時相應的左/右后卷收器組件做匹配更改(圖8)。
圖7 卷收器更改示意,綠色為老狀態結構,粉色為新狀態結構。
圖8 卷收器組件更改示意
3.2 更改第三排安全帶下飾板
第三排安全帶下飾板由于卡腳處為直角,存在應力集中,通過優化該處直角,拐角處倒圓,消除應力集中,兩筋位加高至與R角平齊(圖9)來消除飾板裝配松脫問題。
圖9 安全帶飾板更改示意
4 CAE分析驗證
更改后的卷收器安裝支架強度和剛度是個很重要的指標,我們用Hyperworks、NASTRAN進行CAE分析,分析工況為X向5g加速度,Z向-1g加速度;Y向7g加速度,Z向-1g加速度;Z向-10g加速度,分析結果表明,支架結構優化前強度為73Mpa,結構優化后強度有較大的改善(圖10),但支架的剛度卻有所降低,支架Y向偏置11mm,相當于在原有結構基礎上形成了一個“懸臂梁”結構,在螺栓軸線方向加50N.M的扭矩,計算在打扭力時第三排排安全帶卷收器安裝支架剛度(圖11),在加載50N情況下,支架的最大位移量由0.46mm變更為1.291mm,卷收器最大位移應以小于1.8mm為目標,卷收器安裝支架結構優化后在50N加載扭矩的位移量滿足產品設計要求。
圖10 卷收器支架更改前后最大應力值情況
圖11 卷收器支架更改前后最大位移情況
5 實車驗證
改進方案實施后,現場質量工程師負責跟蹤新方案實施情況,對下線前100輛車進行跟蹤驗證確認新方案實施有效,通過產品的結構優化,消除第三排座椅安全帶下飾板松脫問題,根本上消除了因產品設計問題而導致客戶抱怨的潛在風險。
6 結語
對于安全帶卷收器安裝支架,前期開發過程中一定要與安裝支架裝配的區域進行多次有效的溝通確認,同時要求工藝在前期參與評估,在現有焊接設備的情況下盡量不把產品設計過于復雜,但需保證產品性能滿足相關要求,目前某客車安全帶下部卷收器趨于平臺化,卷收器安裝結構在滿足某車型要求的情況下可以很好的完成產品的沿用,減少設計驗證成本的同時也能滿足產品開發需求,同時由于在開發此款微車時,對于安全帶卷收器安裝支架只分析了零件在加載一定扭矩情況的位移量,而缺失強度和模態的仿真分析,此問題給以后車型卷收器安裝支架的設計提供了很好的參考范例,同時后續車型卷收器安裝支架也增加了強度和模態的仿真分析。
參考文獻
[1] 郭竹亭.汽車車身設計(上、下)[M].吉林科學
技術出版社,1992.
[2] (美)莫維尼,王崧(譯).有限元分析ANSYS
理論與應用(第二版)[M].北京:電子工業出版
社,2005.
作者簡介:鐘能財(1986—),男,江西興國人,上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心助理工程師,研究方向:汽車車身設計。
摘要:由于汽車內飾要求,卷收器本體外部常帶有飾板結構用于遮擋卷收器而提高感知質量,對于安全帶卷收器安裝支架,前期開發過程中一定要與安裝支架裝配的區域進行多次有效的溝通確認,同時要求工藝在前期參與評估。
關鍵詞:卷收器;安裝支架;下飾板;結構改進
中圖分類號:U463 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2014)09-0099-03
國家新法規GB14167-2012強制要求安全帶形式為三點式結構,這就要求卷收器安裝支架的結構設計要求更加嚴格,由于汽車內飾要求,卷收器本體外部常帶有飾板結構用于遮擋卷收器而提高感知質量,同時與卷收器安裝支架相關的零件有卷收器組件、后側圍內板防水薄膜等,某微車在總裝后存在第三排座椅安全帶下飾板松脫較嚴重的情況,本文重點從下飾板松脫問題,找出問題所在并提出相關解決方案。
1 卷收器安裝支架的功能
卷收器安裝支架用于安裝卷收器本體,卷收器的安裝方式不同,支架結構類型不同,目前安全帶卷收器有單點式固定和雙點式固定兩種,單點式固定和雙點式固定的區別就是卷收器組件的安裝點數量不同,從成本上考慮,某些微車常采用是單點式固定方式,單點式固定對卷收器安裝支架的要求更加嚴格,卷收器支架既要能滿足卷收器組件的安裝要求,又要能滿足現有的焊接工藝,同時成本、重量上也有一定的輕量化要求,某微車所采用的卷收器安裝支架為1.5mm料厚的SPCC材質,所選用的材質和料厚要求能否滿足強度、剛度要求,支架本體需CAE的虛擬仿真分析,分析內容大致為常規工況及螺栓擰緊過程中施加一定扭矩的強度、模態等。
2 故障問題調查
為滿足出口車法規要求,出口車后側圍上內板焊合件需增加第三排安全帶固定點,即增加第三排后安全帶上加強板焊合件和第三排后安全帶卷收器支架合件,質量部反饋每天約有10臺車存在第三排座椅安全帶下飾板松脫的問題,對比故障車與合格車輛,發現安全帶Y向內偏,與安全帶下飾蓋磕碰,導致下飾蓋松脫。現場驗證將一個合格安全帶互換到故障車上,故障重現,進而發現安全帶卷收器安裝支架亦Y向內偏(圖1)。
排除了人工操作、產品尺寸精度和零件焊接工裝定位精度等原因,我們分別從鈑金結構、安全帶下飾板結構和焊接工藝設備著手調查,經過長期的生產車間現場跟蹤及產品調研分析,得出以下幾點原因分析。
圖1 安全帶卷收器安裝支架Y向內偏
2.1 焊槍方面原因分析
焊接安裝帶卷收器安裝支架時,車間使用的焊槍型號是C25-2119,該焊槍焊接需要35mm的間隙(圖2),而側圍內板焊合件與側圍外板X向的間隙不足26mm,焊槍在焊接過程中碰歪第三排安全帶卷收器安裝支架(圖3),導致安全帶卷收器安裝支架在完成裝配后Y向偏離,從而出現第三排座椅安全帶裝飾板松脫現象。
圖2 C25-211焊槍結構 圖3 焊槍與支架干涉
2.2 安全帶方面原因分析
對故障車第三排安全帶進行分析:對比故障車安全帶與合格安全帶未發現差異,故障車更換安全帶后,故障重現。對安全帶進行尺寸測量,結果符合設計要求(見圖4)。
圖4 安全帶尺寸分析
2.3 安全帶裝飾蓋原因分析
對故障車拆下的第三排安全帶下飾板進行分析。
(1)零件使用的材料為改性PP,符合設計要求。(2)隨機抽取1件庫存零件進行耐沖擊實驗,沖擊試驗要求制品在-40℃環境中放置4h,用350g鋼制落錘自1m高度對剛性支撐的任意表面進行落球沖擊,試驗結果合格(見圖5)。(3)第三排座椅安全帶下飾板結構,裝飾蓋有4個卡腳,我們對4個卡腳進行加熱試驗,驗證溫度對卡腳的影響,4個卡腳烤10分鐘,卡腳溫度達到50°,裝車后裝飾蓋保持力沒有變化,溫度對安全帶裝飾蓋保持力沒有影響。但安全帶裝飾蓋卡腳底部為直角,卡腳處應力集中,導致卡爪斷裂(圖6)。
圖5 安全帶裝飾蓋耐沖擊實驗報告
圖6 安全帶裝飾蓋結構及卡爪斷裂情況
3 相關解決方案
經過調查分析,導致第三排座椅下飾板松脫的原因為安全帶卷收器安裝支架Y向距離與焊槍干涉,該支架在Y向變形影響飾板裝配的穩定性;安全帶下飾板卡腳底部為直角,卡腳處應力集中,導致卡爪斷裂,針對這些問題,總結出解決措施為更改卷收器安裝支架及與之匹配的安全帶組件、優化安全帶下飾板直角卡爪結構。
3.1 更改安全帶卷收器安裝支架
調查分析卷收器安裝支架的Y向與焊槍干涉,通過優化卷收器安裝支架的Y向距離,達到產品改進要求,安全帶卷收器安裝支架更改,材料(SPCC)、料厚(t=1.5mm)不變,上部翻邊在Y向優化11mm(圖7),同時相應的左/右后卷收器組件做匹配更改(圖8)。
圖7 卷收器更改示意,綠色為老狀態結構,粉色為新狀態結構。
圖8 卷收器組件更改示意
3.2 更改第三排安全帶下飾板
第三排安全帶下飾板由于卡腳處為直角,存在應力集中,通過優化該處直角,拐角處倒圓,消除應力集中,兩筋位加高至與R角平齊(圖9)來消除飾板裝配松脫問題。
圖9 安全帶飾板更改示意
4 CAE分析驗證
更改后的卷收器安裝支架強度和剛度是個很重要的指標,我們用Hyperworks、NASTRAN進行CAE分析,分析工況為X向5g加速度,Z向-1g加速度;Y向7g加速度,Z向-1g加速度;Z向-10g加速度,分析結果表明,支架結構優化前強度為73Mpa,結構優化后強度有較大的改善(圖10),但支架的剛度卻有所降低,支架Y向偏置11mm,相當于在原有結構基礎上形成了一個“懸臂梁”結構,在螺栓軸線方向加50N.M的扭矩,計算在打扭力時第三排排安全帶卷收器安裝支架剛度(圖11),在加載50N情況下,支架的最大位移量由0.46mm變更為1.291mm,卷收器最大位移應以小于1.8mm為目標,卷收器安裝支架結構優化后在50N加載扭矩的位移量滿足產品設計要求。
圖10 卷收器支架更改前后最大應力值情況
圖11 卷收器支架更改前后最大位移情況
5 實車驗證
改進方案實施后,現場質量工程師負責跟蹤新方案實施情況,對下線前100輛車進行跟蹤驗證確認新方案實施有效,通過產品的結構優化,消除第三排座椅安全帶下飾板松脫問題,根本上消除了因產品設計問題而導致客戶抱怨的潛在風險。
6 結語
對于安全帶卷收器安裝支架,前期開發過程中一定要與安裝支架裝配的區域進行多次有效的溝通確認,同時要求工藝在前期參與評估,在現有焊接設備的情況下盡量不把產品設計過于復雜,但需保證產品性能滿足相關要求,目前某客車安全帶下部卷收器趨于平臺化,卷收器安裝結構在滿足某車型要求的情況下可以很好的完成產品的沿用,減少設計驗證成本的同時也能滿足產品開發需求,同時由于在開發此款微車時,對于安全帶卷收器安裝支架只分析了零件在加載一定扭矩情況的位移量,而缺失強度和模態的仿真分析,此問題給以后車型卷收器安裝支架的設計提供了很好的參考范例,同時后續車型卷收器安裝支架也增加了強度和模態的仿真分析。
參考文獻
[1] 郭竹亭.汽車車身設計(上、下)[M].吉林科學
技術出版社,1992.
[2] (美)莫維尼,王崧(譯).有限元分析ANSYS
理論與應用(第二版)[M].北京:電子工業出版
社,2005.
作者簡介:鐘能財(1986—),男,江西興國人,上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心助理工程師,研究方向:汽車車身設計。