淺談線束尺寸鏈及公差設計方法

劉 毅，余富業(yè)，馬 良

（1.一汽奔騰轎車有限公司奔騰開發(fā)院，吉林 長春130012；2.長春市燈泡電線有限公司產品開發(fā)部，吉林 長春130012）

1 線束尺寸鏈介紹

整車線束有千余個線束尺寸標注，這些尺寸之間存在相互聯(lián)系并按一定順序形成了若干個封閉的尺寸組合，稱為線束尺寸鏈。

整車電線束開發(fā)設計過程中，影響線束裝配的重要一環(huán)就是線束的尺寸鏈設計。線束貫穿整車，有電氣裝備的地方就有線束，線束的尺寸鏈設計直接影響到線束的裝配性及可靠性。如果線束尺寸鏈設計得好，則裝配后的線束一致性好，可靠性高；如果線束尺寸設計不合適，線束裝配后很難保證一致性，整車電氣可靠性也會受到影響，可能會有磨損線束的風險，甚至對行車安全產生不良影響。

2 線束尺寸鏈及公差設計

按照ISO 26262中提出的整車開發(fā)V字模型和線束實際開發(fā)流程，線束的尺寸鏈設計可概括為4個步驟。

2.1 線束3D數據設計

利用整車環(huán)境數據，完成整車電線束的3D數據設計，其中包括線束拓撲設計、整體布置、外徑設計、外保護、連接器及定位件等物料選型、運動部件間的線束包絡設計、線束裝配空間確認等。完整、準確的線束3D數據設計方案是保證線束尺寸鏈設計精度的前提。

2.2 線束尺寸鏈設計

線束尺寸鏈設計是線束圖紙綜合生成過程中的重要環(huán)節(jié)。通過CATIA的3D數據，導入到CHS或CATIA的工程圖紙中，實現線束尺寸數據的轉換。在得到初版的線束圖紙后，根據設計方案及裝車驗證情況，對線束尺寸標注進行優(yōu)化，實現尺寸閉環(huán)，建立各尺寸間的關聯(lián)性，形成尺寸鏈。

2.3 線束尺寸鏈核算及公差設定

在得到線束圖紙后，根據極限公差和設計要求，對線束圖紙上的尺寸鏈逐一核算確認，確保在公差范圍內的產品滿足設計要求。特別是，對車內空間小、尺寸精度要求高或裝配性要求高的位置，一般會額外設定尺寸鏈及公差要求，以保證線束產品的裝車狀態(tài)。

1）對單一分支上的尺寸鏈，存在如下關系：設線束總長度為L總，分為N段，每段長度為L1、L2…LN，L總對應的公差為Δ，L1的公差為Δ1，L2的公差為Δ2…LN的公差為ΔN，則有：

即尺寸鏈的總尺寸為各分段尺寸之和，各分段尺寸與公差之和不能超過總尺寸與公差之和。

2）線束主干外徑通常較粗，主干上分支點的相對位置會受到主干尺寸及公差的影響。因此在尺寸鏈核算時，應注意對線束分支點的位置偏差的檢查。

如圖1所示，設線束主干尺寸為L，公差為Δ，在主干上有分支點N，分支點N兩側的尺寸為L1和L2，對應公差為Δ1和Δ2，在線束主干走極限偏差時，分支點N垂直主干的偏移量為ΔN，分支點N兩側的尺寸為X、Y，則有：

圖1 主干尺寸鏈對分支點的影響

在此情況下，當L1=L2時，將出現偏移量ΔN的極大值，此時：

綜上，點N的偏移量與線束主干的長度、主干公差和點N位置有關，如果L=200mm，公差按表1所示，則ΔNMAX=32.02mm，遠超過設計公差要求，而點N處的線束分支也會發(fā)生同樣距離的偏移。

表1 某主機廠的尺寸公差要求

即主干的尺寸鏈設計會影響分支點的偏移量，而進一步影響分支整體位置。

3）通過前面論述，線束的尺寸鏈和公差、主干與分支點的尺寸鏈及公差設計都會影響線束產品的裝配狀態(tài)，裝配后的線束在整車中處于立體空間內，更會在空間中發(fā)生偏移。線束通過定位件及支架等實現自身的固定，因此定位件和支架的尺寸鏈設定也非常重要。

設計定位點間的尺寸鏈，既要充分考慮線束在極限偏差下，定位點的偏移量，同時又要避免出現公差累積，防止小公差累積成大公差，最終出現定位點錯位的情況。

例如某段線束上的定位點位置如圖2所示。

圖2 帶累積公差的定位點尺寸示意

按表1所示的定位點公差，則在各尺寸都走上偏差的情況下，L4的偏移公差可達到15mm，加上自身尺寸公差，最大偏移可達20mm，遠超設計要求。

因此，要設定合理合適的尺寸測量方式，消除累積公差。

將圖2的線束定位點尺寸標注換一種形式，即可消除累積公差，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的定位點尺寸示意

圖3 中，測量尺寸和尺寸數量沒有變化，但在實際生產中，這種標注尺寸會消除公差累積，同時大大降低每個尺寸的實際公差產生，進一步提高設計精準度。理論上每段尺寸都是±5的公差，而實際上4段尺寸分擔了±5的公差。

即可通過設定尺寸標注及測量方式消除累積公差。

由于線束是柔性零件，線束裝配后無法保證100%一致，因此線束的尺寸標注及測量點建議選取整車上相對固定的位置，例如車身上的鈑金孔、搭鐵點、電器件的接口、焊接螺柱等精度較高的空間位置，不建議采用線束的分支點、運動部件的某個點作為尺寸測量點。

2.4 設計驗證及優(yōu)化

線束尺寸鏈及公差設計完成后，通過理論核算及實車驗證的方式，實現對線束設計方案的檢驗及優(yōu)化。

理論核算，從3D數據、尺寸鏈及公差設計等維度考慮，充分識別在極限公差下的線束3D數據包絡面，以及在線束公差范圍內產品的實際情況，確認線束與整車環(huán)境數據的關系。

實車驗證，通過實車拆裝線束，檢查線束與整車之間的裝配關系及線束實車狀態(tài)，進一步判斷線束設計的精細程度。

3 影響線束尺寸鏈及公差設計的因素

在電線束的開發(fā)過程中，影響線束尺寸鏈及公差的因素很多，需按實際情況進行判斷，充分考慮設計、生產工藝及整車裝配的相關需求，以實現線束尺寸及公差設計最優(yōu)。

1）狹小空間內的線束尺寸設定要點。在整車電氣裝備日益增多的情況下，理論上線束需求的空間也會越來越大，另一方面整車使用空間的逐漸增大會導致留給線束的空間越來越小。在這種條件下，局部狹小空間對線束尺寸鏈及公差設計提出了更高的要求，在小空間內，線束尺寸應嚴格設定，公差也建議嚴格控制，保證線束裝配后的姿態(tài)與空間符合要求，避免線束尺寸寬泛而出現裝配困難的情況。

2）在運動部件間的線束尺寸設定要點。通常整車上存在部分線束，連接于運動部件間。運動部件間的線束除了設計長度外，要充分考慮運動部件的位置包絡，避免線束在部件運動時受力或拉扯，引起電氣連接不穩(wěn)定。在設計上可以通過對線束數據增加松弛度的方式放寬運動部件間的線束尺寸；或者通過計算運動部件的最遠位置的線束尺寸，再加上線束緩沖運動部件的余量，即為設定長度。

3）裝配在運動部件上的線束的尺寸設定。整車上的運動部件（發(fā)動機、變速器等），存在一定頻率的小幅振動，裝配在運動部件上的線束的尺寸設定應保證線束與運動部件留有安全距離，避免運動部件在振動時與線束發(fā)生相對運動。一般機艙內的線束包絡與運動部件的安全距離應＞25mm，如果受限于布置環(huán)境，則線束包絡與運動部件的安全距離也應大于運動部件最大振幅。

4）線束生產工藝對線束尺寸設定的影響。在生產過程中，線束從物料準備，半成品加工及線束成品組裝，都需要保證線束成品的尺寸要求。主干較粗的線束、線束的分支及折彎處會存在材料損耗，在線束物料準備及生產時要注意損耗量符號設定要求，例如某種導線加工的工藝尺寸余量如表2所示。

表2 導線工藝尺寸余量表

4 常見的幾種尺寸鏈標注方式

合適的線束尺寸鏈標注的方式會直接影響到線束產品設計精確度和線束批量生產時的公差偏向。因此，選擇合適的方法標注線束尺寸鏈，是提高線束成品一致性及消除累積公差的有效方式。

目前常見的尺寸鏈標注方式有如下幾種。

1）如圖4所示，線束尺寸分段標注。線束總長標注尺寸，同時各段也標注尺寸，總長公差和各段公差都要符合設計要求。

2）基于同一測量點的尺寸鏈標注，如圖5所示。使用同一個測量點對多個尺寸進行標注。

3）局 部尺寸缺省標注，如圖6所示。在多個尺寸形成的封閉尺寸鏈中，某一個或多個的非關鍵尺寸可以做缺省處理，利用缺省尺寸調整整體尺寸公差。

4）特 殊公差標注，如圖7所示。對執(zhí)行標準以外的公差要求，在圖紙上可以做特殊標注。

圖4 總長及分段尺寸標注

圖5 基于同一測量點的尺寸鏈標注

圖6 局部缺省尺寸標注

5）不同測量位置的尺寸標注，如圖8所示。對于線束主干外徑較大的位置，線束主干對分支尺寸的影響較大，此時圖紙上的尺寸標注可以約定測量到線束主干內側和測量到線束主干外側。

不同位置的測量點，對于分支長度的精確度有較大影響。

圖7 特殊公差要求標注

圖8 不同測量位置的尺寸標注

5 尺寸鏈及公差應用案例

通過上面的介紹，我們對線束尺寸鏈及公差設計有了一定了解，接下來通過具體案例，來進一步探討合適的尺寸鏈及公差設計在線束開發(fā)中的影響。

某車型的冷卻風扇處的線束固定點經常發(fā)生錯位，導致車間裝配延時。經查閱圖紙，線束在該位置的定位點的尺寸鏈方案如圖9

所示。

上述方案可優(yōu)化的位置有2處：尺寸測量點優(yōu)化，不建議選在線束分支點，因為線束分支點在空間上存在偏差，會放大定位點的位置偏差；冷卻風扇分支右側的2個定位點采用逐段測量的尺寸標注方式，也會加強公差累積效果。

優(yōu)化后的定位點尺寸標注方式如圖10所示。

使用整車位置相對固定的線束搭鐵點作為尺寸測量基準點，同時考慮消除公差累積，對局部尺寸設定小公差，以定位點作為測量點，同時標注線束總長，進一步減少公差累積。

圖9 某車型冷卻風扇定位點尺寸鏈方案

圖10 優(yōu)化后的尺寸鏈

6 結語

本文從線束尺寸鏈及公差設定入手，分享了線束尺寸鏈及公差的設定過程，介紹了影響線束尺寸鏈及公差設計的因素，舉例說明了常見的幾種尺寸鏈及公差標注形式，最后以實例講解說明了尺寸鏈及公差在線束設計中的重要性。

隨著整車裝備的日益增多，線束在整車上的布置也是愈加廣泛，精細度高，裝配性好，一致性好的線束設計規(guī)范，對線束產品的生產制造，整車的裝配及整車的可靠性都有非常重要的意義。希望通過本次的經驗分享，能使大家對線束設計有更深了解及進一步提高，為線束開發(fā)添磚加瓦。