門護板緊固件的設計策略

張超

神龍汽車有限公司，湖北武漢 430056

0 引言

門護板作為汽車內飾件的重要組成部分，具有包覆金屬門板，提供滿足人機工程、舒適性、功能性和方便性的優美外觀的功能。門護板總成安裝主要靠卡扣和螺栓連接。門護板需要安裝在車門鈑金、拉手支架等環境件；內開啟手柄、小揚聲器喇叭、開關面板等環境件需要安裝在門護板上，而安裝就需要螺栓、螺母、塑料卡扣等緊固件緊固。緊固件的優選策略保證了緊固的有效和可靠，不會產生外觀和功能缺陷。

1 可拆卸式塑料卡扣

1.1 可拆卸式塑料卡扣的分類

卡扣的結構和分類如圖1所示。

圖1 卡扣的結構和分類

卡扣作為塑料緊固件的一種，有別于傳統的螺紋緊固件機械連接，其主要通過彈性變形卡入裝配孔，裝入后卡扣回彈與孔形成過盈配合實現固定連接。可拆卸式塑料卡扣的結構最前面為錐形頭，錐形頭卡入鈑金孔中；中間為帶密封圈的盤，其密封圈用于密封鈑金孔，防止鈑金孔漏水到門護板內部；連接密封圈盤和尾部法蘭盤的是中間軸，尾部法蘭盤和密封圈盤中間間隙卡在卡扣基座上面，卡扣基座焊接在門護板本體上。可拆卸塑料卡扣根據尾部法蘭盤的結構不同分尾部彈性大法蘭盤型和尾部小法蘭盤型。

1.2 可拆卸式塑料卡扣的優選

尾部彈性大法蘭盤型和尾部小法蘭盤型卡扣的定位原理是不同的。尾部彈性大法蘭盤型的主要特征是其尾部法蘭盤由4個薄壁的彈性爪均布而成，每個彈性爪外端有圓弧結構，4個圓弧結構圍成一個外圓與基座大法蘭盤內孔形成軸孔配合，如圖2所示。由于彈性爪具有彈性，當錐形頭與鈑金孔中心線不在一條直線時，只要錐形頭的頭部可以插入鈑金孔的邊緣，在錐形頭進入的過程中，卡扣的尾部法蘭盤受到作用力，壓縮彈性爪，使其往同心的方向移動，實現其自定心的作用。另外，由于大法蘭盤的彈性爪的彈性緩沖作用，在振動環境下，彈性的大法蘭盤可以起到緩沖降噪的作用。

圖2 卡扣的定位原理

尾部小法蘭盤的定位原理是利用卡扣的中間軸和基座的中間軸內孔形成軸孔間隙配合，如圖2所示，間隙配合的作用也是為了其自定心作用。而軸和孔是小間隙配合，在振動環境下，軸與孔的磕碰容易產生噪聲。另外，在設計時要考慮重力的影響，卡扣在卡扣座上面，由于受到重力作用，卡扣會往下沉，中間軸的下端外圓會與卡扣基座中間軸內孔下端的內孔相切接觸。還要設計成不對中狀態，預留一個下沉量，如下沉量設計不合理，會在后面造成卡扣與鈑金孔的不對中。

綜上所述，在選用門護板可拆卸卡扣時，為了避免異響噪聲和卡扣與鈑金孔不對中的風險，優先選擇使用尾部彈性大法蘭盤型卡扣。

1.3 可拆卸式塑料卡扣座的優選

卡扣座位于門飾板B面，與卡扣相連，根據不同用途其結構的設計也不同。卡扣座的作用是給可拆卸式塑料卡扣提供支撐和固定作用，同時防止卡扣從卡扣座中脫出,一般設計有防脫出結構。

防脫結構有兩種結構設計：①在卡扣脫出方向設置防脫凸點；②設置防脫倒鉤。結構設計如圖3所示。

圖3 兩種防脫結構設計

防脫凸點是在脫出方向設置擋點，將卡扣在防脫方向擋住，為了安裝方便防脫凸點的高度不宜太高，太高會擋住卡扣往里安裝，設計成合適的高度，卡扣在安裝時，克服凸點的摩擦阻力作用，進入卡扣座正確的位置。而防脫倒鉤則是設計了一個薄壁的斜條倒鉤，它是彈性的結構，在安裝時，卡扣往里推，壓著防脫倒鉤，防脫倒鉤產生彈性變形，便于卡扣進入卡扣座。當卡扣進入卡扣座正確的位置時，防脫倒鉤不再受壓力，恢復到原來的位置，其前端抵住卡扣的中間軸，防止卡扣脫出。

防脫凸點卡扣座由于凸點的高度不好把握：凸點高了，卡扣裝入卡扣座困難；凸點低了，卡扣從卡扣座中的脫出力太小，卡扣容易在門護板運輸和取放料過程中從卡扣座中脫出掉落，鈑金孔沒有卡扣的密封圈密封作用會產生淋雨檢查漏水的缺陷。因此設計卡扣座防脫時，優先選擇防脫倒鉤結構。

2 防撞卡扣

2.1 防撞卡扣的結構

防撞卡扣是門護板和鈑金的重要連接件。增加門護板緊固強度的防撞卡扣在車門側碰中起到連接和緩沖作用，防止汽車側碰時，門護板的塑料卡扣的脫出而導致的門護板與乘員發生碰撞。主要由卡扣、卡扣基座、拉環插銷型卡夾等組成，如圖4所示。

圖4 防撞卡扣的組成及局部放大圖

2.2 防撞卡扣的安裝及工作原理

防撞卡扣的安裝及工作原理如圖5所示。

圖5 防撞卡扣的安裝及工作原理

由圖5可知，防撞卡扣安裝過程及工作原理為：卡扣座安裝在車門鈑金上,由彈性鋼絲折彎而成的拉環插銷型卡夾橫插入卡扣座的孔槽中。卡扣大、小法蘭盤安裝在門護板的卡扣基座上，卡扣基座焊接在門護板本體上。安裝門護板時，卡扣的錐形頭插入卡扣座的孔并撐開拉環插銷型卡夾兩個半圓形組成的圓孔，兩個半圓形的彈性鋼絲越過錐形頭的末端后，卡緊卡扣的中間軸，因兩個半圓形組成圓孔的直徑小于卡扣的中間軸的直徑，卡扣的中間軸的直徑小于錐形頭末端的直徑，鋼絲夾住中間軸的中間位置。在側碰時，撞擊和沖擊力大于門護板白色塑料卡扣的脫出力，防撞卡扣往外脫出時，其拉環插銷型卡夾的兩個半圓形鋼絲移動到錐形頭的末端臺階端面并緊緊箍住卡扣，從而防止門護板彈開、脫出，虛線的卡扣代表側碰時的狀態。另外，在側碰過程中，卡扣被鋼絲夾住，在這兩個位置來回高頻震蕩吸能，減少碰撞能量對乘員的傷害。當需要拆下門護板時，使用鋼絲鉤子鉤住外拉環插銷型卡夾的拉環，拉環插銷型卡夾由于具有彈性，其兩個半圓形的鋼絲部分在中間軸中被撐開，從卡扣基座中脫出。

2.3 防撞卡扣的定位原理

卡扣座的定位原理為：基座的軸和鈑金的孔形成軸孔配合定位，定位精度按照軸孔的配合公差計算。

防撞卡扣的定位原理為：大法蘭盤外端有6個“手槍形”的厚度為3 mm的薄壁爪。6個薄壁爪的外端圓弧構成一個圓。由于薄壁爪是塑料材質，其構成一圈為彈性爪，彈性爪外圓與卡扣基座的內孔配合，形成軸孔配合定位。大法蘭盤外圈是彈性爪，其可以在卡扣脫出方向移動，以防止其脫出；小法蘭盤和卡扣基座的配合面有兩個凸臺作為擋塊，限制其脫出，此外其在脫出方向上的定位。防撞卡扣的定位原理如圖6所示。

圖6 防撞卡扣的定位原理

2.4 防撞卡扣基座的優選

防撞卡扣基座設計有兩種。一種是普通的基座，另一種是在普通基座上面增加了爪子和筋，如圖7所示。增加了兩個爪子，兩個爪子形成一個V型定位機構，將卡扣限定在原位，不讓其向脫出方向移動，保證其滿足與鈑金卡扣孔的同軸度要求。加筋的作用是使得防撞卡扣和基座產生過盈配合，防止卡扣在向的間隙產生竄動導致異響。普通基座容易產生防撞卡扣不對中和向竄動噪聲的缺陷，因此，優先選擇帶爪子和筋的防撞卡扣基座。

圖7 防撞卡扣基座結構的對比

3 拉手螺栓

3.1 拉手螺栓的分類

目前市場主流門護板拉手盒位置的固定方案：以金屬支架或塑料支架為中間連接件，將拉手盒和鈑金進行連接，以實現門護板拉手盒位置的門護板的固定，達到滿足強度的要求和拉手盒長期操作耐久要求。通過螺栓將門護板的拉手前蓋板以及地圖袋連接在拉手支架上面的簧片螺母上面，塑料拉手支架通過卡接卡在鈑金上，其結構如圖8所示。

圖8 拉手螺栓結構

連接拉手支架和門護板拉手的螺栓有3種：帶墊片的外六角螺栓、普通T30螺栓、大頭T30螺栓，如圖9所示。

圖9 3種螺栓

普通T30螺栓的螺栓頭比較小，因此支撐面積較小，使用規定扭矩的電動扳手有可能把門護板打出豁口，使得螺釘頭陷入門護板的夾層中,如圖10a所示。而帶墊片的外六角螺栓在電動扳手套筒套住外六角頭旋轉時，套筒端頭壓著墊片產生的旋轉摩擦扭矩，將墊片表面的黑色漆磨掉，顯示出白色的金屬亮點，造成外觀質量缺陷，如圖10b所示。綜上所述，優先選擇大頭T30螺栓作為拉手支架的緊固件。

圖10 普通T30螺栓和帶墊片的外六角螺栓的缺陷

3.2 拉手螺栓的支撐結構優選

拉手支架支撐結構如圖11所示。

圖11 拉手支架支撐結構

螺栓通過拉手支架的簧片螺母將門護板的拉手前蓋板和地圖袋連接在一起，拉手前蓋板和地圖充當其支撐結構。如圖11a所示，支撐結構僅在地圖袋上有兩個豎直方向的筋，豎直筋內部是中空結構，螺栓擰緊后，會將中空結構的沒有支撐的拉手前蓋板表面層壓潰，螺栓頭陷入拉手前蓋板和地圖袋的夾層中，使得螺栓不能被拆卸下來，影響其使用功能。如圖11b所示，則是在地圖袋兩個豎直筋中間增加了圓環筋及輻條筋，這樣在中空結構區域有筋的支撐作用，螺栓就不會將前蓋板表面層壓潰。

4 內開啟手柄卡扣

4.1 內開啟手柄卡扣的分類

內開啟手柄掛在鈑金上面，門護板安裝在鈑金上時，門護板的內開啟手柄定位銷插入內開啟手柄的定位孔里面實現定位，門護板的內開啟手柄卡扣卡入內開啟手柄的卡接孔里面實現卡接。其卡扣結構可以分為兩個半箭頭型和封閉錐頭型兩類，結構如圖12所示。

圖12 內開啟手柄卡扣結構

4.2 內開啟手柄卡扣的優選

由于內開啟手柄和門護板的相對位置有誤差，兩個半箭頭型卡扣在和內開啟手柄卡接的過程中，其中的某一個箭頭卡扣和內開啟手柄發生碰撞，造成其從根部折彎從而不能卡接到位，導致兩者間隙大的質量缺陷，如圖13所示。由于封閉型的卡扣為對稱的一個封閉的整體，其卡扣強度很高，不容易發生折彎。因此，優先選擇封閉錐頭型卡扣。

圖13 兩個半箭頭型卡扣根部折彎

5 結束語

門護板的緊固件為門護板和其環境件連接的重要零部件或結構。在設計中，若選用了不可靠的結構或型號，通常會造成緊固件的失效或功能外觀質量問題。本文介紹了門護板的大部分緊固件及其結構，通過失效模式分析，對每種緊固件及其結構做出最優的選擇，為汽車行業門護板的設計者提供經驗反饋和設計參考。優選的設計策略對同行具有很好的借鑒意義。