鐘志良，張榮生，丁華，馮擎峰

(吉利汽車研究院，浙江杭州 311228)

汽車零件限位結(jié)構(gòu)簡述

鐘志良，張榮生，丁華，馮擎峰

(吉利汽車研究院，浙江杭州 311228)

強(qiáng)調(diào)了為單點(diǎn)固定零件設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)的必要性，簡述了各種限位結(jié)構(gòu)的形式和特點(diǎn)，總結(jié)了限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)。

汽車零件；限位結(jié)構(gòu)

Abstract:The necessities of limit structures for automotive parts with only one assembly point were emphasized. The forms and characteristics of various limit structures were sketched, and the matters needing attention when designing limit structures were summarized.

Keywords:Automobile parts ;Limit structure

0 引言

物體在空間具有6個自由度，即沿X、Y、Z軸的移動和繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動。要確定物體在空間的位置，必須限制其自由度[1]。當(dāng)汽車零件只有一個固定點(diǎn)時(shí)，需設(shè)置適當(dāng)?shù)南尬唤Y(jié)構(gòu)，以保證零件裝配位置的一致性。限位結(jié)構(gòu)也可以視為零件定位系統(tǒng)的一部分，其本質(zhì)是約束了零件的一個或幾個自由度。以下即對各種限位結(jié)構(gòu)的形式和特點(diǎn)作一簡要描述。

1 限位結(jié)構(gòu)簡述

1.1 鉤-孔限位

鉤-孔限位結(jié)構(gòu)在汽車零件設(shè)計(jì)中最為常見，它只需在安裝零件上設(shè)計(jì)一個彎鉤，在載體零件上設(shè)計(jì)一個圓孔、長圓孔或長方孔，彎鉤與孔在旋轉(zhuǎn)方向上的單邊間隙為0.5 mm。該結(jié)構(gòu)典型的應(yīng)用為汽車線束的搭鐵，如圖1所示。擰緊螺栓時(shí)，搭鐵將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)彎鉤右側(cè)與孔邊緣接觸時(shí)，旋轉(zhuǎn)無法繼續(xù)，從而起到防轉(zhuǎn)作用。由于長圓孔或長方孔與彎鉤的接觸面積大，因此其限位的可靠性優(yōu)于圓孔結(jié)構(gòu)。除了裝配時(shí)限位，鉤-孔結(jié)構(gòu)在使用過程中還能起到一定程度的防松作用。

1.2 單鉤-外形限位

單鉤-外形限位實(shí)際上是特殊形式的鉤-孔限位，它多利用載體零件的直邊進(jìn)行限位，如圖2所示，或者利用載體零件的外輪廓進(jìn)行限位，如圖3所示。圖2所示結(jié)構(gòu)可以起到一定的防松作用，圖3所示結(jié)構(gòu)無法防松。

1.3 雙鉤-外形限位

雙鉤-外形限位從某種程度上說是一種過定位的結(jié)構(gòu)，它多約束了一個繞螺栓軸向旋轉(zhuǎn)的自由度。雙鉤-外形限位雖然比單鉤-外形限位增加了材料成本和加工成本，但由于其在限位、防松可靠性方面的優(yōu)勢，依然在汽車零件中較為常見，如圖4—5所示。

1.4 外形限位

當(dāng)載體零件無法開孔，或安裝零件難以設(shè)計(jì)鉤狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行限位時(shí)，常在安裝零件上設(shè)計(jì)一處與載體零件貼合的小支架，利用該支架進(jìn)行限位，如圖6所示。在外形限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，需要將安裝零件繞安裝點(diǎn)軸線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以觀察限位的效果。

1.5 凹槽限位

凹槽限位多用于安裝支架為長方形的零件，它是指在載體零件上設(shè)計(jì)一內(nèi)凹結(jié)構(gòu)進(jìn)行限位，如圖7所示。由于該結(jié)構(gòu)中安裝面與限位邊過渡處有一圓角，限位效果不理想。為保證限位效果，內(nèi)凹結(jié)構(gòu)可以改進(jìn)為翻邊切口結(jié)構(gòu)，利用切口邊緣進(jìn)行限位，如圖8所示。

1.6 銷-孔限位

銷-孔限位常見于注塑小零件，其原理與鉤-孔限位相似，如圖9所示。該結(jié)構(gòu)可將銷孔設(shè)為主定位，螺釘孔設(shè)為副定位；或者反過來，螺釘孔設(shè)為主定位，銷孔設(shè)為副定位。由于裝配時(shí)，銷先于螺釘進(jìn)入，因此，將銷孔設(shè)為主定位較為合理。

1.7 軟管類零件限位

與硬管不同，軟管類零件即使在同一零件上設(shè)計(jì)了多個固定點(diǎn)，每個固定點(diǎn)還是需要設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)，否則很容易導(dǎo)致零件扭曲。軟管類零件可以根據(jù)實(shí)際情況選擇以上任何一種限位結(jié)構(gòu)，圖10選用的是鉤-孔限位結(jié)構(gòu)。

2 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

2.1 限位形式的選擇

通常情況下，金屬零件根據(jù)限位可靠性按以下順序選取限位形式：鉤-孔限位、雙鉤-外形限位、單鉤-外形限位、凹槽限位、外形限位；注塑零件優(yōu)先選用銷-孔限位并將銷孔設(shè)為主定位。在選用鉤-孔限位、銷-孔限位等結(jié)構(gòu)時(shí)，需在鉤、銷的前端設(shè)計(jì)一定長度的導(dǎo)入結(jié)構(gòu)。

2.2 限位結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)

除銷-孔限位優(yōu)先選用銷孔為主定位外，其余限位結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)以固定孔為主定位。此外，限位結(jié)構(gòu)的料厚也需注意。如圖11所示，電動真空泵連接管路一支架選用單鉤-外形限位與左隔振墊總成共點(diǎn)裝配，該點(diǎn)使用10.9級M10的螺栓，設(shè)計(jì)扭矩為(75±5) N·m，而支架厚只有1 mm，在打緊大扭矩時(shí)，支架將變形甚至折斷。若電動真空泵連接管路無法找到其他固定點(diǎn)，則該處支架需加厚至2.5 mm以上，同時(shí)需要增加支架限位鉤的寬度。

2.3 限位效果的模擬

當(dāng)限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)當(dāng)將3D數(shù)模繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，以確定限位效果，防止出現(xiàn)假限位或限位不良的情況。圖6中的外形限位結(jié)構(gòu)若設(shè)計(jì)在A處，則無限位效果。

3 結(jié)束語

為保證一致性，所有汽車零件均要設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)，常見的方式有一面兩銷定位和邊界定位，部分剛性差的零件還要設(shè)計(jì)過定位。當(dāng)零件只有一個固定點(diǎn)時(shí)，需設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)以使零件自由度約束完全，從而保證裝配的一致性。

【1】 周金濤．RPS在儀表板總成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．汽車技術(shù)，2010(7)：42-46．

BriefIntroductiontoLimitStructuresofAutomobileParts

ZHONG Zhiliang, ZHANG Rongsheng, DING Hua, FENG Qingfeng

(Geely Automobile Research Institute, Hangzhou Zhejiang 311228,China)

2014-05-26

鐘志良(1981—)，男，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向?yàn)檎囍圃旃に?。E-mail：zhongzhiliang@rd.geely.com。