歐陽帆

Ou Yangfan

（同濟大學 機械與能源工程學院，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)計公差的全景天窗主密封條壓縮量的研究

歐陽帆

Ou Yangfan

（同濟大學 機械與能源工程學院，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定非常關鍵。壓縮量設定過小時，密封條無法發(fā)揮正常功能；壓縮量設定過大，則可能造成天窗開啟關閉過程中產(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；累計公差

0 引 言

近10年來，我國汽車市場飛速發(fā)展，每年上市銷售的各類改款及全新乘用車型多達數(shù)百種，市場擴大的同時，各整車廠商之間的競爭也日趨激烈。

天窗作為增加整車舒適性的一項外飾類功能零件，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，是天窗上的關鍵零件。密封條與周邊環(huán)境件的壓縮量設定至關重要，該值若設定不當，密封條不僅無法起到上述作用，甚至還會發(fā)生密封條外觀起皺，天窗關閉或開啟時產(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定，并以某款OSR上的主密封條為例，分析統(tǒng)計公差在該密封條與周邊零件壓縮量設定上的應用。

1 累計公差尺寸鏈的計算方法

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算目標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：

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)計公差法

統(tǒng)計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（一般不少于 3個環(huán)）的情況下，利用各獨立的正態(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立的）來計算目標尺寸的公差。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，當各零件都處于最惡劣的情況時總成零件出現(xiàn)較低的、可以接受的不良率。主要有以下幾點：

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）當各環(huán)的基本尺寸均為尺寸統(tǒng)計值的中值情況時，封閉環(huán)公差為各環(huán)公差平方和的算術平方根。

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，不同的安裝方式會造成決定主密封條壓縮量公差的裝配尺寸鏈的各個環(huán)不同。主密封條裝于天窗框架（導軌為天窗框架一部分）上時（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（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零件的裝配關系

不同安裝方式造成天窗相對車頂窗框的位置公差不同。OSR的前玻璃是裝在運動機構(gòu)的連桿上，運動機構(gòu)在天窗導軌內(nèi)滑動以實現(xiàn)天窗前玻璃的起翹和開閉。在計算主密封條與前玻璃總成的接觸壓縮量的公差尺寸鏈時，各組成環(huán)是從前玻璃總成到運動機構(gòu)件，然后到導軌，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個壓縮量結(jié)合統(tǒng)計公差的設定方法。

圖4 斷面A-A（天窗導軌位置處斷面）

封閉環(huán)基本尺寸的計算，可以在應用CAD軟件時，在3D模型中直接量取或事前設定，產(chǎn)品開發(fā)工程師通常關注如何確定封閉環(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（設計名義值）是否設定合理。

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零件的裝配關系，其組成環(huán)為6個，見表1。 mm

表1 主密封條外側(cè)泡與車頂翻邊壓縮量計算

采用極值公差計算，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；最大壓縮量達到4.55 mm，在此壓縮量下，密封條對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)計公差計算，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尺寸鏈中的封閉環(huán)，根據(jù)天窗各相關零件的裝配關系，其組成環(huán)為13個，見表2。了解其組成環(huán)的公差分布后，可以計算出該封閉環(huán)的公差分布。根據(jù)極值法計算，其尺寸為1.9±3.5 mm；根據(jù)統(tǒng)計法計算，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算mm

采用極值公差計算，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，會產(chǎn)生漏氣、漏光等問題，此值不可接受；最大壓縮量達到5.4 mm，此時，不僅密封條回彈力很大，且此側(cè)密封條海綿膠與密實膠間隙只有6.4 mm-5.4 mm =1 mm（如圖5所示），這會造成天窗總成前玻璃開啟和關閉力很大，且容易產(chǎn)生摩擦異響。采用統(tǒng)計公差計算，壓縮量在0.67～3.13 mm（1.9±1.23 mm）間，無上述問題。

在用極值法計算主密封條兩側(cè)壓縮量公差時要解決上述問題，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，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。當封閉環(huán)公差要求較高，組成環(huán)較多時，各個組成環(huán)公差勢必很小，這會對加工精度要求提高，增加制造成本。

采用統(tǒng)計方法計算的封閉環(huán)公差比用極值法計算出的要小，因此其允許更大的制造公差，在制造成本上更經(jīng)濟，可以引入安全系數(shù)來達到制造成本和風險的平衡，采用統(tǒng)計法時要確保特征符合規(guī)律分布和具有獨立性的條件。理論尺寸和公差可輸入到電子表格中進行疊加計算。

在制造過程受控且穩(wěn)定的條件下，零件加工時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)。多個零件在裝配時，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)計公差方法求解零件的尺寸公差在現(xiàn)實生產(chǎn)中具有合理性，但如果零件的生產(chǎn)數(shù)量小，沒有達到批量生產(chǎn)的條件，不滿足零件100%互換性一般要求時，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行分析。

[1]蔡延波，曹增強，李志成. 復雜裝配尺寸鏈的分析計算[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]. 機械研究與應用，2010（1）：61.

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

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

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

[6]張宇. 面向質(zhì)量目標的統(tǒng)計公差應用概述[J]. 機械工業(yè)標準化與質(zhì)量，2012（10）：15-18.

[7]崔慶泉. 轎車尺寸同步工程實施綜述[J]. 機械研究與應用，2013（6）：191-194.

[8]田鳳榮，徐晶才，李瑞生，等. 尺寸工程在內(nèi)飾件設計中的應用[C]. 沈陽科學學術年會，2013.

[9]周清華. 尺寸鏈分析技術及其在車身開發(fā)中的應用[C]. 中國汽車工程學會年會，2013.

[10]李廣利. 在尺寸鏈中統(tǒng)計公差的目標設計[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

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