趙富偉 孟娜 張明遠(yuǎn)
(一汽轎車股份有限公司)
隨著人們對(duì)乘用車舒適性、安全性及娛樂性的要求越來越高,更多的電氣設(shè)備及安全系統(tǒng)被使用。這些電氣系統(tǒng)都有接地的要求,即將一個(gè)設(shè)備電路或電氣系統(tǒng)與等電位點(diǎn)或面連接,一般為車身骨架與蓄電池負(fù)極形成回路[1]。乘用車接地不良的現(xiàn)象很容易發(fā)生,例如發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線緊固螺栓松動(dòng)、鐵表面氧化使電阻增大,或者搭鐵線接頭腐蝕使電阻增大,這些都會(huì)造成接觸不良,迫使電流試圖通過另外的回路,引起電壓下降或工作失效[2]。文章介紹了在乘用車設(shè)計(jì)及試驗(yàn)過程中,對(duì)接地螺栓的性能要求及如何對(duì)各類性能要求進(jìn)行有效的驗(yàn)證,從而規(guī)避電氣系統(tǒng)接地失效問題。
乘用車接地是指將一個(gè)電路、設(shè)備、分系統(tǒng)與參考地連接,目的是提供一個(gè)等電位點(diǎn)或面,實(shí)現(xiàn)如下功能:提供一個(gè)電流回路;為模擬傳感器和數(shù)字邏輯電路提供參考電壓;為汽車收音機(jī)的天線提供地網(wǎng);用于屏蔽射頻旁路電流;靜電保護(hù)[3]。
乘用車的接地一般通過電線束的搭鐵端子,與接地螺栓的凸緣面接觸,通過螺栓的螺紋與車身焊接螺母緊密接觸實(shí)現(xiàn)線路的導(dǎo)通。常用的接地緊固件有2種,如圖1所示,一種是蓋形螺母和焊接螺柱組合的接地緊固件,其在安裝搭鐵線束前是組裝在一起的,這種接地緊固件安裝相對(duì)復(fù)雜,表面處理成本高;另一種是將刮屑螺栓螺紋局部更改的緊固件,使用螺栓刮屑端去除車身焊接螺母螺紋的油漆,通過螺栓壓平部分螺紋與螺母螺紋接觸實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。此種接地螺栓成本低、安裝方便且接地效果可靠,文章介紹的是這種接地螺栓的性能要求及試驗(yàn)方法。
圖1 乘用車常用接地緊固件示意圖
接地螺栓的結(jié)構(gòu)為在普通凸緣螺栓的結(jié)構(gòu)上增加螺紋的壓平部分及4個(gè)刮屑槽,如圖1b所示。
乘用車的接地點(diǎn)主要分布在白車身上,電氣零件或系統(tǒng)安裝附近位置,主要布置在前發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)、車身前地板、座椅橫梁及后包裹架等位置。由于白車身必須經(jīng)過電泳漆,與接地螺栓配合的焊接螺母螺紋會(huì)覆蓋電泳漆,因此需要焊接螺栓有刮屑槽去除電泳漆,保證螺栓能順利擰緊。同時(shí)需要螺栓有壓平的結(jié)構(gòu),使接地螺栓和焊接螺母二者螺紋部分產(chǎn)生過盈配合,保證電路導(dǎo)通。裝配后的螺紋配合結(jié)構(gòu)剖面局部放大圖,如圖2所示。
圖2 焊接螺栓螺母剖面局部放大圖
在接地螺栓的設(shè)計(jì)過程中,有4點(diǎn)需要注意:1)刮屑槽的設(shè)計(jì)要保證刮屑和刮漆性能;2)螺紋壓平部分過大、深度過深會(huì)影響接地螺栓的裝配,甚至嚴(yán)重?fù)p壞螺母螺紋,規(guī)格為M6的接地螺栓的壓平深度一般為0.12~0.18 mm;3)接地螺栓長度的設(shè)計(jì)要保證螺栓裝配完成時(shí)壓平部分與焊接螺母螺紋緊密接觸;4)焊接螺母的布置位置應(yīng)保證螺母軸線與水平線垂直,電泳漆不在螺紋牙底堆積,螺母螺紋部分應(yīng)盡量避免噴面漆。
接地螺栓除必須滿足螺栓本身的性能要求,如抗拉強(qiáng)度、表面及芯部硬度、螺紋精度、表面精度及表面處理等,還必須滿足電壓降試驗(yàn)及力矩試驗(yàn)要求。
用接地螺栓將接線端固定在試驗(yàn)樣板上。試驗(yàn)樣板應(yīng)提前焊接好焊接螺母,并進(jìn)行電泳漆及面漆處理。電泳漆厚度為(20±2)μm,面漆厚度為(70±2)μm。接地螺栓的安裝力矩,如表1所示;試驗(yàn)樣板如圖3所示;試驗(yàn)接線如圖4所示,在電源線A端加載電流,在電源線B端測量電流,電流大小為(100±5)mA或(1±0.05)A,使用電壓降測試儀測量電壓降,要求電壓降≤3 mV/A。
表1 接地螺栓試驗(yàn)緊固力矩
圖3 接地螺栓力矩及電壓降試驗(yàn)樣板
圖4 電壓降試驗(yàn)接線示意圖
試驗(yàn)過程應(yīng)注意問題:1)測試使用鋼板,保證螺栓的壓平部分與焊接螺母的端面距離在1.3~1.8 mm;2)螺栓擰緊過程中,接線端不應(yīng)隨螺栓旋轉(zhuǎn),接線端平面要滿足螺栓的安裝要求;3)使用絕緣膠帶纏繞螺栓光桿部分,使測試用鋼板與螺栓之間絕緣;4)接線端、金屬板與測試用鋼板之間要用絕緣紙進(jìn)行絕緣。
按表1中緊固力矩上限值將接地螺栓擰緊,然后松開,重復(fù)4次后按3.1節(jié)測量電壓降,要求電壓降≤3 mV/A;然后用表1中的緊固力矩下限值擰緊,然后松開,重復(fù)4次后按3.1節(jié)測量電壓降,要求電壓降≤3 mV/A。
把安裝好的試驗(yàn)裝置放到35℃的試驗(yàn)箱中,噴灑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液,23 h后在試驗(yàn)箱中靜置1 h。上述步驟為1個(gè)循環(huán),做4個(gè)循環(huán)后,把試驗(yàn)裝置從試驗(yàn)箱中取出,靜置,直至裝置干燥,然后按3.1節(jié)測量電壓降,要求電壓降≤10 mV/A。
1)交變環(huán)境試驗(yàn):把安裝好的試驗(yàn)裝置放在(-35±3)℃的環(huán)境中1 h,然后放在(85±3)℃環(huán)境中1 h,以上為1個(gè)循環(huán),重復(fù)100個(gè)循環(huán)。
2)振動(dòng)試驗(yàn):完成交變環(huán)境試驗(yàn)后,將試驗(yàn)裝置安裝在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上,按要求(如表2所示)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。然后按3.1節(jié)測量電壓降,要求電壓降≤10 mV/A。
表2 接地螺栓振動(dòng)循環(huán)試驗(yàn)要求
接地螺栓的擰緊試驗(yàn)是為了保證螺栓能順利裝配。試驗(yàn)使用六角焊接螺母,試驗(yàn)螺母應(yīng)不經(jīng)過表面處理及潤滑。試驗(yàn)樣板如圖3所示,使用擰緊機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),擰緊速度為3 r/min。得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線,如圖5所示。測量曲線擰緊過程的峰值及谷值,二者差值應(yīng)小于3 N·m。
圖5 接地螺栓擰緊曲線示意圖
乘用車接地設(shè)計(jì)是各類電氣系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ),文章介紹的僅是對(duì)接地螺栓的性能要求及試驗(yàn)方法。新設(shè)計(jì)的接地螺栓一定要進(jìn)行接地性能試驗(yàn),保證接地螺栓質(zhì)量,同時(shí)在整車及電氣系統(tǒng)試制過程中要對(duì)系統(tǒng)的接地性能進(jìn)行確認(rèn),保證接地系統(tǒng)的可靠性。