劉平平

（北京汽車研究總院有限公司）

尺寸工程是在產(chǎn)品開發(fā)過程中，以產(chǎn)品為對象進(jìn)行的定位基準(zhǔn)分析、裝配公差分析及產(chǎn)品內(nèi)外觀間隙面差控制和評價等，及與尺寸相關(guān)的設(shè)計(jì)、分析及驗(yàn)證等一系列活動。它的總體目的是實(shí)現(xiàn)零部件順利裝配，并最終達(dá)到預(yù)先設(shè)定的產(chǎn)品尺寸品質(zhì)要求[1]。在整車產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，受“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”各方面因素[2]的影響，尺寸偏差的來源繁多且復(fù)雜，如何保證最終產(chǎn)品的實(shí)車效果滿足設(shè)計(jì)要求，則顯得尤為重要。文章通過解決某車型組合儀表罩匹配問題的實(shí)例，說明了尺寸工程在整車開發(fā)過程中的具體應(yīng)用。

1 組合儀表罩與組合儀表匹配問題

某車型組合儀表罩與組合儀表均裝配在儀表板本體上，組合儀表罩覆蓋于組合儀表上部，兩者的主要配合為X向間隙，名義值為2 mm，匹配型面及上部斷面圖，如圖1所示。

圖1 汽車組合儀表罩與組合儀表的配合型面圖

如圖1 b所示，實(shí)車在試制裝車過程中，個別車輛出現(xiàn)了儀表罩與組合儀表的區(qū)域間隙配合尺寸偏差的情況。對于這種實(shí)車匹配問題，以尺寸工程角度進(jìn)行分析與驗(yàn)證，排除零件剛性強(qiáng)度的影響，從裝配定位角度提出整改方案，保證匹配問題的解決。

2 組合儀表罩與組合儀表匹配分析

2.1 相關(guān)部件裝配流程分析

相關(guān)部件裝配順序：首先將儀表板本體裝配在車身上，再將組合儀表裝配在儀表板本體上，最后將組合儀表罩裝配在儀表板本體上，整個裝配過程結(jié)束。具體的裝配定位方式如下。

1）儀表板本體裝配定位：儀表板本體作為裝配載體，組合儀表罩與組合儀表均裝配在儀表板本體上，則儀表板本體上組合儀表罩與組合儀表的安裝位置會影響到兩者最終的外觀匹配效果，儀表板本體上，儀表罩與儀表的裝配位置，如圖2所示。

圖2 汽車儀表板本體上儀表罩與組合儀表的裝配定位圖

2）組合儀表裝配定位：組合儀表裝配在儀表板本體上，裝配方式為一面兩銷，定位銷布置在組合儀表下端，控制組合儀表Y，Z向，X向定位面通過螺釘安裝，保證組合儀表的X向位置，具體裝配定位，如圖3所示。

圖3 汽車組合儀表的裝配定位圖

3）組合儀表罩裝配定位：組合儀表罩為總成供貨，由儀表外罩（上部區(qū)域）與儀表內(nèi)罩（下部區(qū)域）裝配構(gòu)成。組合儀表罩在儀表板本體上的裝配方式為一面兩銷形式，定位銷B布置在儀表外罩區(qū)域，控制Y，Z向，在間隙配合X方向上，通過卡筋裝配保證零件的X向位置，具體裝配定位，如圖4所示。

圖4 汽車組合儀表罩裝配定位圖

組合儀表罩與組合儀表間隙配合區(qū)域?yàn)閮x表內(nèi)罩部位，而上部定位點(diǎn)主要布置在外罩總成區(qū)域，其尺寸對儀表罩總成的整體姿態(tài)存在較大的影響。

2.2 尺寸偏差分析

實(shí)車匹配中，組合儀表與儀表罩間隙配合型面為X，Z向，主方向?yàn)閄向，分析思路如下。

2.2.1 X向尺寸累積分析

根據(jù)上述零部件裝配順序，儀表罩切邊與組合儀表配合型面間隙累積尺寸鏈，如圖5所示。

圖5 汽車儀表罩與組合儀表間隙尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

結(jié)合車型零件的尺寸精度及工藝制造能力，得出L1零件尺寸公差為±0.5 mm，L2工藝能力尺寸公差為±0.1 mm，L3零件尺寸公差為±0.3 mm，L4工藝能力尺寸公差為±0.1 mm，L5零件尺寸公差為±0.7 mm。可依據(jù)概率法計(jì)算尺寸鏈，如式（1）所示。

由式（1）可知，對L0有影響的組成環(huán)中，影響較大的為L1與L5。在組合儀表罩零件制造中，由于組合儀表罩上部定位點(diǎn)布置在儀表外罩，而與組合儀表間隙偏差位置位于儀表內(nèi)罩，由于存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，在滿足零件制造水平的前提下，L5鏈環(huán)總成制造精度難以保證。而組合儀表不存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，因此L1滿足工藝制造水平即可。由上述分析可知，組合儀表罩與組合儀表間隙配合超差，L5鏈環(huán)對結(jié)果偏差影響最大。因此，從理論上對尺寸鏈環(huán)L5進(jìn)行分析驗(yàn)證。

組合儀表罩為總成供貨，配合型面處于內(nèi)罩總成，定位點(diǎn)布置在外罩總成，內(nèi)罩與外罩通過飾條進(jìn)行裝配連接。間隙配合型面累積公差尺寸鏈，如圖6所示。

圖6 汽車儀表罩間隙配合型面L5計(jì)算尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

由上述分析可知，儀表罩總成零件的制造工藝，除儀表內(nèi)罩與外罩配合尺寸l1，l5之外，還存在2次基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換l2，l4及裝配l3的公差累積，偏差結(jié)果較大，因此儀表罩間隙配合型面的尺寸偏差，是重要的尺寸改進(jìn)方向。

2.2.2 Z向尺寸影響

受匹配型面影響，在理論狀態(tài)下，儀表罩與組合儀表配合間隙為2 mm。如果組合儀表位置不變，隨著儀表罩位置的上移，兩者在上部配合區(qū)域的間隙呈現(xiàn)減小的趨勢，儀表罩Z向上移2 mm，兩者間隙配合尺寸，如圖7所示。

圖7 汽車儀表罩Z向上移結(jié)果對比示意圖

由上述分析可知，儀表罩的Z向會對偏差結(jié)果產(chǎn)生影響。依據(jù)數(shù)據(jù)理論位置，儀表罩與組合儀表間隙為2 mm，隨著儀表罩的上移，兩者間隙逐漸變小，在儀表罩上移2 mm時，兩者間隙變?yōu)?.6 mm，儀表罩定位銷的Z向位置對最終匹配結(jié)果有一定的影響，但不是主要的影響因素。

3 方案制定與實(shí)施

依據(jù)上述尺寸分析，在現(xiàn)有儀表罩與組合儀表外觀匹配形式（造型方案）不變的情況下，儀表罩的配合尺寸對匹配結(jié)果影響較大。

如果依靠提高儀表罩組裝零部件精度來保證儀表罩總成的尺寸偏差，在成本控制方面存在一定的風(fēng)險，因此，暫不考慮通過提高零件精度來保證總成尺寸要求，應(yīng)從儀表罩的裝配定位方式著手，解決該匹配問題，以此為出發(fā)點(diǎn)，有2種不同的解決方案。

3.1 優(yōu)化儀表外罩裝配定位方式（方案1）

原設(shè)計(jì)方案儀表外罩與內(nèi)罩通過飾條裝配連接，尺寸鏈環(huán)累積較長，優(yōu)化方案直接將外罩與內(nèi)罩進(jìn)行裝配，打斷飾條的公差累積影響，從而縮短尺寸鏈。在設(shè)計(jì)上的優(yōu)化方案為儀表外罩定位方案更改，將定位在飾條的裝配方式取消，直接通過簡易裝具進(jìn)行裝配，建立內(nèi)罩間隙配合面與外罩定位面的直接定位關(guān)系，簡易裝具在裝配過程中的使用示意，如圖8所示。

圖8 簡易裝具在汽車儀表外罩裝配過程中的使用示意圖

優(yōu)化后的間隙配合型面尺寸鏈，如圖9所示。

圖9 汽車儀表外罩定位方案優(yōu)化后尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

由圖9可知，影響l0'的尺寸鏈環(huán)縮短為1環(huán)l1'，即l0'由簡易裝具的制造精度偏差來保證，與前期設(shè)計(jì)方案由5環(huán)縮短為1環(huán)相比，尺寸累積結(jié)果有了較大的改善。

3.2 優(yōu)化儀表罩總成裝配定位方式（方案2）

由于儀表罩總成的主要匹配點(diǎn)位于儀表內(nèi)罩，前期設(shè)計(jì)方案將上部定位點(diǎn)布置在外罩區(qū)域，設(shè)計(jì)鏈環(huán)累積較多。優(yōu)化方案取消儀表外罩定位點(diǎn)，將儀表罩總成的定位點(diǎn)設(shè)計(jì)在儀表內(nèi)罩，消除飾條、外罩等零件對儀表罩總成偏差結(jié)果的影響。儀表罩總成優(yōu)化后的裝配定位方式，如圖10所示。

優(yōu)化后的間隙配合尺寸鏈，如圖11所示。由圖11可知，影響l0''的鏈環(huán)縮短為1環(huán)l1''，即l0''由儀表內(nèi)罩的切邊精度偏差來保證，較前期設(shè)計(jì)方案有了較大的改善。

圖11 汽車儀表罩總成定位方案優(yōu)化尺寸鏈圖

3.3 方案對比與確定

方案1通過簡易工裝來保證外罩與內(nèi)罩間隙配合型面的相對尺寸偏差，設(shè)計(jì)變更區(qū)域僅擴(kuò)大飾條安裝孔尺寸，其他結(jié)構(gòu)均不變化，可消除該問題潛在的影響，也不會對周邊零件產(chǎn)生影響。

方案2需要在內(nèi)罩增加定位結(jié)構(gòu)，相應(yīng)在儀表板本體上增加安裝結(jié)構(gòu)，同時取消儀表外罩的定位結(jié)構(gòu)，涉及到零件工裝模具的整改與調(diào)試，在時間與成本控制方面存在一定的影響。

經(jīng)過討論，優(yōu)化方案1在項(xiàng)目研發(fā)中對提升匹配品質(zhì)等方面優(yōu)于方案2，更具有實(shí)用價值。

3.4 方案實(shí)施

優(yōu)化方案確定后，通過對現(xiàn)場實(shí)車的試制試驗(yàn)，外觀匹配問題有了較大的改進(jìn)，匹配效果滿足設(shè)計(jì)要求。各部門對實(shí)車匹配效果進(jìn)行評審后，一致認(rèn)同匹配狀態(tài)，并制定產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更，保證了該匹配問題的解決。

4 結(jié)論

文章通過整車尺寸工程的分析應(yīng)用，從根本上解決了組合儀表罩與組合儀表間隙匹配問題。針對該問題，若在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期發(fā)現(xiàn)，則可以從產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面提出優(yōu)化建議，避免在樣車階段出現(xiàn)由產(chǎn)品變更而導(dǎo)致的時間、成本等問題。因此，在開展尺寸工程工作時，要明確尺寸工程應(yīng)與整車開發(fā)保持同步，在產(chǎn)品開發(fā)前期介入，通過專業(yè)的分析研究，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，盡早發(fā)現(xiàn)尺寸問題并提出整改方案，保證尺寸工程在質(zhì)量、成本和周期中起到積極的推動作用。