常规手套箱结构设计

延锋伟世通汽车饰件系统有限公司常规手套箱结构设计://i.gasgoo.com/年3月目录前言…………………………………………………………………3第一章安全法规……………………………………………….…4第二章总布置和人机工程……………………………………….72.1总布置………………………………………………………….72.2人机工程……………………………………………………...11第三章结构设计………………………………………………...13第四章设计验证4.1材料4.2试验4.3CAE://i.gasgoo.com/3前言家用轿车的乘员座舱中配备有许多功能件。除操控必须的功能件外，提高舒适性、娱乐性和提供储物空间的功能件也已成为其必需的配置。副驾驶侧下部储物盒（手套箱）做为重要的储物功能件，几乎在所有车型上都有配备。本文是在对延锋设计的多款手套箱进行了较系统地剖析后，从中总结了常规手套箱结构设计时各零部件的设计方法和要点，希望能对后续项目中的手套箱设计开发提供帮助。://i.gasgoo.com/4第一章安全法规在车辆出现事故时，乘员座舱必须对车内乘员提供足够的保护功能，这个要求在世界各国都有相关的法律规定。其中最重要的有三个方面：内部突出物、正面碰撞和侧面碰撞的乘员保护。北美、欧洲和我国的法规标准见表1。表1法规标准对照表区域要求北美欧洲中国内部突出物FMVSS/CMVSS201ECER21GB11552正面碰撞FMVSS/CMVSS208ECER94GB11551侧面碰撞FMVSS/CMVSS214ECER95GB20071我国的安全法规主要是参照欧标制定的。手套箱区域常分布在乘客侧的下部，一般属于头碰豁免区。对手套箱而言，在头部碰撞试验后保持关闭状态即算试验通过。膝部碰撞主要考察假人在安全带保护状态下发生碰撞时的腿部载荷和伤害值两大指标。在膝部碰撞的安全保护中，为了减小乘客腿部受到的伤害，设计时会在右下部区域布置吸能支架，或者通过骨架/下饰板/手套箱等结构溃缩吸能。当碰撞时图1乘客膝部与手套箱接触点模拟方法模拟说明：采用50％分位男性假人进行模拟。1）先将假人H点放置在座椅行程中间位置；2）将假人踵点布置到与95％假人最接近位置，且保持脚部与小腿垂直；3）固定脚踝点将大腿沿X向往前推100mm。在此过程中，第一个与手套箱到达相切状态的膝部位置点即为模拟结果。乘客会由于惯性原因发生前移，若此时小腿部位首先接触手套箱，则很可能导致小腿或膝盖在巨大的剪切力作用下受到伤害；而若是膝盖部位首先发生接触，则受力部位主要在人体大腿骨上，能承受的载荷较大，相应地伤害就小。因此，膝盖首先接触手套箱是比较合理的设计。膝部与手套箱接触点可通过图1的方法模拟得到。95％分位男性假人和5％分位女性假人的膝部接触点可通过图2方法得到。://i.gasgoo.com/图295％分位男性假人和5％分位女性假人的膝部接触点由于碰撞时的能量吸收需要时间过程，手套箱才能通过溃缩达到吸能的目的，因此膝部在完全停止前都会对手套箱产生一个切入量。若结构布置时在此范围内有硬点（如气囊模块、空调、CCB支架等），则腿部很可能受到严重伤害。因此，建议在图3划出的腿部最小切入区内不要布置硬点和尖锐凸出物。另外通过向CAE部门输入总布置的相关信息，图3区域也可由GENPAD分析得到。://i.gasgoo.com/图3腿部最小切入区从安全考虑的角度出发，还有两点注意事项。一是尽量减小膝盖接触手套箱时受到的反作用力的方向与人体大腿骨方向的夹角，这样可以将伤害值减小；二是为保证5％分位女性在碰撞时能与手套箱发生有效接触和能量传递，建议手套箱下缘与地毯的Z向高度最大不超过305mm，如图4。://i.gasgoo.com/图4乘客侧脚部空间第二章总布置和人机工程手套箱设计的初期阶段，一般由主机厂提供A级曲面和分块方式、面差和间隙定义、SOR（要求说明）等信息，除了首先要考虑的安全性问题校核外，设计方面主要考虑手套箱总布置和人机工程两大问题。2.1总布置手套箱总布置就是根据主机厂提供的原始数据和要求，选择手套箱总成各零部件的结构形式并通过截面对各结构布置可行性进行分析。通过对延锋设计项目中的手套箱总成进行结构分解，发现常规的手套箱总成一般包括以下零部件。1)手套箱框或固定斗手套箱框常用在手套箱斗与内门集成（Tip－Down）即开启时箱斗随手套箱门一起转动这种形式的总布置结构中。框可做成单独零件，有时从成本考虑也会与右下饰板或下体骨架合并。其主要作用是固定手套箱总成，并遮挡手套箱开启后的内部结构。固定斗（Fix－Bin）形式手套箱的运动结构只有内外门，开启后固定斗即为置物空间。为安装其它功能件，固定斗大多数为单独零件。合并框（Geely_FC）固定斗（SAIC_BP12）://i.gasgoo.com/Tip－Down（Geely_FC）Fix－Bin（SAIC_BP12）2)手套箱外门和内门为了布置开锁机构并避免其可见，手套箱门都会做成内外两层。内斗的主要作用是安装锁机构、开门和关门止位、固定阻尼器等，好的设计还会将卡夹、笔夹、硬币盒/格也集成在内斗上。当然，Tip－Down形式的手套箱的置物空间与内斗是一体的。外斗的主要功能是遮盖内部结构，安装开门扣手等。内外斗常采用摩擦振动焊或热板焊方式连接在一起，低成本车也会采用螺钉连接。螺钉连接（JAC_B926）热板焊接（VW_ModelH，内斗集成功能件）3)手套箱转轴常见的手套箱转轴有两种形式：插销式或集成式。插销式转轴会采用塑料销或金属销将手套箱总成与基座连接在一起。集成式则是直接通过注塑将转轴与基座合为一体，手套箱总成做出卡爪结构://i.gasgoo.com/基座集成式转轴（Chery_B16）插销式转轴（VW_ModelF）箱斗集成式转轴（Chery_A13）独立转轴（Chery_S18）进行连接。卡爪集成在内斗上时总体结构强，有利于顺利各项试验要求。也有项目将转轴与手套箱斗集成在一起（Chery_A13）或将转轴局部单独分件来保证转动流畅性（Chery_S18）。手套箱总成的Y向定位结构一般会与手套箱斗集成为一体。若像卡爪一样将定位结构集成在内斗上，由于内外斗的制造和装配公差传递，会对外观的匹配效果造成一定影响，常需要经过模具调整才能满足DTS要求。而将定位结构直接集成在外斗上，可直接减少公差传递，提升外观质量，是值得推荐的结构设计方式。当然，为避免外观缩印，模具常需要抽芯或斜顶等较复杂的机构来实现。4)手套箱锁总成现在流行的手套箱锁的布置形式有单点式和双点式两种。单点式的锁机构若偏置，由于一侧锁止拉力较大而另一侧无受力，常会造成外观翘曲变形，所以单点式都会将锁机构布置在手套箱中部。双点锁的连接点分布在两侧，对外观匹配有很好的控制作用。但机构较复杂，成本会高。锁舌是锁机构的关键部件，运动形式以直线运动和旋转运动较为常见。://i.gasgoo.com/单点直线（SGM_410）双点直线(VW_B5)单点旋转（SGM_60）双点旋转(Chery_B12）对于档次较高的手套箱，锁舌与框架的配合处经常会设计锁舌导套，以避免经常开关时造成磨损而影响外观。导套材料一般为POM。SGM_MPV7VW_ModelK5)手套箱开门扣手开门扣手一般安装定位在手套箱外门的中央位置，以上下拉动开启最为普遍。也有车型将开门扣手布置的手套箱的左上角位置，上下或左右拉动开启方式均可采用。在一些高档车上，也有采用机械或电子按钮来开启手套箱的。://i.gasgoo.com/扣手中置（Chery_B16）扣手偏置上下开启（Chery_P11）扣手偏置左右开启（Chery_M11）6)手套箱阻尼器有很多公司专门从事阻尼器设计和制造，如ITW，越明等，他们的产品能较好地实现功能并通过相关试验。设计时只需进行结构布置，空间可行的话一般都会沿用现有零件。较为常见的有直线运动硅油阻尼、旋转式硅油阻尼、气阻尼和弹簧阻尼等。直线运动硅油阻尼（GAIC_AC）旋转式硅油阻尼(SAIC_R75）拉线气阻尼插销气阻尼拉线弹簧阻尼7)手套箱开门和关门缓冲器为了避免开门和关门的震动噪声，手套箱或框上都会安装开门和关门缓冲器。绝大多数采用EPDM这种软材料直接压缩变形缓冲降噪，但在高档车型上也有内置弹簧的复杂结构来起缓冲作用。://i.gasgoo.com/常见开门缓冲器形式常见关门缓冲器形式8)其它零部件若主机厂的SOR中对手套箱总成有其它特殊要求，如手套箱灯、电器插口、空调吹风口、内部分隔等，则需在设计布置时予以充分考虑，或预留结构空间，或相应增加零件。2.2人机工程人机工程的主要工作是，依据人体的物理尺寸特征，如视野、手指空间、操作极限等，对乘客观察和使用手套箱时的舒适性进行校核。由于此项检查无强制法规，若个别内容略微超出舒适范围，经与主机厂综合评判后也有被接受的可能。1)视野通过前、后排假人的眼椭圆来进行视野校核。校核项目主要包括：手套箱关闭时是否有看穿风险、手套箱和扣手上端是否有外露分型线、开启后背后零件（如空调、CCB等）是否可见等。2)手指操作空间对于上下开启的扣手，为满足造型和比例的美观性，横向尺寸一般都能满足三指宽度的操作要求。需要关注的是，扣手下方也需预留手指空间，开口的纵向尺寸最好大于35mm。://i.gasgoo.com/对于左右开启的扣手，纵向尺寸一般大于40mm，横向尺寸则需要进行结构布置和运动校核后给出建议值。对于以上两种扣手，操作时手指都需要伸入扣手内部。一般认为扣手与手套箱斗的距离大于20mm时伸入会比较舒适，开启操作时手指与扣手的重叠量常在20mm以上。3)腿部空间假人腿部和手套箱的距离，需综合考虑乘坐的安全性和舒适性。安全性要求距离越小越好，而舒适性要求空间要大，手套箱打开到最大角度时不要与腿部发生干涉。经过平衡这两个因素并经过多个项目验证，延锋推荐50％分位男性假人腿部到手套箱的距离在100mm～110mm为宜。视野腿部空间://i.gasgoo.com/第三章结构设计在完成了总布置校核和各结构形式选择后，就可以开始详细的结构设计了。3.1手套箱框或固定斗做为手套箱的边界结构，手套箱框或固定斗在考虑自身连接结构和强度的同时，还需要考虑手套箱装入和取出导向、开启和关闭的导向和止位、转轴安装和定位、缓冲垫和阻尼的安装等结构。结构设计时比较容易忽略或经常出现问题的地方需特别关注。1)手套箱框的位置背后一般布置空调。考虑到空调滤网的维修性，一般需在手套箱框上做出避让结构，方便其取出清洁和维修。2)对于低成本的集成在框上的转轴结构，做成框架形式对结构强度很有帮助，若空间允许，双转轴更能有效提高结构强度。设计时需注意的是，其中一段转轴必须考虑对应的手套箱上卡爪的过盈装配来防止手套箱从转轴脱出。转轴一般采用对碰出模，在脱模方向上切出两个小平面即有利于装配，又可将分型线放置在平面上来避免分型线或飞边对转动的影响。另外，手套箱上卡爪均为侧滑块脱模，卡爪与转轴接触面都会有脱模斜度，为保证卡爪与转轴达到面接触而非线接触的最佳效果，可在转轴的横向也增加脱模斜度。集成转轴（Che