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手套箱研究书
手套箱研究书
单位名称:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
编写时间:
XXXX年XX月XX日
目录
一、研究依据3
二、背景介绍3
2.1手套箱的由来3
2.2代表车系手套箱对比4
三、产品介绍5
3.1.手套箱主要结构组成5
3.2手套箱三大功能分析8
3.2.1功能要求8
3.2.2人性化功能11
3.2.3安全要求13
四、工艺流程15
五、技术瓶颈18
5.1.塑料制件的原材料选用18
5.2.外观件的尺寸精度和表面质量18
5.3.手套箱体容物空间19
5.4.色差、光泽度控制19
5.5.匹配19
5.6.焊接工艺20
一、
研究依据
随着技术的进步和生活方式的改变,用户对车的要求远不限于载着乘客从A地驶向B地这么简单,汽车的内部空间应该成为舒服家庭环境的延伸。
储物设计是内饰设计中最重要的课题之一。
物品的多样性、储物空间的美观舒适性,以及储物功能件的安全性都越来越成为人们不断追求的目标。
尤其是仪表板副驾驶侧的中下位置的手套箱,它是每款车重要的内饰件。
因此,做为供应商,我们应该让客户清晰的了解我们对手套箱生产的能力,所以我们从理念、设计、制造、工艺、质量、成本等几方面进行深入研究,生产出实用新型的产品,这样才能提供给客户满意、用户用的放心、高性价比的手套箱。
二、背景介绍
2.1手套箱的由来
现用的手套箱功能多样化。
对于设计而言,哪些功能设计中必须保留,对于设计者来说必须要清楚手套箱的设计初衷。
究其最基本功能是什么,那就要从它的起源开始。
据传,原来汽车技术比较初期时,手套可是个必需的东西。
早期的车没有现在的电启动装置,发动车辆必须要用"摇把子"人工摇,这也要用到手套来防止手掌受伤。
所以,早期汽车副驾驶的盒子就多被司机叫作"放手套的那儿"俗称"手套箱"(如图2.1.1)。
后来,欧美的饭店开始推出"代客泊车"服务项目,为了防止泊车时随手顺走车上的物品,就出现了带锁的储物箱。
这就是今日"手套箱"的雏形了(如图2.1.2)。
所以手套箱其实也就是小杂物箱。
现在,汽车的手套箱除了用来放杂物之外,还被赋予了一些新的功能。
比如手套箱(如图2.1.3)冷藏功能就能够让你在车上享饮清凉的饮料了。
图2.1.1图2.1.2图2.1.3
2.2代表车系手套箱对比
为了区同存异,满足不同消费者的需求,各国的车系对手套箱的设计理念与风格也大不相同,现就我们熟知的几大国家车系做如下介绍。
美系:
美系车几乎是安全、享受的代名词,手套箱的质量非常之好并且品种丰富,适应性强。
(如图2.2.1)
欧(德)系:
德系车的设计理念是追求高速、运动、稳重,由其它的内饰件的可靠性和可维护性在汽车行业处于领先行列。
对于早期内饰件的设计,较中庸,极少花哨,让人感觉朴实无华,而现在添加了时尚元素、动感元素从而使得设计得到很大强化,色彩系列变化更为显著,由于全球化的融合,德系车手套箱也在不断适应性改变来满足地域化的需求。
(如图2.2.2)
日系:
日系车的内饰做的是非常好的,给人赏心悦目的感觉。
但日本车非常单薄,导致了皮薄、漆薄。
(如图2.2.3)
中系:
使用成本低。
这是由于配件价格便宜、保养价格便宜和质保期长带来的。
所以有人说中式车最大的特点就是性价比很高。
但国内企业自主创新水平不高,先进工艺的吸收、转化、推广速度慢,值得我们深思。
(如图2.2.4)
美系(如图2.2.1)欧(德)(如图2.2.2)
日系(如图2.2.3)中系(如图2.2.4)
三、产品介绍
手套箱结构与造型中的诸多设计要点归纳为功能要求、人机要求和安全要求,我们将从这三大类展开阐述。
但要深入研究以上内容,首先应从手套箱的典型结构形式入手。
3.1.手套箱主要结构组成
1、手套箱门(盖);
2、手套箱箱体(斗)(手套箱体可分为翻斗式、固定式,也有只有斗没盖的);
3、手套箱衬板;
4、手套箱附件;
手套箱结构(图3.1.1)
手套箱结构(图3.1.2)
1)手套箱门:
除某些低档车型采用单层门结构外,手套箱门一般由门外板以及门内板组成。
(如图3.1.3)
图3.1.3
2)手套箱箱体:
手套箱箱体有两种形式,即翻斗式和固定式。
所谓翻斗式(斗盖一体式)则是指内斗与门内板连为一体,储物空间在门上,当门打开时内斗跟着一起翻出来。
而固定式(斗盖分离式)是指框体的内部作为手套箱的内斗,储物空间位于仪表板本体内。
(如图3.1.4)
翻斗式固定式
图3.1.4
3)手套箱衬板:
与主仪表板连接内部零件。
起到连接支撑的作用。
4)手套箱附件:
手套箱附件通常包括手套箱灯、门铰链、门锁机构、以及阻尼器等零件。
4.1)手套箱灯用于用户使用时的箱体内部照明。
4.2)手套箱门铰链
4.3)手套箱门锁机构一般是一个运动件小总成。
一般有两种主要的形式:
锁钩式和锁销式。
锁钩式是通过锁钩钩住锁扣来实现锁止,此种机构一般布置在手套箱门的正中央,一般与中置式的门把手匹配。
锁扣一般为金属冲压件,除卡抓式的卡口,有时候也使用弹头式的卡舌,卡舌卡入锁扣后就可实现锁止功能。
锁销式是指在手套箱门上布置了可伸缩的锁销,锁销往左右方向可伸缩,箱体上则布置了销孔供锁销进出实现锁止和开启的功能。
通常此种结构由于两边都设有锁销,从而有利于手套箱门与周边仪表板零件配合的平面度与间隙。
另外由于两侧都有销孔,因此把手可布置在靠近驾驶员的一侧,以更加方便驾驶员使用手套箱。
4.4)阻尼器:
为了能够使手套箱门开启时运动均匀顺滑,阻尼器也被广泛应用于手套箱。
阻尼器的主要作用是对门的开启起到缓冲作用,减少打开时的冲击与噪声。
阻尼器按照工作原理大致可分为两种形式:
空气阻尼与硅阻尼。
空气阻尼一般为筒状的缓冲气缸总成,依靠空气的压缩起到缓冲作用。
硅阻尼则依靠硅油来产生阻力作用。
手套箱之所以会有这样的结构构造,是因为它要满足如下要求:
功能要求、人机要求和安全要求。
接下来我们将从以上三方面要求进行结构解析。
3.2手套箱三大功能分析
3.2.1功能要求
3.2.1.1储物功能
储物是手套箱必须具备的最基本功能:
提供空间用于放置驾驶员及其他乘员的各种小物品,如书刊、手册、电筒、饮料等。
储物需要具有一定的容积要求,手套箱的容积应至少放下一本维修手册和两听可乐,并能放下A4大小的文件。
为方便驾驶员取放物品,手套箱必须具备一定的开口尺寸(如下图),但还需保证开启后不能侵占乘员的腿部活动空间)。
这两点要求彼此矛盾又相互制约,对手套箱的开启角度和外门尺寸等结构参数提出很高的设计要求。
手套箱翻转开口尺寸示意图
手套箱在开启一定度时,手套箱本体总成上的缓冲器与手套箱支架接触并压紧,这说明手套箱已开启到最大位置。
手套箱关闭开启状态
通过上图可知:
挡手套箱开启到在30~40度左右,这时为手套箱开启空间最大,同时,也使空调等不可见的设备被手套箱完全遮挡住。
开启后如手套箱含有手套箱内板,则它的内板到仪表板距离应在95~110mm之间。
通过以往的参考来看,在关闭状态下,手套箱距离人腿的距离应保持在100~110mm为宜。
开启最大角度时,人腿与手套箱距离一般在20mm左右。
(如下图)
手套箱与乘坐人员尺寸分析
为了尽量减少在发生碰撞时手套箱对乘客膝盖及腿部的伤害,一般在手套箱盖与箱全上设计了很多加强筋,并采用震动摩擦焊的方法进行焊接。
焊接以后,手套箱盖与箱斗之间形成一个空腔,可以吸收再碰撞时产生的一些能量
在手套箱开启及缓开时,手套箱体都是在缓冲器的作用下运动,这样可防止手套箱内物体过重,在开启过程中将箱体快速压开并对转轴和支架产生负重影响。
3.2.1.2人性化功能
随着用户需求的持续增加,以及各种技术的不断进步,越来越多新颖的人性化功能也逐渐纳入手套箱设计之中。
目前在许多中高档车上,均配有手套箱内部照明灯,方便驾驶员在夜间取放物品。
照明结构需要从灯光照射区域规划、灯具线束布局、固定及走向等方面进行综合考虑。
某些高档车辆还为手套箱配备了保温装置,较为流行的设计是将手套箱内腔与空调风道接通,并且开闭可控。
这种保温设计对手套箱的密闭性提出了更高要求。
3.2.2人性化功能
汽车设计中,仪表板是人机交互最为密切的部件,而手套箱是仪表板中与人连接最紧密的零件之一。
所谓的人机关系,其内涵主要包括“机宜人”和“人适机”两个方面。
“机宜人”方面,主要是指机器系统设计尽量满足使用者的体格、生理、心理、审美和价值观等各方面要求。
对手套箱而言,人机关系主要包括启闭过程舒适性(手感)、物品取放便捷性、造型美观性以及振动静音性(行驶中不发出任何异响)。
3.2.2.1启闭舒适性
手套箱开启和关闭过程都应保持部件运动顺畅,并且能让使用者在关闭时有明显到位感(如锁扣声)。
许多整车厂对手套箱的开启力和关闭力都有明确要求,并纳入设计验证考核内容。
具体来说,在手套箱锁扣机构的设计中,锁钩结构、锁舌的运动轨迹及搭接量、锁内弹性元件总刚度及把手空间等都会对启闭舒适性起决定性作用。
确定手套箱锁的布置形式;现今手套箱锁的布置形式分为单点式和双点式两种。
如下图:
3.2.2.2取物便捷性
翻斗式一般能够更加方便用户拿取箱体内物品,通常由于开启后可视区域较大,物件存取顺畅便捷,但是由于需要在门内板上增加相应结构,会使得手套箱内部可用空间减小,不利于物品存放,也不利于布置手套箱灯等内部零件。
反之固定式为了使容积最大化,通常都会设计得比较深,开启后的可视区域相对较小,但不便于前排乘员拿取物品。
如下图)
翻斗式手套箱固定式手套箱
3.2.2.3造型美观性
1)对于购车者来说,内饰造型美观性是购买意向的决定因素之一。
手套箱关闭时的外形,是从概念造型、零件分块等初始设计阶段就需要重点考虑的。
其总体造型趋势和与周边零件的分块,决定了手套箱与邻接件的间隙与面差等参数。
对于手套箱来说,美观要求不仅仅是闭合态外观,开启状态的次级可见区域外观也需兼顾。
因此,缓冲橡胶垫、阻尼器及照明灯布局和锁扣形状设计都需仔细斟酌。
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。
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。
3.2.3安全要求
3.2.3.1材料特性要求
手套箱组件本身应具备一定的刚度与强度。
当与乘客膝部发生碰撞时,既不能由于强度太弱发生碎裂而伤害乘客,也不能因刚度过强而无法在撞击时吸收冲击能量。
因此,手套箱应采用合适的吸能材料,并且仪表板在手套箱背后会配备吸能结构或金属吸能支架。
特殊的工作环境(经常日晒、震动、温差等)对手套箱表皮的老化性能(热老化和光老化)、热性能、拉伸性能、冲击性能等均提出了较高要求。
对于任何注塑成型来说,最重要的是控制塑料一般手套箱选用材质:
3.2.3.2内部凸出物要求
汽车内部凸出物应符合相应的法规,因其安装部位不同,各自的要求也不尽相同,一般要采用分区检查法。
参考国家标准GB11552-1999“轿车内部凸出物”,手套箱组件处于前排座椅“H”点之前、仪表板水平线以下的乘员舱内部构件分区。
相应的手套箱凸出物应满足下列要求:
1.保证支架没有凸起的棱边;
2.外观面高度应不小于25mm,表面边缘圆角半径不小于3.2mm;应采用吸能材料覆盖或制成,并按照标准所述方法进行检验;
3.外观面若不满足第2条要求,则应符合标准规定的向前纵向水平力冲击实验要求;
4.若手套箱安装在刚性支架上,且由低于肖氏硬度50度的软性材料制成,该刚性支架应满足标准规定的刚度要求。
5其它要求
除上述设计要点外,还有一些常规的基本要求必须满足,如行驶过程中手套箱门不能随意开启、气囊爆破时手套箱门锁不能失效等。
车辆及人员安全是整个内饰系统设计中最为重要的因素之一,因此相关的手套箱安全设计要素有赖于设计经验的积累及大量的实验验证。
四、工艺流程
一个好的工艺流程会大大降低生产成本、提高工作效率。
由于手套箱应用在不同档次的车型上,所以每款手套箱的工艺流程也不尽相同,现对手套箱进行全面的工艺流程总结。
主要归纳有如下工艺流程:
1)注塑(表面带皮纹)
2)组装部分:
2.1焊接(红外焊接、振动摩擦焊、热板焊、超声波焊);
2.2植绒;
2.3喷涂软触漆、人造革,真皮包覆;
2.4装饰条;
2.5螺接、卡接;
(手套箱内、外门)
(手套箱体内部)
(与仪表板板连接附件、易
维修)
(手套箱外门)
注塑范围:
手套箱内、外门板、手套箱箱体、手套箱衬板、转轴(少数采用塑料件,一般采用金属件)、锁盖、锁杆等
装配
1)焊接:
手套箱门一般由门外板以及门内板组成,手套箱的门内外板一般采用注塑工艺,常用材料是增强PP或者PC/ABS。
它们之间可采用红外焊接、振动摩擦焊、热板焊、超声波焊等方式连接。
(原因由于某些结构复杂的箱体由于不能直接一体注塑固采用多件塑料件焊接工艺)
2)植绒:
内门板以及手套箱体内部虽然不是用户直接可见的,但是用户在打开手套箱后依然是可见和可触摸的,因此对于高档车这些区域通常采用植绒工艺,它能够使得箱体内触感豪华并且能够在汽车行驶过程中防止手套箱内的存放物品颠簸碰撞箱壁产生噪声。
3)螺接、卡接:
一般用于如手套箱衬板与仪表板连接,照明灯、阻尼器、等附件与手套箱体连接,方便拆卸,易于维修。
4)表面处理
手套箱的门外盖板直接与乘员接触,常进行额外的表面处理,如包覆人造革或喷涂软触漆等工艺以达到软触感效果。
加装饰条是为了满足内饰的美观性与和谐性。
植绒手套箱皮纹手套箱
五、技术瓶颈
对现有手套箱做了如上分析后,发现现有的手套箱仍然存在技术瓶颈,这对供应商来说是一种挑战,如果能够逐一解决的话,更是一种技术上质的飞越。
5.1.塑料制件的原材料选用
虽然汽车行业在手套箱的选材通过经验的总结,现大部分的选材均以PP、PC/ABS为主,注塑成品件也能满足市场的需求,但材料的选用的是否得当直接影响整套产品的质量与成本。
对于高档车成本预算可能会放的宽些,但对于现行中国的汽车行情来说,对汽车的选择定位上倾向于中低档性价比高的车型上,所以在原材料的选择上对生产者决对是一个挑战。
常用的PP,PP+ABS是一种具有综合优良性能的工程材料,具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性能,但声学性能差;PP材料具有价格低廉、性能优良、密度低、易于成型等优点,但耐磨性较差,成型收缩率较大,低温性能差,一般添加橡胶、滑石粉、以及纤维等成分,但由于PP属于非线性材料,涂装需要火焰处理,喷底漆。
这是毕会增加生产成本。
选材不好与结构差.这与成本控制有关系。
所以对手套箱的原材料仍然是一个技术瓶颈,有待技术人员开发新的更加适合的原材料。
5.2.外观件的尺寸精度和表面质量
手套箱外壳的尺寸精度和表面质量是客户和最终消费者一直重点关注的问题。
不但要求满足自身的使用功能,而且还要求其具有较高的尺寸精度,以应保证它有一定的装配精度,另外该塑件不仅尺寸要求高,而且还要求表面无影响外观的熔接痕、缺料、飞边、裂纹和变形等工艺缺陷,更要保证表面平整、光洁、外形美观,色泽鲜艳。
且综合分析可以看出,排除原材料的选用上,注射时的工艺参数也是一大技术瓶颈。
虽然可以利用表面皮纹、真空吸覆等工艺进行改良,但这些措施不能够满足所有档次车系的要求。
5.3.手套箱体容物空间
在满足周围硬点要求和不与周边零件干涉的条件下,如何尽量加大手套箱体空间而且要考虑手套箱容积变大以后,变形量如何控制,还有结构设计时必须考虑好放置一定重量的物品后,温度的影响。
5.4.色差、光泽度控制
色差度实现程度一直是所有外观饰件关注的焦点。
色度如何保证与色板相符,整个外观饰件着色是否均匀,都直接影响产品的销售份额。
影响色差度的原因有多种,从造型设计的色彩搭配,原料配比,到注塑机的精度,再到注塑参数,每一种原因都是制约供应商生产手套箱的瓶颈。
而对于光泽度的控制也是一样,要选择适当的精度注塑机,调节好注塑参数,都是对技术工作。
5.5.匹配
IP造型先确定手套箱的转轴,一般尽量是与Y轴平行;确保铰链的轴线与手套箱打开的上边缘平行。
造型上面手套箱关闭后不可避免的在内侧有分缝,那么在这条缝隙附近最好没有与之平行的分缝。
但实际上达到上述允许的尺寸公差还是有一定困难的。
色差的控制光泽控制
5.6.焊接工艺
当前的焊接技术种类繁多,如采用红外焊接、振动摩擦焊、热板焊、超声波焊等方式,但从性价比高方面考虑选择合适的焊接机是需要技术人员不断验证探索的。
环保性是今后工业生产重点关注的问题,而对于手套箱的焊接工艺来说,在焊接过程中由于它的工作原理的限制,焊接过程会有焊胶的气味污染空气,如何提高环保性能值得技术人员进一步探究。
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