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汽车管路的设计和研发



汽车管路分类


1、按照工艺分类


按照工艺可以分为两类:

1)一类为非成型管。长度一定,有一定形状,材料特性各异,在数模布置时难以反映实际安装状态。非成型管具有工艺简单,加工方便等优点;

2)另一类为成型管。成型管是通过模具成型,在管路布置中,成型管布置简单,但开发生产成本高。




2、按照汽车系统功能分类




汽车管路外观质量

整车管路外观质量的高低会直接影响发动机舱外观质量。发动机舱管路布置过程中需要从整体一致性,管路和线束的整齐度,颜色和皮纹的整体协调性,零部件和周边钣金的集成性等内容对管路进行优化和改善。




整车管路布置质量验证

管路相关的试验一般分为3类:


1、管路本身的各项性能试验。主要是为了验证零件是否满足设计标准。

2、整车台架试验。主要目的是为了验证整车悬架在物理极限情况下(如全转向最大上、下跳)管路的运动情况,以弥补道路试验无法达到的极限状态;

3、整车道路试验,可靠性试验。最能反映管路常会遇到的工况。在试验开始、试验过程中和试验结束三个阶段都要对整车管路进行全方位的评估和记录,形成整车管路数据库,形成指导经验并提供支持给后续的项目开发。





汽车空调管路设计


1、空调管路作用

空调管路连接起压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀四大空调系统部件,形成一个封闭的系统,制冷剂在其中循环流动。


图一为管路示意图,图二为台架实物图。

2、空调管路分类

1)按压力分类

A、高压管:压缩机到膨胀阀之间的汽车空调管路(红色);

B、低压管:膨胀阀到压缩机之间的空调管路(蓝色)。

2)按制冷剂状态分类

A、气态管:管路中制冷剂状态为气态;

B、液态管:管路中制冷剂状态为液态。


3、空调管路构成

1)铝管、胶管及管接头

三者连为一体用来连接空调系统各部件。

2)管接头及O型圈

管接头的作用是用来连接空调管路和系统各部件。O型圈的作用是对管接头部位进行密封。

3)管夹

管夹的作用是固定空调管路于车身,使两者不产生相对运动,防止管路振动与周边件产生干涉以及导致接头处制冷剂泄漏。




管路制造工艺

1、制造工艺流程


2、管路工艺的局限性

做管路数据的时候需要注意以下几点:

1)铝管的弯曲半径均为R15/20,一般为管路外径的1.5倍。

2)管路中心线最短的直线长度要求大于20mm,该长度主要是受如下因素限制:

      A、弯管模具的厚度限制。如果长度太短,在弯管的时候管路可能会碰到弯管机从而导致管路有损伤变形;

      B、沿铝管中心线方向切点到扣管的最小距离应大于16mm,在扣管方向上不应有其他部件影响扣管工艺。

3)镦头端最短直线长度为20mm,该值根据管径不同而稍有不同。




管路的设计开发

管路设计开发包括零部件选型和管路布置两部分。

1、管路部件选型

1)铝管

空调管路三大类型管路组成(铝管、胶管及管接头),针对不同类型的管路,在铝管选择上是不同的。

铝管型号主要有10*1.25、12*1.5、16*1.75,管径越大,对应的管壁也应越厚。



2)胶管

A、胶管的作用

胶管在管路主要起以下两个作用:

a、方便车间装配,留有装配余量,可适量拉扯;

b、用于与压缩机相连的管路,缓冲发动机带来的振动。

B、胶管的成本

胶管的成本在管路总成成本中比重较大。

C、胶管特性

使用的胶管越软,噪音越小,价格越贵。



3)扣管

扣管的大致尺寸可参考如下:16*34、20*34、25*34。


4)密封圈及密封方式

目前常用的O型圈密封,根据O型圈的压缩方向,其密封方式分为轴向和径向密封。

径向密封方式相对于轴向密封方式有以下几个优点:

A、O型圈的密封方向垂直于配合零部件的接触面,密封方式稳定有效,轴向密封如安装时稍有不慎,紧固时有少量歪斜,易产生密封不严或将O型圈挤坏的问题。

B、O型圈不易脱落,在内槽内。


轴向密封


径向密封


5)管接头

管接头起着连接两个制冷元件的作用。

A、压板

压板应用较多,结构简单且在车间安装便利,根据密封方式可分为轴向及径向密封方式压板。

B、螺纹接头具有成本优势,但紧固不方便,还容易造成管路的状态不稳定。




6)压力开关

压力开关有两态和三态之分,三态压力开关会在制冷剂压力小于等于0.12Mpa和3.2Mpa以上时,实现低压、高压保护,在制冷剂压力介于0.24Mpa和3.2Mpa时,压缩机正常运转。


2、空调管路布置


1)作用与条件

空调管路在空调系统中起着运输制冷剂的作用,因此一个好的空调管路布置,同时应具备以下几点:

A、管路可靠性好,保证制冷剂不泄漏。

B、满足NVH的要求,不带来附加的振动及噪音。

C、成本最优化。

D、整体外观尽量做到美观。


2)管路的可靠性

影响管路可靠性主要有以下几个原因:

A、铝管或胶管被周边件磨损;

B、铝管或胶管由于发动机的振动断裂;

C、胶管处温度过高而损坏;

为避免管路被周边件磨损,在管路布置的时候应该留出合理的间隙,由于汽车是一个运动的产品,因此该间隙要包括静态间隙和动态间隙,静态间隙是指两个振动很小的物体之间的间隙,比如前大灯与冷凝器,曾发起管路或车身与冷凝器—蒸发器管路,建议保持在15mm以上,如间隙过小,则需要在距离近的管路上包裹海绵,热缩管或波纹管。由于发动机在工作的时候会振动,因此与压缩机相连的两个管路需考虑动态问题,比如压塑机进出口的胶管和风扇,皮带的间隙,如果间隙太小的话,发动机向前振动会导致空调管路和其它部件发生干涉,所以动态间隙的要求比静态间隙的要求严格,一般要求在20mm以上。


3)管路的振动和噪音

空调管路的振动主要以下几点造成:

A、管路与相连部件的固定方式:管路固定支架需带橡胶垫,避免出现刚性连接。如果使用塑料管夹,最好也要有橡胶垫。

B、管路胶管型号的选择:低压管路胶管可以选择全橡胶管,由于全橡胶管比较软,可以较好的吸收振动并较小该管路的噪音。

C、管路布置产生的噪音:为了建校空调管路产生的噪音,管路尽可能布置得短而直,还可以减少制冷剂的充注量。


4)管路成本优化

管路在布置过程中需要考虑成本因素,主要有以下几点:

A、管路在满足布置要求的前提下尽可能短些,毕竟节省材料,在总长度不能减短的前提下,可以适当把胶管减短,因胶管成本较高。

B、在布置过程中要考虑匹配不同的动力总成,尽量做到通用,这样在备件库中可以减少管路的种类,节省库存空间及管理费用,即使不能全部沿用,也尽可能让铝管部分做成沿用件,这样可以方便厂家少开一部分管路工装,节省开发费用。



5)管路的试装验证及评审

A、管路的检验:管路在装车之前要经过校验,确保没有问题之后才能装车,如果不符合要求,则需要厂家重新做件,直到合格为止,另外要求厂家附带三坐标检测报告等。

B、管路的试装及评审

管路经过检验没有问题之后,便可以进行试装,前期的试装一定要跟踪装车过程,因为随时都可能有意想不到的情况发生,之前已经确保自己件没有问题的,就要检查管路和别的件的间隙情况,然后和数模上的间隙对比,找到问题的原因所在。然后找相关工程师解决问题。





管路的布置数据设计方法

1、3D管路数据设计步骤

A、提取管路接口轴线:以测量提取方式,或直接编辑方式提取管路接口轴线。

B、建立初步管路:根据管路连接关系,将配对的管接口连接起来,然后附以管径生成初步管路。

C、插入管路固定点:在管路路径上选取固定点位置,加入管夹模型即可。

D、调整管路至满足布置要求:选取管路弯折控制点,指定弯管半径方式,逐步完善管路数据。


2、空调管路布置区域

为了保证空调管路装配性、维修性、冷媒加注操作方便性、美观性、空调管路通常布置在靠近纵梁的区域,如图中绿色管路。


2、空调管路布置要求

1)基本功能

A、硬管在转弯处其转弯角必须大于90度;

B、弯曲半径为管路止境的1.5—2.0倍;

C、弯管最小直线段应保证大于或等于15mm;

D、软管与硬管接头大于35mm。


2)美观性

A、管路尽量布置在隐藏空间,利于压力板、大灯、前上构件遮挡;

B、直接裸露部分尽量遵守横平竖直的原则。



3)基本间隙


4)隔振

A、空调硬管与压缩机连接时,采用软管连接;

B、由于发动机是运动件,防止振动脱落,振动余量大于发动机运动量。


5)防水、防泥

三态压力开关或传感器开口朝下,避免雨水进入插接件。


6)防磨

空调管在穿过洞口或绕过锐角处或安全间隙无法保证时,必须在管路外加保护套,避免磨损。


7)热害

软管无法避免高温区域,增加铝箔隔热。



8)固定

A、硬管两固定点之间的距离必须大于100mm,同时须小于400mm;

B、尽量避免在空调软管上增加固定点。




9)NVH

防止管路噪音,振动通过车身,前壁板附身到车内,在前壁板、管夹及管卡固定处增加橡胶软垫。


10安装维修

A、冷媒的加注空间;

B、空调管路的总装装配空间。



汽车管路的设计与开发在整车的开发过程中往往被忽略其重要性,但由于管路与底盘、动力、空调、等专业都有着千丝万缕的关系,其重要性不言而喻,它是各个总成系统能够高效运转的关键零件。




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