汽车内外饰零部件GD&T图设计研究.pdf

2 0 技术纵横 轻型汽车技术2 0 1 1 ( 1 0) 总 2 6 6 汽车内外饰零部件 GD&T图设计研究 李文丽 ( 上汽商用车技术 中心卡车开发部 ) 摘要 G D&T是 由美国三大汽车公 司于 1 9 9 7年发布的 ，与我 国的形位公差标准大体 一 致 。G D&T图作为产品工程 图纸的一种 ， 主要是采用形位公差等方式来体现零部件的设 计思路 、 零部件重要特征 的相关定义及检具的设计依据等内容。 通过本文的阐述， 可以了 解 G D&T的主要概念以及 GD&T图的设计方法和基本 内容 ， 并为今后的 内外饰 GD& T 图设计工作提供参考和指导。 关键词 ： GD&T工程 图基准尺寸控制设计 l 概 述 在汽车的整个研发和生产过程 中，工程图纸的 发布是一个重要的节点 ，意味着汽车零部件可 以投 人生产制造。发布的产品工程 图纸作为一项重要的 交付物 ， 直接决定着后续产品的质量和品质。G D & T 图作为产品工程图纸 的一种 ，着重体现零部件的设 计思路 、零部件重要特征的相关定义及检具的设计 依据等相关内容， 主要用于验证零件的符合性。 本文 在介绍 G D & T相关知识 的基础上 ， 阐述 G D & T图的 设计要点， 并以某车型的中控面板为例， 讲述 G D & T 图的主要内容。 2 G D & T主要概念介绍 GD &T全称 为“ G l o b D i me n s i o n i n g a n d T o l e r a n c i n g 一的尺寸和公差的规定”， 是由美国通用汽车 公司 、福特汽车公司以及克莱斯勒汽车公 司最先于 1 9 9 7年一起发布的。G D &T标准中包含尺寸标注方 法 ( 属我 国技术制 图标准 ) 与几何公差 ( 属我 国形 状和位置公差标准 ) 两大部分。G D &T标准和我 国 的形位公差标准都等效采用 了国际标准( I S O) ， 所 以绝 大 多数 的 内容 是 相 同 的 。本 文 主 要介 绍 与 G D & T图有关 的概念要求 ，以方便大家更好地理解 G D & T图的含义。 2 1 基 准 基准是确定实际被测要素的方 向或位置 的参 考对象 ， 确切地说 ， 是 用来定 义被测要 素几何位 置 关系的一个几何理想要素， 可由零件上 的一个或多 个要素构成。由于基准是被测要素的参照， 因此在 建立基准的过程中会排除基准要素的形状误差 。按 照需要 ， 被测要素的方位可 以根据单一基准 、 公共 基准或三基面体系来确定。 在 G D & T图中，基准的合理定义和选择是决定 检具能否正确设计， 零件能否检测正确的先决条件， 因此正确理解基准的含义是设计 G D & T图的基础。 2 2 公差 公差 ( 指尺寸公差 ) 是允许一个尺寸变化的总 量 ， 是最大极限和最小极 限尺寸之间的差值 。 形位公差是指实 际被测要素对 图样上 给定 的 理想形状 、 理想位置 的允许变动量 。通常是 与一个 零件 的个别特征有关 的公差 ， 如 ： 形状 、 轮廓 、 定向 、 定位 、 跳动。 在 G D &T图中， 零部件的形状尺寸要求通常按 数模 ， 因此尺寸公差用得不多 。而形位公差作为与 零件特征有关的公差 ， 广泛应用在 G D & T图中。 2 3 公 差原 则 公差原则是指确定形位公差与尺 寸公 差之间 的相互关系应遵循的原则。公差原则分为独立原则 和相关要求 。相关要求又分为包容要求 、 最大实体 要求 、 最小实体要求和可逆要求。 轻型汽车技术2 0 1 1 ( 1 0 ) 总 2 6 6 技术纵横 2 1 在 GD &T图 中， 从 配合性质 、 装配互换及其他 功能要求出发 ， 通常使用最大实体要求及独立原则。 2 3 1 独立原则 独立原则是指同一要素的尺寸公差与形位公差 各 自独立 ，彼此无关 ，分别满足各 自要求 的公差原 则 。 在国标中， 独立原则是尺寸公差和形位公差相互 关 系应遵循 的基本原则 。因此在 G D & T图中， 独立 原则也是各种公差应遵守的。 2 3 2最大实体要求 最大实体要求 可 以应用于被测要 素和基准要 素 ，是指设计时被测要素的实际轮廓应遵守其最大 实体实效边界。 当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时， 允许其形位公差值超出在最大实体状态下 给出的公 差值的一种要求。表示方法是在公差值后或基准符 号后加。 最大实体要求应用在 G D & T图中， 可以满足装 配互换的要求 ， 并且可以减小检具制造成本。 3 G D & T图设计要点分析 3 1 基准系统的定义原则 在汽车设计 、 制造和检测过程中， 采用基准系统 的 目的是避免基准的变换 ，保证汽车零部件在设计 过程、 生产过程、 检测过程以及装配过程中基准存在 统一性， 使零部件制造、 检测、 装配偏差达到最小， 更 好地保证汽车品质f2 1。 通常在汽车零部件的概念设计 阶段就应该考虑到各个部件 的基准系统定义 ，以方 便后续 的设计 。在 G D &T图中 ， 基准 的合理定义是 更好地进行尺寸控制的基础。下面三点是基准的基 本定义原则。 3 1 1 基准的功能性要求 基准应该考虑选择在零件装配的配合面上 ， 而 且被选做基准特征的基准应该 比较稳足 ，存在的装 配偏差较小 ，同时零件 的基准应该能够代表实际零 件的某些特征关系 ， 如平面、 轴 、 孔及凸台等特征 。 3 1 2 基准的一致性要求 建立的基准参考体系最好在零件的设计、 制造、 检测和装配过程中共用且一致 ， 对于汽车内外饰件 ， 由于大部分零件为注塑、 吸塑及模压件 ， 均为一次成 型件 ， 所 以这些零件的设计基准、 检测基准和装配基 准应该保持一致 ， 以保证内外饰 的品质要求 。 3 1 3 基准的可重复性要求 基准特征 自身必须在 制造过程 中保持 尺寸稳 定 ， 即基准点必须定位于零件 的稳定 区域 。对于顶 棚 内饰 、 地毯等非刚性材料制件 ， 需要考虑是否要 添加辅助基准来 限制部件的扭 曲和变形。基准特征 必须具有可重复性， 不会因装配等而变化， 理想的 情况是 同一套基准 既决定 了与其他部件 的配合关 系 ， 又能够作为其生产 的定位基准 ， 同时又适合作 为测量时的定位特征 。 3 2尺寸控制要求 在 G D & T图中，通 常不标注零部件 的形状 尺 寸 ， 而主要通过形位尺寸公差来体现零部件某些特 征的定义要求和外观品质设计要求。 针对汽车内外饰件来说， 通常会存在一些圆柱 销 、 十字销 、 卡钩 、 卡扣座 、 弹性夹片配合结构 、 簧片 螺母 配合结构等。 由于这些特征通 常都会作为基 准 ， 或者与其他零部件有配合要求 ， 对整个汽车品 质有很 大的影 响 ， 因此在 G D & T图中， 需要进行尺 寸控制。 在 汽车内外饰 的设计过程 中定 义的尺寸技术 规范 ( D T S) ， 即间隙面差要求 ， 就是对 内外饰 的外 观品质要求。而 G D &T图最大的用途之一就是通过 轮廓度公差来表现对零部件之 间的配合 品质要求 。 因此在检测过程 中只需要对标注的公差要求进行 检测 即可进行 内外饰零部件的尺寸控制 ， 从而控制 内外饰件间隙面差要求 ， 最终保证内外饰的外观 品 质 。 4 某车型的内饰件 G D & T图示例 本文 以某车型的中控面板 的 G D &T图为例 ， 讲 述 G D & T图的基本内容和设计注意事项 。 图 1 所示为某车型 的中控面板数模 ， 中控面板 与中央出风口、 D V D机、 中控开关模组、 仪表板本体 均有配合关系 ， 而且配合关 系错综复杂 。因此在定 义基准的时候 ， 首先要确定中控面板与其他配合件 的装配关系及装配顺序 ， 以便合理确定主基准和子 基准 。 图 2是 G D & T图的基准定义内容 ， 详细定义 了 中控面板的主基准和子基准。中控面板 的主基准是 指 中控 面板安装在仪表板本体上时 ， 需要 的定位 和 配合基准 。根据基准系统的定义原则 ， 基准 A 1 一 A 8 是 中控面板与仪表板本体 的安装配合面 ， 以限制中 控面板在前后方 向的运动。 基准 B 1 一 B 3 是 中控面板 的弹性夹片安装座与仪表板本体的对应孔之间的 2 2 技 术 纵横 轻 型汽 车技 术2 0 1 1 ( 1 0) 总 2 6 6 由 周 边 与 仪 表 中控开关横组 板本体配合 图 1 中控 面板及配合零部件 风 口 主基撞 基堆 I 描逑 I 方由 1 m I # B 1 - 拄3 旃 l 左右 C1 - C 2 i 梢 l 上 下 甲 夹 苕 出风 口 于 基 准 D1 - D 6 I 疆 l 茸 后 E I 霸 I 左 右 F I 铺 I 上 下 中戋左 出风 口于基堆 G1 - G6 I i f 前 后 H I 诵 l 左 右 l 稍 1 上下 中茬开黄 梗蛙于 基准 J I -J 5 I 蠢 I 前詹 KI - Kz I 稍 f 左 右 LI l 2 l 悄 I 上下 图 2中控面板的基准定义 系统 安装配合面 ， 目的是 限制中控面板左右方向的运动 。 基准 C 1 - C 2 是中控面板的弹性夹片安装座与仪表 板本体 的对应孔之间的安装配合面 ，目的是限制 中 控面板上下方 向的运动。 由于中央出风 口、中控开关模组安装在中控面 板上 ， 因此 中控面板与之相配合的基准 即为子基准 。 中控面板的子基准包括中央左 出风 口子基准 、中央 右出风 口子基准和中控开关模组子基准。根据基准 的定义原则 ， 这些子基准都是与中控面板相配合 ， 并 且基准可以重复使用 ， 具有一致性。 基准定义完成 以后 ，就可 以通过这些基准来定 义 中控面板与其他零部件的配合要求。由于中控面 板处于仪表板的中心位置 ， 属于用户很容易关注到 的地方 ， 因此中控面板与其他零部件的配合 间隙面 差较小 ， 品质要求较高。如图 3所示 ， 在定义中控面 板与零部件 的配合 区域的轮廓度要求时 ， 要充分考 虑到间隙面差的大小及用户对此处 的关注度影 响 ， 因此图 3 轮廓度公差数值较小。 图 3 中控面板的尺寸控制要求 通过图 2 和图 3的内容可以体现中控面板的 基准系统和尺寸控制要求， 即可进行中控面板的检 测工作 。 5 结 语 本文首先简要介绍 了美 国 G D & T标 准的主要 概念 ， 然后详细介绍 了在 G D & T图的设计过程中的 设计要点： 基准的定义和尺寸控制要求。最后以某 车型 的中控面板为例 ， 介绍 了 G D &T图的设计过程 和基本内容，以及在设计中的注意事项。通过对 GD & T标准的理解和 G D & T图的设计要点分析 ， 对 今后 的汽车 内外饰件 的 G D & T图的设计工作提供 了参考。 参考文献 1 张淑立 ， 谭立国 公差分析和优化设计 J 汽 车工程师 ， 2 0 0 9 ( 0 5) 2万健基 于 I n t e r n e t 的质量信 息管理 系统 【 c 同济大学， 硕士论文 ， 2 0 0 5 3 甘永立 ， 几何量公差与检测 第五版 ， 上海科 学技术 出版社【 M】 ， 2 0 0 1