頭枕導套的設計與分析

黃勇

摘 要：頭枕導套是汽車座椅上的緊固件。是連接頭枕和座椅靠背之間的部件，零件雖小，但是它卻是集安全件，外觀件，功能件為一體，從設計到加工，從驗證到認可都有非常嚴格的要求，本文以某OEM汽車的頭枕導套為例，分析這個小零件在設計時需要充分考慮的問題。

關鍵詞：頭枕導套;汽車零部件;緊固件;安全件

1 功能要求分析

頭枕導套是一個功能件，它的設計要滿足一種特定的功能。這些功能包括：用戶可以按動導套上的鎖止按鈕起到解鎖作用，以滿足用戶對于頭枕舒適度的調節作用。但是對于這一功能，就會有對操作力的要求，按入力過大，用戶手費力不舒服，按入力過小，頭枕容易滑出。

下圖1中11號零件顯示的就是頭枕導套。分為2個，一個是自由端，另一個是鎖止端。因此根據字面很容易理解，其中的一個導套是有鎖止按鈕的，可以通過按動按鈕來解鎖，起到調節頭枕高度的作用。

（1）導桿滑動力的要求是30±10N，這點在結構設計時非常重要，也非常困難。

頭枕的金屬導桿的直徑是13.9±0.1mm，為了滿足這個力的要求，在導套內孔的設計時，不能完全用面接觸的方式來設計，必須要線接觸，在內孔設計加入四條筋，相切圓的直徑是13.95mm。但是4條筋的高度不能完全貫穿。因為塑料材料在注塑后，內孔會收縮，變小。如果完全貫穿下去，導桿會插不動。導致產品設計失效。在導套的尾端的內孔設計時，需要增加內壁的4個倒角，以增加夾入力，減小間隙，避免噪音。在座椅的頭枕裝入導套時，一般會涂上潤滑油，以保證滑動力的要求。除了上面說的結構設計時需要考慮的因素外，零件的材料，模具的設計，以及氣候也影響很大。主要包括：

1）零件的管體材料選擇的是PP材料，材料自身具有收縮性能。耐氣候性也差。因此在選擇材料時，需要考慮添加一些能提高耐候性和耐溫性的添加劑。

2）零件的管體中間是圓形空孔。注塑后，隨著冷卻效果，產品會產生后收縮變形。模具的設計時，必須要考慮在內孔的鑲件內增加冷卻水路。注塑時，需要增加冷卻時間。

3）零件在冬天和夏天的尺寸是不同的，內孔會有0.2mm左右的變化，因此金屬桿的插入力也會有影響。特別是在冬天，溫度較低，內孔會變小。上面4條筋的結構設計方式，可以通過注塑工藝來微調這個尺寸，以保證不同季節的零件尺寸。

（2）頭枕導套的按鈕的操作力的要求是：15±5N。

按鈕壓入的位移量為3.4mm，按鈕的兩端卡爪的厚度公差需要設置為負公差0/-0.2mm，且兩端需要保持一定的平面度，否則按鈕壓入不平衡，壓入力過大。

2 外觀要求分析

頭枕導套除了嚴格的功能要求以外，另一非常高的要求就是外觀件要求，零件表面是外露件，不同車的內裝飾顏色是有區別的，有的是黑色的，有的是米色的，有的是灰色等。頭枕導套的外露面也需要和座椅的顏色一致，色差必須在允許的范圍內。

色差檢驗是用色差儀器對標準樣板和零件表面進行取點的色差分析。用L、a、b、e，分別代表光澤、紅、黃、藍的數據。用測量值減去標樣值取絕對值為DL，Da，Db，De。要求。DL=|0.35|，Da=|0.25|，Db=|0.25|

3 安全特性分析

頭枕導套在汽車零件中屬于安全件。所有的文件控制都必須加上安全標記。之所以屬于安全件，是因為這個零件的功能會影響乘客的人身安全。如果鎖止失效，汽車在沖擊狀態時，頭枕容易飛出，人的頭部將不受到保護，產生危險。

因此不管是設計過程，還是驗證過程都有著非常復雜和嚴格的要求。

所有零件的驗證，特別是安全件的驗證，必須要遞交零件和報告到OEM的認可，方可以進入批量生產階段。OEM給予的認可報告，稱為安全件認可報告。

獲得安全件的認可是需要通過一系列的實驗測試。主要實驗包括材料方面：如球壓痕硬度，缺口沖擊強度，耐光性試驗，耐刮擦試驗，不含六價鉻有害物質，散發特性，高低溫循環測試，耐老化，機械性能，化學性能，還需要通過動態的抗沖擊性能測試。為了增加零件的抗沖擊性能，需要在結構上做如下調整：

1）擴大加強壁的面積，厚度設計為2.4mm，這樣能有效地增強零件與座椅金屬骨架的接觸部分的強度，提供耐沖擊性能。

2）如下圖2增加金屬銷的定位筋的寬帶和高度，以增強耐沖擊性能。寬度方向增加2mm，總寬度增加到4mm。高度方向增加0.4mm，總高度為1.4mm。

4 總結

本文從座椅頭枕導套的三大重要特性出發，介紹了如何在產品的設計和開發過程中完善方案，在開發初期就充分考慮這些問題，避免零件成型后在這些重要的特性上產生失敗。讓原本看似簡單的結構設計，結合更多的實際應用的需求，讓設計滿足制造，滿足最終的應用。并且避免反復改模，有效縮短產品開發周期，降低模具成本，及未來產生的質量風險。