密封系统设计指南DOC.docx

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密封系统设计指南

第一章概论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1-1该指南的主要目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1-2该指南的相关内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

第二章密封系统的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

2-1密封系统法规性要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

2-2密封系统其它要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

第三章密封系统结构解析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

3-1密封系统安装位置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

3-2密封条结构的解析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

3-3典型密封截面的解析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

3-4密封条材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

第四章密封系统失效模式、设计校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

4-1密封系统失效模式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

4-2密封系统设计校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

第五章密封系统设计趋势及工作方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

5-1密封系统相关趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

5-2现存主要问题和今后工作方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

第一章概论

1.1该指南的主要目的

该指南主要解决两方面的问题:

（1）、密封系统的设计需要满足哪些方面的要求，包括法规要求、设计目标要求等；

（2）、密封系统的设计应该遵循哪些规律性的东西，尤其是设计细节和经验值。

1.2该指南的主要内容

该指南从以下几个方面展开：

（1）、针对密封系统设计在宏观方面的要求，侧重于法规要求和设计目标要求，辅之以BENCHMARKING研究；

（2）、针对密封系统在微观方面的要求，侧重于密封条本身和典型密封截面的解析及要求；

（3）、其余内容涉及密封系统校核、潜在失效模式和未来的设计趋势；

第二章密封系统的设计要求

2.1密封系统法规性要求

具体性要求

GB/T12426车辆用密封条的污染性试验方法

GB/T12425车辆用密封条的人工气候曝露试验方法

GB/T12424车辆用植绒密封条的磨损试验方法

GB/T12478-1990客车防尘密封性试验方法

GB12479-1990客车防尘密封性限值

GB/T12480-1990客车防雨密封性试验方法

QC/T639-2000客车门窗用橡胶密封条

QC/T640-2000客车门窗用植绒密封条

QC/T641-2004汽车用塑料密封条

Q/CAC·04·129-2000A11型车用塑料密封条

Q/CAC·04·130-2000A11型车用橡胶密封条

Q/CAC·04·131—2000A11型车用植绒密封条

QCn29008.6-1991车身密封性评定方法汽车产品质量检验

一般性要求（德国大众）：

TL-VW607供货技术条件车门用发泡橡胶密封条材料要求

TL-VW626供货技术条件海绵橡胶密封条材料要求

TL-VW642供货技术条件复合体密封条材料要求

TL-VW655供货技术条件车窗玻璃导轨用无支撑带的植绒密封条材料要求

TL-VW658供货技术条件边缘保护用弹性密封条材料要求

TL-VW676供货技术条件用于窗密封的软PVC材料要求

TL-VW52002供货技术条件橡胶密封条材料要求

TL-VW52006供货技术条件软PVC泡沫密封条材料要求

TL-VW552015供货技术条件EPDM风窗密封条材料要求

TL-VW52042供货技术条件窗导轨密封条和窗框密封条材料要求

PV3314供货技术条件带软管密封边的密封条压缩拉脱负荷试验技术条件

2.2密封系统其它要求．

一般性要求

1）防止进水和漏风，以及尽量减少灰尘的进入

2）尽量减少风噪

3）符合开关门的力的要求;同时，要求密封条上的出气孔合理分布

4）良好的外观

具体考虑事项：

1）在门上段区域，由于门闭合后，密封条的反作用力会导致门上段向外偏移，因此设计时，门外表面应该比侧围外表面低大约3～5mm;见（图2－1）

2）为减少水的进入，在侧门的四个接角部位，密封条应该增厚0.3mm;

3）在淋雨试验中，15分钟内不能有水侵入（100～175mm/hour）；

4）对于侧门密封压缩力，前、后门均以大约25kgf为宜；

5）为使密封条安装后服帖，在钣金形状急剧变化处，应设置卡扣固定；见（图2－2）

5）从节省成本考虑，尽量减少密封条卡扣孔；

图2－1门上段示意图图2－2钣金形状变化示意图

第三章密封系统结构解析

3.1密封系统的安装位置

3.1.1整车的密封

总体上，车身密封是为了保证车身外的尘、沙、雨、雪不进入车内，同时，使车内的噪声降到一个很低的水平；基于上述要求，可以把车身的密封按位置分为三类：

（1）、车身本体的密封：

由于车身骨架焊接总成上，有诸多工具孔或维修孔以及钣金接触缝隙，所以，这些孔需要用各种材料进行密封，比如密封胶、堵盖等等；（具体不再介绍）

（2）、静止玻璃的密封：

对于前风档、后风挡、三角窗玻璃等非活动部件，密封形式通常采用密封条或密封胶；尤其前后风挡，为加强密封效果，安装方式多采用内部涂胶粘结，然后从装饰角度考虑再加装一些装饰条；

（3）、活动部件的密封：

对于经常活动的部件，如前后车门、发动机盖、行李箱盖等的密封，一般采用密封条；其要求不仅要隔绝沙尘雨雪以及噪音进入车内，还要缓冲关门时的冲击，而且，防止车门在行车过程中，振动过大。

整车需要密封的大致位置，参见下图：

（图3－1）；更为详细的密封位置参见：

（图3－2）

图3－1整车密封位置简略示意图

图3－2整车密封位置详细示意图

3.1.2侧门密封条的分段

由于侧门密封条是环形一周，而且各段的密封截面是不同的，因此，如何合理分段，如何进行接角，需要根据具体情况进行分析；下面是相关车型的情况，见（图3－3）

图3－3侧门密封条分段示意图

3.1.3侧门密封条的数量

根据车的市场定位，来决定采用几道密封；一般而言，豪华车，对于车内噪音、防水防尘性的要求较高，则采用多道密封；对于经济型轿车，则采用一道密封即可。

其优缺点的对比见下表。

（表3－1）

示例：

P11的侧门，在B柱位置是三道密封。

（图3－4）

S12的侧门，在B柱位置则是一道密封。

（图3－5）

表3－1密封条数量及优缺点对比表

C

B

A

图3－4P11在B柱位置的截面图

图3－5S12在B柱位置的截面图

3.2密封条结构的解析

3.2.1密封条安装位置示意图

（1）、侧门门洞处的密封条：

大体有三种形式：

双泡密封条（图3－6）、单泡密封条（图3－7）、无泡密封条（图3－8）

图3－6双泡密封图3－7单泡密封图3－8无泡密封

（2）、前后门之间的密封条：

大体有两种位置形式：

在后门上安装（图3－9）、在B柱上安装（图3－10）

图3－9后门安装图3－10B柱安装

（3）、门上段处的密封条：

大体有两种密封形式：

一体式（图3－11）、（图3－12），分开式（图3－13）

图3－11一体式1图3－12一体式2图3－13分开式

（4）、窗框部位（BELTLINE）的密封条：

密封原理是类似的，具体形式稍有区别：

见双唇式（图3－14）和连唇式（图3－15）

图3－14双唇式图3－15连唇式

（5）、发动机盖处的密封条：

密封截面变化不大，具体安装形式稍有区别：

见（图3－16）、（图3－17）

图3－16单纯夹紧式安装图3－17卡扣式安装

（6）、行李箱盖处的密封条：

密封截面变化不大，具体形式稍有区别：

见（图3－18）、（图3－19）

图3－18行李箱盖密封条1图3－19行李箱盖密封条2

3.2.2密封条种类和样式

（1）、轿车车门密封条：

（实例见：

图3－20）

门框密封条：

主要由密实胶基体和海绵胶泡管组成；密实胶内含有金属骨架，以加强定型与固定作用；海绵胶泡管有受压变形、卸压反弹的功能，保证关门时的密封作用；此外，唇边部分有装饰作用，如由彩色胶构成或贴有织物，色彩更加美观；

门洞密封条：

结构为全海绵胶泡管，或密实胶基底与海绵胶组合；同门框密封条配合使用，以增加车门与车体的密封作用

图3－20轿车车门密封条

（2）、轿车车窗密封条：

（实例见：

图3－21）

车窗玻璃泥槽：

由不同硬度密实胶组成，可嵌入骨架保证尺寸匹配性能；不同方向唇边的植绒不仅降低玻璃与胶条间的滑动摩擦，而且有助于减小噪音；

车窗内外侧条：

由纯胶，或同塑料件复合构成，除以植绒降低同玻璃间的摩擦之外，还有装饰作用；

前后风挡密封条：

由纯胶型条围接而成，在风窗玻璃同车体间保证固定密封作用

（3）、轿车前后盖密封条：

（实例见：

图3－22）

发动机盖密封条：

由纯海绵胶泡管，或同密实胶复合构成，用于罩壳同车身前部的密合密封

行李箱盖密封条：

由含骨架的密实胶基体和海绵胶泡管组成，保证后盖关闭的密封作用

图3－21轿车车窗密封条

图3－22轿车前后盖密封条

（4）、结构复杂的密封条：

（实例见：

图3－23）

接角接头型：

挤出型条通过注射模压工艺两两相接或单端加接，以满足密封条在转角部位或需要定位部分的安装匹配要求

可变截面型：

密封条可在挤出过程中通过计算机控制，改变截面各部分的大小和形状，满足使用时车身不同部位的装配要求

图3－23结构复杂的密封条

3.3典型密封截面的解析

3.3.1侧门的密封截面解析

（1）、门框密封截面：

总体上，在设计过程中，既要考虑反作用力，又要考虑其密封性能；反作用力设定得越大，在行驶过程中车门振动吸收性和水密性越好，但相应的是车门闭合力越大；因此，截面确定需二者兼顾。

（2）、档水条密封截面：

一般采用双面密封；车外密封条与车外侧嵌条是一体成型的；安装方式一般用卡子固定或压入门板的翻边处；注意的是：

固定部分应有相当的硬度，使之与门板卡紧，而与玻璃接触的密封部分应有一定的弹性，并通过植绒减小玻璃上下的运动阻力。

（2）、玻璃导轨密封截面：

密封条应易于紧固于玻璃导轨内；另外，密封条应能够与玻璃紧密贴合，有一定的压紧作用，弹性要好，适应性强，同时又能使玻璃易于滑动，滑动量宜小，且能起到良好的密封效果。

密封条在设计时，应将横截面展开，以便于表面植绒或喷涂工艺的需要；安装后，玻璃泥槽形成框形，因此，应注意安装状态和展开状态的相互协调，注意转角的处理；目前，转角处理主要采用两种方法：

接角或切缝

3.3.2发动机盖的密封截面解析

（1）、前风挡玻璃密封截面：

（2）、发动机盖密封截面：

发动机盖处的密封，目的是阻挡雨水、尘沙，减少它们进入发动机仓的机会，保持发动机仓处于整洁的环境状态（缺少具体截面经验值）

3.3.3行李箱盖的密封截面解析

3.4密封条材料

对于密封条材料，总体要求是耐候性高、耐摩擦性好、耐热老化性好、吸水率低、低温时可挠性好及不受车辆油漆的侵蚀等；另外，为了提高耐摩擦性，降低与车身的摩擦声及提高在寒冷地带密封条的防冻性能，一般在密封条表面进行聚氨酯涂层。

主料：

主要原材料为三元乙丙橡胶；新型EPDM可控制其分子中长链支化，使其硫化性能更好，提高挤出速度和产品的产量；其他新型的热塑性弹性体如EPO和TPV等材料既有弹性体的优良工程性能，又有塑料的优良特性，使之可以控制操作，又可回收重复利用，这些材料正在逐步取代EPDM制品。

辅料：

主要是炭黑、骨架材料、补强剂、增塑剂和硫化剂。

第四章密封系统失效模式及设计校核

4.1密封系统失效模式

对于密封系统而言，其主要失效模式的原因有以下：

（1）、关门的闭合力过大：

门总成与侧围总成的实际密封间隙未满足设计要求

密封条本身的透气孔位置设置不合理，且数量相对较少

门总成在设计时，其门的质心、锁与外把手的位置设置得不合理

密封条本身的性能未达到设计要求，导致单位长度上的反作用力较大

（2）、漏风漏雨：

门总成与侧围总成的密封间隙过大，密封条未良好接触钣金

密封条本身的性能未达到设计要求，导致车速过高时，密封条相对移动而导致密封不良

（3）、车内噪声偏大：

门总成与侧围总成的密封间隙设置不合理，密封条未良好密封

密封条的数量偏少

4.2密封系统设计校核

4.2.1设计校核项目

（1）、制造可行性：

这项工作主要涉及制造工艺问题，建议供应商与设计工程师就每个部位的密封部件，进行深入分析，看是否存在制造上的问题，或制造上需要花费很高的费用；比如P11车的外档水条就存在制造上的困难（图4－1）。

（2）、密封可行性：

在前期，这项工作主要借助经验，来判断典型截面是否能够良好密封（具体内容见第三章的“密封截面分析”）；等拉伸出密封钣金面后，可以切取截面，借助CAE分析，来进行判断（具体内容见下节的“CAE分析内容”）。

（3）、外观可行性：

主要关注两方面：

一是这种密封形式是否与整车外观协调，是否会产生间隙过大的错觉，是否需要做装饰边，是否需要取消接角等等；二是车辆运行长时间后，这种密封形式是否容易导致密封件变形。

（4）、装配可行性：

主要涉及密封件的安装方式，是采用卡扣固定还是采用粘胶粘贴；是固定在车门上，还是固定在车身上；以及哪种装配方式更方便，更容易调整，容错性更大，装配质量更易于控制等等。

图4－1P11车型外档水条截面图

4.2.2CAE分析内容

必要性：

由于汽车密封条的材料复杂，结构的特殊性，接触载荷、边界的非线性等因素，应用计算机辅助设计手段，可以提高预测能力，降低开发调试成本。

总体思路：

开始阶段，利用钣金的典型截面来大致确定密封条的截面和几何形状、结构特点；从Benchmarking技术基准档案选取材料及其参数；通过CAE分析软件，如IDEAS、SEALVIEW等，模拟分析密封条的结构与受力变形行为，对变形过程进行理论分析。

分析内容：

理论分析的内容主要针对三个方面：

（1）关门后，密封条的动态变形过程及应力分布；（图4－2）、

（2）关门后，密封条的反作用力介于多大范围；（图4－3）、

（3）关门后，密封条的密封面积；（图4－4）、

相应措施：

如设计不合理，结果不理想，可重新变更密封条截面或钣金截面（图4－5）。

图4－2密封条应力分布及动态变形过程

图4－3密封条在不同位置反作用力及变形

图4－4密封条反作用力及密封面积

图4－5典型密封截面修改示例

第五章密封系统设计趋势及工作方向

5.1密封系统相关趋势

（1）、模块化设计：

北美一些汽车密封条制造厂商已经突破了传统生产密封条的模式，而是与汽车零配件厂合作，向一些整车厂提供一种同时装有导槽与侧条等密封条的组合框架，或车门整件，这种方式顺应了当代汽车零部件工业的模块供货方向发展的潮流。

（2）、彩色密封条：

目前美国等工业发达国家的密封条生产企业已开发出彩色密封条，以满足不同用户的需求

（3）、环保密封条：

为减少密封条在生产过程中的污染及粉尘飞扬而采用母胶型颗粒状的硫化剂及促进剂等作添加剂；禁止有毒性或在生产过程中产生致癌物质的原材料用作生产原料；很少采用盐浴硫化和玻璃微珠沸腾床硫化的生产工艺，而采用清洁的微波连续硫化生产工艺。

（4）。

回收再生密封条：

采用易加工,性能优于橡胶，综合成本较低，废料可回收利用的热塑性弹性体、浇注型弹性体和混炼型弹性体等材料，来替代不可再生利用的三元乙丙橡胶。

目前美国有关公司生产的热塑性弹性体已用于福特、大众、丰田和奔驰公司生产的汽车

（5）、可变截面密封条：

在密封条制造过程中，挤出时应用可变口型技术，即利用计算机控制挤出口型的变化，根据需要在转角部位和连接车体或夹持部位，使截面发生“渐变”或“突变”。

有的使海绵泡管位置、壁厚、大小发生变化，一次挤出在长度方向的截面可变的型条，这样使密封条能更好地与主体匹配、密封，使外观更完美。

而且在加工过程中，减少了劳动强度，改变了以往不同截面密封条在后加工中需要贴合和接角等复杂工序。

（6）、复合挤出技术：

在密封条挤出过程中，现在从双复合、三复合共挤出工艺，即硬质胶（软质胶）、海绵胶、金属骨架共挤出发展到四复合挤出，或更多复合的共挤出，使不同胶种、不同材料、不同颜色的胶料共挤出，而且实现了在线静电植绒，可达到单面或双面植绒，同时可在线进行喷徐聚氨酯、硅油或其它涂层。

（7）、滚压式工装：

在安装密封条过程中，以往采用木榔头捶击式安装，劳动强度大，密封条外观容易受损，现在逐渐改用滚压式工装（R0llFormillg），它是一种带有转子的气动工具，可液压密封条的夹持部分，使它在不同安装部位都能达到均匀一致的装配效果，减轻了装配工劳动强度。

5.2现存主要问题和今后工作方向

（1）、现存主要问题：

出于制造成本上的考虑，现在倾向于借用现有车型的密封相关部件，包括门上段、玻璃导轨、密封条等的截面；但问题是：

一、原有车型的密封系统设计不尽合理，包括密封间隙的设定、压缩量的大小等；

二、经常出现门上断等部件采用一种车型，而密封条采用另一种车型的情况，最终导致配合不良；

三、密封系统确定之后，缺少后续的CAE辅助分析，包括密封条关门后的形状变化、以及反作用力大小等。

（2）、今后工作方向：

针对以上存在的问题，主要工作方向应定位于以下：

一、通过各种途径，包括同供应商探讨、测量其它品牌的样车、做各种规格密封条压缩特性试验等，建立一个实用的密封性能参考数据库；

二、必须掌握CAE分析手段，以便能够模拟和计算出密封条的动态变形过程和关门后闭合力大小；

三、对于一些深层次的密封机理问题，需仔细思考，深入分析；比如，当侧门存在两道密封条时，门洞密封条和门框密封条该如何配合，门闭合力该如何分配，各处尺寸值该如何控制。

（THEEND）