CN110486470A - 一种复合材料箱体的密封装接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种复合材料箱体的密封装接结构,涉及上、下箱体的翻边,包括密封条、一对金属垫片、非标定制的一对螺栓和螺母,其中密封条夹设于翻边之间,金属垫片分顶底两个方向平贴于翻边表侧,螺母的基部内表面设有内螺纹,且螺母自基部同轴延伸设有圆筒,圆筒的内径大于内螺纹的最大直径,圆筒的高度匹配设为密封条压缩状态下与金属垫片、翻边的厚度总和;螺母的基部抵接限位于一侧金属垫片且圆筒穿接于翻边所预设的装接孔中,螺栓穿接于圆筒中并与内螺纹啮合锁紧,螺栓的螺帽抵接限位于另一侧金属垫片及圆筒的端缘。应用本发明该密封装接结构,克服了螺栓附近应力集中而导致周边开裂的问题,同时避免了密封条过量压缩而导致的密封失效。
Description
技术领域
本发明涉及一种箱体装接结构,尤其涉及一种带锁紧限位、良好地保存复合材料和密封材料性能的新型封装结构。
背景技术
随着政府对新能源汽车在财政杠杆撬动和不断调整,日渐朝着能量密度提升、续航里程提升、百公里耗电量下降的方向引导。这些都对整车和电池包的轻量化提出了更高的要求。
电池包是新能源汽车核心能量源,为整车提供驱动电能。同时也是新能源汽车的最大成本支出,约占纯电动车整体成本的50%以上。研发具有高能量密度、快速充电和深度放电的性能,且成本低、重量轻、使用寿命长的电池是新能源汽车降本一条重要途径。目前,复合材料成为电池箱减重的热门材料。
随着新能源汽车推广的深入,安全问题频发,电池系统的安全越来越受到重视。安全可靠的连接防护设计必不可少。目前电池箱均采用分体式结构,上下分成两个箱体,下箱体承载电池组、液冷系统、BMS、以及其它电气件等,上下箱体通过螺栓连接构成一个整体电池箱结构,箱体之间采用密封胶或者密封条进行密封,以达到IP67防水防尘要求。
由于复合材料比较脆,在螺栓连接处极易受到预紧力的作用,再加上汽车行驶过程中各种激励引起的电池箱振动,很容易导致局部应力过大,使得螺栓周围的复合材料开裂破碎,成为复合材料电池箱需要解决的一大问题。
电池箱的密封设计常用有两种形式:压力密封和黏接密封。压力密封常用发泡类硅胶或者橡胶。通过上下安装界面的作用力压缩弹性单元,把弹性单元压缩一定的百分比,利用弹性单元的的反弹力,使弹性单元与上下安装界面充分接触,以达到防水防尘的要求。
黏接密封是使用黏接性能较好的弹性单元,通过弹性单元的黏接力代替压缩弹性单元产生的反弹力,使弹性单元跟上下安装界面充分接触,以达到防水防尘的目的。
由于弹性单元的可压缩性,需要在紧固件锁紧上下安装界面时,如果没有一个刚性比较高的支撑,弹性单元的压缩率很难控制,甚至有可能压缩过量而导致弹性单元破坏,从而密封失效。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种复合材料箱体的密封装接结构,解决箱体封装使用过程中抗应力过激、防止开裂破损并可靠密封的问题。
本发明实现上述目的的技术解决方案是,一种复合材料箱体的密封装接结构,涉及相对接合的上箱体和下箱体及各自对应的翻边,其特征在于:所述密封装接结构包括密封条、一对金属垫片、非标定制的一对螺栓和螺母,其中所述密封条夹设于翻边之间,所述金属垫片分顶底两个方向平贴于翻边表侧,所述螺母的基部内表面设有内螺纹,且螺母自基部同轴延伸设有圆筒,所述圆筒的内径大于内螺纹的最大直径,圆筒的高度匹配设为密封条压缩状态下与金属垫片、翻边的厚度总和;螺母的基部抵接限位于一侧金属垫片且圆筒穿接于翻边所预设的装接孔中,所述螺栓穿接于圆筒中并与内螺纹啮合锁紧,螺栓的螺帽抵接限位于另一侧金属垫片及圆筒的端缘。
进一步地,对应上箱体翻边的金属垫片成型设有强固折边。
进一步地,所述螺母为单体成型件,且螺母的基部与对应下箱体翻边的金属垫片一体焊接或铆接接合。
进一步地,所述螺母与对应下箱体翻边的金属垫片一体加工成型,金属垫片对应装接孔分布成型有圆筒,且螺母的基部相对圆筒同轴冲孔设有内螺纹。
更进一步地,在金属垫片底侧,所述螺母的基部外形为正多边形柱体。
进一步地,所述圆筒的内壁成型有限位螺栓在无外力作用下轴向自转的阻尼胶垫。
进一步地,所述密封条为对应翻边宽度裁剪成型的硅胶片体或橡胶片体。
进一步地,所述螺帽的外侧端面设有对应各类刀头工具的扭力接合槽,或螺帽的侧向外壁设为对应套管工具的扭矩传接面,其中扭力结合槽至少为十字型凹槽或内六角凹槽。
应用本发明结构优化的密封装接结构,具备突出的实质性特点和显著的进步性:通过非标及特殊设计的螺母结构配合金属垫片,克服了复合材料箱体在组装及使用过程中螺栓附近出现应力集中、过激而导致装接孔周边开裂的问题,同时避免了密封条在螺栓打紧时过量压缩而导致密封程度减弱甚至失效的窘境。
附图说明
图1是本发明箱体通过密封装接结构组装的轴剖结构示意图。
图2是单列密封装接结构中螺母的外观结构示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详述,以使本发明技术方案更易于理解、掌握,从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明设计者在长期从事汽车电池生产制造过程中不断积累经验,分析并研究了现有新能源汽车电池的诸多不足,为满足当前动力电池箱体封装对应复合材料可靠耐用、密封效果稳定的需求,着手研发并创新提出了一种复合材料箱体的密封装接结构,解决箱体封装使用过程中抗应力过激、防止开裂破损并可靠密封的问题。
当前技术研发的主流,新能源汽车中箱体均为由复合材料制作而成,因此在箱体组装时需要针对此类材料抗应力集中破裂提出技术解决方案。动力电池箱作为复合材料箱体的一种代表性应用实例,以下便以此为实例详细阐述,当然该复合材料箱体的实际产品具有多样性,并不仅限于该动力电池的箱体结构,本发明该密封封装结构适用于各类带翻边的复合材料箱体。
直观地说,如图1所示的本发明密封装接结构优选实施例的轴剖结构示意图可见,该密封装接结构的作业对象涉及相对接合的上箱体和下箱体及各自对应的翻边对应上箱体翻边的金属垫片成型设有强固折边。组件构成上包括密封条4、一对金属垫片及非标定制的一对螺栓1和螺母7,其中密封条4夹设于翻边之间,金属垫片分顶底两个方向平贴于翻边表侧。具体地,通常情况下,下箱体主要负责承重,而上箱体主要负责防水防尘,因此电池箱的上箱体厚度较之于下箱体厚度略薄。而在上箱体翻边3的表侧平贴增设一个金属垫片2,在下箱体翻边5的表侧平贴增设另一个金属垫片6。而且,对应上箱体翻边3的金属垫片2成型设有强固折边21,由此能够增强电池箱在翻边处的安装刚度,耐受外力而防折损;且金属垫片得以将螺栓附近的应力横向扩散,从而防止发生开裂现象。
上述密封条为对应翻边宽度裁剪成型的硅胶片体或橡胶片体,从产品成型状态来看,可以分别为发泡类、注塑成型实心类或微发泡得硅胶或者橡胶。
上述螺母和螺栓为金属材质的非标准件,根据结构改良并定制成型。从螺母的结构特征来看,该螺母的基部内表面设有内螺纹,用于啮合螺栓的外螺纹实现两者的拧紧和旋松。而且螺母7自基部71同轴延伸设有圆筒72,该圆筒72的规格参数需满足其内径大于内螺纹的最大直径,由此螺栓1能够在可被忽略的阻力下轴向通过圆筒而与内螺纹相接。同时圆筒的高度匹配设为密封条压缩状态下与金属垫片、翻边的厚度总和;即当圆筒72穿接于翻边所预设的装接孔中且螺母的基部71抵接限位于一侧金属垫片6后,圆筒自由端的端缘与另一侧的金属垫片2外侧表面相平齐。与螺母相对应地,上述螺栓1穿接于圆筒72中并与内螺纹啮合锁紧,该锁紧的受限行程点为螺栓1的螺帽11抵接限位于另一侧金属垫片2及圆筒72的端缘。
该优选实施例中所述螺母7为单体成型件,可以通过现有成熟的各类金属高精度加工工艺实现定制,在进行电池箱组装时,优选的方式是将该螺母的基部与对应下箱体翻边的金属垫片需进行一体焊接或铆接接合,由此提高上、下箱体的装接效率;该实施方式下在金属垫片底侧,螺母基部的外形可以是圆柱体等表面光滑的形状。当然在不考虑装配效率的前提下,该螺母也可以作为活动装配体在金属垫片6平贴后将圆筒自下而上穿入装接孔,随螺栓的逐渐旋紧而使基部与金属垫片6相抵接限位;该实施方式下螺母基部的外形优选外六角柱体等。
为保持螺栓在装接后的旋紧强度,避免因车体抖动而自动松脱,该圆筒72的内壁还可以成型设有限位螺栓在无外力作用下轴向自转的阻尼胶垫73。该阻尼胶垫73顺应螺栓的拧紧过程与外螺纹弹性滑接、充分接触。在螺栓受外力旋紧过程中,其面向外螺纹的阻尼力为次要施力,不影响装接过程的顺利进行;而当螺栓完成拧紧卸除外力后,该阻尼力即为面向螺栓的主要施力,由此保持螺栓在径向上的持久稳定。
除上述优选实施例外,本发明该密封装接结构还具有其它多种可选的实施方式,以便于达到同样的密封装接效果。举例而言,上述螺母7与对应下箱体翻边5的金属垫片6一体加工成型,金属垫片对应装接孔分布成型有圆筒。从制造工艺而言,可以先通过模压铸造一体成型金属垫片和多个螺母,而后采用冲压机具和刀头对螺母的基部相对圆筒同轴冲孔设置为内螺纹。在该一体成型的螺母与金属垫片作为装配备件足量供应的前提下,电池箱的组装效率得以成倍提升。
此外,上述螺帽的外侧端面设有对应各类刀头工具的扭力接合槽,或螺帽的侧向外壁设为对应套管工具的扭矩传接面,其中扭力结合槽至少为十字型凹槽或内六角凹槽,提供针对多种装配工具的装配灵活性。
从完整的生产装配过程来看,复合材料电池箱体制作完成以后,上、下箱体分别通过自动化设备开设装接孔;金属垫片2为长条形结构,切割完成后进行钣金加工成型强固折边,并根据设计图纸开设相对装接孔的同轴孔。在优选实施例的情况下,金属垫片6参照进行同样的处理,而后将完成定制的螺母焊接或铆接至金属垫片6的同轴孔中完成定位。完成该些预处理后,将密封条4放置于下箱体翻边上并对好孔位,盖接上箱体后将一对金属垫片自下而上完成对孔平贴,最后利用对应的工具将螺栓面向装接孔和螺母打紧至预设扭矩值,即圆筒的端缘抵接螺帽。该过程下,密封片在合理预设的范围内受力压缩,且对上箱体翻边和下箱体翻边不存在集中应力的情况。
综上结合本发明复合材料箱体的密封装接结构结合图示的实施例详述可见,较之于传统此类装接结构,具备突出的实质性特点和显著的进步性:通过非标及特殊设计的螺母结构配合金属垫片,克服了复合材料电池箱在组装及使用过程中螺栓附近出现应力集中、过激而导致装接孔周边开裂的问题,同时避免了密封条在螺栓打紧时过量压缩而导致失效的窘境
除上述实施例外,本发明还可以有其它实施方式,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种复合材料箱体的密封装接结构,涉及相对接合的上箱体和下箱体及各自对应的翻边,其特征在于:所述密封装接结构包括密封条、一对金属垫片、非标定制的一对螺栓和螺母,其中所述密封条夹设于翻边之间,所述金属垫片分顶底两个方向平贴于翻边表侧,所述螺母的基部内表面设有内螺纹,且螺母自基部同轴延伸设有圆筒,所述圆筒的内径大于内螺纹的最大直径,圆筒的高度匹配设为密封条压缩状态下与金属垫片、翻边的厚度总和;螺母的基部抵接限位于一侧金属垫片且圆筒穿接于翻边所预设的装接孔中,所述螺栓穿接于圆筒中并与内螺纹啮合锁紧,螺栓的螺帽抵接限位于另一侧金属垫片及圆筒的端缘。
2.根据权利要求1所述复合材料箱体的密封装接结构,其特征在于:对应上箱体翻边的金属垫片成型设有强固折边。
3.根据权利要求1所述复合材料箱体的密封装接结构,其特征在于:所述螺母为单体成型件,且螺母的基部与对应下箱体翻边的金属垫片一体焊接或铆接接合。
4.根据权利要求1所述复合材料箱体的密封装接结构,其特征在于:所述螺母与对应下箱体翻边的金属垫片一体加工成型,金属垫片对应装接孔分布成型有圆筒,且螺母的基部相对圆筒同轴冲孔设有内螺纹。
5.根据权利要求3或4所述复合材料箱体的密封装接结构,其特征在于:在金属垫片底侧,所述螺母的基部外形为正多边形柱体。
6.根据权利要求1所述复合材料箱体的密封装接结构,其特征在于:所述圆筒的内壁成型有限位螺栓在无外力作用下轴向自转的阻尼胶垫。
7.根据权利要求1所述复合材料箱体的密封装接结构,其特征在于:所述密封条为对应翻边宽度裁剪成型的硅胶片体或橡胶片体。
8.根据权利要求1所述复合材料箱体的密封装接结构,其特征在于:所述螺帽的外侧端面设有对应各类刀头工具的扭力接合槽,或螺帽的侧向外壁设为对应套管工具的扭矩传接面,其中扭力结合槽至少为十字型凹槽或内六角凹槽。
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