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《商用车雨刮耐久性》

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摘要：雨刮是用来清扫汽车风窗玻璃上的雨水和污物的重要装置,是保障汽车安全行驶的重要措施,在此背景下,雨刮的使用期效变的尤为重要.如何保证雨刮在有效期内正常使用,减少刮刷故障率,是雨刮设计人员需要考虑的首要问题.针对此问题,从雨刮电机、压紧力、机械结构设计等几个方面进行分析,通过优化这些部件的结构,达到提升雨刮耐久性性能的目的.关键词：雨刮;耐久性;电机;输出轴布置;压紧力中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）11-59-03

Abstract：The windscreen wiper is an important device to remove the rain and dirt from the windshield.It is an important measure to ensure the safe driving of the car. In this context,the service life of the wiper is particularly important.How to ensure the normal use of wipers within the validity period and reduce the failure rate of wipers are the primary issues that need to be considered by wiper designers.In view of this problem,this paper analyzes the wiper motor, pressing force, mechanical structure design and other aspects.By optimizing the structure of these components,the durability of the wiper can be improved.Keywords：Wiper;Durability;Wiper motor;Export axis layout;Compacting forceCLC NO.： U463 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）11-59-03

引言

雨刮产品是商用车上重要的运动部件之一,其刮扫性能对驾驶视野有着重要的影响,耐久性能是衡量雨刮产品的一项重要指标.根据雨刮运动特性,电机、周边布置环境、输出轴布置位置、雨刮产品表面防腐性能、刮臂对刮片的压紧力均是影响其耐久性的重要因素.本文着重从这几个方面进行论述.

1 电机性能及其布置环境

1.1 电机性能

雨刮电机主体结构如图1、图2所示：

电机启动时带动蜗轮蜗杆转动,蜗轮蜗杆具有一定的减速增扭作用,会驱动摇臂进行运动,从而带动连杆机构运动,再由连杆机构带动安装于车前身围上的输出轴进行左右方向的摆动,最后由输出轴的摆动带动雨刮片进行左右往复摆动,使其进行刮扫挡风玻璃的运动.

电机主要的部件功能如下：

电枢铁心：为了形成较大的磁通,电枢铁心采用的是导磁率良好的硅钢片.

电枢绕组：电枢绕组由一定数目的线圈按一定规律连接而成,它是电机的电路部分.一般雨刮电机采用的是单叠对称绕组.

换向器：雨刮电机的换向器由12个彼此绝缘的换向片组成,换向片成圆筒状排列.每个电枢绕组首段和尾端的引线,分别焊在两个相邻的换向片上.

电刷装置：电刷装置将外电源引入电机的电枢,它由电刷,刷盒,刷杆和连线等部分组成.电刷是由石墨和金属粉末混合做成的导电块,放在刷盒内用弹簧以一定的压力按放在换向器表面.电机旋转时,电刷与换向器表面形成滑动接触.

碳刷故障主要表现为碳刷磨损过快;其次,根据已有的应用经验,雨刮电机的故障模式还有密封失效,导致电机进水.

示例：根据某款雨刮产品耐久性试验,在未达到预定值时,电机停止运转,经检查,此故障由电机碳刷被烧损引起.选择优质进口碳刷后重新试验,试验未出现故障;另一款电机产品在耐久性试验中,电机进水,引起漏电烧电机,经排查,此问题由减速箱上下盖板密封失效引起,对此部位的匹配面进行整改后,进水问题解决.

1.2电机接插件结构

电机接插件的位置和线束走向也会影响电机的防水性能,设计时,接插件母端增加密封结构,雨刮电机位于线束的上端,预防水流顺着线束进入电机.接插件位置如图3所示：

1.3周边环境件布置

对于电机产品,除了要求其自身密封性能良好,还要求周边件密封到位,減少雨水渗漏进入电机的风险,周边件密封结构如图4所示：

由以上案例看出,电机的自身品质、周边环境件密封状况对雨刮使用性能有重大影响,需要在选择电机时,对其密封结构、内部各部件品质进行严格把控,从而降低其使用风险,对于周边环境件,要求各个部件搭接处做好密封措施.

2 输出轴布置

以中心驱动形式为例,如图5所示.电机输出轴位于主副刮臂输出轴连线中部时,电机负荷最小,雨刮运行平稳,布置最优,但往往由于雨刮布置空间影响,无法实现三点间距一致.根据经验值,1/2

输出轴布置确定后,可运用CAE分析对运动过程中受力部件进行受力分析,尽早发现设计中的不足,及时优化设计,减少产品设计缺陷,降低后期修模风险.

CAE受力分析如图6所示：

3 刮臂对刮片的压紧力

商用车上通常使用有骨刮片,具体指的是胶条固定在支撑骨架上,刮臂通过卡接口与刮片连接,刮片结构如图7所示：

刮片为易损件,在雨刮正常使用情况下,一般在12个月更换一次,以保证雨刮的刮净度.

当雨刮工作时,刮臂带动刮片使之敷贴于玻璃上运动,因此刮臂相对刮片是动力杆件,既要带动刮片旋转又要给刮刷压力.压力的来源是刮臂中弹簧变形产生的.刮臂对刮片的压紧力对耐久性也是一个重要的影响因素.力值过大,会对电机造成一定的负荷,影响电机寿命,力值过小,则会出现刮片与玻璃敷贴性不好,导致刮扫不干净,压紧力各参数分布位置如图8所示：

Q等于P· L/H等于 P·l·L/H （1）

式中：

Q—刮刷压力;

P—刮片单位长度对玻璃压力;

l—刮片长度;

L—刮臂的长度;

H—弹簧中心至铰点距离.

在设计雨刮时,要充分考虑各个部位的设计,保证有效的压紧力,同时,要保证刮臂处结构有一定的调整量,以便后期根据实车验证效果,对压紧力进行调整.为了减少费用,通常会对弹簧结构进行调整.

4 零部件表面处理

雨刮产品的表面防腐性能对雨刮耐久也有一定的影响,特别是各个铰接点,长期的运动极易使这些部位的表面涂层磨损,从而引起锈蚀,增加了机械摩擦阻力,甚至引起杆件断裂.

合理的表面处理能大大提高雨刮零部件防腐能力,金属表面一般建议使用喷塑、达克罗或镀锌处理,非金属表面喷塑处理,据雨刮布置周边环境密封状态选择相应的表面处理方式;根据标准要求对模具样件进行验证,一般选择中性盐雾试验即可.

5 耐久性试验验证