汽车雨刮器设计基础知识

汽车雨刮器设计基础知识内容概要:◆系统总述◆系统构成与功能描述◆工作原理◆系统设计与开发系统发展方向◆◆性能与技术要求雪花水滴泥、沙和灰尘昆虫和其它杂物风窗刮水洗涤系统的重要性一、系统总述风窗刮水洗涤系统布置示意图一、系统总述风窗刮水器发展史1916年倾斜式前风窗玻璃流行，手动刮水器应用于汽车。1924年博世公司开始生产电动刮水器。1967年隐蔽式前窗玻璃刮水器开始流行。1922年卡迪拉克产量超过20,000辆。它的成功一部分就是因为其配备的标准风挡刮水器。一、系统总述刮水器按驱动方式可分为机械式、真空式、气压式、液压式和电动式。现代汽车一般采用电动刮水器其优点是结构简单、控制方便。前风窗刮水器类型一、系统总述三刮臂双刮臂单刮臂按刮臂总成数量一、系统总述用于一般车辆多用于大型客车货车风窗玻璃的高宽比＜1：1.75风窗玻璃的高宽比＞1：1.75按刮臂摆动方向分一、系统总述一、系统总述20-45次/分钟用于中、小雨雪天气低速高速间歇≮45次/分用于大雨雪天气约2-12S一次用于蒙蒙细雨天气司机关闭雨刮器时，雨刮臂往往不停在适当的位置，阻碍司机的视线。为解决这一问题，雨刮器设有一个回位开关，控制雨刮器电机。当电机停止运转时，雨刮臂就会停在风窗玻璃下的适当位置。刮水器的自动复位功能一、系统总述凸轮开关后雨刮器没有专门的四连杆机构，只在电动机上附加一个紧凑的转换机构，将旋转变为摆动。后风窗刮水器：M11后刮系统示意图一、系统总述洗涤系统的组成：风窗洗涤系统一、系统总述储液罐洗涤泵输水管喷嘴洗涤泵是洗涤系统的核心组成部分。它由永磁直流电机和离心式叶片泵构成一个小总成，一般安装在储液罐上，前后风窗的洗涤泵可以共用，通过电机的正反转来实现。泵的喷射压力约为70—88KPa，其连续工作时间一般不超过1min。洗涤泵一、系统总述◆系统总述◆系统构成与功能描述◆工作原理◆系统设计与开发系统发展方向◆◆性能与技术要求序号项目技术标准要求1刮刷面积至少覆盖A区域的98%，B区域的80%2刮水频率高频≮45次／min，低频≮20次／min，且≯45次／min，高低频之差≮15次／min3刮片复位刮水器关闭，刮片自动返回至初始位置。4压紧力曲刮≮0.12N／cm，平刮≮0.09N／cm。5刮刷效果初期：整个刮刷范围内充分刮净，不出现任何刮刷残痕；50×104：整个刮刷范围内充分刮净，不出现任何刮刷残痕；100×104：允许局部出现模糊状刮痕。6刮片耐久性≮50×104次。二、性能与技术要求国别国标GB15085EEC78-318美国国家标准刮水器刮刷频率高频≮45次／min，低频≮20次／min，且≯45次／min，高低频之差：≮15次／min高频≮45次／min，低频≮10次／min，且≯55次／min，高低频之差：≮15次／min高频≮45次／min，低频≮20次／min，高低频之差：≮15次／min刮水器的固定此项空白刮片的固定结构和固定方法应当保证能够从风挡玻璃外表面拆下刮片以便于手动清洁。此项空白标准条款二、性能与技术要求二、性能与技术要求高低温试验高低温试验箱刮水器在-40℃—80℃温度条件下应能正常工作,金属件的油漆层和塑料喷涂层应无皱缩和起层现象。刮水器经50×104次刮刷循环后，应仍符合相关规定；刮水器（除胶条外）经150×104次刮刷循环后，应仍具有工作能力，刮杆对刮片压紧力的变化率应在15％以内，各零部件不得有明显松动或其它异常现象出现；胶条耐久性不应低于50×104次。耐久性试验耐久试验台二、性能与技术要求其他试验及设备电机连杆耐久性测试洗涤器耐久性检测高低温交变箱二、性能与技术要求◆系统总述◆性能与技术要求◆工作原理◆系统设计与开发系统发展方向◆◆系统构成与功能描述风窗刮水系统的构成：刮片刮臂联动机构电机及减速机构三、系统构成与功能描述雨刮器的动力源来自电动机。它是整个雨刮器系统的核心。它采用直流永磁电动机，一般与减速机械部分做成一体。减速机构的作用是减速增扭，其输出轴带动四连杆机构，通过四连杆机构把连续的旋转运动改变为左右摆动的运动。电机及减速机构三、系统构成与功能描述联动机构分为钢索式和连杆式，现在大多应用连杆机构，连杆机构效率约为80～90％，刮刷角度在110度范围内，而且构造简单，无噪声，耐用，成本低，所以被广泛采用。联动机构三、系统构成与功能描述四连杆机构雨刮臂由刮臂头部、刮片弹簧、刮杆和夹持架构成。刮臂对刮片的压紧力要求：平刮时每厘米刮片压力为0.09～0.13N，曲刮时为0.12～0.16N雨刮臂三、系统构成与功能描述刮片是雨刮系统的执行器件，它由四连杆机构通过安装在前围板上的转轴来带动刮刷风窗玻璃。材料一般为氯丁橡胶与天然橡胶的合成胶，产品性能和寿命都要满足GB15085中相关的试验要求。雨刮片中国JB3032—81规定刮片系列长度为：200、225、250、275、300、325、350、400、450、500、550、600mm三、系统构成与功能描述雨刮片真正的功能？不就是将玻璃上的水刮干净吗？三、系统构成与功能描述其实它真正的功能是将玻璃表面的雨水抹平形成均一的水膜层，使光线顺利穿过，不会产生折射和弯曲变形。这才是真正的作用三、系统构成与功能描述◆系统总述◆系统构成与功能描述◆性能与技术要求◆系统设计与开发系统发展方向◆◆工作原理刮水洗涤的操控解析0.停止1.间歇刮水2.慢速刮水3.快速刮水4.点动刮水5.清洗四、工作原理四、工作原理低速档控制把组合开关的刮水手柄打到“Ⅰ”档，电流从蓄电池正极熔断器共用电刷电枢绕组低速电刷开关触点搭铁四、工作原理把组合开关的刮水手柄打到“Ⅱ”档，电流从蓄电池正极熔断器共用电刷电枢绕组高速电刷开关触点搭铁高速档控制四、工作原理蓄电池正极熔断器共用电刷电枢绕组低速电刷开关触点触点臂5铜环9搭铁自动复位控制四、工作原理自动复位控制四、工作原理当组合开关刮水手柄打到间歇档时，间歇刮水控制器开始工作，定时接通低速刮水继电器，刮水器以间歇形式刮水，工作电路与低速电路相同。间歇时间由间歇继电器控制，利用电机的回位开关触点与继电器电阻电容的充放电功能使雨刮器按照一定周期刮扫。四、工作原理间歇运动控制◆系统总述◆系统构成与功能描述◆工作原理◆性能与技术要求系统发展方向◆◆系统设计与开发一、产品设计流程二、产品运动校核三、制造工艺流程四、设计开发案例五、系统设计与开发模具制造方案评审选型匹配分析平台化产品对比竞争车型分析标杆车型分析项目启动选型方案确定确定供应商产品设计开发数模冻结设计评审ET\PTSOP样件验证五、系统设计与开发—产品设计流程刮水器部件与周边部件的最小间隙确认风窗玻璃刮水器CAE运动分析风窗玻璃及周边件数模刮水器系统数模法规要求及约束条件刮水器周边最小间隙的技术要求确定玻璃A/B区数模确定实际刮水面积理论刮水面积风窗玻璃刮水器运动校核报告刮水器运动校核流程五、系统设计与开发—产品运动校核按照GB11562和GB11555有关规定计算出目标车型的A、B区域的面积。一、风窗玻璃刮水器刮刷面积校核1、理论A、B区面积刮水器理论刮刷面积五、系统设计与开发—产品运动校核A区域：A区域是下述从V点（即指V1和V2点），V1点和V2点分别为椭圆的上下边界点,向前延伸的4个平面与风窗玻璃外表面相交的交线所封闭的面积。这4个平面是：（1）通过V1和V2点且在X轴的左侧与X轴成13°角的铅垂平面。（2）通过V1点，与X轴成3°仰角且与Y轴平行的平面。（3）通过V2点，与X轴成1°俯角且与Y轴平行的平面。（4）通过V1和V2向X轴右侧与X轴成20°角的铅垂平面。五、系统设计与开发—产品运动校核B区域：B区域是指由下述4个平面所围成的风窗外表面的面积，且距风窗玻璃透明部分面积边缘向内至少25mm，以较小面积为准。(1）通过V1点，与X轴成7°仰角且与Y轴平行的平面。（2）通过V2点，与X轴成5°俯角且与Y轴平行的平面。（3）通过V1和V2点且在X轴的左侧与X轴成17°角的铅垂平面。（4）以汽车纵向中心平面为基准面，且与（3）所述平面对称的区域。五、系统设计与开发—产品运动校核2、计算实际刮刷面积并对比分析根据CAE运动分析得到的实际图形五、系统设计与开发—产品运动校核雨刮及玻璃数模法规符合性判定二、风窗玻璃刮水器最小间隙校核1、根据国标有关规定确定风窗玻璃A区、B区2、根据整车有关装配数模，建立刮水器连杆、刮臂等零部件之间的运动关系约束。在刮水器满足刮刷面积的条件下，通过整个过程的运动分析，可得到刮水器与周边件的最小间隙数据（见例图）：五、系统设计与开发—产品运动校核电机曲柄与周边最小间隙连接杆与周边最小间隙五、系统设计与开发—产品运动校核3、校核结果对比实际值和技术要求值，验证目标车型是否满足最小间隙技术要求。序号名称内容间隙值（mm）1刮水器连杆运动过程中与周围零部件的最小间隙≥102刮水器刮刷臂运动过程中与周围零部件的最小间隙≥103刮刷臂旋转轴运动过程中与周围零部件的最小间隙≥54后刮水器总成与周围零部件的间隙≥5五、系统设计与开发—产品运动校核五、系统设计与开发—制造工艺流程配料密炼混炼过滤出料成型表面处理分割刮雨测试刮片金属件金属件冲压铆中心钉粉末喷塗烘烤拆废边组装包装FQC检验出货轴类精加工转子组装冲压转子片压铸锌铝合金压铸机成形去毛刺，抛丸五、系统设计与开发—制造工艺流程1.电机生产工艺工程步骤：工艺简介：用高速成形冲床冲制成电枢铁芯电枢片成形及电枢铁芯制作五、系统设计与开发—制造工艺流程换向器、轴、转子等组装工程步骤：五、系统设计与开发—制造工艺流程工艺简介：1.碳刷架与减速箱采用胶钉连接，可以自动调整位置，减少碳刷磨损；2.刷握、碳刷的铆合接线，提高了线路的可靠性，而不采用焊接(减少虚焊的隐患)。电机组装五、系统设计与开发—制造工艺流程电机组装工艺简介：1.滚动轴承又提供轴向、径向支撑使电枢部件支点适当，不会因为转动发热而影响工作；2.蜗轮齿形加厚，蜗杆齿形变薄实现等强度平衡。五、系统设计与开发—制造工艺流程2.联动机构生产工艺联动机构注塑工艺简介：通过注塑机给连杆注塑；做联动机构部件。工程步骤:五、系统设计与开发—制造工艺流程工艺简介：轴、球头与摆杆铆接组装，完成后为联动机构半成品。工程步骤:联动机构铆接五、系统设计与开发—制造工艺流程联动机构组装工艺简介：轴套、固定螺钉、摆杆组件半成品组装，完成后为摆杆组件。工程步骤：五、系统设计与开发—制造工艺流程工艺简介：摆杆组件、摆臂组件、连杆组件、揺杆组件组装，完成后为联动机构成品。工程步骤：联动机构组装五、系统设计与开发—制造工艺流程3.雨刷生产工艺工艺简介：采用自动冲压设备，配套自动送料矫正机，利用连续五金模将钢材进行成型及冲裁。工程步骤：支架冲压成型五、系统设计与开发—制造工艺流程支架表面涂装（烤漆）工程步骤：五、系统设计与开发—制造工艺流程胶条制造工艺简介：在液压机上利用上下成对的模具，在模具上放入相应的橡胶块，对模具加温并用压力合并上下模，使生胶硫化形成雨刷胶条的形状，再进行分割处理。工程步骤：五、系统设计与开发—制造工艺流程雨刷组装工艺简介：采用自动流水线，用铆钉、销钉将支架各部分进行连接后穿上弹片及胶条，完成雨刷成品。工程步骤：五、系统设计与开发—制造工艺流程问题描述：雨刮刮臂在运动到玻璃下边时与下边胶条干涉，在运动到上方时与侧边胶条干涉。五、系统设计与开发—系统开发案例一、雨刮行程大，与玻璃胶条干涉影响雨刮行程的因素：1、电机曲柄的长度。雨刮的运动行程大。五、系统设计与开发—系统开发案例原因分析：电机曲柄五、系统设计与开发—系统开发案例影响雨刮行程的因素：2、联动机构上的曲柄长度。连杆曲柄连杆曲柄经过问题车与正常车辆的对比分析，发现雨刮电机上的曲柄长度不一致，正常车辆的雨刮电机曲柄长度为37mm，而问题车辆雨刮电机曲柄长度为37.8mm。为确认问题原因，将电机曲柄长度为37mm的装到问题车辆上，行程合适。确认雨刮行程大是由雨刮电机曲柄长度的不同而引起的。问题确认：五、系统设计与开发—系统开发案例