一款重卡雨刮器的設計與實現

徐正

摘 要：隨著人民生活水平的提高，汽車已經走入千家萬戶，現在人們對汽車零部件的質量要求越來越高。該文旨在通過描述整個雨刮器的設計開發過程，在開發過程中通過三維軟件模擬雨刮器運動，前期避免雨刮器的干涉；在試驗過程中驗證雨刮器的性能，避免后期雨刮器在批量生產時產生設計方面的問題。

關鍵詞：雨刮器 CATIA 運動仿真

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0053-02

該文的研究是以一款重卡雨刮器的設計開發過程為依托展開的，通過合理設計開發過程中的工作內容，制定工作計劃表，合理設計試驗方案，并在設計開發過程中試驗，盡早發現問題。在設計中使用CATIA三維軟件進行模擬分析，形成雨刮器動態圖。

1 重卡雨刮器產品前期準備

1.1 客戶需求分析

客戶輸入的主要內容包括：車身鈑金數模、玻璃數模以及刮刷的A、B區范圍；客戶的雨刮器標準，從而確定設計雨刮器的試驗要求；產品的相關材料要求；客戶關于整個項目的進度要求。

1.2 成立開發小組

重卡雨刮器產品雖小，但是其設計實現所涉及的內容較多，從工序上包括前期、設計、樣品制作、質量把控、產品制作等過程，為了保證所制作出的產品滿足用戶要求，需要成立開發小組。

1.3 制定項目開發計劃

為了確保整個產品的工期，需要制定項目開發計劃，明確各個階段的時間節點以及關鍵成果，主要包括試驗、FMFA、生產模具等。

1.4 制定代用材料清單

根據有關標準，制定雨刮器代用清單，此款雨刮器代用清單為：接頭、延伸臂、刮桿、拉簧、拉鉤、拉鉤銷釘、接頭鉚釘、接頭襯套-內、接頭襯套-外、水管、刮片、左軸套、擺臂、擺桿、右軸套、連桿、搖桿、擺桿軸、球頭、支架等。

1.5 制定初始工藝

需要分別從電機、連動機構、雨刮、雨刷等分總成件來進行初始工藝分析。

1.6 制定初始特殊特性清單

設計前，一般需要明確產品的初始特殊特性，包括負載、噪聲、噴塑厚度、刮臂壓緊力、機殼沖磁時間、齒圈跳動、噴塑溫度等內容，作為產品設計的前期重要文件。

1.7 制定初始設計方案

根據前期和客戶的溝通以及客戶提供的相關數模，制定初始的設計方案：（1）雨刮器總體結構為分體式、順刮結構，電機采用成熟的80 W電機，其連動機構和刮臂刮片部件均是成熟結構，只需要按照車身安裝位置及空間調整相關數據即可。（2）電機工作原理采用正極控制，其內部有過流保護器，2電感2電容結構，以滿足EMC要求。（3）電機護套采用直接注塑到電機蓋板上，其接口尺寸按照主機廠圖紙要求。（4）連動機構按照數模進行開發，只需校核與周邊鈑金無干涉即可。（5）刮臂刮片采用附圖結構，將噴嘴固定在刮桿上，水管通過接頭槽進行固定。

2 重卡雨刮器的設計

2.1 產品數模設計

（1）安裝部位情況：客戶提供玻璃及安裝部位鈑金數模以及玻璃上A、B區的位置。（2）數模設計：客戶已經將兩輸出軸位置、電機的安裝位置布置好，經過模擬分析，要滿足客戶規定的刮刷范圍，主刮角為97°，副刮角為107.5°；按此思路，設計四連桿機構的各零部件的中心距，在設計過程中需要考慮靜態件和周邊零部件的間隙必須大于5 mm；動態件和周邊零部件的間隙必須大于6 mm。（3）數模驗證：需要驗證電機和車身鈑多的最小間隙、電機曲柄部件與零件在運動過程中的最小間隙、副連桿部件與零件在運動過程最小間隙；副擺臂部件與零件在運動過程最小間隙；主連桿部件與零件在運動過程最小間隙；主擺臂部件與零件在運動過程最小間隙；主刮臂部件與零件在運動過程最小間隙；副刮臂部件與零件在運動過程最小間隙滿足要求。（4）數模刮刷區域分析：根據數模模擬計算，主刮角和副刮角滿足客戶最初設定的數值。（5）刮刷攻擊角的分析：刮刷攻擊角為刮臂和玻璃在一個點的切角，攻擊角在整個刮刷范圍內需要滿足±5°的變化率，如果超出極易引起刮刷抖動。

2.2 2D圖紙的設計

2D圖紙是后續生產、檢驗的依據，并且也是驗收產品的主要標準。通過CATIA軟件，將3D數模轉化為2D圖紙，并按客戶要求的格式進行制作以及確認。

2.3 試驗大綱制作

根據最終確認的試驗大綱，需要添置下列試驗設備：大型步入式高低溫試驗箱、濕熱溫度交變試驗試驗箱、干濕鹽霧復合試驗箱、刮刷角度測試儀、泥水噴灑控制系統、三坐標、車身試驗臺、一些工裝等。

3 重卡雨刮器的實現

3.1 模具制作

3.1.1壓鑄模具模流分析

根據前期分析，考慮到相關零部件的強度上要求較高，故需要對壓鑄模具進行模流分析，避免模具制作過程中進料口、排氣口選擇錯誤引起的鑄造缺陷。

3.1.2模具制作

根據產品3D以及2D數據，設計模具圖紙。此款雨刮器的模具主要為壓鑄模、注塑模、沖壓模，模具的制作周期為2個月。

3.1.3模具驗收

模具制作完成后，進行試模。并對試模件進行全尺寸檢測，由設計員判定試模件是否滿足圖紙要求，如不滿足需進行修模。車間對模具進行生產效率及模具的易用性進行評審，不合格也需修模。最終由制造部經理簽字后才能入庫。

3.2 檢具制作

在批量生產中，由于有些尺寸不能通過正常手段進行檢驗，故需要制作檢具進行檢驗。

根據3D及2D數據，進行檢具的設計，主要為檢測裝配尺寸的孔的距離。檢具3D數模完成后，發客戶確認，然后轉為2D數據進行檢具的制造。在檢具的設計過程中，要求基準和產品的基準相同。檢具制造完成后，使用三座標進行全尺寸檢測，根據檢測結果由質量部經理判定是否合格。

3.3 外購件采購

下發相關的2D圖紙給供應商，由供應商進行制造。重點零部件供應商需采購聯合技術對供應商進行審查。供應商制造完成后，需按照時間進行交樣，并由外檢按照圖紙進行檢驗，不合格需退回重新加工。

3.4 試驗工裝制作

根據客戶的要求，耐久試驗需要制作專用的試驗工作臺。按照3D數模的數據，仿照車身的固定點，設計3個固定臺，分別固定電機及兩個軸座。

3.5 樣件制作

模具件、外購外協件制作完成后，根據裝配圖紙進行產品的組裝。該產品的組裝難度主要為電機蓋板和減速箱的裝配，通過專用的工裝進行壓接，可以保證產品的一致性。

3.6 樣件驗證

根據試驗大綱所列出的項目對產品進行驗證，并根據驗證結果進行改進。通過耐久試驗等產品驗證，消除了產品的相關設計隱患，為大批量生產打下基礎。

3.7 工藝文件制作

根據最終確定的2D圖紙，進行工藝文件的制作，以指導生產車間批量生產。上述相關工作都是并行，其中相關工作都需要交叉進行，以滿足開發進度的要求。

4 結語

該文以一款重卡雨刮器為研究對象，論述了重卡雨刮器產品從前期準備、方案設計、數模設計、模具制作、樣件制作等全流程的過程，為雨刮器的設計與研制提供了全新的流程，為后續其他產品研制提供了借鑒。

參考文獻

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