基于擋風(fēng)玻璃清洗試驗(yàn)的噴嘴工裝夾具設(shè)計(jì)

張丹譯

摘要：為了測試噴嘴在不同位置和角度的擋風(fēng)玻璃的透光率，本文提出一套基于完整的前擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)試驗(yàn)的噴嘴夾具，以調(diào)節(jié)噴嘴的位置和角度，能滿足試驗(yàn)中的所有噴嘴與前擋風(fēng)玻璃的相對位置和相對角度的邊界條件。

關(guān)鍵詞：噴嘴;清洗;透光率

1 ?研究背景與意義

汽車在行駛過程中，由于粉塵、泥漿等逐漸附著在前擋風(fēng)玻璃上，阻擋駕駛者的視線，影響駕駛者對路況的判斷，從而危及駕駛安全。因此，研究如何借助清洗系統(tǒng)，達(dá)到在保證對駕駛者視線影響最小的同時(shí)，及時(shí)地去除擋風(fēng)玻璃表面的視線干擾物的清洗效果，保障駕駛安全，具有重要意義。

本項(xiàng)目的目標(biāo)在于設(shè)計(jì)出一套基于完整的前擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)試驗(yàn)的噴嘴夾具，以調(diào)節(jié)噴嘴的位置和角度，能滿足試驗(yàn)中的所有目標(biāo)邊界條件（噴嘴與前擋風(fēng)玻璃的相對位置和相對角度）。

2 ?清洗試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

本試驗(yàn)工裝是建立在某廠原有的車用燈具配光性能測試系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的，測量擋風(fēng)玻璃清洗前后的光強(qiáng)變化，進(jìn)而計(jì)算玻璃透光率，反映玻璃的清洗效果。

透光率是衡量物體投射光通量的尺度。1993年，國際照明委員會（CIE）對透光率做了明確的定義：透光率是透過物體的光通量和射到物體的光通量之比[1]，即

式中T——總透光率;

Φ0——射到物體上的光通量，流（明）;

Φ——透過物體的光通量;

Iλ——光源的分譜輻射強(qiáng)度，瓦每球面度;

Vλ——明視覺相對光譜靈敏度（或視見函數(shù)）;

τλ——單色光透光率;

dλ——波長間隔，納米。

該車用燈具配光性能測試系統(tǒng)由光度計(jì)、自動轉(zhuǎn)臺、分布光度計(jì)轉(zhuǎn)臺控制器、計(jì)算機(jī)以及測控軟件等組成，如圖1所示。燈具裝夾在一個(gè)兩軸可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺上，如圖1箭頭所示，即燈具可以繞 X 軸和 Y 軸轉(zhuǎn)動。光探測器與燈具的光度中心等高，用照度計(jì)測出距離燈具光度中心 R 處A點(diǎn)的照度 E，再乘以距離 R 的平方得到燈具在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度 I。[2]此發(fā)光強(qiáng)度可在右側(cè)的計(jì)算機(jī)顯示器中顯示，即

測量汽車前擋風(fēng)玻璃清洗前后A點(diǎn)的光強(qiáng)，即可反應(yīng)玻璃的透光率T。

2.2 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)參數(shù)

本試驗(yàn)通過改變汽車前擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)中噴嘴的位置和角度，測量噴射前后玻璃的透光率，確定最佳透光率范圍。根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一副工裝，實(shí)現(xiàn)噴嘴位置上下、前后、左右及角度變化四個(gè)自由度的自由移動，滿足試驗(yàn)條件。

3 ?噴嘴夾具設(shè)計(jì)制造

3.1 噴嘴夾具設(shè)計(jì)方案

根據(jù)多數(shù)汽車玻璃清洗系統(tǒng)中噴嘴所在位置范圍，提出了噴嘴工裝夾具的方案，此方案主要由兩部分組成，分別是噴嘴夾具固定裝置和噴嘴夾具操控裝置。

3.1.1 噴嘴夾具固定裝置

在此方案中，噴嘴夾具的固定裝置主要由鋁材臺架、玻璃安裝支架、以及固定滑塊等組成。按照汽車噴嘴與玻璃的相對位置來固定安裝操控裝置，如圖2所示。

3.1.2 噴嘴夾具操控裝置

噴嘴夾具操控裝置的三維圖，如圖3所示，由噴嘴安裝板、噴嘴安裝底座、角度調(diào)節(jié)儀、角度調(diào)節(jié)儀安裝座、角度粗調(diào)定位板、固定螺栓、定位銷、支撐背板和支撐底板組成。

3.2 噴嘴夾具加工制造

方案C中的噴嘴工裝夾具需要加工的部分主要是操控裝置中的噴嘴安裝板、噴嘴局部底座、角度調(diào)節(jié)儀安裝座、角度粗調(diào)定位板、定位銷、支撐背板和支撐底板，其他部分為選購件。

3.2.1 噴嘴夾具的選材

此噴嘴工裝夾具的加工件部分均采用鋁2011，鋁2011具有質(zhì)量輕、防銹、易切學(xué)加工等優(yōu)良性能適合本噴嘴夾具的試驗(yàn)要求。

3.2.2 噴嘴夾具的加工制作

如圖4所示為噴嘴工裝夾具操控裝置總裝圖。總體采用輕質(zhì)鋁合金2011，進(jìn)行機(jī)加工，角度調(diào)節(jié)儀、手動升降臺及橫向位移調(diào)節(jié)臺為采購件。

4 ?噴嘴夾具操控特性

4.1 噴嘴位置調(diào)節(jié)

優(yōu)化后的噴嘴工裝夾具C方案能夠滿足試驗(yàn)需求，做到沿引擎蓋前后，左右及上下調(diào)節(jié)，其中噴嘴沿引擎蓋左右調(diào)節(jié)通過改變噴嘴工裝夾具中的操控裝置在工字鋼的位置實(shí)現(xiàn)，安裝量程為200mm的標(biāo)尺;噴嘴沿引擎蓋前后位置的改變通過橫向位移調(diào)節(jié)臺實(shí)現(xiàn)前后200mm范圍的調(diào)節(jié)，可讀精度為0.1mm;噴嘴高度的調(diào)節(jié)通過手動升降臺實(shí)現(xiàn)范圍為60mm范圍的調(diào)節(jié)，可讀精度為0.1mm，如圖5、圖6所示。

4.2 噴射角度調(diào)節(jié)

噴嘴的角度調(diào)節(jié)分為粗調(diào)和微調(diào)兩部分，粗調(diào)通過角度粗調(diào)定位板實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)5°一次的調(diào)節(jié);微調(diào)通過角度調(diào)節(jié)儀實(shí)現(xiàn)，可調(diào)范圍為±10°，精度可達(dá)到1′。角度粗調(diào)定位板和角度調(diào)節(jié)儀可實(shí)現(xiàn)共85°量程的角度調(diào)節(jié)范圍，如圖7所示。

5 ?總結(jié)

本文研究了汽車前風(fēng)擋玻璃透光率的測試工裝，此工裝借助某廠車用燈具配光性能測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)解決了以下幾個(gè)自由度上汽車前擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)透光率的測試：

①噴嘴角度從0°到85°變化的前擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)透光率的測試;

②噴嘴在沿縱向從0到60mm位置變化（0mm位置以某款車目前噴嘴位置為基準(zhǔn)）的前擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)透光率的測試;

③噴嘴沿引擎蓋前后、左右從0到200mm位置變化（0mm位置以某款車目前噴嘴位置為基準(zhǔn)）的前擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)透光率的測試。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉燁樹.基于三角/正交排布微環(huán)網(wǎng)柵的透明頻率選擇表面研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2018.

[2]王尚.銀納米線導(dǎo)電薄膜制備與電鍍修飾及性能[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019.