商用車雨刮耐久性研究

繆海桃　薛國銀

摘 要：雨刮是用來清掃汽車風窗玻璃上的雨水和污物的重要裝置，是保障汽車安全行駛的重要措施，在此背景下，雨刮的使用期效變的尤為重要。如何保證雨刮在有效期內正常使用，減少刮刷故障率，是雨刮設計人員需要考慮的首要問題。針對此問題，從雨刮電機、壓緊力、機械結構設計等幾個方面進行分析，通過優化這些部件的結構，達到提升雨刮耐久性性能的目的。關鍵詞：雨刮;耐久性;電機;輸出軸布置;壓緊力中圖分類號：U463 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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

雨刮產品是商用車上重要的運動部件之一，其刮掃性能對駕駛視野有著重要的影響，耐久性能是衡量雨刮產品的一項重要指標。根據雨刮運動特性，電機、周邊布置環境、輸出軸布置位置、雨刮產品表面防腐性能、刮臂對刮片的壓緊力均是影響其耐久性的重要因素。本文著重從這幾個方面進行論述。

1 電機性能及其布置環境

1.1 電機性能

雨刮電機主體結構如圖1、圖2所示：

電機啟動時帶動蝸輪蝸桿轉動，蝸輪蝸桿具有一定的減速增扭作用，會驅動搖臂進行運動，從而帶動連桿機構運動，再由連桿機構帶動安裝于車前身圍上的輸出軸進行左右方向的擺動，最后由輸出軸的擺動帶動雨刮片進行左右往復擺動，使其進行刮掃擋風玻璃的運動。

電機主要的部件功能如下：

電樞鐵心：為了形成較大的磁通，電樞鐵心采用的是導磁率良好的硅鋼片。

電樞繞組：電樞繞組由一定數目的線圈按一定規律連接而成，它是電機的電路部分。一般雨刮電機采用的是單疊對稱繞組。

換向器：雨刮電機的換向器由12個彼此絕緣的換向片組成，換向片成圓筒狀排列。每個電樞繞組首段和尾端的引線，分別焊在兩個相鄰的換向片上。

電刷裝置：電刷裝置將外電源引入電機的電樞，它由電刷，刷盒，刷桿和連線等部分組成。電刷是由石墨和金屬粉末混合做成的導電塊，放在刷盒內用彈簧以一定的壓力按放在換向器表面。電機旋轉時，電刷與換向器表面形成滑動接觸。

碳刷故障主要表現為碳刷磨損過快;其次，根據已有的應用經驗，雨刮電機的故障模式還有密封失效，導致電機進水。

示例：根據某款雨刮產品耐久性試驗，在未達到預定值時，電機停止運轉，經檢查，此故障由電機碳刷被燒損引起。選擇優質進口碳刷后重新試驗，試驗未出現故障;另一款電機產品在耐久性試驗中，電機進水，引起漏電燒電機，經排查，此問題由減速箱上下蓋板密封失效引起，對此部位的匹配面進行整改后，進水問題解決。

1.2?電機接插件結構

電機接插件的位置和線束走向也會影響電機的防水性能，設計時，接插件母端增加密封結構，雨刮電機位于線束的上端，預防水流順著線束進入電機。接插件位置如圖3所示：

1.3?周邊環境件布置

對于電機產品，除了要求其自身密封性能良好，還要求周邊件密封到位，減少雨水滲漏進入電機的風險，周邊件密封結構如圖4所示：

由以上案例看出，電機的自身品質、周邊環境件密封狀況對雨刮使用性能有重大影響，需要在選擇電機時，對其密封結構、內部各部件品質進行嚴格把控，從而降低其使用風險，對于周邊環境件，要求各個部件搭接處做好密封措施。

2 輸出軸布置

以中心驅動形式為例，如圖5所示。電機輸出軸位于主副刮臂輸出軸連線中部時，電機負荷最小，雨刮運行平穩，布置最優，但往往由于雨刮布置空間影響，無法實現三點間距一致。根據經驗值，1/2

輸出軸布置確定后，可運用CAE分析對運動過程中受力部件進行受力分析，盡早發現設計中的不足，及時優化設計，減少產品設計缺陷，降低后期修模風險。

CAE受力分析如圖6所示：

3 刮臂對刮片的壓緊力

商用車上通常使用有骨刮片，具體指的是膠條固定在支撐骨架上，刮臂通過卡接口與刮片連接，刮片結構如圖7所示：

刮片為易損件，在雨刮正常使用情況下，一般在12個月更換一次，以保證雨刮的刮凈度。

當雨刮工作時，刮臂帶動刮片使之敷貼于玻璃上運動，因此刮臂相對刮片是動力桿件，既要帶動刮片旋轉又要給刮刷壓力。壓力的來源是刮臂中彈簧變形產生的。刮臂對刮片的壓緊力對耐久性也是一個重要的影響因素。力值過大，會對電機造成一定的負荷，影響電機壽命，力值過小，則會出現刮片與玻璃敷貼性不好，導致刮掃不干凈，壓緊力各參數分布位置如圖8所示：

Q=P· L/H= P·l·L/H ????????????????????????（1）

式中：

Q—刮刷壓力;

P—刮片單位長度對玻璃壓力;

l—刮片長度;

L—刮臂的長度;

H—彈簧中心至鉸點距離。

在設計雨刮時，要充分考慮各個部位的設計，保證有效的壓緊力，同時，要保證刮臂處結構有一定的調整量，以便后期根據實車驗證效果，對壓緊力進行調整。為了減少費用，通常會對彈簧結構進行調整。

4 零部件表面處理

雨刮產品的表面防腐性能對雨刮耐久也有一定的影響，特別是各個鉸接點，長期的運動極易使這些部位的表面涂層磨損，從而引起銹蝕，增加了機械摩擦阻力，甚至引起桿件斷裂。

合理的表面處理能大大提高雨刮零部件防腐能力，金屬表面一般建議使用噴塑、達克羅或鍍鋅處理，非金屬表面噴塑處理，據雨刮布置周邊環境密封狀態選擇相應的表面處理方式;根據標準要求對模具樣件進行驗證，一般選擇中性鹽霧試驗即可。

5 耐久性試驗驗證

5.1 驗證前裝備工作

驗證前，先將風窗玻璃內外表面的油漬清除干凈，搭建雨刮耐久試驗專用試驗臺。

5.2 試驗方法

在雨刮工作時給前風擋玻璃上均勻噴水，雨刮每25×104次刮刷循環變換一次刮刷頻率，刮刷50×104后，可根據刮片使用狀態更換刮片;如此循環往復，連續刮刷150×104。

5.3 結果判定

5.3.1 刮凈度

通常要求刮刷50萬次后，整個刮刷范圍內充分刮凈，不出現任何刮刷殘痕;刮刷150萬次后，允許局部出現模糊狀刮痕。

5.3.2 耐久性

刮刷50萬次，刮刷頻率未發生變化;刮刷150萬次后，壓緊力在試驗前后無變化，各零部件無明顯松動或其他異常現象。

6 結束語

雨刮是商用車重要的附件之一，其刮掃性能直接影響駕駛視野。如何合理設計雨刮結構，提高其耐久性，是雨刮產品設計的主要工作。

參考文獻

[1]?田永，方瑛.汽車雨刮片的結構與耐久性能研究[J];汽車零部件;?2014年03期.

[2]?王嵩.關于汽車雨刮設計開發探討[J].時代汽車，2017（06）：79-80.