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      淺談風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      2014-04-29 00:44:03王金龍林祥武
      中國(guó)機(jī)械 2014年22期
      關(guān)鍵詞:刮水器式樣窗玻璃

      王金龍 林祥武

      摘?要:為了提高汽車在雨天和雪天行駛時(shí)駕駛員的能見度,專門設(shè)置了風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)。本文主要簡(jiǎn)述風(fēng)窗玻璃刮水系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。

      關(guān)鍵詞:風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng);設(shè)計(jì)

      Introduction?to?the?wiper?systems?design

      Wang?jin?long??Lin?xiang?wu

      Abstract:?In?order?to?improve?the?drivers?visibility?when?driving?in?the?rain?or?snow,?specially?the?wipers?system?is?set?up?in?the?vehicle.?This?article?briefly?introduce?the?wipers?system?and?its?design?method.

      Key?words:the?wipers?system????design

      1.風(fēng)窗玻璃刮水系統(tǒng)概述

      1.1系統(tǒng)組成

      風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)是所有清潔風(fēng)窗玻璃外表面的部件加上必要啟停控制裝置組成的系統(tǒng),其主要由四部分組成,分別是:①刮水器電機(jī);②刮水器連桿;③雨刷臂;④雨刷片。

      1.2系統(tǒng)種類

      風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的種類繁多。本文主要簡(jiǎn)述其兩種分類。

      (1)就刮水器系統(tǒng)停止作動(dòng)時(shí)的外觀形式,可分為四種:①開啟式。雨刷臂和雨刷片能全部被看到,且其刮片停止在風(fēng)窗玻璃的表面上。②凹陷式。從車輛正面或側(cè)面看,雨刷臂和雨刷片部分或者全部被掩蓋。當(dāng)其不工作時(shí),其雨刷臂和雨刷片均停止在風(fēng)窗玻璃底部的凹谷狀開口內(nèi)。③掩飾式。雨刷臂和雨刷片停止在風(fēng)窗玻璃底部的形成物或嵌條內(nèi),起到遮掩住雨刷臂和雨刷片的作用。④隱藏式。該刮水器系統(tǒng)不工作時(shí),其雨刷臂和雨刷片完全被發(fā)動(dòng)機(jī)室蓋等遮擋,在車前面不能被看到。

      (2)就刮水系統(tǒng)刮刷式樣,其可分為同步(平行)擺動(dòng)式和對(duì)擺式兩大類。①同步(平行)擺動(dòng)式。主要用在風(fēng)窗玻璃高寬比大于1:1.75上。一般車輛基本采用此種形式,如轎車。②對(duì)擺式。主要用在風(fēng)窗玻璃高寬比小于1:1.75上,如大型客車。

      2.風(fēng)窗玻璃刮水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      2.1視界的確定

      視界的確定則是刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提。根據(jù)FMVSS?No.104的規(guī)定,視界的繪制決定于駕駛員座席的位置(如座席設(shè)計(jì)中心、座椅背靠角)和雙目橢圓區(qū)的位置。

      2.2刮刷式樣的確定

      確定風(fēng)窗玻璃黑邊位置,然后選擇雨刷臂和雨刷片的長(zhǎng)度及合適的轉(zhuǎn)軸位置,再給予合適的刮刷角度,從而確定刮刷式樣。

      (1)轉(zhuǎn)軸的位置。不僅需滿足FMVSS?No.104的視界要求,還必須考慮其所引起的刮片在風(fēng)窗玻璃上的攻擊角變化。一般情況下,攻擊角設(shè)定在±5°內(nèi)。

      (2)雨刷臂、雨刷片長(zhǎng)度及刮刷角度確定。主要考慮FMVSS?No.104的視界要求。其中雨刷片長(zhǎng)度可參照J(rèn)B3032-81進(jìn)行選取。刮刷角度的確定還必須考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率。其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為曲擺機(jī)構(gòu)時(shí),在有效的傳動(dòng)角度情況下,曲擺的擺動(dòng)角能達(dá)到100°~110°,若玻璃的外形尺寸要求擺動(dòng)角更大些,就應(yīng)采用直齒或錐齒變速機(jī)構(gòu);擺動(dòng)角超過(guò)110°~150°時(shí),可采用叉架代替齒輪變速機(jī)構(gòu)。

      (3)刮刷軌跡繪制。要獲得在玻璃上的刮刷軌跡,必須繞著轉(zhuǎn)軸軸線沿雨刷片方向取徑向截面。在每一截面中,將雨刷臂往下移動(dòng)使雨刷片的中心處在玻璃表面上,使雨刷片屈曲吻合玻璃表面,刮刷軌跡就是由一系列截面中得雨刷片端點(diǎn)連接而成。

      (4)滿足整體要求。確定刮刷式樣,不僅需滿足FMVSS?No.104的視界要求,還必須考慮其整體布置效果,如刮刷式樣與周邊零部件間的間隙量。本文就同向(平行)擺動(dòng)式刮刷式樣進(jìn)行說(shuō)明。

      ①刮刷式樣的月形高度。月形指雨刷片末端(離轉(zhuǎn)軸最近端)到轉(zhuǎn)軸處未能刮刷到的彎曲部分。一般,此未刮刷部分不應(yīng)伸入B區(qū)下邊緣之上,也不應(yīng)伸入到離下部玻璃黑邊80mm之上。

      ②刮刷式樣與周邊的距離要求。表1給出了要求項(xiàng)及其一般要求值。

      表1?刮刷式樣與周邊的距離要求值

      2.3電機(jī)及連桿確定

      電機(jī)及連桿的設(shè)計(jì),首先考慮其安裝位置及其布置。刮水器電機(jī)一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的凹板上或風(fēng)窗玻璃下的流水槽內(nèi)。連桿的布置可分為兩類。當(dāng)電機(jī)與連桿固定于一體布置時(shí),電機(jī)及連桿為整體式結(jié)構(gòu);反之,則為分體式結(jié)構(gòu)。

      (1)電機(jī)?,F(xiàn)在驅(qū)動(dòng)刮水器系統(tǒng)的動(dòng)力主要是電動(dòng)機(jī)。而永磁式電動(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。

      (2)連桿。連桿的設(shè)計(jì)首先應(yīng)確定其周邊結(jié)構(gòu)和刮水器電機(jī)的布置。

      ①刮水器電機(jī)位置。安裝平面應(yīng)盡可能和被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸在同一方向上,以保證連桿上的力及電機(jī)上的軸向力減到最小。②曲柄尺寸的確定。曲柄的長(zhǎng)度應(yīng)能最大限度地降低制造誤差所造成的連桿上的力和刮刷角度的變化。③連桿形狀的確定。連桿的橫截面可以是管狀、槽形,其決定于載荷和偏置情況。④平衡連桿和曲柄的長(zhǎng)度。不適當(dāng)?shù)钠胶鈺?huì)導(dǎo)致過(guò)高的角加速度,而使雨刷片碰撞邊框和連桿被鎖住的可能。雨刷片運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置加速度應(yīng)一致,從而使運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊載荷降到最小。⑤連桿連接處結(jié)構(gòu)。連桿連接主要采用球頭副結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,應(yīng)保證其穩(wěn)定性,不出現(xiàn)脫落等現(xiàn)象。一般要求其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,球頭與球碗間的角度變化不大于15°。

      2.4雨刷臂確定

      雨刷臂的確定一般在雨刷片及轉(zhuǎn)軸位置確認(rèn)之后。雨刷臂與雨刷片連接處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可參考GB?11565。雨刷臂設(shè)計(jì)中,還應(yīng)考慮其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,雨刷臂與玻璃間的夾角及距離變化。一般要求,雨刷臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,其抬高角變化應(yīng)小于12°。在滿足功能要求下,可盡可能地將雨刷臂設(shè)計(jì)成具有流線型式樣,以實(shí)現(xiàn)其美觀性。

      3.結(jié)論

      風(fēng)窗玻璃刮水系統(tǒng)種類繁多。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇其種類。在選擇刮刷式樣時(shí),主要根據(jù)風(fēng)窗玻璃高寬比,以便滿足風(fēng)窗玻璃的視界需求。

      風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì),電機(jī)及連桿?的布置應(yīng)考慮其安裝空間,以實(shí)現(xiàn)空間的合理利用;雨刷臂及雨刷片的設(shè)計(jì)不僅要滿足其功能需求,還需考慮其整體的流線性,以滿足美觀等需求。

      參考文獻(xiàn):

      [1]趙福堂.汽車電器與電子設(shè)備[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2009.5

      [2]傅連俊.汽車刮水器設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)車與設(shè)計(jì)技術(shù),1984.

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