一款重卡雨刮器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐正

摘 要：隨著人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)走入千家萬戶，現(xiàn)在人們對(duì)汽車零部件的質(zhì)量要求越來越高。該文旨在通過描述整個(gè)雨刮器的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，在開發(fā)過程中通過三維軟件模擬雨刮器運(yùn)動(dòng)，前期避免雨刮器的干涉；在試驗(yàn)過程中驗(yàn)證雨刮器的性能，避免后期雨刮器在批量生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生設(shè)計(jì)方面的問題。

關(guān)鍵詞：雨刮器 CATIA 運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類號(hào)：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（b）-0053-02

該文的研究是以一款重卡雨刮器的設(shè)計(jì)開發(fā)過程為依托展開的，通過合理設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的工作內(nèi)容，制定工作計(jì)劃表，合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，并在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中試驗(yàn)，盡早發(fā)現(xiàn)問題。在設(shè)計(jì)中使用CATIA三維軟件進(jìn)行模擬分析，形成雨刮器動(dòng)態(tài)圖。

1 重卡雨刮器產(chǎn)品前期準(zhǔn)備

1.1 客戶需求分析

客戶輸入的主要內(nèi)容包括：車身鈑金數(shù)模、玻璃數(shù)模以及刮刷的A、B區(qū)范圍；客戶的雨刮器標(biāo)準(zhǔn)，從而確定設(shè)計(jì)雨刮器的試驗(yàn)要求；產(chǎn)品的相關(guān)材料要求；客戶關(guān)于整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度要求。

1.2 成立開發(fā)小組

重卡雨刮器產(chǎn)品雖小，但是其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所涉及的內(nèi)容較多，從工序上包括前期、設(shè)計(jì)、樣品制作、質(zhì)量把控、產(chǎn)品制作等過程，為了保證所制作出的產(chǎn)品滿足用戶要求，需要成立開發(fā)小組。

1.3 制定項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃

為了確保整個(gè)產(chǎn)品的工期，需要制定項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，明確各個(gè)階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)以及關(guān)鍵成果，主要包括試驗(yàn)、FMFA、生產(chǎn)模具等。

1.4 制定代用材料清單

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)、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(jī)、連動(dòng)機(jī)構(gòu)、雨刮、雨刷等分總成件來進(jìn)行初始工藝分析。

1.6 制定初始特殊特性清單

設(shè)計(jì)前，一般需要明確產(chǎn)品的初始特殊特性，包括負(fù)載、噪聲、噴塑厚度、刮臂壓緊力、機(jī)殼沖磁時(shí)間、齒圈跳動(dòng)、噴塑溫度等內(nèi)容，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期重要文件。

1.7 制定初始設(shè)計(jì)方案

根據(jù)前期和客戶的溝通以及客戶提供的相關(guān)數(shù)模，制定初始的設(shè)計(jì)方案：（1）雨刮器總體結(jié)構(gòu)為分體式、順刮結(jié)構(gòu)，電機(jī)采用成熟的80 W電機(jī)，其連動(dòng)機(jī)構(gòu)和刮臂刮片部件均是成熟結(jié)構(gòu)，只需要按照車身安裝位置及空間調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)即可。（2）電機(jī)工作原理采用正極控制，其內(nèi)部有過流保護(hù)器，2電感2電容結(jié)構(gòu)，以滿足EMC要求。（3）電機(jī)護(hù)套采用直接注塑到電機(jī)蓋板上，其接口尺寸按照主機(jī)廠圖紙要求。（4）連動(dòng)機(jī)構(gòu)按照數(shù)模進(jìn)行開發(fā)，只需校核與周邊鈑金無干涉即可。（5）刮臂刮片采用附圖結(jié)構(gòu)，將噴嘴固定在刮桿上，水管通過接頭槽進(jìn)行固定。

2 重卡雨刮器的設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計(jì)

（1）安裝部位情況：客戶提供玻璃及安裝部位鈑金數(shù)模以及玻璃上A、B區(qū)的位置。（2）數(shù)模設(shè)計(jì)：客戶已經(jīng)將兩輸出軸位置、電機(jī)的安裝位置布置好，經(jīng)過模擬分析，要滿足客戶規(guī)定的刮刷范圍，主刮角為97°，副刮角為107.5°；按此思路，設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的各零部件的中心距，在設(shè)計(jì)過程中需要考慮靜態(tài)件和周邊零部件的間隙必須大于5 mm；動(dòng)態(tài)件和周邊零部件的間隙必須大于6 mm。（3）數(shù)模驗(yàn)證：需要驗(yàn)證電機(jī)和車身鈑多的最小間隙、電機(jī)曲柄部件與零件在運(yùn)動(dòng)過程中的最小間隙、副連桿部件與零件在運(yùn)動(dòng)過程最小間隙；副擺臂部件與零件在運(yùn)動(dòng)過程最小間隙；主連桿部件與零件在運(yùn)動(dòng)過程最小間隙；主擺臂部件與零件在運(yùn)動(dòng)過程最小間隙；主刮臂部件與零件在運(yùn)動(dòng)過程最小間隙；副刮臂部件與零件在運(yùn)動(dòng)過程最小間隙滿足要求。（4）數(shù)模刮刷區(qū)域分析：根據(jù)數(shù)模模擬計(jì)算，主刮角和副刮角滿足客戶最初設(shè)定的數(shù)值。（5）刮刷攻擊角的分析：刮刷攻擊角為刮臂和玻璃在一個(gè)點(diǎn)的切角，攻擊角在整個(gè)刮刷范圍內(nèi)需要滿足±5°的變化率，如果超出極易引起刮刷抖動(dòng)。

2.2 2D圖紙的設(shè)計(jì)

2D圖紙是后續(xù)生產(chǎn)、檢驗(yàn)的依據(jù)，并且也是驗(yàn)收產(chǎn)品的主要標(biāo)準(zhǔn)。通過CATIA軟件，將3D數(shù)模轉(zhuǎn)化為2D圖紙，并按客戶要求的格式進(jìn)行制作以及確認(rèn)。

2.3 試驗(yàn)大綱制作

根據(jù)最終確認(rèn)的試驗(yàn)大綱，需要添置下列試驗(yàn)設(shè)備：大型步入式高低溫試驗(yàn)箱、濕熱溫度交變?cè)囼?yàn)試驗(yàn)箱、干濕鹽霧復(fù)合試驗(yàn)箱、刮刷角度測試儀、泥水噴灑控制系統(tǒng)、三坐標(biāo)、車身試驗(yàn)臺(tái)、一些工裝等。

3 重卡雨刮器的實(shí)現(xiàn)

3.1 模具制作

3.1.1壓鑄模具模流分析

根據(jù)前期分析，考慮到相關(guān)零部件的強(qiáng)度上要求較高，故需要對(duì)壓鑄模具進(jìn)行模流分析，避免模具制作過程中進(jìn)料口、排氣口選擇錯(cuò)誤引起的鑄造缺陷。

3.1.2模具制作

根據(jù)產(chǎn)品3D以及2D數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)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(gè)月。

3.1.3模具驗(yàn)收

模具制作完成后，進(jìn)行試模。并對(duì)試模件進(jìn)行全尺寸檢測，由設(shè)計(jì)員判定試模件是否滿足圖紙要求，如不滿足需進(jìn)行修模。車間對(duì)模具進(jìn)行生產(chǎn)效率及模具的易用性進(jìn)行評(píng)審，不合格也需修模。最終由制造部經(jīng)理簽字后才能入庫。

3.2 檢具制作

在批量生產(chǎn)中，由于有些尺寸不能通過正常手段進(jìn)行檢驗(yàn)，故需要制作檢具進(jìn)行檢驗(yàn)。

根據(jù)3D及2D數(shù)據(jù)，進(jìn)行檢具的設(shè)計(jì)，主要為檢測裝配尺寸的孔的距離。檢具3D數(shù)模完成后，發(fā)客戶確認(rèn)，然后轉(zhuǎn)為2D數(shù)據(jù)進(jìn)行檢具的制造。在檢具的設(shè)計(jì)過程中，要求基準(zhǔn)和產(chǎn)品的基準(zhǔn)相同。檢具制造完成后，使用三座標(biāo)進(jìn)行全尺寸檢測，根據(jù)檢測結(jié)果由質(zhì)量部經(jīng)理判定是否合格。

3.3 外購件采購

下發(fā)相關(guān)的2D圖紙給供應(yīng)商，由供應(yīng)商進(jìn)行制造。重點(diǎn)零部件供應(yīng)商需采購聯(lián)合技術(shù)對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行審查。供應(yīng)商制造完成后，需按照時(shí)間進(jìn)行交樣，并由外檢按照?qǐng)D紙進(jìn)行檢驗(yàn)，不合格需退回重新加工。

3.4 試驗(yàn)工裝制作

根據(jù)客戶的要求，耐久試驗(yàn)需要制作專用的試驗(yàn)工作臺(tái)。按照3D數(shù)模的數(shù)據(jù)，仿照車身的固定點(diǎn)，設(shè)計(jì)3個(gè)固定臺(tái)，分別固定電機(jī)及兩個(gè)軸座。

3.5 樣件制作

模具件、外購?fù)鈪f(xié)件制作完成后，根據(jù)裝配圖紙進(jìn)行產(chǎn)品的組裝。該產(chǎn)品的組裝難度主要為電機(jī)蓋板和減速箱的裝配，通過專用的工裝進(jìn)行壓接，可以保證產(chǎn)品的一致性。

3.6 樣件驗(yàn)證

根據(jù)試驗(yàn)大綱所列出的項(xiàng)目對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)。通過耐久試驗(yàn)等產(chǎn)品驗(yàn)證，消除了產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計(jì)隱患，為大批量生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

3.7 工藝文件制作

根據(jù)最終確定的2D圖紙，進(jìn)行工藝文件的制作，以指導(dǎo)生產(chǎn)車間批量生產(chǎn)。上述相關(guān)工作都是并行，其中相關(guān)工作都需要交叉進(jìn)行，以滿足開發(fā)進(jìn)度的要求。

4 結(jié)語

該文以一款重卡雨刮器為研究對(duì)象，論述了重卡雨刮器產(chǎn)品從前期準(zhǔn)備、方案設(shè)計(jì)、數(shù)模設(shè)計(jì)、模具制作、樣件制作等全流程的過程，為雨刮器的設(shè)計(jì)與研制提供了全新的流程，為后續(xù)其他產(chǎn)品研制提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

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