前雨刮过刮量分析研究及实例工程优化

李晓静

摘要：本文用实例探究了影响前雨刮过刮量的主要因素及影响。通过相关试验与分析，确认问题点并制定针对性对策。

关键词：雨刮;过刮量;晃动

1前言

雨刮是维持驾驶员前方视野的重要系统，既要尽量增大玻璃上的刮刷区域，又要保证刮片与周边件有足够的安全距离，避免运行中发生碰撞。所以，准确地设计安全距离至关重要。本文仅针对机械马达前雨刮进行研究分析。

2前雨刮过刮量产生机理

2.1过刮量及过刮角度介绍

据国标及各主机厂技术要求，前雨刮通常有两个运行速度，据玻璃面水量的多少又涵盖了六种运行状态，其中低速湿刮最接近设计状态，所以，车型开发时，通常以低速湿刮状态参数作为设计依据，如图1中θ即为设计状态的刮刷角度，粗实线区域即设计状态的理论刮刷区域。而高速湿刮状态摩擦力最小，需求力矩最小，刮刷角度最大（与之相对应的是低速干刮）。如图1中的距离S即高速湿刮时刮片在翻转位的过刮量，过刮量即是实际刮刷量与理论刮刷量之间的偏差。过刮量与过刮角度换算关系如下：

2.2过刮产生机理

制造公差、装配公差，都会使实际刮角与理论值产生偏差。刮臂刮片运行时因自重，会产生惯性，使刮角增大;长时间使用后，零部件产生磨损，配合间隙增大，使刮角增大。这些因素都将导致过刮。

2.3影响过刮量的主要因素

影响过刮量的因素有很多，主要分为四大类，如表1。前三类决定了刮刷的初始状态，第四类是使用一段时间后，各方面的磨损对过刮的加剧程度。经过长期探索研究和经验积累，以下因素对过刮影响较大，如表2：

3.过刮的实例研究

3.1现象描述

某车型在做150W次高低速组合耐久试验，进行到75W次（50W次低速+25W次高速）时，高速湿刮出现过刮量明显偏大现象，刮片与A柱碰撞产生砰砰异响，且使雨水飞溅。

3.2原因分析

3.2.1设计确认

在设计阶段，过刮量分析值如表3，实际设计驾驶侧刮片在翻转位与A柱预留值为58mm，如图2，故实际设计值与过刮量分析值可以匹配。

3.2.2初步分析

重新确认新状态样件及75W次试验后样件高低速刮刷情况。确认结果如表4。

以上测量结果分析得出：

a.新样件高速湿刮与低速湿刮之间过刮量差异即高速湿刮惯性过刮量，但实际高速湿刮过刮量比设计预期值偏大。

1#：45-15.2=29.8>18

2#：45-15.2=29.8>19

3#：46-15.2=30.8>21

b.同一样件，新状态与75W次试验后过刮量差异理论上主要是耐久磨损，而实际增加的过刮量远大于耐久磨损设计预期值，特别是高速湿刮时尤为明显。

45-30=15>10.69  18-（-7）=25>10.69

45-29=16>10.69   19-（-6）=25>10.69

46-31=15>10.69   21-（-6）=27>10.69

3.2.3详细分析

用关联图分析法进行分析。

3.2.4末端要素确认

3.2.5要因确认

3.2.5.1马达支撑管与连杆夹角偏大

图3是马达连杆机构运动过程中受力示意图。高速湿刮时，若连杆受力（②方向）较大，马达在①方向的分力偏大，使马达支撑管发生①方向的弹性变形，产生轻微晃动致使摆臂角度增大，刮刷角度增大，过刮量增大;

经确认图示β角16.8°均大于过往项目，若马达支撑管与连杆的夹角β减小，则马达所受分力也会减小。试验中，将马达人为加强固定，驾驶侧刮片过刮量减小8mm。

3.2.5.2雨刮机构刚度不足

在反复确认雨刮机构刚度时，发现前期的仿真数据中马达pin脚橡胶衬套的硬度是参考欧洲的衬套数据，但实际使用的橡胶材料理论硬度要偏低。对衬套进行主受力A、B方向进行刚度测试，如图5，结果比欧洲数据分别低了29%（A方向），26%（B方向）。更新橡胶衬套刚度数据重新对过刮数据进行仿真，计算结果对比原结果显示：

a.刮片翻转处加速度相同，如图4;

b.刮片翻转处惯性力矩相同，如图5;

c.系统刚度相同;

d.驾驶侧刮片外端的理论过刮量（马达高速档）基本相同（前计算结果12.8mm，新计算结果13.5mm）。

但是，用符合要求硬度的橡胶衬套实物进行更换，试验过刮量减小3mm，大于理论计算值0.7mm。基于目前结果，分析得出：

a.理论计算中，将马达及连杆机构视为一个整体，左右安装点是主要支撑，故中间pin脚上橡胶衬套刚度对系统刚度影响比较小。

d.理论计算中，只考虑了系统整体的变形，没有考虑实际情况马达及支撑杆相对于系统的晃动，故更换橡胶衬套对过刮量有一定的改善。

3.2.5.3球钉球帽密封不好，润滑不足

基于75W次耐久样件进行拆解分析，驾驶侧连杆与曲柄连接处的球帽与球钉（如图5）之间的润滑油非常少，部分润滑油被挤出在球帽边缘，球帽磨损严重。

基于以上现象进行以下确认：

a.更换新状态驾驶侧连杆（即球帽无磨损，润滑油充足），重新确认，过刮量减少10mm。

b.反复观察连杆运行状态，发现连杆与曲柄连接处球钉球帽存在空间转动，结合3.2.5.1的分析，故马达及支撑管的晃动使曲柄带动连杆产生不合理的转动，导致上述润滑油溢出，磨损加剧。

综上，造成驾驶侧过刮量偏大的主要原因是：a.馬达支撑杆与连杆的夹角偏大;b.马达安装点橡胶衬套刚度不足。

3.2.6方案制定

综合各方案的影响及周期，此车型采取降低马达转速及增加橡胶衬套刚度来解决过刮量偏大问题。

研究总结：通过大量过往车型试验对比分析，马达支撑管（及马达轴线）与连杆夹角尽量小于10°，此时可忽略马达相对于系统的晃动，仿真计算过刮量基本与实际保持一致。若由于空间限制，马达与连杆夹角不得不大于10°，则马达相对于系统的晃动不能忽略，此时，尽量将马达安装点调整成螺栓固定，才能将理论仿真过刮量作为设计依据。