电动玻璃升降器的研究与设计

摘 要：随着社会经济水平和科学技术的不断提高，汽车成为人们交通出行必不可少的工具，电动玻璃升降器作为汽车车门系统中使用频繁的重要配件之一，能够保证玻璃的平稳升降，并且停留在乘客需要的任意位置。本文简单介绍了玻璃升降器的分类，并以绳轮式电动玻璃升降器为研究对象，阐述了其设计流程，为构建三维模型及仿真提供理论支撑。

关键词：汽车电动玻璃;绳轮式;升降器

1 引言

玻璃升降器是车门系统的关键部件，保证车门的玻璃能够根据司机和乘客的需求自由调整。玻璃升降器的操纵性能直接影响到驾乘体验，是衡量汽车性能的重要指标之一。玻璃升降器安装位置较窄，难以对其维护维修，而且使用频率较高，是汽车中易发生故障的部件之一[1]。本文通过对玻璃升降器的研究，介绍了目前市场中主流玻璃升降器的分类及其工作原理，针对性能良好的绳轮式电动玻璃升降器，阐述了其设计规程，为后续三维模型的构建和仿真提供了一定的理论支撑。

2 玻璃升降器的分类

玻璃升降器可分为手动和电动两大类。因为电动玻璃升降器调节便捷、运行稳定、安全系数较高，所以占据了绝大多数的市场份额，手动玻璃升降器逐渐面临淘汰。

目前，电动玻璃升降器主要分为臂式玻璃升降器、绳轮式玻璃升降器、软轴式玻璃升降器三大类[2]。

（1）臂式玻璃升降器。臂式玻璃升降器主要由电机及其座板、扇形齿板、叉臂、玻璃夹、导轨、齿轮等组成。

当电机转动时，输出轴驱动小齿轮旋转，带动扇形齿板转动，从而带动叉臂旋转，叉臂带动导轨上下运动。导轨上固定安装的玻璃也随之运动，达到了玻璃升降的目的。

（2）绳轮式玻璃升降器。绳轮式玻璃升降器主要由电机及其座板、绕丝机构、导轨、绳索结构、滑动支座等组成。

当电机转动时，输出轴带动绕丝轮旋转，绕丝轮拉动绳索机构，带动与绳索机构相连的滑动支座沿导轨上下运动，滑动支座上固定安装的玻璃也随之运动，达到了玻璃升降的目的[3]。

（3）软轴式玻璃升降器。软轴式玻璃升降器主要由电机、减速器、软轴、软轴导向管和滑动支座等组成。当电机转动时，输出轴带动软轴在软轴导向管内移动，从而带动滑动支座沿着支架机构上下运动，支座上固定安装的玻璃也随之运动，达到了玻璃升降的目的[4]。

3 玻璃升降器的设计

本章以绳轮式电动玻璃升降器为研究对象，阐述了其设计规程。

（1）升降器外部设计。升降器的外部设计与车门系统息息相关，其中最为关键的是升降器与车门内板和车门玻璃间的配合，在设计中需要保证部件间没有干涉和较大的作用力。

1）玻璃升降器与车门内板。通常电机座板、上、下两个支架安装在车门内板上。在设计过程中需要确定以上零部件的二维安装位置，然后通过三维模型仿真保证其安装高度，同时保证不出现干涉现象。

2）玻璃升降器与车门玻璃。在设计中保证升降器导轨曲率与车门玻璃曲率的一致性，才能保证车门玻璃在上下运动过程中能够稳定运行，受力均匀，不会发生较大幅度的摆动或者玻璃升降时摩擦阻力较大等现象[5]。

（2）升降器内部设计。升降器的内部设计主要包括导轨空间位置、导轨曲率、导轨长度、导轨支架、电机座板、电机、绕丝机构、钢丝绳等的设计。

1）导轨空间位置的设计。确定导轨的空间位置包括确定导轨中心线在玻璃面上的投影位置和导轨中心线距离玻璃面的高度。

确定导轨中心线在玻璃面上的投影位置时需要尽量保证导轨位于车门内板上安装位置的正上方，同时需要尽量保证导轨的中心线通过车门玻璃的质心。

确定导轨中心线距离玻璃面的高度时通常使导轨上、下两面分别到车门内板和玻璃下表面的垂直距离为12.5±2.5 mm。

2）导轨曲率的设计。升降器导轨的曲率取决于车门玻璃的曲率。通常利用车门玻璃造型数据通过方程法计算或者利用车门玻璃的三维数模通过几何法计算。

3）导轨长度的设计。导轨长度的涉及通常按照以下步骤完成：①确定车门玻璃行程，导轨长度必须大于这个行程;②导轨长度要满足滑板、滑轮架、滑繩架等零部件的安装要求;③留有一定的余量。

4）导轨支架的设计。导轨支架包与导轨直接配合，主要用于支撑导轨。在设计中需要注意以下两个方面：①支架与车门内板配合的部位，主要由车门内板的安装位置确定，保证稳定的支撑导轨;②支架支撑部位，主要由导轨的空间位置确定，即高度位置。

5）电机座板的设计。电机座板通过螺柱安装于车门内板上，座板上固定有电机和绕丝盒。电机座板的设计，在设计中需要注意以下三个方面：①保证座板不与其他部件发生干涉;②外形满足安装孔的定位和起到支撑作用;③保持与滑轮架和滑绳架同高，减少额外的作用力。

6）绕丝机构的设计。绕丝机构包括绕丝轮、绕丝盒等，其中绕丝盒用于固定绕丝轮。设计中需要保证以下三个方面：①绕丝轮的安装，不能与其他部件干涉;②绕丝盒的安装，不能与其他部件干涉;③绕丝盒的侧面开口角度应与滑绳架和滑轮架的安装角度匹配[6]。

7）钢丝绳的设计。升降器运行时，电机带动绕丝轮转动，带动钢丝绳运动，滑板在钢丝绳的拉力作用下完成升降运动[7]。在设计中需要注意以下四个方面：①出线角度合适;②保证钢丝绳垂直于出线处的平面;③钢丝绳与绕丝轮相切;④其他零部件不发生干涉。

4 总结

本文同时针对绳轮式电动玻璃升降器分析了零部件的作用，确定相关的设计规程，为后续完善设计和三维建模及仿真打下扎实的基础。

参考文献：

[1]张慧.汽车电动玻璃升降器结构设计与仿真[D].长沙理工大学，2017.

[2]田泽彪.汽车电动玻璃升降器设计[D].湖南大学，2017.

[3]张世中，路向前，兰天亮.浅议电动玻璃升降器的设计及布置[J].价值工程，2015，34（14）：79-82.

[4]秦伟昌.绳轮式轿车电动玻璃升降器机构及设计要点分析[J].北京汽车，2013（06）：27-31.

[5]吴世洋.电动玻璃升降器快速开发系统研究[D].武汉理工大学，2013.

[6]韩杰. 绳轮式电动汽车玻璃升降器的设计与开发[D].山东大学，2012.

[7]曹云翔.电动玻璃升降器及其发展概况[J].汽车电器，2001（04）：3-6.

作者简介：肖军（1984-），男，河南人，本科，从事汽车玻璃升降器、门模板、拉索生产工作。