淺談風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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)：

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