叉臂式玻璃升降器布置設(shè)計(jì)

劉少鋒，王大鵬

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

1.1 概述

車門玻璃升降系統(tǒng)是整個(gè)車門系統(tǒng)中最為復(fù)雜的一個(gè)系統(tǒng)，主要包括升降器、玻璃、呢槽、內(nèi)外水切、鈑金或塑料導(dǎo)槽。而玻璃升降器又分為兩大類：繩輪式和臂式，而繩輪式又分為雙導(dǎo)軌升降器（圖1）和單導(dǎo)軌升降器（圖1），臂式又分為單臂式升降器（圖3）和叉臂式升降器（圖4），至于采用哪種形式的升降器，技術(shù)層面主要根據(jù)玻璃的弧度、寬度以及升降行程來(lái)合理選擇。升降器作為升降系統(tǒng)中的主要運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，其布置設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，本文即詳細(xì)闡述叉臂式玻璃升降器的布置設(shè)計(jì)過(guò)程和方法。

圖1 繩輪雙導(dǎo)軌升降器

圖2 繩輪單導(dǎo)軌升降器

1.2 叉臂式玻璃升降器的組成及工作原理簡(jiǎn)介

1.2.1 叉臂式玻璃升降器的主要組成

叉臂式玻璃升降器主要由7個(gè)部分組成，1、電機(jī)；2、安裝座板；3、齒板；4、主動(dòng)臂（含滑塊）；5、從動(dòng)臂（含滑塊）；6、定導(dǎo)軌；7、動(dòng)導(dǎo)軌。如下圖5：

圖3 單臂式升降器

圖4 叉臂式升降器

圖5 叉臂式玻璃升降器一般結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 叉臂式玻璃升降器的工作原理簡(jiǎn)介

叉臂式玻璃升降器工作原理比較簡(jiǎn)單，主要是通過(guò)電機(jī)的齒輪驅(qū)動(dòng)齒板與主動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)的功能。叉臂式玻璃升降器的運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)，而車門的玻璃面往往都是根據(jù)造型設(shè)計(jì)成具有一定弧度的（單曲或者雙曲），其運(yùn)動(dòng)軌跡也隨之具有一定弧度，叉臂式玻璃升降器在實(shí)際工作時(shí)，其主動(dòng)臂和從動(dòng)臂會(huì)存在一定的撓度變形，怎么合理的設(shè)計(jì)分配其上止點(diǎn)、下至點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的撓度，這也是臂式玻璃升降器的布置設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)。

1.2.3 叉臂式玻璃升降器的優(yōu)缺點(diǎn)介紹

優(yōu)點(diǎn)：

1）零部件通用化程度較高，開(kāi)發(fā)成本低；

2）玻璃升降運(yùn)行較平穩(wěn)，玻璃無(wú)前后傾斜；

3）運(yùn)動(dòng)過(guò)程自身 Y向有撓度變形，對(duì)車門鈑金精度要求不高，容差能力較強(qiáng)；

4）使用壽命長(zhǎng)，不易出現(xiàn)功能性故障。

缺點(diǎn)：

1）運(yùn)動(dòng)過(guò)程自身Y向有撓度變形，運(yùn)動(dòng)過(guò)程阻力不均，呢槽局部易磨損；

2）對(duì)玻璃造型（弧度）要求較高，適用范圍有限；

3）運(yùn)行過(guò)程噪音較大，品質(zhì)感稍差。

2 叉臂式玻璃升降器布置設(shè)計(jì)

2.1 玻璃大面反求及應(yīng)用可行性分析

根據(jù)玻璃的造型面反求玻璃大面確定玻璃的弧度，是單曲率還是雙曲率，其曲率半徑是多少。叉臂式玻璃升降器一般推薦用于玻璃曲率半徑≥1600mm（不同的升降行程存在差異），玻璃寬度≥750mm的車型。

2.2 撓度分配

升降器撓度分配的合理性直接關(guān)系到整個(gè)升降系統(tǒng)的品質(zhì)，但其又不是一成不變的，這需要結(jié)合整車的內(nèi)外造型，根據(jù)自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，一般來(lái)說(shuō)上止點(diǎn)、下至點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的任意位置的撓度最大可做到 12mm，但這對(duì)呢槽的質(zhì)量要求比較高，所以推薦將任意位置的撓度控制在 8mm以內(nèi)。撓度分配示意圖如下圖6。

圖6 撓度分配

從理論上講撓度的分配最好是上、下止點(diǎn)和過(guò)程最大撓度均相等，這樣可以把運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大撓度減到最小，如此可有效降低升降器在實(shí)際升降過(guò)程中由于撓度變形而產(chǎn)生阻力不均對(duì)整個(gè)升降系統(tǒng)的影響，但是實(shí)際的情況往往受內(nèi)外造型的約束，無(wú)法按照理論值進(jìn)行分配。這樣我們就要有個(gè)取舍，推薦按照如下原則進(jìn)行分配：

1）將撓度盡量分配到下止點(diǎn)，此時(shí)在下止點(diǎn)時(shí)升降器自身的內(nèi)應(yīng)力較大，可有效避免玻璃在降到底時(shí)，用力關(guān)門產(chǎn)生的晃動(dòng)異響。

2）當(dāng)玻璃曲率半徑較大，其上止點(diǎn)撓度方向可相反設(shè)計(jì)，務(wù)必將撓度零點(diǎn)位置布置下部，以保證玻璃的安裝方便性，詳見(jiàn)后文2.4升降器初始位置設(shè)計(jì)。

2.3 安裝基準(zhǔn)面確定

叉臂式玻璃升降器根據(jù)其自身的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，其安裝基準(zhǔn)面與其理論運(yùn)行軌跡平行，其定導(dǎo)軌的安裝面亦是如此，安裝基準(zhǔn)面與整車坐標(biāo)系的角度可根據(jù)車門系統(tǒng)內(nèi)外造型，門鎖、限位器等周邊零部件的位置約束進(jìn)行調(diào)整，安裝基準(zhǔn)面與理論運(yùn)行軌跡面的距離越小越好，一般可以控制到 60mm以內(nèi)，這樣可以降低升降器的最大輪廓尺寸和重量，其強(qiáng)度也更容易保證，但也要同時(shí)考慮動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)過(guò)程與升降器自身其他零部件的安全間隙。

2.4 升降器主從動(dòng)臂軸心與玻璃質(zhì)心之間的布置關(guān)系

玻璃與叉臂式升降器的安裝點(diǎn)一般設(shè)計(jì)為兩個(gè)，其兩點(diǎn)距離較大，所以升降器的主臂旋轉(zhuǎn)中心區(qū)域與玻璃的質(zhì)心位置關(guān)系不是十分的敏感。一般由于造型因素，玻璃升降過(guò)程中與A柱呢槽有效配合區(qū)域較短，與B柱有效配合區(qū)域較長(zhǎng)，其運(yùn)動(dòng)摩擦阻力也是A柱較小，B柱較大，所以可以將升降器的主臂旋轉(zhuǎn)中心區(qū)域偏向B柱進(jìn)行布置，以抵消A、B柱運(yùn)動(dòng)摩擦阻力的差異。

2.5 升降器初始位置設(shè)計(jì)

升降器初始位置即是玻璃升降器出廠時(shí)動(dòng)導(dǎo)軌所處的位置，此位置的設(shè)計(jì)主要考慮玻璃升降器安裝以及玻璃安裝的方便性，玻璃升降器自身的安裝方便性較容易實(shí)現(xiàn)，而玻璃的安裝方便性需要考慮的因素很多，與升降器相關(guān)的有如下兩個(gè)考慮因素：

1）玻璃一般都是從車門內(nèi)外水切的位置自上而下的安裝，所以升降器初始位置距下止點(diǎn)的距離越小最好，一般控制在整個(gè)行程的1/3之內(nèi)，有利于玻璃安裝。

2）玻璃在與升降器之間的安裝時(shí)，升降器最好無(wú)需受力變形，此時(shí)操作最為方便容易，所以升降器初始位置最好選擇撓度零點(diǎn)位置。

綜上，升降器的初始位置最好設(shè)定為上圖 6“下部撓度零點(diǎn)位置”。

2.6 電機(jī)位置確定

電機(jī)作為升降器重量的主要貢獻(xiàn)者，其布置位置在考慮升降器系統(tǒng)自身的需求之外及與其他周邊條件的安全間隙，應(yīng)盡量的靠近鉸鏈軸線進(jìn)行布置以降低開(kāi)關(guān)車門時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。同時(shí)考慮電機(jī)線束接插件的對(duì)插操作方便性。

3 結(jié)論

本論文概述車門玻璃升降系統(tǒng)在車門系統(tǒng)中的重要地位及其組成，簡(jiǎn)述了玻璃升降器在升降系統(tǒng)中的作用、種類，詳細(xì)的介紹了叉臂式玻璃升降的主要零部件組、工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)著重的闡述了叉臂式玻璃升降器的選用原則及其布置要點(diǎn)，文中部分?jǐn)?shù)值為經(jīng)驗(yàn)值，需要結(jié)合具體情況進(jìn)行分析設(shè)定，設(shè)計(jì)本身就是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程，在設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)推敲，尋求各項(xiàng)指標(biāo)最佳的設(shè)計(jì)平衡點(diǎn)，希望此文能夠?qū)Υ蠹矣兴妗?/p>

在本次論文中，借助了應(yīng)用軟件CATIA。

參考文獻(xiàn)

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