汽車雨刮刮片刮拭能力分析研究

敖世奇　李瓊　吳文良

摘 要：汽車雨刮系統(tǒng)是影響雨天汽車行駛安全性的一個(gè)重要部件。雨刮片的刮拭性能是汽車雨刮系統(tǒng)最重要的功能，因此，對(duì)汽車雨刮刮片刮拭能力的分析一直是各大汽車公司研究的重點(diǎn)之一。本文通過(guò)理論分析以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)汽車雨刮刮片刮拭能力的分析進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

關(guān)鍵詞：汽車雨刮;刮片;刮拭能力

雨刮系統(tǒng)是在雨天保持駕駛員清晰的事業(yè)的汽車關(guān)鍵零部件[1]。雨刮片的刮拭性能是汽車雨刮系統(tǒng)最重要的功能，如何對(duì)其進(jìn)行分析一直是雨刮系統(tǒng)的研究重點(diǎn)之一。本文通過(guò)理論分析以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)汽車雨刮刮片刮拭能力的分析進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

1 雨刮膠條的密封性

雨刮刮拭時(shí)的本質(zhì)是通過(guò)膠條在玻璃上的刮刷形成一層均勻的水膜，要達(dá)到這個(gè)目的，則需要通過(guò)壓力使膠條與玻璃之間形成良好的“密封”。

一般良好的密封性要求水膜的厚度h<600nm。

圖1所示為影響水膜厚度的相關(guān)因素，其中h為水膜的厚度，單位為m;η為水的黏度，單位為Pa.s;x為膠條與玻璃接觸的寬度，單位為?m;dp/dx為膠條的壓力分布，單位為MPa/?m;v為膠條的移動(dòng)速度，單位為m/s。于是，有：

（式1）

2 水膜雷諾方程

北京航空航天大學(xué)馬綱在《建立雷諾方程的一種新概念》中，推導(dǎo)了不可壓縮的水膜雷諾方程[2]。當(dāng)流體密度ρ為常數(shù)時(shí)，考慮等溫等粘的情況，略去有關(guān)的無(wú)限小的壓力流項(xiàng)，有近似的水膜雷諾方程：

（式2）

在U1=U2的情況下，將其平均速度定義為（vx—），則有U1=U2=（vx—），有

（式3）

式（3）中的說(shuō)明壓力梯度決定水膜的厚度。

3 水膜厚度

3.1 水膜厚度的微觀分析

圖2所示為水膜厚度的微觀分析。

由式（1）、（3）及圖2，得水膜的厚度為：

式（4）

式（4）中的R與ER說(shuō)明接觸中的可變形體，其外形（接觸半徑）與剛度必須在變形過(guò)程中更新。R為接觸半徑，通過(guò)接觸半徑R的計(jì)算，可以分析水膜的厚度。可通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行確定。

3.2 接觸半徑的測(cè)試

圖3所示為所設(shè)計(jì)的接觸半徑R的測(cè)試方法。

如圖3所示，將膠條材料的樣品放置于測(cè)試臺(tái)中，浸泡在含熒光染料的潤(rùn)滑劑中，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)的玻璃盤和加載系統(tǒng)共同對(duì)膠條材料進(jìn)行加載，在其上方設(shè)置一個(gè)熒光顯微鏡。在加載系統(tǒng)進(jìn)行加載后，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)玻璃盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)熒光顯微鏡觀察的熒光強(qiáng)度來(lái)測(cè)量薄膜厚度。

4 刮拭性能分析

由圖1可知，雨刮系統(tǒng)的刮拭性能與雨刮膠條和玻璃之間的密封性有關(guān)，而密封性則與其壓力梯度有關(guān)。由式（4）可知，其壓力方程為：

（式5）

將雨刮膠條的壓緊力分布（單位為N/m）作為橫坐標(biāo)，將雨刮膠條最大刃口接觸壓強(qiáng)（單位為MPa）作為縱坐標(biāo)，分析其壓緊力分布與接觸壓強(qiáng)之間的關(guān)系。經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的測(cè)試，得到的結(jié)果如圖4所示。

圖4中x為膠條與玻璃接觸的寬度，可見(jiàn)隨著壓緊力的上升，最大膠條刃口接觸壓強(qiáng)由于x的變大并不是直線上升，而是在壓緊力在20-25N/m之間達(dá)到最大值。結(jié)合圖4，可知在雨刮刮片的壓力分布中，要能夠有一個(gè)良好的刮拭性能（密封性能），其壓力分布需在7N/m-35N/m之間。過(guò)低（<7N/m）在刮刷過(guò)程中容易出現(xiàn)水線（漏刮）、噪音，同時(shí)導(dǎo)致車輛高速行駛時(shí)的刮拭性能下降等;過(guò)高（>35 N/m）則在刮刷過(guò)程在會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)（噪音），以及導(dǎo)致膠條過(guò)度磨

損等。

5 小結(jié)

雨刮系統(tǒng)作為汽車重要組成部分，其設(shè)計(jì)的有效性、合理性將直接影響其運(yùn)行效率[3]。由本文的分析結(jié)果，在企業(yè)指導(dǎo)了十?dāng)?shù)款車型的雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并仿真分析，最后通過(guò)實(shí)際裝車驗(yàn)證，取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瓊，劉立斌，戴平.《汽車雨刮電機(jī)裝配工藝及過(guò)程控制點(diǎn)研究》[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（24）：222.

[2]馬綱，徐萬(wàn)孚，徐廣州，沈心敏. 《建立雷諾方程的一種新概念》[J].潤(rùn)滑與密封，2006，（9）：36-39.

[3]李瓊，易宏彬，劉立斌.《汽車雨刮片上翻轉(zhuǎn)位置距離計(jì)算研究》[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018，（11下）：47.