雨刮臂的臂座安裝開裂問題解析

摘要：本文從壓鑄質(zhì)量、噴涂厚度和螺母結(jié)構(gòu)等方面，對(duì)會(huì)影響雨刮臂的臂座安裝強(qiáng)度的因素進(jìn)了解析，并提出相應(yīng)的解決措施，為類似零件的安裝強(qiáng)度問題解決提供了借鑒意見。

關(guān)鍵詞：臂座開裂;壓鑄質(zhì)量;噴涂厚度;螺母結(jié)構(gòu)

中國分類號(hào)：U72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

雨刮器是來清除前擋風(fēng)玻璃上的積水，給駕駛員提供清晰的視野，以確保行車安全，因此雨刮器是汽車上的—個(gè)安全件，在行車過程中特別是下雨天起著重要的作用。雨刮臂的作用是連接雨刮片和四連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的，雨刮電機(jī)帶動(dòng)四連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，而雨刮臂與四連桿機(jī)構(gòu)直接相連，從而帶動(dòng)刮片進(jìn)行刮拭，而雨刮臂上的臂座是與雨刮四連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)直接相連的一個(gè)零件。因此臂座與四連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接可靠性，是雨刮系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵因素[1]。當(dāng)臂座出現(xiàn)斷裂或者連接松動(dòng)，會(huì)直接導(dǎo)致雨刮片無法正常刮水，雨刮系統(tǒng)失效。

臂座與四連桿機(jī)構(gòu)擺軸的連接是通過螺母擰緊來實(shí)現(xiàn)的，通過螺母的預(yù)緊力將臂座材料嵌入至擺軸的滾花中，從而實(shí)現(xiàn)緊固（圖1）。在螺母擰緊過程中，臂座要承受較大的預(yù)緊力，因此當(dāng)臂座強(qiáng)度不合格時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)臂座在擰緊過程中直接開裂的情況（圖2），從而導(dǎo)致雨刮臂連接失效。本文通過分析列舉了會(huì)影響臂座強(qiáng)度的幾大因素，并采取對(duì)應(yīng)措施，以解決臂座安裝開裂的問題。

1 影響臂座強(qiáng)度的主要因素

1.1 壓鑄質(zhì)量對(duì)臂座強(qiáng)度的影響

臂座的材料為壓鑄鋁合金ADC12，該零件的壓鑄質(zhì)量會(huì)對(duì)臂座強(qiáng)度有非常大的影響。各種壓鑄缺陷，如臂座內(nèi)部氣孔、組織疏松及異物等，都會(huì)直接影響臂座的強(qiáng)度（圖3）。

為了保證壓鑄質(zhì)量，必須從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：優(yōu)化模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證鋁合金熔液的流動(dòng)合理性，避免排氣不良;鋁錠集中熔煉，保證鋁合金熔液的潔凈程度，避免殘留過多異物;優(yōu)化壓鑄參數(shù)設(shè)置，嚴(yán)格控制壓鑄模具溫度;加強(qiáng)零件管控，可通過X光機(jī)進(jìn)行壓鑄缺陷探測（圖4），或者通過金相分析組織的致密性（圖5）。

1.2 噴涂厚度對(duì)臂座強(qiáng)度的影響

雨刮臂的黑色外觀，是通過電泳配合噴粉的方式形成的。檢測儀器（圖6）對(duì)不同噴粉層厚度的臂座進(jìn)行強(qiáng)度檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)噴粉層的厚度也是影響臂座強(qiáng)度的因素之一，結(jié)果如表1所示。

之前的刮臂噴涂方式，臂座錐孔處是一種開放式的狀態(tài)，該位置噴粉層的厚度與出粉量以及工件的噴粉次數(shù)直接相關(guān)的。出粉量越大，噴涂的次數(shù)越多，則錐孔處的噴粉厚度越厚，臂座強(qiáng)度也越低。為了控制錐孔位置的噴涂層厚度，保證臂座強(qiáng)度。在噴涂時(shí)使用堵頭將臂座錐孔處進(jìn)行封堵，保證了刮臂噴涂時(shí)臂座錐孔內(nèi)不進(jìn)粉，解決了由于噴涂厚度太厚而導(dǎo)致臂座安裝開裂的問題[2]。

1.3 螺母結(jié)構(gòu)對(duì)臂座強(qiáng)度的影響

1.3.1 螺母結(jié)構(gòu)類型

目前不同主機(jī)廠使用的螺母不盡相同，主要有以下3種類型（圖7）：1型（左），底盤不帶齒的平面螺母;ll型（中），底盤帶細(xì)齒的螺母;Ⅲ型（右），底盤帶粗齒的螺母。在同一螺母擰緊力矩下，不同的螺母結(jié)構(gòu)，使得臂座承受的預(yù)緊力也是不一樣的。預(yù)緊力的大小，是影響臂座強(qiáng)度的主要因素。

1.3.2 預(yù)緊力計(jì)算

在螺母擰緊過程中，臂座需要承受螺母形成的預(yù)緊力。預(yù)緊力與螺母擰緊力矩的計(jì)算公式如下。

F=M/（ Kxdx0.001）

（1）

其中F為預(yù)緊力（N），M為擰緊力矩（N·m），K為摩擦系數(shù)，d為螺紋公稱直徑（ mm）。不同類型的螺母，其底盤面與臂座接觸時(shí)的摩擦系數(shù)K值不同：底盤面齒越粗大，K值越大，臂座受到的預(yù)緊力F越小。目前各大主機(jī)廠，雨刮臂的螺母擰緊力矩多為25 - 30 N·m。使用25 N·m的力矩進(jìn)行校核，計(jì)算不同類型螺母產(chǎn)生的臂座預(yù)緊力差異（表2）。

從表2可知，在25 N·m的擰緊力矩時(shí)，平面螺母產(chǎn)生的預(yù)緊力最大，粗齒螺母產(chǎn)生的預(yù)緊力最小。預(yù)緊力越大，臂座安裝過程中開裂的風(fēng)險(xiǎn)越高;預(yù)緊力太小，臂座越不容易開裂，但同時(shí)說明臂座被擰緊的程度也越低，后續(xù)可能會(huì)出現(xiàn)雨刮臂松動(dòng)的問題。

根據(jù)雨刮臂性能要求，刮臂在擰緊后要能保證在80 N·m力矩下與擺軸之間的連接不能松動(dòng)。在25N·m的螺母擰緊力矩下進(jìn)行了刮臂松動(dòng)力矩的檢測對(duì)比，數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，在25N·m擰緊力矩時(shí)，Ⅲ型粗齒螺母形成的刮臂松動(dòng)力矩最小，不滿足≥80 N·m的要求;1型平面螺母形成的刮臂松動(dòng)力矩最大，礦量過大;II型細(xì)齒螺母的刮臂松動(dòng)力矩剛好滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合預(yù)緊力計(jì)算值和刮臂松動(dòng)力矩的要求，可以確定在螺母擰緊力矩≥25 N·m時(shí)，采用¨型細(xì)齒螺母是最好的選擇，既能保證臂座強(qiáng)度，也能保證刮臂與擺軸的連接穩(wěn)固性。

3 結(jié)束語

本文通過分析驗(yàn)證，確定了影響臂座強(qiáng)度的主要因素。通過采取對(duì)應(yīng)的措施，來提升臂座強(qiáng)度，確保臂座強(qiáng)度合格，避免發(fā)生臂座擰緊過程中臂座開裂問題，確保雨刮臂連接的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 聞邦椿.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》機(jī)械工業(yè)出版社[M].2010，1.

[2] 聞邦椿.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》機(jī)械工業(yè)出版社[M].2010，1.