雨刮臂的臂座安裝開裂問題解析

龔桂華

（ 貴陽萬江航空機電有限公司 550018）

0 引言

雨刮器是來清除前擋風玻璃上的積水，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一個安全件，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動機構的，雨刮電機帶動四連桿運動機構工作，而雨刮臂與四連桿機構直接相連，從而帶動刮片進行刮拭，而雨刮臂上的臂座是與雨刮四連桿運動機構直接相連的一個零件。因此臂座與四連桿運動機構的連接可靠性，是雨刮系統(tǒng)能否正常工作的關鍵因素[1]。當臂座出現(xiàn)斷裂或者連接松動，會直接導致雨刮片無法正常刮水，雨刮系統(tǒng)失效。

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

圖1 臂座與擺軸的連接

圖2 臂座開裂

圖3 壓鑄缺陷（氣孔和異物）

圖4 X光檢測臂座壓鑄質(zhì)量

1 影響臂座強度的主要因素

1.1 壓鑄質(zhì)量對臂座強度的影響

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

為了保證壓鑄質(zhì)量，必須從以下幾個方面進行控制：優(yōu)化模具澆注系統(tǒng)設計，保證鋁合金熔液的流動合理性，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)設置，嚴格控制壓鑄模具溫度；加強零件管控，可通過X光機進行壓鑄缺陷探測(圖4)，或者通過金相分析組織的致密性（圖5）。

圖5 斷面顯微金相分析

圖6 噴涂厚度檢測

1.2 噴涂厚度對臂座強度的影響

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）對不同噴粉層厚度的臂座進行強度檢測時，發(fā)現(xiàn)噴粉層的厚度也是影響臂座強度的因素之一，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，臂座強度也越低。為了控制錐孔位置的噴涂層厚度，保證臂座強度。在噴涂時使用堵頭將臂座錐孔處進行封堵，保證了刮臂噴涂時臂座錐孔內(nèi)不進粉，解決了由于噴涂厚度太厚而導致臂座安裝開裂的問題[2]。

表1 不同噴涂厚度對臂座強度的影響

表2 各型螺母的預緊力對比

表3 刮臂松動力矩檢測數(shù)據(jù)

圖7 不同類型的螺母結(jié)構示意

1.3 螺母結(jié)構對臂座強度的影響

1.3.1 螺母結(jié)構類型

目前不同主機廠使用的螺母不盡相同，主要有以下3種類型（圖7）：Ⅰ型（左），底盤不帶齒的平面螺母；Ⅱ型（中），底盤帶細齒的螺母；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，使得臂座承受的預緊力也是不一樣的。預緊力的大小，是影響臂座強度的主要因素。

1.3.2 預緊力計算

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

其中F為預緊力（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，臂座受到的預緊力F越小。目前各大主機廠，雨刮臂的螺母擰緊力矩多為25～30 N·m。使用25 N·m的力矩進行校核，計算不同類型螺母產(chǎn)生的臂座預緊力差異（表2）。

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

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。在25 N·m的螺母擰緊力矩下進行了刮臂松動力矩的檢測對比，數(shù)據(jù)如表3所示。

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

3 結(jié)束語

本文通過分析驗證，確定了影響臂座強度的主要因素。通過采取對應的措施，來提升臂座強度，確保臂座強度合格，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。