新型汽車雨刮器的研究與設(shè)計

王曉員 王鴻飛 王能員 楊學(xué)東

摘要：設(shè)計一種新型汽車雨刮器，用螺旋減速機(jī)構(gòu)替代傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，與其他雨刮器的效果進(jìn)行對比實驗，進(jìn)行了近1000次的試驗，改善活動聯(lián)接部位的摩擦狀態(tài)，相較于現(xiàn)有的雨刮器，徑向尺寸縮小約一半左右，傳動效率約提高80%，功耗約減少50%.結(jié)構(gòu)更簡單，制造成本更低，并可延長雨刮器的使用壽命，具有廣闊的市場前景.

關(guān)鍵詞：汽車雨刮器;螺旋減速機(jī)構(gòu);蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu);傳動效率;功耗

中圖分類號：TH32? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）01-0083-03

1 前言

雨刮器又稱“刮水器”，即是片式結(jié)構(gòu)，安裝在擋風(fēng)玻璃前.由電動機(jī)、減速器、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、刮水片總成等組成的片式結(jié)構(gòu).其工作原理一般是：按下雨刮器開關(guān)電動機(jī)啟動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速增扭作用，從而驅(qū)動擺臂，又通過擺臂來帶動四連桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)而又通過四連桿機(jī)構(gòu)，帶動安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動，最后由轉(zhuǎn)軸帶動雨刮片，掃除擋風(fēng)玻璃上妨礙視線的雨雪和塵土.據(jù)調(diào)查，當(dāng)前，國內(nèi)汽車雨刮器的生產(chǎn)，能夠滿足國內(nèi)市場的需求，同時還能夠保持較高出口量的需求.但是，由于國產(chǎn)的雨刮器質(zhì)量參差不齊，有的使用壽命較短，所以高質(zhì)量、高檔次的雨刮器，還是需要從國外進(jìn)口.

2 雨刮器類型及其特點

2.1 雨刮器的組成及工作原理

雨刮器，通常稱刮水器、擋風(fēng)玻璃雨刷或水撥，用于去除汽車擋風(fēng)玻璃上的沙塵、水及雪，在不良天氣時，保證駕駛員能夠有良好的視線，保障行車安全.雨刮器一般是由刮水器主機(jī)、連動桿、雨刷等組成.其中電動機(jī)是刮水器主機(jī)，傳動部分是連動桿，執(zhí)行部分是雨刷.當(dāng)前，直流電動機(jī)和蝸輪蝸桿減速器構(gòu)成的減速電機(jī)輸出動力構(gòu)成刮水器主機(jī)，工作原理為：實現(xiàn)減速增扭輸出動力是通過蝸輪蝸桿減速器，雨刷的低速左右擺動是通過直流電動機(jī)的高速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換而完成，即完成刷雨過程.

2.2 雨刮器的類型

現(xiàn)有雨刮器包括：普通雨刷、無骨雨刷、手動調(diào)節(jié)式雨刷、隨速感應(yīng)式雨刷、雨量感應(yīng)式雨刷等.

2.3 各類型的雨刮器優(yōu)缺點

有骨雨刮缺點：（1）壓力傳遞不均勻，刮水效果差;（2）金屬支架重，電機(jī)負(fù)擔(dān)大;（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪音大.二、三段式雨刮器缺點：和有骨雨刮一樣，骨架彈性差，壓力傳遞不好，刮水較差.新型無骨雨刮，規(guī)避有骨雨刮和三段式雨刮的缺點，整體式鋼片代替金屬支架，膠條受力均勻，簡化結(jié)構(gòu)和重量，減輕電機(jī)負(fù)荷，電機(jī)壽命長;減少水痕、擦痕、噪音，刮刷效果好.

3 設(shè)計的新型雨刮器

3.1 新型雨刮器的技術(shù)方案

本設(shè)計是一種汽車雨刮器，同時將設(shè)計的這種汽車雨刮器，申報實用新型專利，已經(jīng)獲得實用新型專利授權(quán).（專利號：CN 106926821A.）

本設(shè)計是為優(yōu)化上述所存在的不足，提供一種新型汽車雨刮器，用螺旋減速機(jī)構(gòu)替代傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，具有節(jié)能降耗、安全可靠的優(yōu)點，并可延長雨刮器的使用壽命.

設(shè)計的新型雨刮器采用如下技術(shù)方案：一種汽車雨刮器，是由刮水器主機(jī)輸出動力，驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)帶動雨刷低速擺動，刮水器主機(jī)是由電動機(jī)經(jīng)螺旋減速傳動裝置輸出動力，螺旋減速傳動裝置包括：小導(dǎo)程滾珠絲杠，一端與電動機(jī)輸出端通過聯(lián)軸器相連，其上螺旋套設(shè)有絲杠螺母;中間螺旋，由絲杠螺母及固定套設(shè)在其外側(cè)的圓柱體構(gòu)成，其外圓柱面具有大導(dǎo)程螺旋槽，用于與滾針軸承配合，以實現(xiàn)當(dāng)中間螺旋做直線運(yùn)動時，推動其外部的大導(dǎo)程外套管做低速旋轉(zhuǎn);大導(dǎo)程外套管，其上沿圓周方向設(shè)有若干列開孔，開孔中設(shè)有軸銷，各軸銷臨近中間螺旋的一端固定連接滾針軸承，通過大導(dǎo)程外套管的低速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)帶動雨刷做低速擺動.

3.2 新型雨刮器的結(jié)構(gòu)特點

本新型汽車雨刮器的結(jié)構(gòu)特點在于：大導(dǎo)程外套管左右兩端分別通過鋼球滾動連接機(jī)座形成傳動腔室，小導(dǎo)程滾珠絲杠和中間螺旋位于傳動腔室內(nèi)，傳動腔室左右兩端之間還設(shè)有一對導(dǎo)向桿，用于為中間螺旋導(dǎo)向.大導(dǎo)程外套管外壁沿徑向方向向外延伸形成一圓盤，圓盤外圓周邊緣處對稱設(shè)有一對連接臂，連接臂的另一端與連桿機(jī)構(gòu)鉸接相連.

與已有技術(shù)相比，本設(shè)計優(yōu)秀的效果體現(xiàn)在：本設(shè)計利用螺旋減速傳動裝置對電動機(jī)輸出的動力進(jìn)行減速增扭，通過小導(dǎo)程滾珠絲杠、中間螺旋和大導(dǎo)程外套管的配合，將電動機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動，再將直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，最終驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)帶動雨刷進(jìn)行低速擺動，相較于現(xiàn)有的蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，本設(shè)計不僅傳動比大，徑向尺寸小，而且傳動摩擦系數(shù)小，從而提高了傳動效率，具有節(jié)能降耗、安全可靠的優(yōu)勢，能夠顯著延長汽車雨刮器的使用壽命.

3.3 新型雨刮器的零件圖

設(shè)計的主要零部件圖如圖1所示.

一種汽車雨刮器，由刮水器主機(jī)（1）輸出動力，驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)（2）帶動雨刷（3）低速擺動，其特征是：刮水器主機(jī)（1）是由電動機(jī)（6）經(jīng)螺旋減速傳動裝置輸出動力，螺旋減速傳動裝置包括：小導(dǎo)程滾珠絲杠（7），一端與所述電動機(jī)（6）輸出端通過聯(lián)軸器相連，其上螺旋套設(shè)有絲杠螺母（8）;中間螺旋，由絲杠螺母（8）及固定套設(shè)在其外側(cè)的圓柱體（9）構(gòu)成，其外圓柱面具有大導(dǎo)程螺旋槽（10），用于與滾針軸承（13）配合，以實現(xiàn)當(dāng)中間螺旋做直線運(yùn)動時，推動其外部的大導(dǎo)程外套管（20）做低速旋轉(zhuǎn);大導(dǎo)程外套管（20），其上沿圓周方向設(shè)有若干列開孔（11），開孔（11）中設(shè)有軸銷（12），各軸銷（12）臨近中間螺旋的一端固定連接滾針軸承（13），通過大導(dǎo)程外套管（20）的低速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)（2）帶動雨刷（3）做低速擺動.

3.4 汽車雨刮器特征

1、汽車雨刮器特征1是：大導(dǎo)程外套管（20）左右兩端分別通過鋼球（15）滾動連接機(jī)座（5）形成傳動腔室，小導(dǎo)程滾珠絲杠（7）和中間螺旋位于所述傳動腔室內(nèi)，傳動腔室左右兩端之間還設(shè)有一對導(dǎo)向桿（14），用于為中間螺旋導(dǎo)向.

2、汽車雨刮器特征2是：大導(dǎo)程外套管（20）外壁沿徑向方向向外延伸形成一圓盤（16），圓盤（16）外圓周邊緣處對稱設(shè)有一對連接臂（17），連接臂（17）的另一端與所述連桿機(jī)構(gòu)（2）鉸接相連.

一種汽車雨刮器，由刮水器主機(jī)、連桿機(jī)構(gòu)和雨刷構(gòu)成，其中刮水器主機(jī)是由電動機(jī)經(jīng)螺旋減速傳動裝置輸出動力，經(jīng)螺旋減速傳動裝置的小導(dǎo)程滾珠絲杠、中間螺旋和大導(dǎo)程外套管配合作用，將電動機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動，再將直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，最終驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)帶動雨刷進(jìn)行低速擺動，相較于現(xiàn)有的蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，本新型汽車雨刮器不僅傳動比大，徑向尺寸小，而且傳動摩擦系數(shù)小，從而提高了傳動效率，具有節(jié)能降耗、安全可靠的優(yōu)勢，能夠顯著延長汽車雨刮器的使用壽命.

3.5 汽車雨刮器運(yùn)行方式

具體設(shè)計運(yùn)行方式如下：參見圖2，汽車雨刮器是由刮水器主機(jī)1輸出動力，驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)2帶動雨刷3低速擺動，其中的連桿機(jī)構(gòu)2和雨刷3與現(xiàn)有雨刮器的結(jié)構(gòu)相同，本實施例中不做贅述.參見圖1，本刮水器主機(jī)1是由電動機(jī)6經(jīng)螺旋減速傳動裝置輸出動力，螺旋減速傳動裝置包括：小導(dǎo)程滾珠絲杠7，一端與電動機(jī)6輸出端通過聯(lián)軸器相連，其上螺旋套設(shè)有絲杠螺母8;中間螺旋，如圖3所示，由絲杠螺母8及通過平鍵19固定套設(shè)在其外側(cè)的圓柱體9構(gòu)成，其外圓柱面具有大導(dǎo)程螺旋槽10，用于與滾針軸承13配合，以實現(xiàn)當(dāng)中間螺旋做直線運(yùn)動時，推動其外部的大導(dǎo)程外套管20做低速旋轉(zhuǎn);大導(dǎo)程外套管20，其上沿圓周方向設(shè)有若干列開孔11，開孔11中設(shè)有軸銷12，各軸銷12臨近中間螺旋的一端固定連接滾針軸承13，通過大導(dǎo)程外套管20的低速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)2帶動雨刷3做低速擺動.

4 結(jié)語

本人及團(tuán)隊，將此設(shè)計的汽車雨刮器，與其他雨刮器的效果進(jìn)行對比實驗，進(jìn)行了近1000次的試驗，以螺旋減速傳動機(jī)構(gòu)替代蝸輪蝸桿減速器，且設(shè)計改善活動聯(lián)接部位的摩擦狀態(tài)，相較于現(xiàn)有的雨刮器，徑向尺寸縮小約一半左右，傳動效率約提高80%，功耗約減少50%左右.結(jié)構(gòu)更簡單，制造成本更低，具有廣闊的市場前景.

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