基于DOE的某車型無骨刮片優(yōu)化分析

孔金超　楊桂林　梁剛

摘 要：文章以某車型駕駛側(cè)無骨刮片為例，運(yùn)用Minitab軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE），結(jié)合試驗(yàn)和軟件分析確定了影響駕駛側(cè)刮片刮刷質(zhì)量最重要的因子是雨刮攻角，并通過軟件預(yù)測：刮片導(dǎo)條平行度合格，攻角值為-3.5°/7.5°，膠條用富國膠條時(shí)，刮片理論刮刷合格率可達(dá)94.3%。文中的分析方法適用于所有車型的無骨刮片，為生產(chǎn)企業(yè)今后控制生產(chǎn)成本，制造無骨刮片起到借鑒作用。關(guān)鍵詞：Minitab;DOE;無骨刮片;攻角中圖分類號(hào)：U462.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）02-94-03

Abstract： Taking the boneless scraper on the driving side of a vehicle as an example， this paper uses Minitab software to design the experiment （DOE）. Combining with the test and software analysis， the most important factor affecting the quality of the scraper on the driving side is the angle of attack of the wiper. The software predicts that if the parallelism of the scraper bar is qualified， the attack angle is -3.5°/7.5°， and the FUKOKU rubber is used， the qualified rate of theoretical scraping can reach 94.3%. The analysis method in this paper is applicable to all types of boneless scrapers， which can be used as a reference for enterprises to control production costs and manufacture boneless scrapers in the future.Keywords： Minitab; DOE; Boneless scraper; Attack angleCLC NO.： U462.1? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-94-03

前言

雨刮是汽車上不可缺少的重要部件，而刮片不僅是雨刮的重要工作零件，又是汽車上的一個(gè)外觀件。無骨刮片因其刮刷性能好、外觀優(yōu)美，逐漸取代傳統(tǒng)的有骨刮片，被廣泛的用在各種車型當(dāng)中。傳統(tǒng)的有骨刮片結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，依靠骨架上多個(gè)支架提供壓力使刮片的膠條和車窗玻璃保持接觸，但由于膠條受力不均勻，容易造成漏刮，影響刮刷效果。無骨刮片的骨架部件結(jié)構(gòu)簡單，其依靠兩根導(dǎo)條壓在膠條上，實(shí)現(xiàn)膠條跟玻璃的無縫接觸，刮刷過程中聲音小、效果好。目前，生產(chǎn)廠家針對無骨刮片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)最直接有效的方法是試驗(yàn)法，通過試驗(yàn)來確定最佳的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，但這種方法往往試驗(yàn)量大、周期長，從而導(dǎo)致制造成本很高。文章基于DOE（試驗(yàn)設(shè)計(jì)），以某車型無骨刮片為例，運(yùn)用Minitab軟件設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，通過開展試驗(yàn)，結(jié)合Minitab軟件分析確定影響刮刷效果的關(guān)鍵因子，并預(yù)測滿足要求且成本最低的刮片結(jié)構(gòu)組合。文中的分析方法適用于所有車型的無骨刮片，為生產(chǎn)企業(yè)今后控制生產(chǎn)成本，制造無骨刮片起到借鑒作用。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）

1.1 因子及水平的選取

刮片的刮刷質(zhì)量主要由工作過程中的刮凈度（有無漏刮、彩帶等缺陷）、聲音（有無異響、刮刷聲及換向聲等噪音）及平穩(wěn)性（有無甩尾、抖動(dòng)等現(xiàn)象）來進(jìn)行綜合評價(jià)，對此各大主車廠均有自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過不同的生產(chǎn)企業(yè)大量的實(shí)踐和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在保證刮臂壓力合格的情況下，影響無骨刮片刮刷效果的因子主要有膠條的種類、兩根導(dǎo)條的平行度以及雨刮攻角值。

1.1.1 膠條的種類

膠條的結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般按照材料、截面形狀、硬度的不同來對其進(jìn)行分類。材料方面主要分為天然橡膠和合成橡膠，天然橡膠物理性能好，易于加工，但抗腐蝕性能差，使用壽命短;隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，合成橡膠被廣泛地用于雨刮膠條中，合成橡膠在保證刮刷性能的前提下，耐腐蝕性好，因此使用壽命長，現(xiàn)在各大雨刮生產(chǎn)廠家均使用合成橡膠。截面形狀方面，為了保證雨刮工作過程中聲音小、換向時(shí)易翻轉(zhuǎn)，各生產(chǎn)廠家普遍采用如圖1所示的截面形狀。膠條的硬度對刮刷質(zhì)量影響極大，因?yàn)樵谙嗤膶?dǎo)條壓力下，不同硬度的膠條跟玻璃的接觸角不一樣。接觸角指膠條刮唇與玻璃切線的夾角（如圖2所示），實(shí)踐表明，接觸角對雨刮刮刷性的影響很大，當(dāng)接觸角在30°～60°的范圍時(shí)，刮拭性能最佳;膠條過倒（接觸角過?。┦构纹z條的刮刃失去作用，易產(chǎn)生異響、彩帶等現(xiàn)象;膠條過立（接觸角過大）會(huì)使接觸角變得不穩(wěn)定，產(chǎn)生抖動(dòng)、漏刮等現(xiàn)象。為防止接觸角過大或過小，膠條硬度須合適，國際上一般要求橡膠硬度為60±51RHD。受生產(chǎn)設(shè)備、工藝、配方等的限制，目前國產(chǎn)膠條在這方面跟進(jìn)口膠條相比有明顯差距。進(jìn)口膠條中尤以日本富國膠條使用最為廣泛，因此本文選擇國產(chǎn)膠條與日本富國膠條作對比。

1.1.2 兩導(dǎo)條間平行度

如圖3所示，無骨刮片骨架部件結(jié)構(gòu)簡單，其依靠兩根導(dǎo)條給膠條提供壓力，兩根導(dǎo)條平行焊接在連接器上，裝配時(shí)導(dǎo)條穿過膠條上的導(dǎo)條槽。導(dǎo)條生產(chǎn)時(shí)可通過專用設(shè)備彎制合適的弧度以保證單根導(dǎo)條的壓力分布均勻，但若焊接后兩根導(dǎo)條間平行度較差，會(huì)直接導(dǎo)致膠條受到的壓力分布不均勻，進(jìn)而影響膠條與玻璃面的貼合，從而影響刮刷質(zhì)量。本文選擇平行度合格和平行度較差（錯(cuò)位）的骨架部件作對比。

1.1.3 攻角

如圖4所示，雨刮攻角指的是刮片中心面與玻璃法線間的夾角。要使刮片保持良好的刮刷狀態(tài)，最好是刮片中心面與風(fēng)窗玻璃的表面保持垂直，以保證膠條與玻璃間有良好的接觸角，但因?yàn)閷?shí)際汽車風(fēng)窗玻璃表面為曲面，要保證刮片中心面在沿膠條長度方向上以及刮刷運(yùn)動(dòng)中的任意位置都要與玻璃表面垂直是不可能的，雨刮攻角會(huì)隨著刮片的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化。沿刮片向雨刮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸方向看去，風(fēng)窗玻璃表面的法線到刮片中心線為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的攻角規(guī)定為正，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的角度為負(fù)。

適當(dāng)?shù)墓ソ鞘菫榱吮ＷC刮片在刮刷全程中膠條的接觸角處于合適狀態(tài)。較大的攻擊角，刮片在刮刷過程中容易出現(xiàn)抖動(dòng)、漏刮、異響等缺陷;較小的攻擊角，刮刷過程中則容易出現(xiàn)彩帶、顫抖、膠條尖叫等缺陷。

結(jié)合理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐表明，刮片在刮刷過程中必須保證攻角處于±8°的范圍內(nèi)，并且各位置對應(yīng)的攻角差異不宜過大，通常采用膠條中心點(diǎn)在起始位置和上端起始位置的攻角值表示攻角所處范圍。本文中針對該車型，駕駛測攻角以-3.5°（起始）/7.5°（上端）與-5.5°/5.5°兩組對比。

綜上所述，試驗(yàn)因子水平表設(shè)定如表1所示。

1.2 創(chuàng)建田口試驗(yàn)

運(yùn)用Minitab軟件新建田口試驗(yàn)，設(shè)計(jì)類型選擇兩水平設(shè)計(jì)，因子數(shù)選擇3，模型選擇L8（2^3）;分別為A、B、C三個(gè)因子命名，對應(yīng)為骨架部件、攻角、膠條，如圖5所示。以刮刷合格率作為響應(yīng)，軟件自動(dòng)配置出直角表，如圖6所示。

2 試驗(yàn)分析

根據(jù)直角表列出的方案準(zhǔn)備試驗(yàn)樣件，每組29件，按照德國大眾汽車標(biāo)準(zhǔn)VW_TL934中雨刮系統(tǒng)測試要求分別進(jìn)行刮刷試驗(yàn)和刮刷質(zhì)量評估，記錄數(shù)據(jù)如表2所示。

2.1 因子排序

如圖7所示，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入Minitab軟件中，設(shè)置顯示響應(yīng)表為均值，信噪比選擇望大，生成均值主效應(yīng)圖（如圖8），從分析結(jié)果看出影響駕駛側(cè)刮刷質(zhì)量最為顯著的是攻角值，其次是膠條種類，影響最小的是骨架部件導(dǎo)條的平行度。

2.2 確定最佳組合

在Minitab軟件內(nèi)對滿足要求且成本最低的組合及理想刮刷合格率進(jìn)行分析和預(yù)測，輸出分析預(yù)測表（如表3），由表可知最佳組合為2、1、2，即骨架部件為導(dǎo)條平行度合格，攻角值為-3.5°/7.5°，膠條為富國膠條，理論刮刷合格率可達(dá)94.3%。

3 結(jié)論與建議

對駕駛側(cè)刮刷質(zhì)量影響最大的因子是雨刮攻角值。攻角的變化趨勢受雨刮機(jī)構(gòu)輸出軸角度和玻璃弧度的影響，因此要控制攻角穩(wěn)定就必須控制好雨刮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸的角度以及玻璃的曲率變化，對于新車型同步開發(fā)的產(chǎn)品，必須設(shè)計(jì)制造傳動(dòng)總成安裝位置的檢具，以保證輸出軸角度的一致性;必須合理的設(shè)計(jì)玻璃的曲率變化，一般要求玻璃曲率半徑處于2000mm-8000mm之間，以保證攻角在±8°范圍內(nèi)變化平穩(wěn)。此外，刮臂的扭角雖不能改變攻角的變化趨勢，但可以改變攻角的分布范圍，可通過合理設(shè)計(jì)刮臂扭角使攻角處于最佳范圍內(nèi)。

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