新型前雨刮輸出軸的設(shè)計(jì)

新型前雨刮輸出軸的設(shè)計(jì)

0雨刮片刮水可能產(chǎn)生噪聲傳統(tǒng)的雨水刮掃采用調(diào)整刮桿的扭曲角來適應(yīng)前繞組的曲線變化。雨水刮板和前缸的攻角角度變化很大。雨水刮板時(shí)，噪音較多，影響駕駛員的駕駛意識(shí)和乘客的乘坐舒適度。文中介紹的新型前雨刮輸出軸可以減小雨刮片與前風(fēng)擋的攻角變化,減小雨刮片刮水時(shí)產(chǎn)生的噪聲。1傳統(tǒng)的雨刮板系統(tǒng)1.1刮片部本構(gòu)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)前雨刮由副駕駛側(cè)刮片1、副駕駛側(cè)刮桿2、駕駛側(cè)刮片3、駕駛側(cè)刮桿4、駕駛側(cè)搖臂5、電機(jī)及四連桿機(jī)構(gòu)6、駕駛側(cè)輸出軸7、副駕駛側(cè)搖臂8、副駕駛側(cè)輸出軸9組成,如圖1所示。1.2搖臂擺動(dòng)的裝置前雨刮系統(tǒng)由電機(jī)及四連桿機(jī)構(gòu)6帶動(dòng)搖臂5和搖臂8做往復(fù)擺動(dòng),搖臂5和搖臂8分別和刮桿2、刮桿4固定連接,刮桿2和刮桿4在搖臂往復(fù)擺動(dòng)作用下,以輸出軸9和輸出軸7為中心,做上下擺動(dòng)。與刮桿固定連接的刮片1和刮片3在前風(fēng)擋上擺動(dòng),將前風(fēng)擋上的水刮凈。1.3雨刮片膠條材料優(yōu)化雨刮片在前風(fēng)擋上刮水時(shí),雨刮片產(chǎn)生的噪聲與雨刮片壓力、雨刮片與前風(fēng)擋形成的攻角、雨刮片膠條截面尺寸、雨刮片膠條材料、前風(fēng)擋表面潔凈度有關(guān),其中雨刮片壓力、雨刮片膠條截面尺寸、雨刮片膠條材料、前風(fēng)擋表面潔凈度可以通過優(yōu)化參數(shù)值進(jìn)行改善,在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。雨刮片與前風(fēng)擋形成的攻角在刮水過程中不是一個(gè)恒定值,參數(shù)變化范圍大,難以調(diào)整到最優(yōu)值,攻角調(diào)整不合適時(shí)容易導(dǎo)致雨刮片刮水出現(xiàn)噪聲和異常的磨損。1.4雨刮板和前傾角之間的攻角介紹攻角是前風(fēng)擋玻璃法線和雨刮片對(duì)稱面之間的角度,如圖2所示。1.4.1傳統(tǒng)攻角曲線雨刮片在前風(fēng)擋上刮水時(shí),受到前風(fēng)擋曲面不斷變化的影響,攻角曲線不是線性變化,傳統(tǒng)的攻角曲線如圖3所示。刮片中間點(diǎn)的攻角,理論上應(yīng)介于-5°到+5°之間,實(shí)際上介于-9°到+9°,攻角的變化范圍達(dá)到20°,與理論值相差太大。1.4.2刮桿扭角調(diào)整在完成整車裝配后,傳統(tǒng)前風(fēng)擋和前雨刮的物理位置就固定了,攻角曲線可以通過攻角測(cè)量設(shè)備得到,需要調(diào)整攻角時(shí),只能通過改變刮桿的扭角進(jìn)行。刮桿扭角是輸出軸向與雨刮片對(duì)稱面之間的角度(如圖4所示),此角度的變化便于優(yōu)化攻角。由于刮桿采用低碳鋼材料,導(dǎo)致刮桿扭角在生產(chǎn)過程中的誤差為±2°,在調(diào)整扭角過程中容易出現(xiàn)角度回彈現(xiàn)象,因此在前雨刮開發(fā)過程中,攻角參數(shù)的確定需要花費(fèi)大量的工時(shí)。2種新型前雨刮輸出軸設(shè)計(jì)為了提高雨刮片對(duì)前風(fēng)擋曲面的適應(yīng)性,降低攻角參數(shù)調(diào)整的難度,設(shè)計(jì)了一種新型的前雨刮輸出軸,通過輸出軸的復(fù)合運(yùn)動(dòng),減少雨刮片攻角的變化范圍,讓攻角保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。2.1齒輪對(duì)前雨刮輸出軸的影響新型的前雨刮輸出軸增加了一個(gè)錐齒輪,軸套上端增加一個(gè)錐齒輪,前雨刮輸出軸除了繞軸向旋轉(zhuǎn)外,通過錐齒輪的嚙合,增加了擺頭運(yùn)動(dòng),由于刮桿和前雨刮輸出軸固定連接,雨刮片可以在刮水過程中做擺頭運(yùn)動(dòng),抵消玻璃曲面對(duì)攻角的影響。2.2旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)加刮桿刮桿的設(shè)計(jì)如圖5所示,新型前雨刮輸出軸由擺頭軸3、旋轉(zhuǎn)軸5、大錐齒輪4組成。工作原理如圖6所示:軸套6的上端具有一個(gè)小錐齒輪12,旋轉(zhuǎn)軸5安裝于軸套6中,搖臂7上設(shè)置有裝配孔13,旋轉(zhuǎn)軸5的底部穿過軸套6安裝于搖臂的裝配孔13中,卡簧10裝配在旋轉(zhuǎn)軸5中部的卡簧槽11中,旋轉(zhuǎn)軸5的頂部有一個(gè)連接頭14,連接頭14中間設(shè)置有一個(gè)裝配槽,擺頭軸3的底部裝入于裝配槽中,擺頭軸3與連接頭14上均設(shè)置有一個(gè)通孔,大錐齒輪4的一側(cè)設(shè)置有一個(gè)連接軸9,大錐齒輪4通過連接軸9安裝于擺頭軸3以及連接頭14的通孔內(nèi),擺頭軸3的頂部穿過刮桿總成1上開設(shè)的裝配孔8至刮桿總成的上端,其伸出端通過固定螺母2鎖緊。此方案中,先把旋轉(zhuǎn)軸放入軸套中,下端與搖臂上的孔過盈配合,搖臂做90°往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),旋轉(zhuǎn)軸也會(huì)做90°的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)軸的卡簧槽裝入卡簧后,旋轉(zhuǎn)軸沿軸向移動(dòng)時(shí)受到卡簧和搖臂的限制,無法在軸套內(nèi)竄動(dòng)。再將擺頭軸放入旋轉(zhuǎn)軸上端連接頭的裝配槽中,用大錐齒輪上端的連接軸穿過旋轉(zhuǎn)軸和擺頭軸的通孔,其中擺頭軸的通孔與大錐齒輪的連接軸采用過盈配合,大錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),擺頭軸也會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),大錐齒輪的連接軸和連接頭的通孔采用間隙配合,大錐齒輪繞自己的旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),旋轉(zhuǎn)軸不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸繞自己的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),大錐齒輪會(huì)繞旋轉(zhuǎn)軸的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。大錐齒輪與軸套上的小錐齒輪組成齒輪組,傳動(dòng)比設(shè)定為4.5。如圖7所示:當(dāng)大錐齒輪繞旋轉(zhuǎn)軸的軸向旋轉(zhuǎn)90°時(shí),大錐齒輪繞自己的旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)20°。圖8中,刮桿總成在起始位置時(shí)大錐齒輪偏向左側(cè),設(shè)定刮片在前風(fēng)擋上的攻角為0°,搖臂在雨刮機(jī)構(gòu)連桿帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)45°,搖臂和旋轉(zhuǎn)軸是過盈配合,旋轉(zhuǎn)軸也會(huì)旋轉(zhuǎn)45°。大錐齒輪和擺頭軸在旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)下繞旋轉(zhuǎn)軸的軸向旋轉(zhuǎn)45°,由于軸套上的小錐齒輪固定,在旋轉(zhuǎn)過程中通過齒輪嚙合,大錐齒輪同時(shí)繞自己的旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)10°,擺頭軸和大錐齒輪是過盈配合,擺頭軸繞大錐齒輪的旋轉(zhuǎn)中心也轉(zhuǎn)動(dòng)10°,刮桿總成和刮片跟隨擺頭軸繞旋轉(zhuǎn)軸的軸向旋轉(zhuǎn)45°,同時(shí)繞大錐齒輪的旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)10°,刮片在前風(fēng)擋上的攻角可以保持在0°左右。當(dāng)搖臂繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°到返回位置,大錐齒輪和擺頭軸跟隨旋轉(zhuǎn)軸繞旋轉(zhuǎn)軸的軸向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)45°,通過齒輪嚙合,大錐齒輪繞自己的旋轉(zhuǎn)中心再轉(zhuǎn)動(dòng)10°,擺頭軸繞大錐齒輪的旋轉(zhuǎn)中心再轉(zhuǎn)動(dòng)10°,最終刮桿總成和刮片同樣繞旋轉(zhuǎn)軸的軸向旋轉(zhuǎn)45°,同時(shí)繞大錐齒輪的旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)10°,在返回位置的刮片攻角繼續(xù)保持在0°左右。搖臂從返回位置旋轉(zhuǎn)返回到起始位置時(shí),上述過程逆向重復(fù)一次。當(dāng)前風(fēng)擋曲面的曲率發(fā)生變化時(shí),可以調(diào)整齒輪的傳動(dòng)比和刮桿扭角,滿足不同前風(fēng)擋的要求。3傳統(tǒng)雨棚輸出軸與新雨棚輸出軸的攻角曲線之比3.1新型前雨刮輸出軸攻角計(jì)算方法攻角曲線的對(duì)比以設(shè)定的傳統(tǒng)前雨刮輸出軸攻角曲線為基準(zhǔn),將傳統(tǒng)前雨刮輸出軸和新型前雨刮輸出軸的攻角曲線放在一起進(jìn)行攻角對(duì)比。對(duì)比的攻角曲線限定為雨刮從起始位置向返回位置運(yùn)動(dòng)方向,刮刷角度設(shè)定為90°。新型前雨刮輸出軸攻角計(jì)算公式:式中:θ為新型前雨刮輸出軸攻角;α為刮刷角度;i為傳動(dòng)比;β為傳統(tǒng)前雨刮輸出軸攻角;γ為傳統(tǒng)前雨刮輸出軸攻角初始值;δ為新型前雨刮輸出軸攻角初始值。設(shè)定新型前雨刮輸出軸和傳統(tǒng)前雨刮輸出軸具有相同的前風(fēng)擋、雨刮輸出軸安裝位置、刮刷角度、刮桿、刮片,根據(jù)新型前雨刮輸出軸攻角計(jì)算公式可以計(jì)算出新型前雨刮輸出軸的攻角曲線。3.2新型雨刮輸出軸攻角曲線在攻角曲線圖中根據(jù)攻角曲線設(shè)計(jì)值模擬了一條傳統(tǒng)前雨刮刮片中心點(diǎn)的攻角曲線,通過計(jì)算得到新型雨刮輸出軸的攻角曲線,如圖9所示。從攻角曲線的對(duì)比看:傳統(tǒng)前雨刮輸出軸的攻角曲線如果滿足設(shè)計(jì)值,攻角控制在±5°內(nèi);新型前雨刮輸出軸通過改變傳動(dòng)比和初始攻角,可以將攻角控制在±3°內(nèi),降低了刮片刮水過程中的噪聲。3.3前雨刮輸出軸的攻角曲線在攻角曲線圖中根據(jù)攻角曲線實(shí)際值模擬了一條傳統(tǒng)前雨刮刮片中心點(diǎn)的攻角曲線,通過計(jì)算得到新型前雨刮輸出軸的攻角曲線,如圖10所示。從攻角曲線的對(duì)比看:傳統(tǒng)前雨刮輸出軸的攻角曲線在實(shí)際應(yīng)用中,攻角控制在±10°內(nèi),刮片在刮水過程中容易出現(xiàn)噪聲;新型前雨刮輸出軸通過刮桿擺頭運(yùn)動(dòng)、刮桿扭角設(shè)定初始攻角,可以優(yōu)化攻角曲線,將攻角控制在±5°內(nèi),達(dá)到設(shè)計(jì)值要求,降低刮片刮