申利超

（東風(fēng)柳州汽車有限公司PV技術(shù)中心，廣西柳州545000）

前風(fēng)窗刮水器系統(tǒng)防水設(shè)計(jì)研究

申利超

（東風(fēng)柳州汽車有限公司PV技術(shù)中心，廣西柳州545000）

刮水器的作用是掃除風(fēng)窗玻璃上妨礙視線的雨水，保障駕駛員視野清晰，其功能可靠性對(duì)行車安全具有重要意義。防水設(shè)計(jì)是確保刮水器系統(tǒng)功能可靠的重點(diǎn)，擬從刮水器的工作環(huán)境來分析防水設(shè)計(jì)的必要性，進(jìn)而提出合理的防水設(shè)計(jì)方案。

刮水器；防水；設(shè)計(jì)方案

刮水器是安裝在風(fēng)窗上的重要附件，其作用是保持風(fēng)窗玻璃外表面清潔，確保雨雪天氣視野清晰和行車安全，是機(jī)動(dòng)車輛不可或缺的部件。隨著雨季來臨，刮水器的使用頻率非常高，因此，如何保證其功能可靠性顯得尤為重要。刮水器的工作環(huán)境雨水非常多，這可能會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和四連桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生致命的影響，故優(yōu)良的防水性能是刮水器功能可靠性的基本前提。

本文擬通過分析刮水器的工作環(huán)境，從而得出雨水對(duì)刮水器系統(tǒng)的影響，并提出合理的防水設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)刮水器系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供參考。

1 刮水器的工作原理

刮水器總成的示意圖如圖1所示，其工作原理是：當(dāng)電機(jī)1工作時(shí)，帶動(dòng)曲柄2做圓周運(yùn)功，通過連桿3使搖臂4做往返運(yùn)動(dòng)，搖臂4又帶動(dòng)連桿6運(yùn)動(dòng)，連桿6帶動(dòng)搖臂7運(yùn)動(dòng)。搖臂4、7分別與輸出軸5、7剛性連接，搖臂做往返運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)輸出軸組件及刮臂刮片做往返運(yùn)動(dòng)，并除去玻璃上的雨水、雪或灰塵。

圖1 刮水器總成示意圖

通過分析刮水器的工作原理可知，其各組件對(duì)防水都是有較高要求的。曲柄、連桿、搖臂之間都是通過球銷副連接，若防水設(shè)計(jì)不良，易出現(xiàn)球頭磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致刮刷異響、刮角變大等故障；輸出軸與軸承套連接通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，若防水設(shè)計(jì)不良，易出現(xiàn)軸承內(nèi)部銹蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)異響、刮刷速度變慢等故障；驅(qū)動(dòng)電機(jī)為電器件，若防水不良，極易出現(xiàn)電機(jī)短路燒壞的故障。

刮水器位于雨刮蓋板下方，大量雨水會(huì)通過輸出軸避讓孔進(jìn)入刮水器運(yùn)動(dòng)包絡(luò)體，為保證刮水器的功能可靠，優(yōu)良的防水結(jié)構(gòu)是不可或缺的。

2 刮水器的工作環(huán)境分析及防水設(shè)計(jì)重點(diǎn)

當(dāng)雨季來臨，大量的雨水會(huì)通過前擋玻璃1流向雨刮蓋板2，并通過進(jìn)氣格柵和刮水器輸出軸避讓孔流向前艙流水槽4，并通過流水槽將雨水排出。在此過程中雨水無可避免會(huì)經(jīng)過刮水器的工作區(qū)域，具體流向說明見如圖2所示。

圖2 雨水流向圖

鑒于刮水器工作環(huán)境的特殊性，防水設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)從以下三個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）合理設(shè)計(jì)雨刮蓋板結(jié)構(gòu)，減少雨水流入刮水器工作區(qū)域；

（2）對(duì)刮水器各關(guān)鍵部位進(jìn)行防水設(shè)計(jì)；

（3）合理設(shè)計(jì)流水槽結(jié)構(gòu)，確保雨水能迅速排出。

3 常見防水設(shè)計(jì)方案

3.1 雨刮蓋板防水設(shè)計(jì)

良好的雨刮蓋板設(shè)計(jì)，能大大減少雨水直接流向刮水器工作區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，其防水設(shè)計(jì)主要是從兩個(gè)方面進(jìn)行：

3.1.1 合理設(shè)置排水孔

某車型在蓋板上設(shè)置了4個(gè)專用排水孔（如圖3），同時(shí)雨刮蓋板避讓孔做了凸臺(tái)，大大降低了輸出軸避讓孔的水流量。

圖3 排水孔布置圖

3.1.2 合理定義蓋板與玻璃的搭接斷面

雨水從前檔玻璃流向雨刮蓋板，需要經(jīng)過兩者的搭接部位，若該位置密封不良，則雨水會(huì)沿著玻璃下邊沿流向刮水器工作區(qū)域。目前該位置常用密封方式為雨刮蓋板設(shè)置密封條，且密封條與前檔玻璃設(shè)定1 mm的干涉量，通過卡勾將密封條壓緊，從而實(shí)現(xiàn)密封，具體斷面見圖4.考慮到密封條的裝配可靠性和成本因素，密封條建議采用PVC材質(zhì)，硬度為（70±5）HA.

圖4 蓋板與玻璃配合斷面

3.2 刮水器防水設(shè)計(jì)

鑒于刮水器工作環(huán)境的特殊性，刮水器總成會(huì)不可避免地接觸到雨水。此時(shí)，刮水器自身的防水設(shè)計(jì)，顯得尤為重要。本文根據(jù)刮水器的工作原理，著重對(duì)各連接副和電機(jī)的防水設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

3.2.1 機(jī)構(gòu)輸出軸的防水設(shè)計(jì)

輸出軸部位是接觸雨水最多的部位，當(dāng)雨水流進(jìn)輸出軸避讓孔，必然會(huì)接觸到輸出軸，所以，該位置的防水設(shè)計(jì)，是機(jī)構(gòu)防水設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。此處，推薦一種密封優(yōu)良的導(dǎo)水套結(jié)構(gòu)，具體如圖5、6.

圖5 導(dǎo)水套結(jié)構(gòu)圖圖6 C-C

該防水設(shè)計(jì)主要為增加導(dǎo)水套1.導(dǎo)水套1與輸出軸4采用過盈配合，且其通過卡勾與搖臂固定，確保與輸出軸4同步轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)水套1上端延伸至刮臂座內(nèi)部，確保雨水無法進(jìn)入導(dǎo)水套1與輸出軸4的配合面。當(dāng)雨水通過雨刮蓋板2的輸出軸避讓孔后，會(huì)進(jìn)入到導(dǎo)水套1內(nèi)部，并通過導(dǎo)水套1設(shè)計(jì)的排水孔排出。導(dǎo)水套1的排水孔設(shè)定在搖臂的外側(cè)，確保雨水在排出時(shí)不會(huì)接觸到各旋轉(zhuǎn)副和球銷副。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，很好的引導(dǎo)了雨水的流向，最大程度的減少雨水對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的影響。為防止導(dǎo)水套在運(yùn)輸和裝配過程中破裂，導(dǎo)水套不易采用脆質(zhì)材料，建議采用PP.

3.2.2 球頭銷的防水設(shè)計(jì)

球頭銷是連桿傳遞扭矩最重要的部位，其防水設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的平穩(wěn)度和刮角偏差具有重要意義。球頭銷一般會(huì)通過增加密封碗來確保此處的密封，密封碗與球銷采用過盈配合，干涉量一般設(shè)定為1~2 mm，具體斷面如圖7.密封碗建議材質(zhì)為EPDM，硬度為（60±5）HA.

圖7 D-D

3.2.3 電機(jī)輸出軸的防水設(shè)計(jì)

電機(jī)輸出軸的密封，一般是在曲柄下方增加密封帽。密封帽建議材質(zhì)為EPDM，硬度為（60±5）HA.

3.2.4 電機(jī)的防水設(shè)計(jì)

電機(jī)是刮水器的最核心部位，電機(jī)若存在問題，將直接導(dǎo)致整套刮水器失效，故電機(jī)的防水設(shè)計(jì)是刮水器設(shè)計(jì)最重要的一環(huán)。電機(jī)的防水需重點(diǎn)考慮三個(gè)部位：減速器殼體與電機(jī)轉(zhuǎn)子殼體的密封、減速器殼體與減速器壓蓋的密封、線束及插接件的密封。

減速器殼體與電機(jī)轉(zhuǎn)子殼體的密封一般采用O型圈密封，經(jīng)濟(jì)、有效。O型圈直徑一般設(shè)定為2mm，與周邊件的干涉量約為0.5mm，具體斷面如圖8.

圖8 電機(jī)轉(zhuǎn)子殼體密封斷面

減速器殼體與減速器壓蓋的密封一般采用平面密封墊，其接觸面積大，密封效果優(yōu)良。

線束及插接件的密封，應(yīng)盡可能減少線束的引出，且插接件本身需具備防水結(jié)構(gòu)。目前線束外漏的結(jié)構(gòu)基本已經(jīng)被淘汰，而另一種密封性能優(yōu)良的新電機(jī)已普遍使用。新電機(jī)特征：減速器壓蓋上注塑一個(gè)保護(hù)殼，線束在其內(nèi)部通過并直接連接插接件，避免線束外漏帶來進(jìn)水的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 流水槽排水設(shè)計(jì)

前檔玻璃流下的雨水絕大部分都要通過前艙流水槽排出，為確保刮水器處于一個(gè)相對(duì)干燥的工作環(huán)境，流水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必考慮其排水性能。常見流水槽主截面為L型或者U型，Y向呈中間高兩端低的趨勢(shì)。為確保排水順暢，一般建議流水槽底部寬度大于60 mm（X向），且其底部距離刮水器電機(jī)的距離建議大于15mm.

當(dāng)雨水通過流水槽排向兩端時(shí)，會(huì)通過排水口排到車外，故排水口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣非常重要。若排水孔過小或者通過橡膠導(dǎo)管排水，容易堵塞，導(dǎo)致排水不暢。目前市場(chǎng)上大部分車型均采用側(cè)圍鈑金開方孔的方案。

4 結(jié)束語

本文通過分析刮水器系統(tǒng)的工作原理和工作環(huán)境，對(duì)刮水器自身的防水設(shè)計(jì)以及雨水的流入排出進(jìn)行全面的歸納總結(jié)，形成一套較為全面的刮水器防水設(shè)計(jì)方案。

目前，本文提到的防水設(shè)計(jì)方案已經(jīng)過相關(guān)驗(yàn)證，大量應(yīng)用到某自主品牌車企的多款車型，并取得良好效果。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，防水設(shè)計(jì)方案將會(huì)不斷優(yōu)化，從而使刮水器功能更加可靠。

[1]靖長青，崔朋威，余啟明，等.雨刮電機(jī)常見問題原因分析及對(duì)策[J].公路與汽運(yùn)，2013（4）：157.

SealDesign of the W indscreen W iper

SHEN Li-chao
（Dongfeng Liuzhou Automobile Co.，Ltd.，PV Technology Center，Liuzhou Guangxi545000，China）

The function of wiper is sweeping away the rain on the windshield，to ensure the driver`s vision clear，functional reliability is important for traffic safety.Seal design is important to ensure the reliable operation of wiper，this paper analyzes the necessity of seal design from the angle of the working environment，and then put forword a rensonable sealing scheme.

wiper；waterproof；design scheme

U463.85

A

1672-545X（2017）04-0034-03

2017-01-12

申利超（1988-），男，湖南邵陽人，學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)主要負(fù)責(zé)刮水器、洗滌器、玻璃升降器等系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。