汽車車門手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

陳勇強(qiáng)，韋天鵬

汽車車門手動(dòng)玻璃升降器是汽車的重要組成部分，主要功能有：（1）調(diào)整汽車門窗開度大小；（2）保證車門玻璃升降平穩(wěn)，門窗能隨時(shí)順利開啟和關(guān)閉；（3）當(dāng)升降器不工作時(shí)，玻璃能停留在導(dǎo)軌上的任意位置；（4）解決了乘客觀察車外情況需求與確保車門人物的安全的兩者之間存在的矛盾[1]。所以手動(dòng)玻璃升降器耐久性能的好壞直接影響到客戶對(duì)汽車產(chǎn)品的評(píng)價(jià)與選擇。開發(fā)設(shè)計(jì)一套實(shí)用的手動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)于產(chǎn)品的研發(fā)和改進(jìn)是很有必要的。當(dāng)前國內(nèi)外采用的是鋼鐵焊接的方法，該方法工序復(fù)雜，操作難度大，同時(shí)不具備通用性，臺(tái)架搭建成本高，試驗(yàn)效果極不理想。本文選擇針對(duì)當(dāng)前手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)了一套耐久試驗(yàn)臺(tái)架。

1 臺(tái)架設(shè)計(jì)要求

針對(duì)手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)的試驗(yàn)要求，手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)需要驅(qū)動(dòng)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)，手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)手動(dòng)玻璃升降器運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)玻璃上升，玻璃上升到直至切入玻璃導(dǎo)槽之后，仍需要保持堵轉(zhuǎn)一定時(shí)間，然后等待一段時(shí)間后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)手柄驅(qū)動(dòng)盤帶動(dòng)手柄反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，手柄反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)手動(dòng)玻璃升降器運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)玻璃下降，玻璃下降到底之后，保持一定的堵轉(zhuǎn)時(shí)間，這樣就完成了一個(gè)循環(huán)；試驗(yàn)分成常溫、高溫、高濕、低溫等不同環(huán)境階段。手動(dòng)玻璃升降器臺(tái)架設(shè)計(jì)的原理就是要滿足手動(dòng)玻璃升降器的試驗(yàn)要求，還要盡可能地反饋試驗(yàn)過程中潛在的問題，同時(shí)不能對(duì)試驗(yàn)樣件產(chǎn)生附加的損害。

2 試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

2.1 材料選擇

設(shè)計(jì)臺(tái)架時(shí)，針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)架原材料的選擇，對(duì)比了幾種原材料的優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇了鋁型材作為臺(tái)架的原材料，主要因?yàn)椋海?）鋁型材是鋁制品，在與空氣、水、石油化學(xué)體系中以及高溫高低等惡劣環(huán)境下，具有良好的抗腐蝕性；（2）鋁型材上自帶有專門的T型槽，方便臺(tái)架的拆裝；（3）鋁型材耐臟，且易處理，保養(yǎng)工作簡(jiǎn)單；（4）鋁型材輕巧，搬運(yùn)方便[2]。確定了臺(tái)架基本原材料的選擇之后，就可以確定臺(tái)架的基本框架材料。為了模擬更加真實(shí)的手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)環(huán)境，選擇將整個(gè)車門都固定在試驗(yàn)臺(tái)架上，同時(shí)安裝上與手動(dòng)玻璃升降器運(yùn)行相關(guān)的所有負(fù)載，這樣可以更加確切的模擬手動(dòng)玻璃升降器的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，達(dá)到更好的試驗(yàn)效果，而臺(tái)架基架大小的確定就以車門的大小為基準(zhǔn)。

2.2 動(dòng)力源方式設(shè)計(jì)

手動(dòng)玻璃升降器的實(shí)際運(yùn)行方式是司乘人員用手來搖動(dòng)的，而在臺(tái)架中需要選擇一種動(dòng)力來源作為替代司乘人員來驅(qū)動(dòng)臺(tái)架，該驅(qū)動(dòng)裝置需要滿足以下幾個(gè)條件：（1）動(dòng)力來源需能滿足試驗(yàn)要求的扭矩大小；（2）臺(tái)架動(dòng)力來源能滿足試驗(yàn)要求的高低溫環(huán)境；（3）該動(dòng)力來源能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；（4）該動(dòng)力來源運(yùn)行速度大小可調(diào)；（5）該動(dòng)力來源經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，性價(jià)比高[3]。綜合各個(gè)因素考慮，最終考慮使用汽車電動(dòng)玻璃升降器電機(jī)作為該試驗(yàn)臺(tái)架的驅(qū)動(dòng)裝置，因?yàn)樵撾姍C(jī)正是用于電動(dòng)玻璃升降器用的電機(jī)，其扭矩大小，以及匹配高低溫環(huán)境，正反正功能均是針對(duì)玻璃升降器來生產(chǎn)的，而且作為一個(gè)汽車生產(chǎn)商，電動(dòng)玻璃升降器是一個(gè)汽車配件，其原材料源源不斷，采購成本極低；電動(dòng)玻璃升降器電機(jī)同時(shí)也能作為一款電機(jī)對(duì)待，可以通過調(diào)節(jié)電流，電壓大小達(dá)到調(diào)整其運(yùn)行速度，運(yùn)行扭矩大小，能滿足試驗(yàn)要求的幾個(gè)要求，同時(shí)玻璃升降器電機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，易于保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適合當(dāng)前耐久試驗(yàn)臺(tái)架的選擇。

2.3 驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)架的動(dòng)力源確定之后，還需要選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，用于與手柄直接接觸，帶動(dòng)手柄搖動(dòng)，選擇該驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，除需要滿足臺(tái)架設(shè)計(jì)要求，還要滿足以下要求：（1）能夠?qū)㈦姍C(jī)能量傳遞到手柄上；（2）不能夠?qū)κ直a(chǎn)生附加的載荷與破壞；（3）重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小；（4）經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，性價(jià)比高。綜合以上幾個(gè)因素，最終選擇采用尼龍板加工成的圓盤來作為該驅(qū)動(dòng)裝置，因?yàn)橄鄬?duì)于金屬制品，尼龍盤重量較輕，同時(shí)價(jià)格便宜，性價(jià)比高。為了避免圓盤在運(yùn)動(dòng)過程中因?yàn)榕_(tái)架安裝的誤差，手柄與圓盤發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)是而產(chǎn)生對(duì)手柄的擠壓，在與手柄接觸之處加工成長(zhǎng)孔，尺寸比手柄搖輪大。為了保持驅(qū)動(dòng)圓盤的平穩(wěn)性，可以在圓盤上開四個(gè)個(gè)一樣大小的長(zhǎng)孔。

基于以上設(shè)計(jì)，確定臺(tái)架的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 汽車手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)組成

圖2 圓盤

如2圖，在搭建耐久試驗(yàn)臺(tái)架時(shí)，根據(jù)車門大小搭建完成臺(tái)架基架1之后，將車門按照實(shí)車固定在汽車上的方式固定安裝，安裝完成之后，要保證車門在試驗(yàn)過程中不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，試驗(yàn)才能夠正常進(jìn)行。在試驗(yàn)過程中，需要對(duì)手柄的驅(qū)動(dòng)扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保施加在手柄上的扭矩大小滿足試驗(yàn)要求，同時(shí)也能夠保護(hù)試驗(yàn)樣件免受破壞，所以在試驗(yàn)臺(tái)架上，需加裝扭矩傳感器2，該扭矩傳感器要滿足在高低溫高濕環(huán)境下也能正常工作，同時(shí)最大扭矩值要大于手柄驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大扭矩值。

3 臺(tái)架的運(yùn)行過程

本臺(tái)架需要實(shí)現(xiàn)的主要功能是：玻璃上升—玻璃堵轉(zhuǎn)—玻璃下降—玻璃堵轉(zhuǎn)，臺(tái)架采用PLC程序來控制整套臺(tái)架的動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控，主要因?yàn)镻LC 有如下優(yōu)勢(shì)：（1）PLC 可編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)；（2）PLC功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；（3）硬件配套齊全，用戶使用方便；（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。綜合PLC程序控制的優(yōu)點(diǎn)，采用PLC程序控制，實(shí)現(xiàn)臺(tái)架的機(jī)電一體化功能，不僅可以完成臺(tái)架的自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)循環(huán)等功能[4]。

具體運(yùn)行過程如圖3所示。

玻璃上升動(dòng)作控制過程：

玻璃下降動(dòng)作過程：

圖3 臺(tái)架動(dòng)作控制過程

以上為實(shí)現(xiàn)耐久試驗(yàn)的一個(gè)過程，一個(gè)過程完成之后，利用PLC程序的自動(dòng)循環(huán)指令，將該過程又重新開始，同時(shí)加入計(jì)數(shù)累計(jì)指令，將試驗(yàn)次數(shù)累計(jì)，直至完成要求試驗(yàn)次數(shù)，同時(shí)在PLC程序中加入了其他報(bào)警功能，在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題時(shí)，臺(tái)架會(huì)自動(dòng)報(bào)警并暫停試驗(yàn)，提醒巡視檢查人員注意，大大減少了巡視檢查人員的工作量，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化功能。

4 結(jié)束語

通過對(duì)手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)臺(tái)架的研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)際需求，成功設(shè)計(jì)出汽車車門手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)臺(tái)架。該臺(tái)架經(jīng)過多次耐久試驗(yàn)驗(yàn)證之后，臺(tái)架的可靠性能極高，目前已應(yīng)用到多項(xiàng)手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)項(xiàng)目中，并很好地履行耐久試驗(yàn)臺(tái)架的功能，發(fā)現(xiàn)了很多新產(chǎn)品潛在的故障，為研發(fā)部門的整改提供了方向。目前該臺(tái)架已申請(qǐng)了國家專利，并投入在多項(xiàng)手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)項(xiàng)目中，相信在手動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。

[1]（德）理查德（Richard，F(xiàn).）.現(xiàn)代汽車技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]付百學(xué).汽車試驗(yàn)技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

[3]趙立軍.汽車試驗(yàn)學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

[4]公利濱.歐姆龍PLC培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2012.