汽車(chē)前擋風(fēng)玻璃雨刮的設(shè)計(jì)改進(jìn)

曾建安

（廣汽三菱汽車(chē)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

1 引言

市場(chǎng)上某合資車(chē)型前雨刷臂在使用五六年后，雨刮工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)異響和刮不干凈。從前擋風(fēng)玻璃下雨槽里面拆下前雨刮系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)連桿系統(tǒng)機(jī)構(gòu)都是完好的，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)有力，工作完全正常。整個(gè)雨刮系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 某車(chē)型雨刮系統(tǒng)全景圖

進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)駕駛員側(cè)雨刷臂座軸套已經(jīng)嚴(yán)重磨損，露出雨刷臂座軸芯了，軸芯表面也被磨得凹凸不平，見(jiàn)圖2a。再仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)磨損最多的地方集中在雨刷臂工作時(shí)受力的區(qū)域，受力越大的地方磨損越厲害。要使雨刮器能正常工作，雨刷臂座的軸套必須更換。但是，整個(gè)雨刮器的連桿都是一個(gè)整體，活動(dòng)關(guān)節(jié)是通過(guò)鉚接的方式固定的。壞了就需要更換除電機(jī)外的整個(gè)雨刮系統(tǒng)，更換價(jià)格不菲。

圖2 駕駛側(cè)軸套

2 前雨刮的現(xiàn)有設(shè)計(jì)分析

2.1 現(xiàn)有設(shè)計(jì)缺陷

為什么雨刷臂軸套會(huì)磨損呢？發(fā)現(xiàn)軸套里面已經(jīng)完全沒(méi)有潤(rùn)滑脂。見(jiàn)圖2b，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，雨刷臂座軸套上沿在雨刷臂座防雨頭的下方，在汽車(chē)的實(shí)車(chē)安裝狀態(tài)下，下雨時(shí)，雨水非常容易進(jìn)入軸套。雨水進(jìn)入軸套后，造成機(jī)油乳化最終完全失效。雨刷臂座軸與軸套是完全地干摩擦，雨刮軸承的磨損肯定是不可避免的。因此，這是該款雨刮器的設(shè)計(jì)缺陷所導(dǎo)致的問(wèn)題。

2.2 雨刮軸套國(guó)產(chǎn)件和進(jìn)口件對(duì)照

該款車(chē)型是從日本引進(jìn)的，為什么進(jìn)口件前雨刮器沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題呢？對(duì)比下進(jìn)口的雨刮系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口的雨刮系統(tǒng)與國(guó)產(chǎn)件形狀稍有不同，但主要還是體現(xiàn)在軸套的材料方面顯著不同。進(jìn)口雨刮軸套是耐磨工程塑料，見(jiàn)圖2c，而國(guó)產(chǎn)后雨刮套是金屬鋁，見(jiàn)圖2a。進(jìn)口雨刷臂軸套因?yàn)椴捎媚湍ニ芰希词箾](méi)有潤(rùn)滑油，在汽車(chē)使用周期內(nèi)，雨刮臂也不會(huì)有多大的磨損，因此，進(jìn)口件就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。國(guó)產(chǎn)件因是鋁制的，鋁材的硬度和耐磨性本身就不是很好，特別是鋁材氧化后會(huì)產(chǎn)生三氧化二鋁，鋁氧化物本身又是一種研磨劑。在雨刮工作時(shí)，雨刷臂軸和軸套都會(huì)互相摩擦而慢慢磨損，直到雨刮軸套完全磨損壞掉，雨刮系統(tǒng)慢慢就不能正常工作了。

2.3 前雨刮系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題

根據(jù)國(guó)產(chǎn)化的流程，4M變更［1-2］（人Man、機(jī)Machine、料Material、方法Method、環(huán)境Environment）發(fā)生時(shí)，必須高度注意，因?yàn)閱?wèn)題絕大多數(shù)就發(fā)生在這些地方。零件新設(shè)計(jì)時(shí)需要做FMEA（故障模式與失效分析），局部變更需要做DRBFM（Design Review Based on Failure Mode，基于失效模式的設(shè)計(jì)評(píng)審），對(duì)材料變更方面出現(xiàn)的各種情況都要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)估。該雨刮系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化時(shí)，屬于材料方面的4M變更，理應(yīng)高度重視，不要想當(dāng)然地認(rèn)為金屬的材料一定比塑料的好，顯然該零件國(guó)產(chǎn)化時(shí)的FMEA（潛在失效模式及后果分析）和DRBFM根本就沒(méi)有做到位。

2.4 雨刮耐久試驗(yàn)的缺陷

零件國(guó)產(chǎn)化時(shí)，根據(jù)圖紙和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，必須是要做雨刮的耐久試驗(yàn)的。我們都知道，耐久試驗(yàn)是在試驗(yàn)室做的，耐久試驗(yàn)都是加速耐久試驗(yàn)，不可能一個(gè)試驗(yàn)就做五六年，和實(shí)車(chē)的使用情況還是有差異的。因此雨刮的耐久試驗(yàn)只考慮了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的耐久情況，并不能反映出雨水長(zhǎng)久的腐蝕作用。

3 前雨刮臂的改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題的改進(jìn)方案，首先針對(duì)材料方面的原因，沿用進(jìn)口件的材料，即采用和日本一樣的塑料當(dāng)然可以解決該問(wèn)題，但是目前雨刮臂供應(yīng)商已經(jīng)選定了，磨具、夾具都已經(jīng)是量產(chǎn)狀態(tài)。如果整個(gè)雨刷臂座軸套都更換材料，那么開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，費(fèi)用大，該方案是很不經(jīng)濟(jì)的。

我們可以針對(duì)設(shè)計(jì)方面的原因，在現(xiàn)有鋁制基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)雨刮軸套的結(jié)構(gòu)，增加其防雨性能。如果雨水不能滲入到雨刷臂座軸套里面，軸套里的潤(rùn)滑油就不會(huì)失效，軸和軸套之間不會(huì)出現(xiàn)干摩擦，那么，雨刮臂套就不會(huì)磨損導(dǎo)致早期損壞，必然可以大大延長(zhǎng)雨刮系統(tǒng)的使用壽命。

為了防止雨水流入雨刮軸套，改進(jìn)方法是在雨刷臂座軸套和雨刷臂座不相干涉的前提下，盡可能升高軸套上沿的高度。根據(jù)實(shí)際測(cè)量，軸套的高度原來(lái)是22mm，現(xiàn)在可以升高約10mm，升高到32mm。變更前，軸套的上沿低于雨刷臂防雨帽的下沿，雨水可以流入軸套，見(jiàn)圖3左。變更設(shè)計(jì)后，軸套的上沿高于在雨刮刷根部防雨帽的下沿，見(jiàn)圖3右。因?yàn)樗荒芡咛幜?，因此可以防止雨水竄入雨刮軸套里。三菱車(chē)型的雨刷臂軸套就是采用這種改進(jìn)后的設(shè)計(jì)，雨刮系統(tǒng)從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)軸套磨損的情況，可見(jiàn)該種設(shè)計(jì)是完全可靠的。圖4為雨刷臂座根部，升高后的實(shí)際效果用3D數(shù)模顯示出來(lái)的效果見(jiàn)圖5。

圖3 改進(jìn)設(shè)計(jì)示意圖

圖4 雨刷臂座根部

圖5 改進(jìn)后效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)市場(chǎng)某款車(chē)型雨刮系統(tǒng)的問(wèn)題，提出改進(jìn)措施，可以完全避免雨刮系統(tǒng)的早期損壞，大大延長(zhǎng)該產(chǎn)品的使用壽命。本文描述的國(guó)產(chǎn)化過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，教訓(xùn)是深刻的。在國(guó)產(chǎn)化的過(guò)程中，4M變更時(shí)候一定要多加注意，考慮不周全很可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。一旦出現(xiàn)問(wèn)題給客戶(hù)造成困擾，不僅浪費(fèi)客戶(hù)的時(shí)間和金錢(qián)，還會(huì)影響企業(yè)品牌形象。零件的設(shè)計(jì)和國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)時(shí)，必須要認(rèn)認(rèn)真真做FMEA和DRBFM分析，才能給用戶(hù)提供設(shè)計(jì)優(yōu)良、品質(zhì)可靠的汽車(chē)零部件產(chǎn)品。