一款重卡雨刮器的设计与实现

徐正

摘 要：随着人民生活水平的提高，汽车已经走入千家万户，现在人们对汽车零部件的质量要求越来越高。该文旨在通过描述整个雨刮器的设计开发过程，在开发过程中通过三维软件模拟雨刮器运动，前期避免雨刮器的干涉；在试验过程中验证雨刮器的性能，避免后期雨刮器在批量生产时产生设计方面的问题。

关键词：雨刮器 CATIA 运动仿真

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（b）-0053-02

该文的研究是以一款重卡雨刮器的设计开发过程为依托展开的，通过合理设计开发过程中的工作内容，制定工作计划表，合理设计试验方案，并在设计开发过程中试验，尽早发现问题。在设计中使用CATIA三维软件进行模拟分析，形成雨刮器动态图。

1 重卡雨刮器产品前期准备

1.1 客户需求分析

客户输入的主要内容包括：车身钣金数模、玻璃数模以及刮刷的A、B区范围；客户的雨刮器标准，从而确定设计雨刮器的试验要求；产品的相关材料要求；客户关于整个项目的进度要求。

1.2 成立开发小组

重卡雨刮器产品虽小，但是其设计实现所涉及的内容较多，从工序上包括前期、设计、样品制作、质量把控、产品制作等过程，为了保证所制作出的产品满足用户要求，需要成立开发小组。

1.3 制定项目开发计划

为了确保整个产品的工期，需要制定项目开发计划，明确各个阶段的时间节点以及关键成果，主要包括试验、FMFA、生产模具等。

1.4 制定代用材料清单

根据有关标准，制定雨刮器代用清单，此款雨刮器代用清单为：接头、延伸臂、刮杆、拉簧、拉钩、拉钩销钉、接头铆钉、接头衬套-内、接头衬套-外、水管、刮片、左轴套、摆臂、摆杆、右轴套、连杆、摇杆、摆杆轴、球头、支架等。

1.5 制定初始工艺

需要分别从电机、连动机构、雨刮、雨刷等分总成件来进行初始工艺分析。

1.6 制定初始特殊特性清单

设计前，一般需要明确产品的初始特殊特性，包括负载、噪声、喷塑厚度、刮臂压紧力、机壳冲磁时间、齿圈跳动、喷塑温度等内容，作为产品设计的前期重要文件。

1.7 制定初始设计方案

根据前期和客户的沟通以及客户提供的相关数模，制定初始的设计方案：（1）雨刮器总体结构为分体式、顺刮结构，电机采用成熟的80 W电机，其连动机构和刮臂刮片部件均是成熟结构，只需要按照车身安装位置及空间调整相关数据即可。（2）电机工作原理采用正极控制，其内部有过流保护器，2电感2电容结构，以满足EMC要求。（3）电机护套采用直接注塑到电机盖板上，其接口尺寸按照主机厂图纸要求。（4）连动机构按照数模进行开发，只需校核与周边钣金无干涉即可。（5）刮臂刮片采用附图结构，将喷嘴固定在刮杆上，水管通过接头槽进行固定。

2 重卡雨刮器的设计

2.1 产品数模设计

（1）安装部位情况：客户提供玻璃及安装部位钣金数模以及玻璃上A、B区的位置。（2）数模设计：客户已经将两输出轴位置、电机的安装位置布置好，经过模拟分析，要满足客户规定的刮刷范围，主刮角为97°，副刮角为107.5°；按此思路，设计四连杆机构的各零部件的中心距，在设计过程中需要考虑静态件和周边零部件的间隙必须大于5 mm；动态件和周边零部件的间隙必须大于6 mm。（3）数模验证：需要验证电机和车身钣多的最小间隙、电机曲柄部件与零件在运动过程中的最小间隙、副连杆部件与零件在运动过程最小间隙；副摆臂部件与零件在运动过程最小间隙；主连杆部件与零件在运动过程最小间隙；主摆臂部件与零件在运动过程最小间隙；主刮臂部件与零件在运动过程最小间隙；副刮臂部件与零件在运动过程最小间隙满足要求。（4）数模刮刷区域分析：根据数模模拟计算，主刮角和副刮角满足客户最初设定的数值。（5）刮刷攻击角的分析：刮刷攻击角为刮臂和玻璃在一个点的切角，攻击角在整个刮刷范围内需要满足±5°的变化率，如果超出极易引起刮刷抖动。

2.2 2D图纸的设计

2D图纸是后续生产、检验的依据，并且也是验收产品的主要标准。通过CATIA软件，将3D数模转化为2D图纸，并按客户要求的格式进行制作以及确认。

2.3 试验大纲制作

根据最终确认的试验大纲，需要添置下列试验设备：大型步入式高低温试验箱、湿热温度交变试验试验箱、干湿盐雾复合试验箱、刮刷角度测试仪、泥水喷洒控制系统、三坐标、车身试验台、一些工装等。

3 重卡雨刮器的实现

3.1 模具制作

3.1.1压铸模具模流分析

根据前期分析，考虑到相关零部件的强度上要求较高，故需要对压铸模具进行模流分析，避免模具制作过程中进料口、排气口选择错误引起的铸造缺陷。

3.1.2模具制作

根据产品3D以及2D数据，设计模具图纸。此款雨刮器的模具主要为压铸模、注塑模、冲压模，模具的制作周期为2个月。

3.1.3模具验收

模具制作完成后，进行试模。并对试模件进行全尺寸检测，由设计员判定试模件是否满足图纸要求，如不满足需进行修模。车间对模具进行生产效率及模具的易用性进行评审，不合格也需修模。最终由制造部经理签字后才能入库。

3.2 检具制作

在批量生产中，由于有些尺寸不能通过正常手段进行检验，故需要制作检具进行检验。

根据3D及2D数据，进行检具的设计，主要为检测装配尺寸的孔的距离。检具3D数模完成后，发客户确认，然后转为2D数据进行检具的制造。在检具的设计过程中，要求基准和产品的基准相同。检具制造完成后，使用三座标进行全尺寸检测，根据检测结果由质量部经理判定是否合格。

3.3 外购件采购

下发相关的2D图纸给供应商，由供应商进行制造。重点零部件供应商需采购联合技术对供应商进行审查。供应商制造完成后，需按照时间进行交样，并由外检按照图纸进行检验，不合格需退回重新加工。

3.4 试验工装制作

根据客户的要求，耐久试验需要制作专用的试验工作台。按照3D数模的数据，仿照车身的固定点，设计3个固定台，分别固定电机及两个轴座。

3.5 样件制作

模具件、外购外协件制作完成后，根据装配图纸进行产品的组装。该产品的组装难度主要为电机盖板和减速箱的装配，通过专用的工装进行压接，可以保证产品的一致性。

3.6 样件验证

根据试验大纲所列出的项目对产品进行验证，并根据验证结果进行改进。通过耐久试验等产品验证，消除了产品的相关设计隐患，为大批量生产打下基础。

3.7 工艺文件制作

根据最终确定的2D图纸，进行工艺文件的制作，以指导生产车间批量生产。上述相关工作都是并行，其中相关工作都需要交叉进行，以满足开发进度的要求。

4 结语

该文以一款重卡雨刮器为研究对象，论述了重卡雨刮器产品从前期准备、方案设计、数模设计、模具制作、样件制作等全流程的过程，为雨刮器的设计与研制提供了全新的流程，为后续其他产品研制提供了借鉴。

参考文献

[1] 葛化敏，肖志铭，王勤伟.新型智能汽车雨刮系统的设计[J].科技信息，2012（23）：46.

[2] 司雯雯，张裕兵，司亮.基于Simulink的汽车雨刮器运动仿真分析[J].汽车零部件，2010（9）：73-74.