汽车前挡风玻璃雨刮的设计改进

曾建安

（广汽三菱汽车有限公司，湖南 长沙 410100）

1 引言

市场上某合资车型前雨刷臂在使用五六年后，雨刮工作时会出现异响和刮不干净。从前挡风玻璃下雨槽里面拆下前雨刮系统，发现连杆系统机构都是完好的，电机运行平稳有力，工作完全正常。整个雨刮系统如图1所示。

图1 某车型雨刮系统全景图

进一步检查，发现驾驶员侧雨刷臂座轴套已经严重磨损，露出雨刷臂座轴芯了，轴芯表面也被磨得凹凸不平，见图2a。再仔细检查，发现磨损最多的地方集中在雨刷臂工作时受力的区域，受力越大的地方磨损越厉害。要使雨刮器能正常工作，雨刷臂座的轴套必须更换。但是，整个雨刮器的连杆都是一个整体，活动关节是通过铆接的方式固定的。坏了就需要更换除电机外的整个雨刮系统，更换价格不菲。

图2 驾驶侧轴套

2 前雨刮的现有设计分析

2.1 现有设计缺陷

为什么雨刷臂轴套会磨损呢？发现轴套里面已经完全没有润滑脂。见图2b，现有的设计结构下，雨刷臂座轴套上沿在雨刷臂座防雨头的下方，在汽车的实车安装状态下，下雨时，雨水非常容易进入轴套。雨水进入轴套后，造成机油乳化最终完全失效。雨刷臂座轴与轴套是完全地干摩擦，雨刮轴承的磨损肯定是不可避免的。因此，这是该款雨刮器的设计缺陷所导致的问题。

2.2 雨刮轴套国产件和进口件对照

该款车型是从日本引进的，为什么进口件前雨刮器没有这个问题呢？对比下进口的雨刮系统，发现进口的雨刮系统与国产件形状稍有不同，但主要还是体现在轴套的材料方面显著不同。进口雨刮轴套是耐磨工程塑料，见图2c，而国产后雨刮套是金属铝，见图2a。进口雨刷臂轴套因为采用耐磨塑料，即使没有润滑油，在汽车使用周期内，雨刮臂也不会有多大的磨损，因此，进口件就没有这个问题。国产件因是铝制的，铝材的硬度和耐磨性本身就不是很好，特别是铝材氧化后会产生三氧化二铝，铝氧化物本身又是一种研磨剂。在雨刮工作时，雨刷臂轴和轴套都会互相摩擦而慢慢磨损，直到雨刮轴套完全磨损坏掉，雨刮系统慢慢就不能正常工作了。

2.3 前雨刮系统国产化问题

根据国产化的流程，4M变更［1-2］（人Man、机Machine、料Material、方法Method、环境Environment）发生时，必须高度注意，因为问题绝大多数就发生在这些地方。零件新设计时需要做FMEA（故障模式与失效分析），局部变更需要做DRBFM（Design Review Based on Failure Mode，基于失效模式的设计评审），对材料变更方面出现的各种情况都要重新进行设计和评估。该雨刮系统国产化时，属于材料方面的4M变更，理应高度重视，不要想当然地认为金属的材料一定比塑料的好，显然该零件国产化时的FMEA（潜在失效模式及后果分析）和DRBFM根本就没有做到位。

2.4 雨刮耐久试验的缺陷

零件国产化时，根据图纸和试验标准，必须是要做雨刮的耐久试验的。我们都知道，耐久试验是在试验室做的，耐久试验都是加速耐久试验，不可能一个试验就做五六年，和实车的使用情况还是有差异的。因此雨刮的耐久试验只考虑了运动机构的耐久情况，并不能反映出雨水长久的腐蚀作用。

3 前雨刮臂的改进设计

针对现有问题的改进方案，首先针对材料方面的原因，沿用进口件的材料，即采用和日本一样的塑料当然可以解决该问题，但是目前雨刮臂供应商已经选定了，磨具、夹具都已经是量产状态。如果整个雨刷臂座轴套都更换材料，那么开发周期长，费用大，该方案是很不经济的。

我们可以针对设计方面的原因，在现有铝制基础上进行改进雨刮轴套的结构，增加其防雨性能。如果雨水不能渗入到雨刷臂座轴套里面，轴套里的润滑油就不会失效，轴和轴套之间不会出现干摩擦，那么，雨刮臂套就不会磨损导致早期损坏，必然可以大大延长雨刮系统的使用寿命。

为了防止雨水流入雨刮轴套，改进方法是在雨刷臂座轴套和雨刷臂座不相干涉的前提下，尽可能升高轴套上沿的高度。根据实际测量，轴套的高度原来是22mm，现在可以升高约10mm，升高到32mm。变更前，轴套的上沿低于雨刷臂防雨帽的下沿，雨水可以流入轴套，见图3左。变更设计后，轴套的上沿高于在雨刮刷根部防雨帽的下沿，见图3右。因为水不能往高处流，因此可以防止雨水窜入雨刮轴套里。三菱车型的雨刷臂轴套就是采用这种改进后的设计，雨刮系统从来没有出现过轴套磨损的情况，可见该种设计是完全可靠的。图4为雨刷臂座根部，升高后的实际效果用3D数模显示出来的效果见图5。

图3 改进设计示意图

图4 雨刷臂座根部

图5 改进后效果图

4 结束语

本文针对市场某款车型雨刮系统的问题，提出改进措施，可以完全避免雨刮系统的早期损坏，大大延长该产品的使用寿命。本文描述的国产化过程出现的问题，教训是深刻的。在国产化的过程中，4M变更时候一定要多加注意，考虑不周全很可能会导致问题。一旦出现问题给客户造成困扰，不仅浪费客户的时间和金钱，还会影响企业品牌形象。零件的设计和国产化开发时，必须要认认真真做FMEA和DRBFM分析，才能给用户提供设计优良、品质可靠的汽车零部件产品。