汽車雨刮刮片刮拭能力分析研究

敖世奇　李瓊　吳文良

摘 要：汽車雨刮系統(tǒng)是影響雨天汽車行駛安全性的一個重要部件。雨刮片的刮拭性能是汽車雨刮系統(tǒng)最重要的功能，因此，對汽車雨刮刮片刮拭能力的分析一直是各大汽車公司研究的重點之一。本文通過理論分析以及設(shè)計相應(yīng)的試驗設(shè)備，對汽車雨刮刮片刮拭能力的分析進行了相應(yīng)的研究。

關(guān)鍵詞：汽車雨刮;刮片;刮拭能力

雨刮系統(tǒng)是在雨天保持駕駛員清晰的事業(yè)的汽車關(guān)鍵零部件[1]。雨刮片的刮拭性能是汽車雨刮系統(tǒng)最重要的功能，如何對其進行分析一直是雨刮系統(tǒng)的研究重點之一。本文通過理論分析以及設(shè)計相應(yīng)的試驗設(shè)備，對汽車雨刮刮片刮拭能力的分析進行了相應(yīng)的研究。

1 雨刮膠條的密封性

雨刮刮拭時的本質(zhì)是通過膠條在玻璃上的刮刷形成一層均勻的水膜，要達(dá)到這個目的，則需要通過壓力使膠條與玻璃之間形成良好的“密封”。

一般良好的密封性要求水膜的厚度h<600nm。

圖1所示為影響水膜厚度的相關(guān)因素，其中h為水膜的厚度，單位為m;η為水的黏度，單位為Pa.s;x為膠條與玻璃接觸的寬度，單位為?m;dp/dx為膠條的壓力分布，單位為MPa/?m;v為膠條的移動速度，單位為m/s。于是，有：

（式1）

2 水膜雷諾方程

北京航空航天大學(xué)馬綱在《建立雷諾方程的一種新概念》中，推導(dǎo)了不可壓縮的水膜雷諾方程[2]。當(dāng)流體密度ρ為常數(shù)時，考慮等溫等粘的情況，略去有關(guān)的無限小的壓力流項，有近似的水膜雷諾方程：

（式2）

在U1=U2的情況下，將其平均速度定義為（vx—），則有U1=U2=（vx—），有

（式3）

式（3）中的說明壓力梯度決定水膜的厚度。

3 水膜厚度

3.1 水膜厚度的微觀分析

圖2所示為水膜厚度的微觀分析。

由式（1）、（3）及圖2，得水膜的厚度為：

式（4）

式（4）中的R與ER說明接觸中的可變形體，其外形（接觸半徑）與剛度必須在變形過程中更新。R為接觸半徑，通過接觸半徑R的計算，可以分析水膜的厚度。可通過試驗進行確定。

3.2 接觸半徑的測試

圖3所示為所設(shè)計的接觸半徑R的測試方法。

如圖3所示，將膠條材料的樣品放置于測試臺中，浸泡在含熒光染料的潤滑劑中，由驅(qū)動系統(tǒng)帶動的玻璃盤和加載系統(tǒng)共同對膠條材料進行加載，在其上方設(shè)置一個熒光顯微鏡。在加載系統(tǒng)進行加載后，由驅(qū)動系統(tǒng)帶動玻璃盤進行旋轉(zhuǎn)，通過熒光顯微鏡觀察的熒光強度來測量薄膜厚度。

4 刮拭性能分析

由圖1可知，雨刮系統(tǒng)的刮拭性能與雨刮膠條和玻璃之間的密封性有關(guān)，而密封性則與其壓力梯度有關(guān)。由式（4）可知，其壓力方程為：

（式5）

將雨刮膠條的壓緊力分布（單位為N/m）作為橫坐標(biāo)，將雨刮膠條最大刃口接觸壓強（單位為MPa）作為縱坐標(biāo)，分析其壓緊力分布與接觸壓強之間的關(guān)系。經(jīng)過對相關(guān)產(chǎn)品的測試，得到的結(jié)果如圖4所示。

圖4中x為膠條與玻璃接觸的寬度，可見隨著壓緊力的上升，最大膠條刃口接觸壓強由于x的變大并不是直線上升，而是在壓緊力在20-25N/m之間達(dá)到最大值。結(jié)合圖4，可知在雨刮刮片的壓力分布中，要能夠有一個良好的刮拭性能（密封性能），其壓力分布需在7N/m-35N/m之間。過低（<7N/m）在刮刷過程中容易出現(xiàn)水線（漏刮）、噪音，同時導(dǎo)致車輛高速行駛時的刮拭性能下降等;過高（>35 N/m）則在刮刷過程在會出現(xiàn)抖動（噪音），以及導(dǎo)致膠條過度磨

損等。

5 小結(jié)

雨刮系統(tǒng)作為汽車重要組成部分，其設(shè)計的有效性、合理性將直接影響其運行效率[3]。由本文的分析結(jié)果，在企業(yè)指導(dǎo)了十?dāng)?shù)款車型的雨刮系統(tǒng)的設(shè)計并仿真分析，最后通過實際裝車驗證，取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瓊，劉立斌，戴平.《汽車雨刮電機裝配工藝及過程控制點研究》[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（24）：222.

[2]馬綱，徐萬孚，徐廣州，沈心敏. 《建立雷諾方程的一種新概念》[J].潤滑與密封，2006，（9）：36-39.

[3]李瓊，易宏彬，劉立斌.《汽車雨刮片上翻轉(zhuǎn)位置距離計算研究》[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018，（11下）：47.