新型汽車雨刮器的研究與設計

王曉員 王鴻飛 王能員 楊學東

摘要：設計一種新型汽車雨刮器，用螺旋減速機構替代傳統的蝸輪蝸桿減速機構，與其他雨刮器的效果進行對比實驗，進行了近1000次的試驗，改善活動聯接部位的摩擦狀態，相較于現有的雨刮器，徑向尺寸縮小約一半左右，傳動效率約提高80%，功耗約減少50%.結構更簡單，制造成本更低，并可延長雨刮器的使用壽命，具有廣闊的市場前景.

關鍵詞：汽車雨刮器;螺旋減速機構;蝸輪蝸桿減速機構;傳動效率;功耗

中圖分類號：TH32? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）01-0083-03

1 前言

雨刮器又稱“刮水器”，即是片式結構，安裝在擋風玻璃前.由電動機、減速器、四連桿機構、刮水臂心軸、刮水片總成等組成的片式結構.其工作原理一般是：按下雨刮器開關電動機啟動，電動機的轉速經過蝸輪蝸桿的減速增扭作用，從而驅動擺臂，又通過擺臂來帶動四連桿機構，進而又通過四連桿機構，帶動安裝在前圍板上的轉軸左右擺動，最后由轉軸帶動雨刮片，掃除擋風玻璃上妨礙視線的雨雪和塵土.據調查，當前，國內汽車雨刮器的生產，能夠滿足國內市場的需求，同時還能夠保持較高出口量的需求.但是，由于國產的雨刮器質量參差不齊，有的使用壽命較短，所以高質量、高檔次的雨刮器，還是需要從國外進口.

2 雨刮器類型及其特點

2.1 雨刮器的組成及工作原理

雨刮器，通常稱刮水器、擋風玻璃雨刷或水撥，用于去除汽車擋風玻璃上的沙塵、水及雪，在不良天氣時，保證駕駛員能夠有良好的視線，保障行車安全.雨刮器一般是由刮水器主機、連動桿、雨刷等組成.其中電動機是刮水器主機，傳動部分是連動桿，執行部分是雨刷.當前，直流電動機和蝸輪蝸桿減速器構成的減速電機輸出動力構成刮水器主機，工作原理為：實現減速增扭輸出動力是通過蝸輪蝸桿減速器，雨刷的低速左右擺動是通過直流電動機的高速轉動轉換而完成，即完成刷雨過程.

2.2 雨刮器的類型

現有雨刮器包括：普通雨刷、無骨雨刷、手動調節式雨刷、隨速感應式雨刷、雨量感應式雨刷等.

2.3 各類型的雨刮器優缺點

有骨雨刮缺點：（1）壓力傳遞不均勻，刮水效果差;（2）金屬支架重，電機負擔大;（3）結構復雜，噪音大.二、三段式雨刮器缺點：和有骨雨刮一樣，骨架彈性差，壓力傳遞不好，刮水較差.新型無骨雨刮，規避有骨雨刮和三段式雨刮的缺點，整體式鋼片代替金屬支架，膠條受力均勻，簡化結構和重量，減輕電機負荷，電機壽命長;減少水痕、擦痕、噪音，刮刷效果好.

3 設計的新型雨刮器

3.1 新型雨刮器的技術方案

本設計是一種汽車雨刮器，同時將設計的這種汽車雨刮器，申報實用新型專利，已經獲得實用新型專利授權.（專利號：CN 106926821A.）

本設計是為優化上述所存在的不足，提供一種新型汽車雨刮器，用螺旋減速機構替代傳統的蝸輪蝸桿減速機構，具有節能降耗、安全可靠的優點，并可延長雨刮器的使用壽命.

設計的新型雨刮器采用如下技術方案：一種汽車雨刮器，是由刮水器主機輸出動力，驅動連桿機構帶動雨刷低速擺動，刮水器主機是由電動機經螺旋減速傳動裝置輸出動力，螺旋減速傳動裝置包括：小導程滾珠絲杠，一端與電動機輸出端通過聯軸器相連，其上螺旋套設有絲杠螺母;中間螺旋，由絲杠螺母及固定套設在其外側的圓柱體構成，其外圓柱面具有大導程螺旋槽，用于與滾針軸承配合，以實現當中間螺旋做直線運動時，推動其外部的大導程外套管做低速旋轉;大導程外套管，其上沿圓周方向設有若干列開孔，開孔中設有軸銷，各軸銷臨近中間螺旋的一端固定連接滾針軸承，通過大導程外套管的低速旋轉驅動連桿機構帶動雨刷做低速擺動.

3.2 新型雨刮器的結構特點

本新型汽車雨刮器的結構特點在于：大導程外套管左右兩端分別通過鋼球滾動連接機座形成傳動腔室，小導程滾珠絲杠和中間螺旋位于傳動腔室內，傳動腔室左右兩端之間還設有一對導向桿，用于為中間螺旋導向.大導程外套管外壁沿徑向方向向外延伸形成一圓盤，圓盤外圓周邊緣處對稱設有一對連接臂，連接臂的另一端與連桿機構鉸接相連.

與已有技術相比，本設計優秀的效果體現在：本設計利用螺旋減速傳動裝置對電動機輸出的動力進行減速增扭，通過小導程滾珠絲杠、中間螺旋和大導程外套管的配合，將電動機的高速旋轉轉化為直線往復運動，再將直線往復運動轉化為低速旋轉運動，最終驅動連桿機構帶動雨刷進行低速擺動，相較于現有的蝸輪蝸桿減速機構，本設計不僅傳動比大，徑向尺寸小，而且傳動摩擦系數小，從而提高了傳動效率，具有節能降耗、安全可靠的優勢，能夠顯著延長汽車雨刮器的使用壽命.

3.3 新型雨刮器的零件圖

設計的主要零部件圖如圖1所示.

一種汽車雨刮器，由刮水器主機（1）輸出動力，驅動連桿機構（2）帶動雨刷（3）低速擺動，其特征是：刮水器主機（1）是由電動機（6）經螺旋減速傳動裝置輸出動力，螺旋減速傳動裝置包括：小導程滾珠絲杠（7），一端與所述電動機（6）輸出端通過聯軸器相連，其上螺旋套設有絲杠螺母（8）;中間螺旋，由絲杠螺母（8）及固定套設在其外側的圓柱體（9）構成，其外圓柱面具有大導程螺旋槽（10），用于與滾針軸承（13）配合，以實現當中間螺旋做直線運動時，推動其外部的大導程外套管（20）做低速旋轉;大導程外套管（20），其上沿圓周方向設有若干列開孔（11），開孔（11）中設有軸銷（12），各軸銷（12）臨近中間螺旋的一端固定連接滾針軸承（13），通過大導程外套管（20）的低速旋轉驅動連桿機構（2）帶動雨刷（3）做低速擺動.

3.4 汽車雨刮器特征

1、汽車雨刮器特征1是：大導程外套管（20）左右兩端分別通過鋼球（15）滾動連接機座（5）形成傳動腔室，小導程滾珠絲杠（7）和中間螺旋位于所述傳動腔室內，傳動腔室左右兩端之間還設有一對導向桿（14），用于為中間螺旋導向.

2、汽車雨刮器特征2是：大導程外套管（20）外壁沿徑向方向向外延伸形成一圓盤（16），圓盤（16）外圓周邊緣處對稱設有一對連接臂（17），連接臂（17）的另一端與所述連桿機構（2）鉸接相連.

一種汽車雨刮器，由刮水器主機、連桿機構和雨刷構成，其中刮水器主機是由電動機經螺旋減速傳動裝置輸出動力，經螺旋減速傳動裝置的小導程滾珠絲杠、中間螺旋和大導程外套管配合作用，將電動機的高速旋轉轉化為直線往復運動，再將直線往復運動轉化為低速旋轉運動，最終驅動連桿機構帶動雨刷進行低速擺動，相較于現有的蝸輪蝸桿減速機構，本新型汽車雨刮器不僅傳動比大，徑向尺寸小，而且傳動摩擦系數小，從而提高了傳動效率，具有節能降耗、安全可靠的優勢，能夠顯著延長汽車雨刮器的使用壽命.

3.5 汽車雨刮器運行方式

具體設計運行方式如下：參見圖2，汽車雨刮器是由刮水器主機1輸出動力，驅動連桿機構2帶動雨刷3低速擺動，其中的連桿機構2和雨刷3與現有雨刮器的結構相同，本實施例中不做贅述.參見圖1，本刮水器主機1是由電動機6經螺旋減速傳動裝置輸出動力，螺旋減速傳動裝置包括：小導程滾珠絲杠7，一端與電動機6輸出端通過聯軸器相連，其上螺旋套設有絲杠螺母8;中間螺旋，如圖3所示，由絲杠螺母8及通過平鍵19固定套設在其外側的圓柱體9構成，其外圓柱面具有大導程螺旋槽10，用于與滾針軸承13配合，以實現當中間螺旋做直線運動時，推動其外部的大導程外套管20做低速旋轉;大導程外套管20，其上沿圓周方向設有若干列開孔11，開孔11中設有軸銷12，各軸銷12臨近中間螺旋的一端固定連接滾針軸承13，通過大導程外套管20的低速旋轉驅動連桿機構2帶動雨刷3做低速擺動.

4 結語

本人及團隊，將此設計的汽車雨刮器，與其他雨刮器的效果進行對比實驗，進行了近1000次的試驗，以螺旋減速傳動機構替代蝸輪蝸桿減速器，且設計改善活動聯接部位的摩擦狀態，相較于現有的雨刮器，徑向尺寸縮小約一半左右，傳動效率約提高80%，功耗約減少50%左右.結構更簡單，制造成本更低，具有廣闊的市場前景.

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