基于擋風玻璃清洗試驗的噴嘴工裝夾具設計

張丹譯

摘要：為了測試噴嘴在不同位置和角度的擋風玻璃的透光率，本文提出一套基于完整的前擋風玻璃清洗系統試驗的噴嘴夾具，以調節噴嘴的位置和角度，能滿足試驗中的所有噴嘴與前擋風玻璃的相對位置和相對角度的邊界條件。

關鍵詞：噴嘴;清洗;透光率

1 ?研究背景與意義

汽車在行駛過程中，由于粉塵、泥漿等逐漸附著在前擋風玻璃上，阻擋駕駛者的視線，影響駕駛者對路況的判斷，從而危及駕駛安全。因此，研究如何借助清洗系統，達到在保證對駕駛者視線影響最小的同時，及時地去除擋風玻璃表面的視線干擾物的清洗效果，保障駕駛安全，具有重要意義。

本項目的目標在于設計出一套基于完整的前擋風玻璃清洗系統試驗的噴嘴夾具，以調節噴嘴的位置和角度，能滿足試驗中的所有目標邊界條件（噴嘴與前擋風玻璃的相對位置和相對角度）。

2 ?清洗試驗概況

2.1 試驗系統

本試驗工裝是建立在某廠原有的車用燈具配光性能測試系統上設計的，測量擋風玻璃清洗前后的光強變化，進而計算玻璃透光率，反映玻璃的清洗效果。

透光率是衡量物體投射光通量的尺度。1993年，國際照明委員會（CIE）對透光率做了明確的定義：透光率是透過物體的光通量和射到物體的光通量之比[1]，即

式中T——總透光率;

Φ0——射到物體上的光通量，流（明）;

Φ——透過物體的光通量;

Iλ——光源的分譜輻射強度，瓦每球面度;

Vλ——明視覺相對光譜靈敏度（或視見函數）;

τλ——單色光透光率;

dλ——波長間隔，納米。

該車用燈具配光性能測試系統由光度計、自動轉臺、分布光度計轉臺控制器、計算機以及測控軟件等組成，如圖1所示。燈具裝夾在一個兩軸可轉動的轉臺上，如圖1箭頭所示，即燈具可以繞 X 軸和 Y 軸轉動。光探測器與燈具的光度中心等高，用照度計測出距離燈具光度中心 R 處A點的照度 E，再乘以距離 R 的平方得到燈具在某個方向上的發光強度 I。[2]此發光強度可在右側的計算機顯示器中顯示，即

測量汽車前擋風玻璃清洗前后A點的光強，即可反應玻璃的透光率T。

2.2 試驗目標參數

本試驗通過改變汽車前擋風玻璃清洗系統中噴嘴的位置和角度，測量噴射前后玻璃的透光率，確定最佳透光率范圍。根據試驗要求設計一副工裝，實現噴嘴位置上下、前后、左右及角度變化四個自由度的自由移動，滿足試驗條件。

3 ?噴嘴夾具設計制造

3.1 噴嘴夾具設計方案

根據多數汽車玻璃清洗系統中噴嘴所在位置范圍，提出了噴嘴工裝夾具的方案，此方案主要由兩部分組成，分別是噴嘴夾具固定裝置和噴嘴夾具操控裝置。

3.1.1 噴嘴夾具固定裝置

在此方案中，噴嘴夾具的固定裝置主要由鋁材臺架、玻璃安裝支架、以及固定滑塊等組成。按照汽車噴嘴與玻璃的相對位置來固定安裝操控裝置，如圖2所示。

3.1.2 噴嘴夾具操控裝置

噴嘴夾具操控裝置的三維圖，如圖3所示，由噴嘴安裝板、噴嘴安裝底座、角度調節儀、角度調節儀安裝座、角度粗調定位板、固定螺栓、定位銷、支撐背板和支撐底板組成。

3.2 噴嘴夾具加工制造

方案C中的噴嘴工裝夾具需要加工的部分主要是操控裝置中的噴嘴安裝板、噴嘴局部底座、角度調節儀安裝座、角度粗調定位板、定位銷、支撐背板和支撐底板，其他部分為選購件。

3.2.1 噴嘴夾具的選材

此噴嘴工裝夾具的加工件部分均采用鋁2011，鋁2011具有質量輕、防銹、易切學加工等優良性能適合本噴嘴夾具的試驗要求。

3.2.2 噴嘴夾具的加工制作

如圖4所示為噴嘴工裝夾具操控裝置總裝圖。總體采用輕質鋁合金2011，進行機加工，角度調節儀、手動升降臺及橫向位移調節臺為采購件。

4 ?噴嘴夾具操控特性

4.1 噴嘴位置調節

優化后的噴嘴工裝夾具C方案能夠滿足試驗需求，做到沿引擎蓋前后，左右及上下調節，其中噴嘴沿引擎蓋左右調節通過改變噴嘴工裝夾具中的操控裝置在工字鋼的位置實現，安裝量程為200mm的標尺;噴嘴沿引擎蓋前后位置的改變通過橫向位移調節臺實現前后200mm范圍的調節，可讀精度為0.1mm;噴嘴高度的調節通過手動升降臺實現范圍為60mm范圍的調節，可讀精度為0.1mm，如圖5、圖6所示。

4.2 噴射角度調節

噴嘴的角度調節分為粗調和微調兩部分，粗調通過角度粗調定位板實現，可實現5°一次的調節;微調通過角度調節儀實現，可調范圍為±10°，精度可達到1′。角度粗調定位板和角度調節儀可實現共85°量程的角度調節范圍，如圖7所示。

5 ?總結

本文研究了汽車前風擋玻璃透光率的測試工裝，此工裝借助某廠車用燈具配光性能測試系統的基礎上進行設計，重點解決了以下幾個自由度上汽車前擋風玻璃清洗系統透光率的測試：

①噴嘴角度從0°到85°變化的前擋風玻璃清洗系統透光率的測試;

②噴嘴在沿縱向從0到60mm位置變化（0mm位置以某款車目前噴嘴位置為基準）的前擋風玻璃清洗系統透光率的測試;

③噴嘴沿引擎蓋前后、左右從0到200mm位置變化（0mm位置以某款車目前噴嘴位置為基準）的前擋風玻璃清洗系統透光率的測試。

參考文獻：

[1]劉燁樹.基于三角/正交排布微環網柵的透明頻率選擇表面研究[D].哈爾濱工業大學，2018.

[2]王尚.銀納米線導電薄膜制備與電鍍修飾及性能[D].哈爾濱工業大學，2019.