汽車前擋風玻璃雨刮的設計改進

曾建安

（廣汽三菱汽車有限公司，湖南 長沙 410100）

1 引言

市場上某合資車型前雨刷臂在使用五六年后，雨刮工作時會出現異響和刮不干凈。從前擋風玻璃下雨槽里面拆下前雨刮系統，發現連桿系統機構都是完好的，電機運行平穩有力，工作完全正常。整個雨刮系統如圖1所示。

圖1 某車型雨刮系統全景圖

進一步檢查，發現駕駛員側雨刷臂座軸套已經嚴重磨損，露出雨刷臂座軸芯了，軸芯表面也被磨得凹凸不平，見圖2a。再仔細檢查，發現磨損最多的地方集中在雨刷臂工作時受力的區域，受力越大的地方磨損越厲害。要使雨刮器能正常工作，雨刷臂座的軸套必須更換。但是，整個雨刮器的連桿都是一個整體，活動關節是通過鉚接的方式固定的。壞了就需要更換除電機外的整個雨刮系統，更換價格不菲。

圖2 駕駛側軸套

2 前雨刮的現有設計分析

2.1 現有設計缺陷

為什么雨刷臂軸套會磨損呢？發現軸套里面已經完全沒有潤滑脂。見圖2b，現有的設計結構下，雨刷臂座軸套上沿在雨刷臂座防雨頭的下方，在汽車的實車安裝狀態下，下雨時，雨水非常容易進入軸套。雨水進入軸套后，造成機油乳化最終完全失效。雨刷臂座軸與軸套是完全地干摩擦，雨刮軸承的磨損肯定是不可避免的。因此，這是該款雨刮器的設計缺陷所導致的問題。

2.2 雨刮軸套國產件和進口件對照

該款車型是從日本引進的，為什么進口件前雨刮器沒有這個問題呢？對比下進口的雨刮系統，發現進口的雨刮系統與國產件形狀稍有不同，但主要還是體現在軸套的材料方面顯著不同。進口雨刮軸套是耐磨工程塑料，見圖2c，而國產后雨刮套是金屬鋁，見圖2a。進口雨刷臂軸套因為采用耐磨塑料，即使沒有潤滑油，在汽車使用周期內，雨刮臂也不會有多大的磨損，因此，進口件就沒有這個問題。國產件因是鋁制的，鋁材的硬度和耐磨性本身就不是很好，特別是鋁材氧化后會產生三氧化二鋁，鋁氧化物本身又是一種研磨劑。在雨刮工作時，雨刷臂軸和軸套都會互相摩擦而慢慢磨損，直到雨刮軸套完全磨損壞掉，雨刮系統慢慢就不能正常工作了。

2.3 前雨刮系統國產化問題

根據國產化的流程，4M變更［1-2］（人Man、機Machine、料Material、方法Method、環境Environment）發生時，必須高度注意，因為問題絕大多數就發生在這些地方。零件新設計時需要做FMEA（故障模式與失效分析），局部變更需要做DRBFM（Design Review Based on Failure Mode，基于失效模式的設計評審），對材料變更方面出現的各種情況都要重新進行設計和評估。該雨刮系統國產化時，屬于材料方面的4M變更，理應高度重視，不要想當然地認為金屬的材料一定比塑料的好，顯然該零件國產化時的FMEA（潛在失效模式及后果分析）和DRBFM根本就沒有做到位。

2.4 雨刮耐久試驗的缺陷

零件國產化時，根據圖紙和試驗標準，必須是要做雨刮的耐久試驗的。我們都知道，耐久試驗是在試驗室做的，耐久試驗都是加速耐久試驗，不可能一個試驗就做五六年，和實車的使用情況還是有差異的。因此雨刮的耐久試驗只考慮了運動機構的耐久情況，并不能反映出雨水長久的腐蝕作用。

3 前雨刮臂的改進設計

針對現有問題的改進方案，首先針對材料方面的原因，沿用進口件的材料，即采用和日本一樣的塑料當然可以解決該問題，但是目前雨刮臂供應商已經選定了，磨具、夾具都已經是量產狀態。如果整個雨刷臂座軸套都更換材料，那么開發周期長，費用大，該方案是很不經濟的。

我們可以針對設計方面的原因，在現有鋁制基礎上進行改進雨刮軸套的結構，增加其防雨性能。如果雨水不能滲入到雨刷臂座軸套里面，軸套里的潤滑油就不會失效，軸和軸套之間不會出現干摩擦，那么，雨刮臂套就不會磨損導致早期損壞，必然可以大大延長雨刮系統的使用壽命。

為了防止雨水流入雨刮軸套，改進方法是在雨刷臂座軸套和雨刷臂座不相干涉的前提下，盡可能升高軸套上沿的高度。根據實際測量，軸套的高度原來是22mm，現在可以升高約10mm，升高到32mm。變更前，軸套的上沿低于雨刷臂防雨帽的下沿，雨水可以流入軸套，見圖3左。變更設計后，軸套的上沿高于在雨刮刷根部防雨帽的下沿，見圖3右。因為水不能往高處流，因此可以防止雨水竄入雨刮軸套里。三菱車型的雨刷臂軸套就是采用這種改進后的設計，雨刮系統從來沒有出現過軸套磨損的情況，可見該種設計是完全可靠的。圖4為雨刷臂座根部，升高后的實際效果用3D數模顯示出來的效果見圖5。

圖3 改進設計示意圖

圖4 雨刷臂座根部

圖5 改進后效果圖

4 結束語

本文針對市場某款車型雨刮系統的問題，提出改進措施，可以完全避免雨刮系統的早期損壞，大大延長該產品的使用壽命。本文描述的國產化過程出現的問題，教訓是深刻的。在國產化的過程中，4M變更時候一定要多加注意，考慮不周全很可能會導致問題。一旦出現問題給客戶造成困擾，不僅浪費客戶的時間和金錢，還會影響企業品牌形象。零件的設計和國產化開發時，必須要認認真真做FMEA和DRBFM分析，才能給用戶提供設計優良、品質可靠的汽車零部件產品。