奔驰E320 轿车雨刮器结构原理分析

奔驰E320轿车雨刮器结构原理分析 1 雨刮器擦拭方式分析 雨刮器属汽车附件,是汽车安全行驶的重要零部件,用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪、灰尘和泥水等,以保证玻璃透明清晰。传统的电动式雨刮器多为双雨刷双动雨刮器。随着现代轿车发展,为了提高驾驶员视野和提高刮刷面积,各大汽车公司, 如奔驰、丰田、通用及国内神龙公司等均采用单雨刷单 动雨刮器,其擦拭方式见图1[1 ] 。 这种结构方式的雨刮器,结构简单,安装方便,不仅刮刷面积大,而且还避免了双杆摆动给驾驶员带来的不适。奔驰公司在保持单动雨刮器结构特点的基础上,采用一种刷臂可伸缩的单动雨刮器,进一步扩大驾驶员的视角,取得了良好的效果。其擦拭方式如图1 所示。其动作过程为,当雨刷从A 位开始工作并向B 位刮刷时,伸缩臂开始回缩,到达B 位时,臂长最短;当从B 位开始向C 位刮刷时,伸缩臂开始伸长,到达C 位时,臂长最长;雨刷再从C 位向A 位工作时,完成对称循环的另一半,最终实现整个循环过程。从图1 中可以看出,在没有伸缩情况下,驾驶员有效视宽为A′C′,而当有伸缩产生后, 驾驶员的有效视宽增大到AC。当单臂摆角为180°时, AC 最大, 且AC = A′C′+2 Smax (最大伸缩量) 。 2 　雨刮器结构原理分析 2. 1 　交叉连杆机构 对于双动雨刮器,其刮刷摆角往往限制在不大于110°范围以内 ,因为超出这个范围,则容易造成尺寸误差而超越止点,端点效率也将下降。但是对单动雨刮器,为了保持一定刮刷面积和停止工作时不影响驾驶员的视野, 通常要求其刮刷摆动角度不小于150°。为实现单动擦拭角度要求,在传动结构上采用交叉连杆机构,其结构形式如图2 。其工作原理过程为,当摇杆AB 绕A 点转动时,在连接杆BD 与交叉连杆DF 、CE 作用下,摆杆GE 、GF 则绕G 点往复摆动;当AB 与BD 形成直线时,摆杆GE 与GF 达到极限位置,其状态如图3 所示。在这种状态下,尽管两交 叉连杆之一(如CE 杆) ,对机构来说已失去工作效率,但交叉连杆另一支(如DF) 能有效将摆杆推动进行工作,使端点效率得以提高。 对于奔驰E320 雨刮器,可以通过其结构尺寸来计算其摆角,即 摇　杆　AB = 40 mm ; 摆　杆　EG = GF = 35 mm ;     连　杆　BD = 322 mm ; 交叉连杆　CE = DF = 94 mm ; 安装尺寸　AG = 283 mm。 从图3 中可以看出, CE 与水平线的夹角为α1 , cosα1 = ( AG2 + GC2 - AC2) / (2 AG ·GC) = 0. 351 7 则α1 = 69° 另一个极限位为DF 与水平线的夹角为α2 , cosα2 = ( AG2 + GD2 - AD2) / (2 AG ·GD) = 0. 104 α2 = 84° 则摆角θ = 180°- (α2 - α1) = 165° 从摆角计算公式中可以看出,调整各杆之间相对长度,可以使α2 = α1 , 从而使摆角θ达到180°。当安装尺寸一定(即AG 不变) ,在不改变其他结构尺寸前提下,可以通过调整EG 与GF 的夹角,来实现摆角调整。当EG ⊥ GF 时,摆角就调整为100°左右。 2. 2 　曲柄连杆机构 奔驰E320 采用曲柄连杆机构实现单动雨刮器刷臂伸缩动作过程,其结构原理如图4 所示。　曲柄连杆机构 4 中滑杆2滑套系统相当于可伸缩刷臂,其轴线在  0θ角之间往复摆动。摆杆OM (相当于曲柄, 但不能作360°旋转) 绕O 轴在0θ角之间作与刷臂同步的往复摆动,通过连杆MN 带动滑杆在滑套内往复滑动,即实现刷臂的往复伸缩。当摆杆从0 向θ/ 2角摆动时,点N 左移,即刷臂缩短,至θ/ 2 角时,点N 左移至左极限位置, 此时刷臂缩至最短;当摆杆从θ/ 2 角向θ角摆动时,点N 右移,刷臂伸长,至θ角时,点N 右移至右极限位置,刷臂伸至最长;当摆杆从θ角向θ/ 2 角回摆时,点N 又左移,刷臂又缩短,回至θ/ 2 角时,点N 又回到左极限位置,刷臂又缩至最短;当摆杆从θ/ 2 角向0 摆动时,点N又右移直至右极限位置,刷臂又伸长直至最长。如此不断循环,完成如图1 中虚线所示擦拭范围,必须采用伸缩臂擦拭方式。伸缩臂单动雨刮器结构实现动作简单可靠,调整非常方便。其伸缩量S 随摆角θ变化规律为 S = l [1 - cos (θ/ 2) ] 从S 关系式中可看出,伸缩量仅与摆杆长度l 和摆角θ有关,与连杆长度L 无关,但连杆长度L 决定结构尺寸的大小。当摆角θ = 180°时,伸缩量最大值为Smax = l 。当增加摆杆l 的长度时,则伸缩量S 增大。 对于E320 雨刮器, l = 45 mm ,θ = 165°,该雨刮器伸缩量为S = 40 mm。 3 特点分析 1. 整体构构建布局可以在汽车上较为容易实现；  2. 机构较为简单，整体构建布局可以在汽车上较为容易实现； 3. 设置了急回特性（推杆快，收杆慢）    因为在刮片起挂前，挡风玻璃上附着的雨水量相对较多，对司机观察前方路线不利，这时刮片需快速挂清雨水，而在回程时玻璃上雨量较少，这时慢挂可进一步刮净雨水，是玻璃保持相对较长的清晰度。同时急回特性的运用也提高了雨刮器的工作效率； 4. 动力性能良好，传动平稳，冲击震动较小； 5. 自由度,,, 4  结　论 通过对奔驰E320 轿车雨刮器结构的结构与运动分析,可以得出结论,即利用交叉连杆机构和曲柄连杆机构组合,能有效解决雨刮器雨刷往复运动中摆角设计问题及在不增大雨刷尺寸前提下解决增大擦拭视角设计问题。