雨刮刮臂压力衰减问题分析与解决

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　　摘 要：对于前雨刮刮臂总成的性能而言，刮臂压力衰减量是重要性能之一，各大汽车主车厂对雨刮臂压力衰减量都有明确要求。我司早期项目确实存在刮臂压力衰減量过大的问题。后来经过不断验证，通过调整弹簧弹簧材料和改进弹簧结构，最终解决了刮臂压力衰减量过大问题，保证了刮臂总成的性能。
　　关键词：刮臂压力;弹簧寿命;衰减;琴钢丝
　　1 引言
　　刮臂压力衰减是衡量刮臂耐久性能的重要指标之一。刮臂压力衰减过大，将严重影响刮片的刮刷效果，甚至可能导致漏刮。尤其是驾驶侧刮臂，由于其弹簧工作载荷较大，更容易出现刮臂压力衰减量过大问题。目前国内主流车企要求在150万刮刷循环后，刮臂压力的衰减量必须≤10%。而我司早期的部分雨刮项目，在150万循环驾驶侧刮臂压力衰减量达到了23%，无法满足主车厂对刮臂压力衰减量的要求。
　　2 70C弹簧性能核算
　　3 弹簧改进方案
　　我们对现有70C材料弹簧进行校核后发现，现有弹簧可以满足弹簧的最大拉伸量要求，但是无法满足使用寿命的要求。经过长时间使用后，弹簧拉力将大幅度减弱，无法满足弹簧耐久性能要求，因此必须对弹簧进行改进。
　　结合式（2）及（3）可知，对于弹簧的寿命性能，弹簧材料的线径d，弹簧中径D和弹簧材料的抗拉强度σb是三个关键的影响因素。在弹簧工作载荷Fn一定的前提下，弹簧直径d越大，弹簧中径D越小，弹簧材料的抗拉强度σb越大，则弹簧的寿命性能越好。
　　由于弹簧成型机的加工能力和工装所限，我司现有弹簧成型机只能加工弹簧线径d≤φ3mm的弹簧，且弹簧中径D≥3d（3为弹簧的绕旋比C，C=D/d，C值越小，弹簧缠绕则越困难），而现有弹簧已经达到了线径极限，弹簧中径接近极限值，没有太多的优化空间。由于现有加工设备和加工工艺所限，为了满足弹簧的寿命要求，必须使用新的高抗拉强度的弹簧材料来加工弹簧。
　　通过计算：当弹簧线径d=φ3mm，弹簧中径D=9mm时，为满足Fn<0.8Fs，必须σb>1911.3MPa。通过查阅各种弹簧材料标准，决定选用φ3mm琴钢丝作为新弹簧的材料，见表1。
　　4 琴钢丝弹簧性能核算
　　5 试验验证
　　根据新设计的弹簧参数，我们使用φ3mm的琴钢丝加工了新的弹簧，然后重新进行寿命试验，试验结果如下，见表2：
　　采用琴钢丝材料的新弹簧，刮臂在经过150万工作循环的耐久试验后，其刮臂压力的衰减量为3%～5%之间，完全满足主车厂对刮臂压力衰减性能要求。
　　6 结语
　　通过调整弹簧的结构参数和材料，可以大幅度的提高弹簧的抗衰减性能。琴钢丝材料由于其高抗拉强度，彻底解决了刮臂压力衰减问题。目前该新材料弹簧已经作为我司标准化弹簧在其他项目中进行了推广，保证了前雨刮刮臂的压力衰减性能。
　　参考文献：
　　[1]徐灏主编.新编机械设计师手册（上册）.机械工业出版社，1995.
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