申利超

（东风柳州汽车有限公司PV技术中心，广西柳州545000）

前风窗刮水器系统防水设计研究

申利超

（东风柳州汽车有限公司PV技术中心，广西柳州545000）

刮水器的作用是扫除风窗玻璃上妨碍视线的雨水，保障驾驶员视野清晰，其功能可靠性对行车安全具有重要意义。防水设计是确保刮水器系统功能可靠的重点，拟从刮水器的工作环境来分析防水设计的必要性，进而提出合理的防水设计方案。

刮水器；防水；设计方案

刮水器是安装在风窗上的重要附件，其作用是保持风窗玻璃外表面清洁，确保雨雪天气视野清晰和行车安全，是机动车辆不可或缺的部件。随着雨季来临，刮水器的使用频率非常高，因此，如何保证其功能可靠性显得尤为重要。刮水器的工作环境雨水非常多，这可能会对驱动电机和四连杆传动结构产生致命的影响，故优良的防水性能是刮水器功能可靠性的基本前提。

本文拟通过分析刮水器的工作环境，从而得出雨水对刮水器系统的影响，并提出合理的防水设计方案，为后续刮水器系统的开发设计提供参考。

1 刮水器的工作原理

刮水器总成的示意图如图1所示，其工作原理是：当电机1工作时，带动曲柄2做圆周运功，通过连杆3使摇臂4做往返运动，摇臂4又带动连杆6运动，连杆6带动摇臂7运动。摇臂4、7分别与输出轴5、7刚性连接，摇臂做往返运动的同时，带动输出轴组件及刮臂刮片做往返运动，并除去玻璃上的雨水、雪或灰尘。

图1 刮水器总成示意图

通过分析刮水器的工作原理可知，其各组件对防水都是有较高要求的。曲柄、连杆、摇臂之间都是通过球销副连接，若防水设计不良，易出现球头磨损严重，导致刮刷异响、刮角变大等故障；输出轴与轴承套连接通过转动副连接，若防水设计不良，易出现轴承内部锈蚀，导致转动异响、刮刷速度变慢等故障；驱动电机为电器件，若防水不良，极易出现电机短路烧坏的故障。

刮水器位于雨刮盖板下方，大量雨水会通过输出轴避让孔进入刮水器运动包络体，为保证刮水器的功能可靠，优良的防水结构是不可或缺的。

2 刮水器的工作环境分析及防水设计重点

当雨季来临，大量的雨水会通过前挡玻璃1流向雨刮盖板2，并通过进气格栅和刮水器输出轴避让孔流向前舱流水槽4，并通过流水槽将雨水排出。在此过程中雨水无可避免会经过刮水器的工作区域，具体流向说明见如图2所示。

图2 雨水流向图

鉴于刮水器工作环境的特殊性，防水设计应重点从以下三个方面进行考虑：

（1）合理设计雨刮盖板结构，减少雨水流入刮水器工作区域；

（2）对刮水器各关键部位进行防水设计；

（3）合理设计流水槽结构，确保雨水能迅速排出。

3 常见防水设计方案

3.1 雨刮盖板防水设计

良好的雨刮盖板设计，能大大减少雨水直接流向刮水器工作区域的风险，其防水设计主要是从两个方面进行：

3.1.1 合理设置排水孔

某车型在盖板上设置了4个专用排水孔（如图3），同时雨刮盖板避让孔做了凸台，大大降低了输出轴避让孔的水流量。

图3 排水孔布置图

3.1.2 合理定义盖板与玻璃的搭接断面

雨水从前档玻璃流向雨刮盖板，需要经过两者的搭接部位，若该位置密封不良，则雨水会沿着玻璃下边沿流向刮水器工作区域。目前该位置常用密封方式为雨刮盖板设置密封条，且密封条与前档玻璃设定1 mm的干涉量，通过卡勾将密封条压紧，从而实现密封，具体断面见图4.考虑到密封条的装配可靠性和成本因素，密封条建议采用PVC材质，硬度为（70±5）HA.

图4 盖板与玻璃配合断面

3.2 刮水器防水设计

鉴于刮水器工作环境的特殊性，刮水器总成会不可避免地接触到雨水。此时，刮水器自身的防水设计，显得尤为重要。本文根据刮水器的工作原理，着重对各连接副和电机的防水设计进行研究。

3.2.1 机构输出轴的防水设计

输出轴部位是接触雨水最多的部位，当雨水流进输出轴避让孔，必然会接触到输出轴，所以，该位置的防水设计，是机构防水设计的重点。此处，推荐一种密封优良的导水套结构，具体如图5、6.

图5 导水套结构图图6 C-C

该防水设计主要为增加导水套1.导水套1与输出轴4采用过盈配合，且其通过卡勾与摇臂固定，确保与输出轴4同步转动。导水套1上端延伸至刮臂座内部，确保雨水无法进入导水套1与输出轴4的配合面。当雨水通过雨刮盖板2的输出轴避让孔后，会进入到导水套1内部，并通过导水套1设计的排水孔排出。导水套1的排水孔设定在摇臂的外侧，确保雨水在排出时不会接触到各旋转副和球销副。该结构的设计，很好的引导了雨水的流向，最大程度的减少雨水对机构运动副的影响。为防止导水套在运输和装配过程中破裂，导水套不易采用脆质材料，建议采用PP.

3.2.2 球头销的防水设计

球头销是连杆传递扭矩最重要的部位，其防水设计对机构运行的平稳度和刮角偏差具有重要意义。球头销一般会通过增加密封碗来确保此处的密封，密封碗与球销采用过盈配合，干涉量一般设定为1~2 mm，具体断面如图7.密封碗建议材质为EPDM，硬度为（60±5）HA.

图7 D-D

3.2.3 电机输出轴的防水设计

电机输出轴的密封，一般是在曲柄下方增加密封帽。密封帽建议材质为EPDM，硬度为（60±5）HA.

3.2.4 电机的防水设计

电机是刮水器的最核心部位，电机若存在问题，将直接导致整套刮水器失效，故电机的防水设计是刮水器设计最重要的一环。电机的防水需重点考虑三个部位：减速器壳体与电机转子壳体的密封、减速器壳体与减速器压盖的密封、线束及插接件的密封。

减速器壳体与电机转子壳体的密封一般采用O型圈密封，经济、有效。O型圈直径一般设定为2mm，与周边件的干涉量约为0.5mm，具体断面如图8.

图8 电机转子壳体密封断面

减速器壳体与减速器压盖的密封一般采用平面密封垫，其接触面积大，密封效果优良。

线束及插接件的密封，应尽可能减少线束的引出，且插接件本身需具备防水结构。目前线束外漏的结构基本已经被淘汰，而另一种密封性能优良的新电机已普遍使用。新电机特征：减速器压盖上注塑一个保护壳，线束在其内部通过并直接连接插接件，避免线束外漏带来进水的风险。

3.3 流水槽排水设计

前档玻璃流下的雨水绝大部分都要通过前舱流水槽排出，为确保刮水器处于一个相对干燥的工作环境，流水槽结构设计时务必考虑其排水性能。常见流水槽主截面为L型或者U型，Y向呈中间高两端低的趋势。为确保排水顺畅，一般建议流水槽底部宽度大于60 mm（X向），且其底部距离刮水器电机的距离建议大于15mm.

当雨水通过流水槽排向两端时，会通过排水口排到车外，故排水口的结构设计，同样非常重要。若排水孔过小或者通过橡胶导管排水，容易堵塞，导致排水不畅。目前市场上大部分车型均采用侧围钣金开方孔的方案。

4 结束语

本文通过分析刮水器系统的工作原理和工作环境，对刮水器自身的防水设计以及雨水的流入排出进行全面的归纳总结，形成一套较为全面的刮水器防水设计方案。

目前，本文提到的防水设计方案已经过相关验证，大量应用到某自主品牌车企的多款车型，并取得良好效果。随着汽车技术的发展，防水设计方案将会不断优化，从而使刮水器功能更加可靠。

[1]靖长青，崔朋威，余启明，等.雨刮电机常见问题原因分析及对策[J].公路与汽运，2013（4）：157.

SealDesign of the W indscreen W iper

SHEN Li-chao
（Dongfeng Liuzhou Automobile Co.，Ltd.，PV Technology Center，Liuzhou Guangxi545000，China）

The function of wiper is sweeping away the rain on the windshield，to ensure the driver`s vision clear，functional reliability is important for traffic safety.Seal design is important to ensure the reliable operation of wiper，this paper analyzes the necessity of seal design from the angle of the working environment，and then put forword a rensonable sealing scheme.

wiper；waterproof；design scheme

U463.85

A

1672-545X（2017）04-0034-03

2017-01-12

申利超（1988-），男，湖南邵阳人，学士，助理工程师，现主要负责刮水器、洗涤器、玻璃升降器等系统设计开发。