智能雨刮器机械结构设计
摘要 雨刮器属汽车附件，是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪和灰尘等，以保证玻璃透明清晰。本文分析了智能雨刮器机械结构设计，能够取代传统的机械结构的雨刮器。
关键词 电动雨刮器；雨量传感器；红外；智能
电动机和减速齿轮：在挡风玻璃上来回快速移动的刮水片要的动力非常大。 我们将蜗轮使用在小电动机的输出端来产生这种巨大的动力。蜗杆减速齿轮可以使电动机的扭矩增大50倍左右，同时也能使电动机的输出速度降低近50倍左右。减速齿轮输出的动力操纵着连杆机构，使刮水器来回移动。 电动机/齿轮总成内部的结构是一个能够感应下止位的限位电路。 限位电路向刮水器提供电源，如果刮水器停在挡风玻璃底部时，马上切断电动机电源。 此电路还能根据刮水器间歇性设置，使刮水器在刮水过程中短暂停顿[1]。
连杆机构：减速齿轮的输出轴上连接着一个短凸轴。 这个凸轴随着刮水器电动机的转动而旋转并且与一个长杆相连；当凸轴旋转时，来驱使长杆来回往复运动。 这个长杆又和一个短杆相连，并且由后者驱动驾驶员一侧的刮水片。另一个长杆从驾驶员侧向乘客侧刮水片传送动力。
1 智能雨刮器电机设计
智能雨刮器系统一般分为单片机、直流电动机、雨滴传感器及雨刷等几大部分。智能雨刮器的系统结构框图如图所示。
雨刮电机是由电机带动，通过连杆机构使电机的旋转运动转变为刮臂来回往复运动，从而实现雨刮动作。汽车的雨刮器是通过雨刮器的电机来驱动，用电位器来控制不同挡位的电机转速。雨刷器电机后端有封闭在同一个壳体内的小型齿轮变速器，使输出的转速降低至需要的转速。这个装置俗称叫雨刷驱动总成。该总成的输出轴连接雨刷端部机械装置，通过拨叉驱动和弹簧复位实现雨刷的往复摆动。
本文介绍的智能雨刮电机设计采用永磁式直流电动机，其定子磁场是由锶钙铁氧体制成的一
组永久磁场，它具有结构简单、功率大、省电、机械特性较硬等优点。雨刮电机具有双速自动回位功能、间歇摆动功能、快速、慢速功能以及洗涤功能。雨刮电动机是封闭型结构，壳体内注满了足够的润滑油，足可以运行500h不用加油。
为了减小电动机的体积来提高电机的输出功率，电动机本身转速不能做得非常低，本设计设计转速为2000～2500转/分钟，然后通过机械减速装置使电动机的转速达到技术要求上规定的转速。减速装置的传动比 i= 40～70，采用一级蜗杆蜗轮减速或者二级齿轮减速。一般电动机和减速装置做成一体。
2 智能雨刮器传动机构设计
雨刮器传动机构由1～3组曲柄摇杆机构组成。四杆机构的杆件由管材或者槽钢制成，杆件间的铰接点都是球形关节结构，以弥补杆件运动平面的制造和安装的误差。球铰节的外套由工程塑料制成，具有吸收冲击和减少噪声，防止铰接点咬死等优点，在工作时运动灵活、平稳，装配维修时由于是靠零件的弹性过盈进行轴向定位的，不用专用工具就可拆卸[2]。有的球铰结构同时具备轴向防脱落结构，当轴线稍有偏角，球轴防脱落肩胛便与球套对不准，以此达到防脱落目的。要让刮水片在挡风玻璃上来回快速移动，需要很大的动力。 为了产生这
种动力，设计人员在小电动机的输出端使用了蜗轮。 蜗杆减速齿轮可以使电动机的扭矩增大约50倍，同时使电动机的输出速度降低50倍。 减速齿轮输出的动力操纵着连杆机构来回移动刮水器。 电动机/齿轮总成内部是一个能够感应刮水器下止位的电路。该电路向刮水器提供电源，当刮水器停在挡风玻璃底部时，它才切断电动机电源。此电路还能根据刮水器间歇性设置，使刮水器在刮水过程中短暂停顿。 减速齿轮的输出轴上连接着一个短凸轴。 此凸轴随着刮水器电动机的转动而旋转。 凸轴与一个长杆相连；当凸轴旋转时，会驱使长杆来回运动。 此长杆又与一个短杆相连，并由后者驱动驾驶员侧的刮水片。另一个长杆从驾驶员侧向乘客侧刮水片传送动力[3]。
刮水片就如同橡胶扫帚。 刮水器摇臂拖着一个薄薄的橡胶条擦过挡风玻璃，清除积水。
新刮水片的橡胶条很干净，没有裂缝。 它在擦除积水后，不会留下任何条痕。 随着刮水片的老化，橡胶条上会出现裂缝，这样路上的尘垢会在橡胶条边上积聚，使之不能再与车窗紧密接触，因此会在擦拭过程中留下条痕。 有时，通过用浸有车窗清洁剂的湿布擦拭刮水片边缘，清除上面的污垢，可适当延长刮水片的使用寿命。
无条痕操作的另一个关键是让橡胶刮水片均匀受力。 在设计上，虽然刮水片只通过中间的一
个点与摇臂相连，但是该点上又分出了多个树状支架，因此刮水片实际上有六到八个连接点。如果这些支架上结了冰或有了积雪，会使压力分布不均，导致刮水片下面出现条痕。有些刮水器制造商生产了专门在冬季使用的刮水片，这种刮水片在支架总成上套有一层橡皮套，可防止冰雪附着。
参考文献
[1] 申永胜. 机械原理教程（第2版）[M]. 北京：清华大学出版社，2005.
[2] 郑建荣. ADAMS-虚拟样机技术入门与提高[M]. 北京：机械工业出版社，2001.
[3] 王大康，卢颂峰. 机械设计课程设计[M]. 北京：北京工业大学出版社，2000.
汽车雨刷器
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