CLJD01-027@汽车电动玻璃升降器的设计
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CLJD01-027@汽车电动玻璃升降器的设计,机械毕业设计全套
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1 第 1章 绪 论 玻璃升降器是实现汽车车门玻璃升降运动的车门附件。通过玻璃升降器带动玻璃托架作上下运动，从而使得车门玻璃沿着车门窗框的导槽或导轨作升降运动。目前常用的玻璃升降器主要有交叉臂式和绳轮式传动两种常见结构形式。后者能够适应玻璃在大曲率弧形升降面上移动。此外有手动和电动两种操纵方式。车门设计和布局中，正确布置和选择升降器是保证玻璃升降操纵轻便、工作可靠的关键。 作为车门系统中的运动部件，升降器不仅仅和车身内外板的空间布置相关，同时也和车门两侧导轨、玻璃内外 水切、密封条都有一定关联。在车门系统特别是内外门板和玻璃形状初步确认后，需要在基于车门系统和玻璃升降器相关联部件进行布局和分析。 因为如果玻璃升降器空间布局不恰当在实际过程中经常遇到玻璃升降卡滞、抖动偏离车门边框导槽等现象。运动不平稳常常也意味着在整个运动行程或某个特定位置出现静态或动态力学状态恶劣的情况。反应在实际中会出现形式实验（寿命试验）失败或使用过程中的零件失效，如交叉臂式升降器中的长臂、短臂的磨损，绳轮式升降器的钢丝绳断裂等。 为解决这些可能存在的问题需要在车门内外板上的附件布局及玻璃升降器结构设 计时，充分考虑其布局的合理性并应用计算机辅助进行分析。为合理布置升降器在车门系统中的位置需要在车门设计和升降器产品设计时对玻璃升降时产生关联的零件进行系统布局和考虑。 1.1 行业概述 随着汽车技术的发展，汽车的舒适性不断提高以满足人们的要求。汽车车门是车上相对独立的总成，车门设计不但关系到汽车的实用性，对汽车也有很大的装饰作用。因此车门的设计也越来越讲究，而且使用越来越多的网络和电控技术。 从 1957年新中国的第一辆汽车正式生产下线，中国汽车在 20 世纪中期经历了漫长的缓慢发展阶段，在经过 2003年和 2006 年 的两轮爆发式增长后，开始步入平稳增长阶段。 2009年严峻的宏观经济形势下，中国汽车行业的发展面临着前所未有的挑战与机遇，同时也受到来自各个方面的冲击。中国要想从汽车制造大国发展成为汽车产业强国，就必须在汽车产品的研发上取得突破。欧美日的汽车企业之所以能够如此强势，与他们几十年甚至上百年的技术革新与经验积累是分不开的，翻开他们汽车产业发展的历史，我们都nts 2 能够清晰的感受到他们相同的企业发展脉络：明确的市场定位，坚定不移的技术研发，引领潮流的战略方向，这一切，做足了他们的原始积累。我们的起步尽管有些晚，但是汽车产业 作为中国经济的支柱产业之一，近年来在技术研发上的投入力度明显增加，从过去的汽车产品进口到产品引进生产再到技术转化，近几年来更是直接的技术引进、并购国外先进的汽车企业，中国的汽车技术如雨后春笋般迅猛发展 。 电动玻璃升降器在我国诞生于 90 年代初，是轿车作为生产资料向消费资料变化的一个特征。最早开始应用在桑塔纳普通型的选装车上，称为豪华型轿车，以后在奥迪、捷达、富康等轿车上都开始选装电动玻璃升降器。由于电动玻璃升降器比传统的手动玻璃升降器具有许多优越性，他运行平稳，调节自如，不需要人力，给驾驶员和乘员带来一种舒适 感和安全感。汽车上装有电动玻璃升降器，给汽车带来一种豪华的气氛，受人喜爱。因此，目前在中级以上轿车都将电动玻璃升降器作为一种标准配置，用以提高汽车的装配档次。 现在，国内生产的中高档轿车，例如奥迪 A6、别克君越、雅阁、帕萨特、东风标致 307 都配置了电动玻璃升降器，其他轿车和面包车也开始大量选装电动玻璃升降器。目前，大客车和卡车也有配置电动玻璃升降器的需求。电动玻璃升降器的发展前景广阔。 近年来随着汽车舒适性要求的不断提高，汽车电机在一辆汽车上安装的数量也越来越多，配备门窗升降器电动机 (俗称摇窗电机 )的电动窗 系统便是被国外大多数车型作为标准配件选用。国内的很多汽车生产厂家也开始在很多轿车上将电动窗作为标准配置，在其他轿车、客车等车型上作为可选配置，使摇窗电机的需求量不断提高， 1999年全国玻璃升降器产量为 313 6万门，其中电动升降器约占 25 。随着轿车大规模进入家庭的日益临近，电动升降器所占的比率会逐步上升，预计到 2005年，客车与轿车的总产量将达 180万辆左右，摇窗电机的需求量将非常可观。 电动玻璃升降器在国外中高档车上应用已很普通，由于其结构复杂、成本高、且国内小型电机产品性能不稳定，故目前在我国汽车产品 中应用尚少。可以预见，随着我国汽车设计、制造水平的提高，电动玻璃升降器将越来越多地应用于汽车产品。 目前我国汽车玻璃升降器产品的主要发展方向： 1）改进产品制造质量，提高使用可靠性。 2）提高零件通用性。 3）减小零件质量，使结构更加紧凑。 1.2 市场预测 国内主要生产电动玻璃升降器厂商及配套车型情况见表 1.1 nts 3 表 1.1 国内主要生产电动玻璃升降器生产厂一览表 产品名称 企业名称 主要车型 电动玻璃升降器 上海实业交通电器有限公司 桑塔纳、别克、帕萨特、金杯、猎豹 张家港博泽汽车部件有限公司 桑塔纳、 捷达、奥迪 贵州万江电机厂 捷达、小红旗、马自达 镇江 Rockwell 富康、切诺基 跃进集团随车工厂 依维柯 重庆力士得绳索有限公司 雅阁 吉林省红钴汽车电器股份有限公司 捷达 温州天球电器有限公司 浙江中欧汽车电器有限公司 目前电动玻璃升降器产品市场主要由上海实业交通电器有限公司、张家港博泽汽车部件有限公司、贵州万江电机厂占有。其市场占有率（手动 +电动）见表 1.2 表 1.2 1999 年玻璃升降器总产量即主要厂商比较 产品名称 全国总销量 主要 生产商 年 销 量 (万只，电动 ) 市场占有率（ %） 玻璃升降器 311.6 万只 上海实业交通电器有限公司 42.48 13.6 张家港博泽汽车部件有限公司 26.9 8.6 中国贵航集团万江电机厂 2.18 0.7 “十五”期间轿车将由 56.61 万辆发展到 110121 万量；客车由 41.82 万辆发展到5568 万量；卡车由 58.19 万辆发展到 106.121 万辆。 玻璃升降器的总产量从表 1.2 与表 1.3 比较看出，到“十五”末将增加 2.42.75倍，可见其发展前景是很好的。其中电动玻璃升 降器的发展肯定要高于手动玻璃升降器，其占玻璃升降器份额由 99 年 22.8%到 2007 年达到 30%。 nts 4 表 1.3 汽车需求量及玻璃升降器发展数量 车型 2005 年需求量（万量） 玻璃升降器发展量（万只） 载货汽车 106-121 216-242 客车 55-68 110-136 轿车 110-121 440-484 总量 271-310 766-862 1.3 主要技术指标情况 我国于 1981 年推行了 JB2882 8l载重汽车用玻璃升降器技术条件标准，在此标准的基础上，根据我国汽车玻璃升降器的制 造使用及检测情况，并参照国际上有关的先进技术指标及数据，修改制定了汽车行业标准 QC T29026-91汽车用玻璃升降器试验方法和 QC T29027 91汽车用玻璃升降器技术条件，并于 1991年颁布实施，该标准对于汽车玻璃升降器的基本技术性能及测试方法作了明确的规定。由于目前我国大量使用的主要为臂式玻璃升降器，其它类型特别是柔式玻璃升降器尚缺乏有关的技术资料和技术数据，故上述标准仅适用于臂式玻璃升降器，其它类型玻璃升降器亦可参照执行。 改革开放以来我国汽车行业依靠技术引进及合资，使我国汽车行业的技术 水平迅速发展，相应的汽车零部件制造技术也迅速发展。目前为上海大众，一汽大众配套的电动玻璃升降器都采用了德国大众的 TL82083 标准。为上海通用配套的电动玻璃升降器采用了 GM 公司的 1997Buick” W” -CAR 门窗升降子系统的技术要求。为神龙富康配套的电动玻璃升降器采用了 B28 4250 的雪铁龙标准。由于电动玻璃升降器在国内发展很快，在国内制定一个行业标准已提到议事日程，最近武汉汽车车身附件研究所和上海实业交通电器有限公司起草制定了 QC/T636-2008 汽车电动玻璃升降器的行业标准，它综合了国外先进汽车企 业标准，集合我国电动玻璃升降器的实际情况，在分析实验的基础上而制定的。这将对规范我国电动玻璃升降器的设计，制造，实验技术起到指导作用。 1.4 汽车玻璃升降器的发展趋势 当前我国电动玻璃升降器的发展很快，它不但在轿车中大量配套，而且也开始在轻型客车中大量配套。最近还有在卡车中配套的意向，其使用放表，安全，舒适的特点已被越来的越多的人接受配套市场的天地是广阔的。随着汽车工业的法杖，电动玻 璃升降器呈现只能性，模块化的发展趋势。 nts 5 为了使电动玻璃升降器保持强劲的动力，又防止在使用过程中出现不小心被夹住的不安全因素 ，目前的电动玻璃升降器已具有一定的智能，他能使玻璃在上升中碰到一定的阻力时，即停止上升并下降，足以防止乘客肢体不小心被夹住的小概率事件。这一功能是靠安装在摇窗电机中的电子模块来完成的，上海大众新开发的帕萨特轿车的电动玻璃升降器具有这种放夹功能。 另一发展趋势就是模块化，在国际汽车工业发展过程中，为了更好地迎合顾客的个性化要求，降低生产成本，提高汽车质量，整车厂逐渐将自制件压缩，并尽量减少整车厂的工作量，将整车厂的精力都放在新车型的开发上，因此提车了模块供货的要求，将原来直接由各供应商提供单个零件，由整车厂在 生产线上组装的生产模式逐步转为由一级供应商承担模块供货，整车厂仅作模块组装，这样可大大压缩整车厂的工作时间，加速汽车的更新换代。过去汽车厂是比谁生产线长，今后可能是生产线越长，效率越低。 nts 6 第 2 章 汽车玻璃升降器的结构工作原理与技术参数 2.1 结构及工作原理 电动玻璃升降器从其结构特点上分，大致可分为；绳轮式、叉臂式、软轴式。 其结构特点及配套车型如表 2.1 所示。 表 2.1 电动玻璃升降器结构特点 结构形式 动力源 结构特点 国内配套车型 绳轮式 直流微电机 由 开关改变电机极性，作正反向旋转，带动机构作上下运动。 由电动机传动轴带动卷丝筒旋转，卷丝筒带动钢丝绳在导轨上作上下运动，钢丝绳在带动导轨上的传动作上下运动，起到升降玻璃的作用。 结 构 运 行平稳，噪音小，车型适用范围广。 上海：桑塔纳 一汽：奥迪 一汽：捷达 二汽：富康 上海：别克 广州：雅阁 上海 :帕萨特 叉臂式 直流微电机 由开关改变电机极性，作正反向旋转，带动机构作上下运动。 由电机传动轴上的小齿轮带动叉臂中的长臂上的扇形齿轮在一定角度内旋转，改变长臂与短臂的夹角，起到升降玻璃的作用 该 结 构 能适 用 负 载较 大 车 门玻璃，结构简单，制造成本低，用于 车 门 玻璃 弧 度 较小的车门。 一汽：金杯海狮面包车 柳汽：三菱 MPV面包车 天津：夏利 软轴式 直流微电机 由开关改变电机极性，作正反向旋转，带动机构作上下运动。 由电机传动轴上小齿轮带动螺旋型钢丝软轴在导向管内作上下运动，软轴上传动带动玻璃上下运动，起到玻璃升降的作用。 该 机 构 简单，制造工艺 比 较 复杂。 北京：切诺基 南京：依维柯 nts 7 图 2.2 车门玻璃升降器的型式 nts 8 a）单臂式； b）交叉臂式； c）平行双臂式； d）绳轮式； e f）软轴式 1扇形齿轮； 2.玻璃导向槽； 3.升降臂； 4.小齿轮； 5.弹簧； 6.滑轮； 7.托架； 8.丝； 9.齿条；10.钢丝卷 2.2 技术参数及分析 下面将电动玻璃升降器国内外主要技术指标如表 2.3 排列以供参考 表 2.3 国内外电动玻璃升降器主要技术指标 技术指标内容 行业标准 QC/T636-2000 德国大众 TL82083 美国 GM978Buick 雪铁龙 B28 4250 稳定电压 12v 12V 12V 13.5V 工作电压 11-15v 9-15V 9-16V 10-16V 最大消耗电流 28A 25A 28A 25A 额定负载 按图纸规定 80N 120N 65N,80N,100N 上升速度或上升时间 70-200mm/s 120-180mm/s 或3-6秒 3.0 0.1s 16cm/s 剩余力 按图纸规定 100N-200N 178N-355N 300N 自锁性 500N 500N 450N 300N 绝缘强度 550V.1min 750V.2s 1000V.1min 绝缘电阻 0.3M 20M 环境温度 -20- +70 -20- +80 -30- +75 -40- +85 防水性 IPX4 IPX5 PDW5033 B30 4410(2型 ) 耐久性 前门 15000循环 后门 7500循环 前门 12500循环 后门 7500循环 前门 14250循环 后门 7500循环 从表 2.3 的主要技术指标对比来看，我国汽车电动玻璃升降器行业标准基本上采用了国外先进企业的标准，如按此标准制造汽车电动玻璃升降器，其产品可达到国际先进水平。从表中可看出，目前别克轿车对电动玻璃 升降器的技术要求是最高的，其技术指标中额定负载大，要达 120N，剩余力最大要求达 355N，其耐久性试验中一个循环的运动次数也是最多的，玻璃在一个循环中需运动 8 次。要达到这些指标，对、传动机构都提出了更高的要求。 2.3 本章小结 本章主要介绍了电动玻璃升降器的结构工作原理，结构形式和对国内主要技术指nts 9 标的对比，了解国内外电动玻璃升降器的差距。 nts 10 第 3 章 玻璃升降器的设计方案 3.1 车门玻璃的确定 目前几乎所有车门玻璃都采用钢化曲面玻璃。曲面玻璃在 轿车上得到了广泛的应用，曲面玻璃可以有效的利用车内空间，减少车门厚度，并且外形美观，使车身更趋于流线型，车室内的宽度也有所增大。但曲面玻璃在制造上有一定的难度，并且在升过程中容易发生卡滞，一般将曲面玻璃的球面弦高控制在 4mm 以下。 轿车车门玻璃面主要分为五种类型： 1、 圆柱面玻璃 这种玻璃生产的工艺比较简单，但是对整车的造型美观方面影响； 2、 斜圆柱玻璃 在布置玻璃圆断面方向时尽可能与玻璃导槽的方向一致，这导槽的模拟就是一个圆，玻璃的升降布置比较顺畅； 3、 圆环面玻璃 这种玻璃的滑槽的设计相对比较简单 一些，因为切出来的曲的曲率变化相对较小； 4、 啤酒桶面玻璃 很多玻璃均采用这种形式，玻璃的生产艺相对复杂一点，但是更能保证车身整体的美观； 5、 任意的 A 面 对于这种曲面的玻璃，主要就是去近似拟合一下滑槽，只要满足相应的要求就好了，但是自由曲面玻璃在制造上有一定的难度，并且在降过程中容易发生卡住现象。 车门玻璃的形状、大小、位置的确定是顺利实现玻璃升降布置的前提，也是车门布置的重要内容。玻璃形状和窗口处造型形状及窗框结构密切相关确定时应本着尽量逼近外形的原则，并保证玻璃沿导轨顺利升降。逼近外形是指车门玻璃 的大小、形状与车身造型所要求的窗口一致，并尽量使玻璃外表面与车身外表面贴近。首先玻璃中心线的曲率和趋势应逼近外表面线，其次是保证玻璃沿导轨顺利升降，玻璃前后两边导轨平行且具有足够的导向段，并要求导轨的曲率保持不变。 nts 11 图 3.1 车门玻璃 车门玻璃普遍采用安全钢化玻璃，厚度多为 3.2mm、 3.5mm。随着人们审美观的不断提高，对整车造型要求也越来越高，为了与整车造型风格相匹配，车门玻璃由以往的单曲率渐变为双曲率。但为了满足工艺要求，设计阶段玻璃最小曲率半径 R 最好能大于 1500mm，避免因工艺难度太大而导致的 制造成本增加、产品合格率降低。 一般大型货车玻璃玻璃实际运动轨迹的圆弧半径或曲率半径 R 在 30004000 之间，微型客车在 20003000mm 之间，轿车一般在 15002300mm 之间，一些跑车、造型特别的概念车可能会小于 1500mm，门框高 H 一般说来货车微型于轿车，在350600mm 之间。选取 R=2000，门框高 H=400,总挠度 B=10.02mm。 3.2 玻璃升降器的选择和布置 图 3.2 电动升降器 1玻璃安装槽板 2.扇形齿轮 3.电机组 4.涡轮 蜗杆 小齿轮 5.升降臂 当 玻璃托槽跟随玻璃由上止点运行到下止点 时，在 方向上发生的最大总变形量称为总挠度 B，值对升降器的运行阻力、弹性变形以及耐久性有重要影响，日值太小玻璃与腰线密封胶条的压力值小，密封不好； 值太大升降器变形大，玻璃与胶条摩擦力大，容易发生永久性变形。考虑到升降器 本身允许的最大弹性变形以及车门的密封需要，nts 12 日值根据车型大小一般在 8-18 mm之间。大尺寸的升降器 值可以取大一些，小尺寸的升降器 B值可以取小一些。 值在 8-14 mm之间时选用适应变形能力一般的交叉臂式升降器；而 值在 l4 18 mm之间时选择适合变更大 的绳轮式升降器；当 值大于 18mm时，绳轮式升降器钢丝布置与导轨圆弧发生的干涉量过大，钢丝绳容易与导轨圆弧发生强力摩擦而损坏，需要选择其他不常用类型的升降器。因此，应尽量避免将车窗玻璃轨迹线的圆弧半径设计的过小，导致日值过大而给升降器布置设计造成困难。 B值在 8-14mm之间选用适应能力一般的交叉臂式，在 14-18mm之间选用绳轮式。 图 3.4 升降器压缩、引张量 1)上止点压缩量： a 12mm 2)最大引张量： b 9.3mm 图 3.3 齿轮交叉臂 式 nts 13 3)下止 点压缩量： c 25mm 升降器布置以经验值来判断，但不是绝对的，最终的参数确定需要经过校核，其推荐值如表 3.1 所示。 表 3.1 升降器布置尺寸推荐值 序号 变量 内容 推荐值 1 a 玻璃托架与玻璃导槽夹角 104 2 b 上止点滚轮间距 200mm 3 c 下止点滚轮间距 190mm 4 d 滚轮中心到止点余量 10mm 5 e 举升臂滚轮的余量 10mm 6 f 平衡臂滚轮中心的余量 10mm 7 g 马达到内手柄间隙 5.6mm 8 h 玻璃残余量 3mm h 5mm 升降器与玻璃中心的关系 玻璃升降器在 H 方向的配置：以玻璃下边缘为基准，放置在中间，在 L 方向，以玻璃中心为基准，玻璃中心与臂交叉点距离为 S， S 60mm，如图 3.5 所示。 图 3.5 叉臂交点与玻璃重心的关系 nts 14 3.3 升降器厚度、安装进准面的确定 升降器器厚度是指升降器理想运动平面到升降器安装基准面之间的平行距离；升降器安装基准面是指固定升降器的车门内板平面，一般包括固定板座和固定滚轮滑槽的 2处平面，通常为了模具制造、测量方便等原因把这 2处设计在同一平面内。升降器厚度的取值主要依据 2个原则 :确保升降器 支撑玻璃的距离不因过长而导致升降器所受扭矩过大，发生大的变形；升降器安装平面不影响其他功能件比如门锁、门限位器等零件的布置。因此给出升降器厚度的一般经验值是 30-45之间，不推荐取太大值，否则升降器机构强度会降低。 图 3.6 升降器厚度选取示意图 3.4 升降器中位线、主臂旋转中心的布置 中位线、主臂旋转中心布置如图 4所示。升降器中位线是指升降器的小导轨中心线，小导轨将副臂一端的滚轮圆心与主臂旋转中心保持在中位线上，副臂另外一端的滚轮中心与主臂滚轮中心连线 (玻璃导槽中心线 )在运动过程中也始终与中位线保 持平行，从而实现玻璃的水平升降。当升降器的玻璃导槽运动到中位线时，主臂中心线、 2个副臂中心线与玻璃导槽中心线完全运动到同一水平面上。中位线将升降器总行程分为上行程 X1与下行程 X2对没有特殊布置要求的车门， X1与 X2大致相同，相差最大不能超nts 15 过 40 mm，以保证主臂不会弯曲，从而保证主臂强度以及材料利用率。 图 3.7 中位线、主臂旋转中心布置 升降器大小主要指主臂长度，主臂长度小，则升降器交叉支撑臂的宽度 J1、 J2 小，支撑玻璃的稳定性差，如图所示；主臂长度越大 ,J1、 J2 越大，支撑玻璃的稳定性越好 。但主臂长度还受到以下因素的限制，主臂顶端滚轮运动圆弧轨迹不能过于靠近门锁布置区，否则容易造成干涉；为保持升降器总传动比不会减少太多，主臂长度增大需要相应增大扇形齿板半径 ，增加升降器质量，以加大车门铰链的负担；主臂工作转角取 60。 95。，以便选取较合适的平衡弹簧；扇形齿板半径 R2增大后，手柄旋转半径尺半径 R3轨迹也会相应靠近仪表板，容易造成干涉。 图 3.8 升降器主臂过下 图 3.9 升降器主臂过大 3.5 玻璃在车门上的干涉校核 玻璃与 周边件的配合情况： 玻璃左右侧卡在玻璃导槽中，如图 3.6所示： nts 16 图 3.10 玻璃与周边件的配合 1 玻璃是嵌在滑门内外板的缝隙中的，玻璃表面与滑门腰部外加强板得间隙为10.8mm:玻璃内表面与滑门腰部内加强板得间隙为 24.5mm（图 3.11） 图 3.11 玻璃与周边的配合 2 3.6 电机的选择 电动玻璃升降器的电机参数要求 : 上升载荷为 80N 下降载荷为 20N nts 17 减速器工作效率为 50% 减速机构工作率 95% 门框高 H=400mm 玻璃摩擦力为 20N 5秒内完全升起 玻璃重 80N P=（ 80N+20N） 0.4m/50% =16w P实 =P/95%=16.84W 电动机的质量直接关系到电动玻璃升降器的正常工作，根据玻璃升降器的技术指标及客户要求，选择万宝至（ MABUCHI） JF/LF-578VA-452玻璃升降器专用电机，他具有体积小，重量轻、防护等级高、噪声低、电磁干扰小、运行可靠等特点。 该电机为可逆性永磁直流电动机，电动机内有两组绕向不同的磁场线圈，通过双联开关的控制可做正转和反转，设有升、降、关等三个 工作状态，不操控时开关自动停在“关”的位置上。操纵电路设有总开关和分开关，两者线路并联。总开关由驾车者，控制全部门窗的开闭。 在该电动机中埋植磁环，感应电机旋转，在电子模块中埋霍尔元件，感应电流，并通过电子模块控制对电动机的过流，过压及过热保护。 表 3.2 电机特性 项目 规格 额定 时间 短时间 电压 13.5V,0.2 电流 6A以下 转速 62 10 r/min 扭矩 2.16N.m 无负荷 电流 2A 转速 90 r/min 有负荷 电流 17.5A 扭转 6.9 1.23N.m 绝缘电阻 1M以上 电机直齿圆柱齿轮特性： 模数 m=2; 压力角 a=20 ; 齿数 z1=8; nts 18 分度圆直径 d=15.4; 齿顶高 ha=ha m=1 2=2mm; 齿根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25) 2=2.5mm; 齿距 p=3.14m=6.28mm； 齿厚 s=3.14m/2=3.14mm; 图 3.12 电机图 3.7 扇形齿板的设计 3.7.1确定模数和压力角 因为扇形齿板上的齿与驱动电机的小齿轮啮合，所以他的特性为：模数 m=2，压力角 a=20 3.7.2确定主动臂的角行程 由勾股定理，得： sin =220/300=47.2 sin =184/300=37.8 = + =37.8 +47.2 =85 主动臂角行程 =85 3.7.3确定齿数和分度圆直径 玻璃从上止点运动到下止点的时间初定为 3.5s， =360nt/60i； i=360nt/60 =6 62 3.5/85=15.37 nts 19 齿数 z2=iz1=15.37 8=122.2mm; 分度圆 d2=mz2=2 123=246mm; 齿顶高 ha=ha m=1 2=2mm; 齿根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25) 2=2.5mm; 齿距 p=3.14m=6.28mm; 齿厚 s=3.14mm； 3.8 玻璃导向与保护机构 玻璃导轨和窗框共同组成玻璃导向与保护机构。车门玻璃导轨用钢板冲压或滚压成型焊接或用螺钉连接于车门上。导轨内与玻璃接触的部位装有导槽，导槽用橡胶制成。导槽 起导向、密封功能，行车和关闭车门时吸收玻璃的震动，避免玻璃直接与金属件接触，且起到美化。减小玻璃与车门外板的高度差、降低空气阻力的作用。 导槽与玻璃接触的表面是聚氯乙烯，为了减小玻璃摩擦部位产生的摩擦阻力，增加玻璃的密封性，防止在寒冷地带的冻结，有密封条的特性。 图 3.13 车门玻璃导轨 玻璃导轨多为滚压件，主要包括本体与安装支架两个部分，如图 3.15所示。设计一定要确保安装支架的强度，现在多采用 1.5mm到 2mm料厚的支架。支架结构必须具备加强筋、翻遍等特征以确保其强度。如图 3.16所示。 nts 20 图 3.14 玻璃导轨断面图 图 3.15 玻璃导轨构成 图 3.16 导轨支架 3.9 导向槽的设计 图 3.17 玻璃支撑部分断面图 玻璃长 830mm，玻璃导向槽长度在 350mm到 550mm之间，取玻璃长导向槽长度为430mm，短导向槽 230mm，宽度 20mm,厚 1mm，滑块高 18mm，长 17mm，厚 6mm。 3.10 交叉臂的设计 nts 21 如图 3.18所示，通过对常规交叉臂式升降器直流电机性能、玻璃升降器基本性能、玻璃行程要求等因素进行综合考虑，确定从动臂两端定位孔的距离 ac=gc=150mm,主动臂 两 端 定 位 孔 的 距 离 be=ec=300 。 因 为 玻 璃 导 槽 的 固 定 点 之 间 的 距 离hj=400mm,eN=382mm ，当 AB 经过 e 点时， acb=180 ,ac+bc=300mm hj=400mm,ac+bc=300mm eN=382mm,所以导向槽不会对交叉臂产生干涉。 图 3.18 升降器运动简图 3.11 车门玻璃密封条 车门玻璃密封条是安装在车门窗框上的密封条，一般由软硬两种密实胶组成，并可嵌入金属骨架，在不同方向唇边上植绒可降低玻璃升降时同玻璃间的摩擦阻力，还有减少噪音的作用，如图 3.15 所示。 图 3.19 车门玻璃密封条 nts 22 3.12 车门玻璃内外挡水条 车门玻璃内外挡水条位于车门窗框下方的车窗内外侧植绒密封条，一般由单种胶料构成，可提高整车外形的美观水平，如图 3.16 所示。 图 3.20 车门玻璃外挡水条 3.13 车门设计的相关标准 车门设计时需要考虑的几个设计或试验标准： QC/T 636-2000 汽车电动玻璃升降器 -绳轮式 QC T 626-1999 汽车玻璃升降器 -齿轮臂式 GB 9656-1996 汽车用安全玻璃 QC/T 265-2004 汽车零部件编号规则 TB 1964-87 客车门窗用密封条检验方法 HG/T 3088-1987 车辆门窗橡胶密封条 3.14 本章小结 本章主要确定了电动玻璃升降器的设计方案，车门玻璃的确定，升降器的选择和布置以及玻璃在车门上的干涉校核，确定升降器电机及其它零部件的尺寸和设计。 nts 23 第 4 章 有关运动部件的数据校核 4.1运动行程的校核 为提高车窗的密闭性，需在原来的行程上加上 10mm的上升量，即在没有导轨约束的情况下当玻 璃到达上止点后仍能上升 10mm。 则 Leg=203mm eM=167mm=从动臂不与导向槽干涉。说明交叉臂在上止点 ab到下止点 ab升降时满足行程要求。 4.2传动动力校核 表 4.1 臂式玻璃升降器各部分的阻力实测值比率 主要因素 阻力（ %） 平衡弹簧的作用 -3.9 升降臂的质量和齿轮的摩擦 6.4 玻璃支撑部分 11.5 齿轮部分 27.6 玻璃质量 28.2 玻璃升降运动 30.2 合计 100.0 以为目前设计的是电动玻璃升降器，升降器在玻 璃车窗行程内任一点通过电机的自锁力都能自锁，不需要平衡弹簧进行自锁所以将表 4.1修改为表 4.2 表 4.2 臂式玻璃升降器各部分的阻力实测值比率 主要因素 阻力（ %） 玻璃升降运动 29.1 玻璃质量 27.1 齿轮部分 26.6 玻璃支撑部分 11.1 升降臂的质量和齿轮的摩擦 6.1 合计 100.0 由运动行程可知，当升降器由下向上运动到上止点时，主动臂在 Z方向上的驱动力最小，升降器总成在 Z方向的阻力最大。 小齿轮与扇形齿板的传动臂 i=15.37，玻璃的质量 m=4，根据表 4.2可知： 在升降器上升至上止点时： 电动玻璃升降器在 Z方向上的总阻力 f=4.0 9.8 100/27.1=144.6N； nts 24 小齿轮给扇形齿板的扭矩 T1=6.9+1.23=8.13Nm(最大负荷 ),扇形齿板与主动臂固定； 则主动臂的最大扭矩： Tm ax=T1 i=8.13 15.37=124.96Nm; 主动臂在 C点上的垂直作用力： F= Tmax/0.15m=833.07N； F=Fcos =833.07 cos47.2 =566.02N; 剩余力： F2=F-f=566.02-144.6=421N; 传动动力满足升降器性能要求。 4.3本章小结 本章主要介绍了电动玻璃升降器运动行程和传动动力的校核，为了确保升降器不存在设计上的缺陷，对以设计内容进行分析和改善。 nts 25 第五章 升降器电子控制系统和防夹设计 5.1驾驶员电动升降器 1、 当开关关闭时， 3-10、 3-11相接，电动机两端搭铁，不工作； 2、 开关作上升运动，升 -10、 3-11相接，电流流向为：电源升 10驾驶室电动机 11 3 搭铁，电动机运转，驾驶室玻璃上升； 3、 开关作下降运动，降 -11、 10-3相接，电流流向为：电源降 11驾驶室电动机 10 3搭铁，驾驶室电动机运转，驾驶室玻璃下降。 5.2前座电动升降器 1、 当开关关闭时，驾驶室开关 4-3、 5-3相接，前座电机开关 12-4、 13-5相接，即前座电动机两端搭铁，不工作； 2、 当驾驶室开关关闭，如前座电动机开关作上升运动，则开关 2-12、 5-13相接，电流流向为：电源 2 12前座电动机 13 5 3搭铁，前座电动机运转，玻璃上升。 3、 若前座电动机开关作下 降运动，即开关 4-12、 2-13相接，电流流向为 :电源2 13前座电动机 12 4 3搭铁，前座电动机运转，玻璃下降； 5.3后座右侧电动升降器 1、 当开关关闭时，驾驶室开关 6-3、 7-3相接，后座右侧电机开关 6-14、 7-15相接，即后座右侧电动机两端搭铁，不工作； 2、 当驾驶室开关关闭，如后座右侧电动机开关作上升运动，则开关 2-14、 7-15相接，电流流向为：电源 2 14后座右侧电动机 15 7 3搭铁，后座右侧电动机运转，玻璃上升。 3、 若后座右侧电动机开关作下降运动，即开关 6-14、 2-15相接，电流流向为 :电源 2 15后座右侧电动机 14 6 3搭铁，后座右侧电动机运转，玻璃下降； 5.4后座左侧电动升降器 1、 当开关关闭时，驾驶室开关 8-3、 9-3相接，后座左侧电机开关 8-16、 9-17相接，即后座左侧电动机两端搭铁，不工作； 2、 当驾驶室开关关闭，如后座左侧电动机开关作上升运动，则开关 2-16、 17-9 相接，电流流向为：电源 2 16后座左侧电动机 17 9 3搭铁，后座左侧电动nts 26 机运转，玻璃上升。 3、 若后座左侧电动机开关作下降运动，即开关 16-8、 17-2相 接，电流流向为 :电源 2 17后座左侧电动机 16 8 3搭铁，后座左侧电动机运转，玻璃下降； 5.5 防夹处理 目前，许多汽车上都装有电动车窗，主要以一触式升降车窗为主。随着汽车人性化设计时代的到来，具有防夹功能的电动车窗也随之问世。但是，目前一些轿车上配备的防夹电动车窗技术是不是已经很成熟、完善，还是值得研究的。 所谓防夹玻璃升降器，是指玻璃上升时，如果在上升区域内有人体某部位或物件时会立即反转一段距离后停止，以防止夹伤乘客。 电动车窗的原动力就是一个电机，利用一些齿轮、连杆、滑槽之类的的组合，通过正 反电流把电动马达顺时针、逆时针的旋转动作，转变成车窗上下移动的动作。即当按下电动窗开关，首先启动电动马达带动一支蜗杆，蜗杆和一个正齿轮咬合，驱动一个伞形的正齿轮旋转，再带动一组连杆运动，而车窗便固定在连杆摇臂另一端的滑槽上，随着连杆摇臂末端的滑块在滑槽内滑动，带动车窗垂直上下运动。 研究发现，电动窗关闭过程中，向上推动的力量最强可达 526，最弱的力量亦可达到 166，尤其是具有窗框的电动门窗，力量同窗较大，约在 322-526之间。当发生意外情况时，即使是成年人也没有足够的力量制止，更不用说是小孩或老人，所以电动车窗夹人的事故就时有发生。 为满足汽车人性化设计的需求，就要求电动车窗具有一定的防夹功能。所谓防夹电动窗，就是加装一组电流感应器，由霍尔传感器时刻检测着电动机的转速，当电动车窗升起时，一旦电动马达转速减缓，当霍尔传感器检测到转速有变化时就会向 ECU报告信息， ECU向继电器发出指令，电路会让电流反向，使电动机停转或反转，于是车窗也就停止移动或下降，因此具有一定的防夹功能。防夹电动车窗的原理，如图所示。 图 5.1 防夹电动窗原理图 nts 27 5.5.1 电机部分 一般电动玻璃升降器结构的关键是电机，其中电机采用 可逆性永磁直流电机，电动机内有两组绕向不同的磁场线圈，通过开关的控制可做正转饿反转来实现升降。 而防夹电机是在一般电机的基础上，点集中增加传感器，开关控制部分中添加处理元件来实现防夹功能。通常是在电机中埋植磁环，感应电机转速，在电子模块汇总埋植霍尔元件，感应电流，并通过电子控制模块对电动机的过流、过压及过热保护，而且当玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反向运动，防止乘员夹伤。 防夹电机部分主要包含直流电机（内置减速器）和感应器两部分。 5.5.2 感应器 为了保证玻璃升降器具备防夹功能，要求 ECU 必须包含 两种功能。 （ 1）判定玻璃是在防夹区还是非防夹区 ; （ 2）判定玻璃是否遇到障碍物。 如果 ECU 判定玻璃处在防夹区，并且玻璃遇到障碍物，则 ECU 将发出指令，给电机两端输出反向的电源，促使电机反转，并在反转一段时间内停止。 为了能实现 ECU 的这两种功能，则电机的感应器必须具备以下功能， （ 1）采集并输出玻璃所处区域的信号； （ 2）采集并输出电机转速的脉冲信号。 因此一般感应器包含两部分，位置感应器和转速感应器。 5.6 防夹功能原理 5.6.1 玻璃所处区域的信号采集 关闭玻璃的过程中，可能遇到障碍物，同时玻璃关闭 时最终必然会接触到上侧门框上的玻璃导轨胶条。为了既能实现防夹功能，又可以最终关闭玻璃。一般的在玻璃上升的区间内即从玻璃的上止点到下止点范围内划分为两个区间： （ 1）非防夹区：从玻璃上止点到以下某一范围（一般玻璃升降器的非防夹区为玻璃上止点以下 10左右）。该区域内即便玻璃上升时遇到障碍物电机也不会反转，以保证玻璃遇到上侧门框上的玻璃导轨胶条会停止而不是反转。 （ 2）防夹区：非防夹区以外的区域。该区域内，玻璃上升时遇到障碍物，电机会反转一段距离后停止。以确定不会夹伤人体的某部位如手、手臂等。同时也起到自保护作 用，不会因为过载而损伤电机。 （ 3）防夹区和非防夹区得识别及玻璃所处区域信号采集： 如图 5.2 电机旋转，带动 1-拨叉齿轮，又通过 3-从动齿轮带动 2-内齿圈；其传 nts 28 动比为 36:19，起到减速的作用。 5-调整钢圈为开口的钢丝环，两端伸出 3左右的一段钢丝。调整钢圈套在 2-内齿圈外侧，内齿圈旋转是靠与调整钢圈间的摩擦力带动调整钢圈同步转动，调整钢圈两端伸出钢丝又带动定位环套同步旋转；定位换套上部有止动块，下部有突出结构，其作用在于当止动块在接触 6-基板限位块前得一段距离内（ 11.5 2.5）触发常闭状态的限位开 关断开；这样就可以采集并输出玻璃已经上升 到非防夹区域内的信号。 图 5.2 玻璃所处位置的信号采集机构 （ 1-拨叉齿轮； 2-内齿圈； 3-从动齿轮； 4-定位环套； 5-调整钢圈； 6-基板限位块； 7-限位开关） 5.6.2 障碍物的信号采集 障碍物及信号采集及输出是通过固化到电机内部的传感器来实现的。电机顺时针旋转，玻璃上升，此时会在感应器的输出端产生脉冲信号，当玻璃上升过程中遇到障碍物时，电机的转速会变慢，从而改变了感应器输出的脉冲信号， ECU 对脉冲信号判断，如果脉冲信号的频率 f满足以下条件： F f 阀值 则 ECU判定玻璃遇到障碍物。 图 5.3 玻璃受到异常阻力前后的脉冲信号示意图 nts 29 5.7 防夹玻璃升降器对安装的要求 1、确保玻璃处于导轨胶条的合理位置： 先把防夹玻璃升降器、玻璃装入车门内，紧固螺钉不要旋紧，接通电源，反复动作几次，以保证玻璃处于导轨胶条较均匀的位置上，然后玻璃升到顶端，依次旋紧螺钉。 2、防止上止点上偏： 在防夹玻璃升降器安装到门上后使用专用的检测线路及开关系统进行作动检查。不可以直接使用蓄电池检测。 3、检查项目包含： 1）通过控制按钮测试向上寸动，向下寸动，向上连续作动，向下连续作动是否能正常进行。要求作动平稳、流畅，无异音。 2）用专用工具对防夹区检查：把专用工具放到门框下并与门框接触，使升降器向上连续作动，接触后，要求玻璃反转规定距离。 3）如果发现玻璃上升接触到门框后又发生反转等问题，可以尝试是否可以通过调节复位开关来修正。 图 5.4 防夹功能检验位置 nts 30 5.8 防夹电动车窗的改进 5.8.1 基于“触觉”的防夹 由于车窗玻璃到达终端的阻力比移动过程中的阻力大得多，因此他们控制方式是不一样的。 当车窗玻璃到达关闭的终端时，因阻力变大，电动机过载，电流也变大。此时继电器有过载保护功能，会自 动切断电流。有的汽车在玻璃升降的终点设有终点装置限位开关，当玻璃到达终端时压住限位开关，电流被切断，电动机停止运转。 在摇臂末端的滑块上加装一个灵敏压力传感器代替电流感应器（图 5.4）。当车窗上升时，灵敏压力传感器感应到轻微压力信号后立刻向 ECU 发出信号， ECU 将会通过继电器让电流变向或断开，以达到保护的目的。 图 5.4 基于“触觉”的防夹电动车窗的改进 5.8.2 基于“视觉”的防夹 所谓“视觉”，是一套光学控制系统。它检测有无异物在电动车窗移动范围内，从而控制玻璃移动，无需异物直接接触到玻璃。这个光学控 制系统主要元件是光学传感器，它由红外线发射器和感应接收器组成，安装在车窗的上下边框上。在车窗上升时，开始启动红外线扫描装置，能连续精确地扫描制定的区域，具体就是车窗上下边缘的平面，一旦检测到有异物，传感器会极迅速地把信息反馈至 ECU， ECU发出指令使电动机停止运转。 此系统实现后能够在很大程度上增强电动车窗的安全性，真正实现无接触防夹，在汽车人性化设计的时代更能满足人们对汽车安全性的要求。基于“视觉”的防夹电动车窗原理如图 5.5 所示； nts 31 图 5.5 基于“视觉”的防夹电动车窗的改进 5.9 电动玻璃升降器过流 保护 5.9.1 电动玻璃升降器的控制 对电动玻璃升降器的控制及保护主要源自于对电动玻璃升降器电机的控制。现代电动玻璃升降器主要采用集中控制，即通过一个中央控制器接受各个玻璃升降的开关信号，然后由中央控制器去控制相应电动玻璃升降器的升降如图所示。 图 5.6 电动玻璃升降器的集中控制框图 nts 32 5.9.2 电动玻璃升降器过流保护的分类 根据过流保护装置的不同可分为：内部过流保护和外部过流保护。内部过流保护就是将过流保护电路集成到电动玻璃升降器总成中。由于内部过流保护增加了电动玻璃升降器总成整体的占用空间，同时由于电 动玻璃升降器位于车门内部，其环境较为苛刻，受震动影响较大，内部过哦刘保护电路的可靠性会有所下降。正因如此，现代轿车的电动玻璃升降器过流保护很少采用内部过流保护。外部过流保护是将电动玻璃升降器的过流保护电路集成到升降器总成的外部装置中，如中央集控器、熔断丝及继电器总成。由于外部过流保护可减少电机玻璃升降器总成的整体占用空间，所以被广泛应用于现代轿车中。 图 5
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