汽车交叉臂式玻璃升降器设计要点讨论

1、设计 计算 研究 汽车交叉臂式玻璃升降器设计要点讨论 莫建伟 韦乐侠 ( 柳州五菱汽车联合发展有限公司) 【 摘要 】 通过对玻璃实际运行轨迹与门框高度进行结构分析 、 求出适当的升降器理想工作平面、 确定升降器厚 度与安装 基准 面、 布置升降器中位线 和主臂旋 转中心及选择升 降器大小 、 布置升 降器 支撑中心区与玻璃质心线 、 布 置小齿轮 中心( 升降器手柄轴 中心 ) 位置等， 阐述了汽 车玻璃升降器与整车匹配的设计要点 。 主题词 ： 玻璃升降器交叉臂式设计 中图分类号 ： U 4 6 3 3 5 4 3 文献标识码 ： A文章编号： 1 0 0 0 3 7 0 3 ( 2 0

2、0 9 ) 0 4 - 0 0 1 9 - 0 8 St udy o n Ke y Po i nt s o f Cr o s s - Ar m Gl a s s Li f t e r De s i g n Mo J i a n we i ， We i L e x i a ( L i u z h o u Wu l i n g A u t o mo b i l e J o i n t D e v e l o p me n t C o ， L t d ) 【 A b s t r a c t B a s e d o n t h e s t r u c t u r a l a n a l y s i s

3、 o f a c t u a l g l a s s m o v i n g t r a c k a n d d o o r fl a m e h e i g h t ，t h e p r o p e r w o r k i n g s u r f a c e o f g l a s s l i ft e r i s o b t a i n e d ， t h e t h i c k n e s s a n d i n s t all i n g r e f e r e n c e p l a n e i s d e t e r mi n e d T h e l a y o u t o f l

4、 i ft e r me d i a n l i n e a n d t h e ma i n a r l a s p i n c e n t e r , t h e s e l e c t i o n o f l i f e r s i z e ，t h e l a y o u t o f s u p p o r t i n g c e n t r a l a r e a a n d g l a s s g r a v i t y l i n e ， a s w e l l a s t h e l a y o u t o f s ma l l g e a r c e n t e r l o

5、c a t i o n ( 1 i ft e r h a n d l e a x i s c e n t e r ) e t c a r e c a r r i e d o u t ， fi n a l l y t h e k e y p o i n t s f o r t h e ma t c h i n g d e s i g n b e t w e e n g l a s s l i ft e r a n d c o mp l e t e v e h i c l e a re d i s c u s s e d Ke y wo r d s ： Gl a s s l i f t e r ，

6、 Cr o s s - Ar m, De s i g n 1 最常用的 2种玻璃升降器性能特点比较 2 交叉臂式升降器与整车匹配设计要点 现代汽车中最常用的玻璃升降器有交叉臂式升 降器与绳轮升降器 2种。交叉臂式升降器总体刚度 好 ， 对玻璃支撑区域宽 ， 玻璃上升、 下降过程中稳定性 好 ， 通过布置玻璃上升 、 下降过程蓄能装置“ 平衡弹 簧” 可大大减少升降器滑动配合面的接触应力 ， 提高 升降器的运行寿命； 缺点是运行中受到侧面因玻璃弧 度引起交叉臂变形而产 生的应力增加 了运行阻力 ， 且 其本身质量比绳轮升降器大。 绳轮式升降器可以适应 玻璃弧面半径小于 2 0 0 0mm的车型(

7、 轿车为了美观， 玻璃弧面半径或曲率半径通常小于 2 0 0 0 mm) ， 运行 时 噪声低 ， 主要 元件 是塑料 件 ， 占用金 属少 、 质 量轻 ， 对减轻车门质量和车门铰链负担有利 ； 缺点是支撑玻 璃区域窄， 玻璃上升 、 下降时若两侧受力相差过大玻 璃扭转与两侧导轨的摩擦力大增会被卡住， 钢丝绳绕 线复杂， 若松动则容易相互缠绕脱轨而失效 ， 钢丝绳 如果润滑不好与导轨摩擦会增大，绷断几率很高 ， 由 于没法安装玻璃上升 、下降过程蓄能装置 “ 平衡弹 簧” ， 手动绳轮升降器转动手柄上升用力很大， 而下降 时玻璃下降太快手柄用力小， 手感很差。 综合上述 2种升降器特点 ，新

8、车型设计时建议 优先选用交叉臂式升降器 ，没有布置交叉臂式升降 器条件时再考虑选用绳轮升降器。 2 0 0 9 年第 4期 2 1 玻璃实际运行轨迹和门框高度进行结构分析 图 I 是车 门纵 向剖面 ( 从车 头往车尾看 ) 示 意图 。 其中， 玻璃实际运行轨迹面是指玻璃在前、 后侧玻璃 导槽 和 门框 胶条 槽 内上 、 下 滑动形 成 的轨迹 ， 一 般设 计成正圆弧面、 双曲线面或其他一些美观样条组成的 光滑平顺表面 ， 通常与车门框外形保持一致 ， 以保证 玻璃与车身曲面的连续性与光顺性 ； 升降器上止点是 指玻璃上升到门框顶点时玻璃导槽的位置 ， 反之为对 应的下止点 ； 升降器上

9、止点到下止点的距离称为升降 器总行程 ， 刚好是车门框高度。一般大型货车( 客车) 玻璃实际运行轨迹的圆弧半径或曲率半径 在 3 0 0 0 - 4 0 0 0 m m之 间，微 型客 车在 2 0 0 0 3 0 0 0 mm之 间 ， 轿 车一 般 在 1 5 0 0 - 2 3 0 0 m m 之 间 ， 一 些 跑 车 、 造 型 特别的概念车可能会小于 1 5 o 0 mm； 门框高度 日一 般说来货车 微型车 轿车， 在 3 5 0 - 6 0 0 mm之间。 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， 一X R

10、2 - l t Z 4 。 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 一 】 9 一 设计 计算 研究 本身允许的最大弹性变形以及车门的密封需要 ， 日值 根据车型大小一般在 8 - 1 8 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 - 1 4 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 l 4 1 8 mm之间时 选择适合变形更大的绳轮式升降器 ；当 值大于

11、 1 8 m m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。 图 1 车 门 纵 向 剖 面 玻 璃 运行 轨迹 不 恿 2 2 升降器理想工作平面设计 升降器挠度布置如图 2所示 。升降器理想工作 平面是指没装玻璃的状态下升降器玻璃导槽在完全 自由时上 下 滑动经 过 的轨迹 平 面 ； 装 上玻 璃后 ， 玻 璃 停 在任 意位 置导槽 会 被玻璃 挤 压或拉 伸

12、而离开 升 降 器理想工作平面一段距离 ，这段距离称为升降器 的 运行挠度 。 把玻璃实际运行轨迹分割成 3段 ， 总挠度 也被分成 ， 、 及 3 3处挠度 。 升 轨迹 面 图 2升 降 器 挠 度 布 置 玻璃处于门框顶部 ( 即闭合状态 ) 时升降器玻璃 托槽被玻璃往车内压迫 ， 若 曰 大一些玻璃托槽可 以 产生较大的反作用力向车外 ( 方向) 推玻璃向腰部 密封胶条挤压 ，对车 门玻璃的密封和降低零件相互 振动噪声有利 ，但 ， 太大会对升降器正 常运行不 一 2 O 一 利 ， 迫使升降器长臂发生太大变形 、 增 大玻璃运行摩 擦力 ， 因此 。 取值范围在 5 1 2 mm之间

13、。 B z 是指主臂中心线 、 副臂 中心线与玻璃导槽完 全重合时 的挠度 ， 此时玻璃导槽被玻璃往车外拉伸 ， 避免了玻璃导槽与主臂或副臂发生干涉 ；另外它可 以起 到 分 担 升 降器 上 止 点部 分 挠 度 ( 变 形 ) 的作用 ， 避免 过大 。因此 日 z 取值要在保证避免玻璃导槽 与 主臂 或 副 臂 发 生 干涉 的前 提 下 视 大小 适 当调 整 ， 一般取 2 - 5 mm之间。 3 要在保证 B。 、 2 取值合 理的基础上尽可能小 ， 以减少玻璃受到的摩擦力 ， 降 低升降器手柄 的启动力矩或减低 电机 的启动电流。 升降器理想工作平 面必须依照 以上原 则来布 置

14、 ， 升降器理想工作平面可不与 Y Z平面平行 ， 也可 不完 全垂 直 于 ， 平 面 ( 地 面 ) 。 2 3 升降器厚度 、 安装基准面的确定 升降器厚度 ( 图 3 ) 是指升降器理想运行平面到 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 座板 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照 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

15、功能 件 比如 门锁 、 门限器 等零 件 的布置 。 因此 给 出升降 器 厚度的一般经验值是 3 O 4 5 m m之间，不推荐取太 大值 ， 否则升降器机构强度会降低。 安装基准 图 3升 降 器 厚 度 选 取 不 意 2 4 升降器中位线、 主臂旋转 中心的布置 以及升降 器大小的选择 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

16、 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 汽车技术 L 设 计 计算 研究 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 。 与下行程 z 。对没 有特殊布置要求的车门， 。 与 ： 大致相同 ， 相差最 大不能超过 4 0 m m， 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 4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 、 小 ， 支撑玻璃 的稳定性 差 ， 如 图 5所 示 ； 主臂 长度 越大 ， 、 越 大 ， 支撑玻

17、 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 6 0 。 9 5 。 ，以便选取较合适 的平衡 弹 簧 ； 扇形齿板半径 R 增大后 ， 手柄旋转半径 尺 轨迹 也会相应靠近仪表板 ， 容易造成干涉， 如图 6所示 。 图 5升降器主臂 R 过小 图 6 升降器主臂 R 过 大 2 5 升降器支撑中心区与玻璃质心线的布置 支撑中心区域与玻璃质心的布置如图

18、 7所示 ， 交叉臂的旋转中心从 上止点运动到下止点时在 y 方向的投影区称为升降器支撑中心区。交叉臂式升 降器支撑玻璃的 2个支撑点 比绳轮式升降器支撑点 宽得多 ，在升降器支撑 中心区内玻璃质心的少量偏 移对升降器支撑玻璃稳定性几乎没有影响 ，因此升 降器主臂旋转 中心在 】 ， 方 向的布置可以在保证玻 璃质心落在升降器支撑中心区的基础上适度偏向玻 璃的长边 ， 以抵消玻璃长边滑动摩擦力 与玻璃短 边滑动摩擦力 的差值 。 2 0 0 9 年第 4期 点 图 7支 撵 中心 区域 与 玻 璃 质 心 的布 置 2 a 小齿轮中心 ( 升降器手柄轴中心 ) 位置的布置 当升降器上行程 大于

19、下行程 时 ，小齿轮 中心需绕主臂旋转中心往下偏转一定角度 ( 一般与 中位线夹角不超过 2 0 。 ) ， 在保证主臂可在大齿轮中 间区域焊 接 的同时 还可让 手柄 的运 动轨迹 避开 仪表 板突出部分 ， 如 图 8所示 ； 当升降器上行程 ， 小于 下行程 ： 时， 小齿轮中心需要绕主臂旋转 中心往上 偏转一定角度 ； 当大 、 小齿轮传动比增大 ， 即大齿轮 齿数越多时升降器手柄运动轨迹越靠近仪表板 ， 从 而增加干涉的风险 ；应尽量将升降器手柄的运动轨 迹处于乘员手部可以舒服驱动的区域 内，如图 9所 示。 若车型只装配电动升降器 ， 不考虑装配手动升降 器 ， 可 以不考 虑手柄

20、 驱动轨 迹 。 一 图 8小 齿 轮 中心 的布 置图 9乘 员 手部 舒 适 驱 动 区域 3 升降器细节结构设计要点 3 1 升降器与玻璃受力分析 升降器上升阶段受力分析如图 1 O所示。其中， 肘。 为平衡弹簧受压缩时对主臂旋转中心产生的扭 矩 ； 为手柄轴在制动鼓 中转动时自锁弹簧与制动 鼓摩擦产生的阻力力矩 ； 为手柄对手柄轴施加的 驱动扭矩 ； 为驱动机构传递 的扭矩与 。 之和。 一 21 一 ， 0 Z 一 设计 计算 研究 图 l 0升 降 器 上 升 阶段 受 力 分 析 对玻璃进行受力分析有 ： F = G ( 1 ) 式 中 ， F 为升降器 上升时玻璃受的力 是两侧

21、 玻璃胶条对玻璃 的摩擦力 为腰部玻璃胶条对 玻 璃的摩擦力 ； G为玻璃所受重力 。 固定 的车 门系统 、 、 这 3个值 变 化不 大 ， 为方便研究将这 3个摩擦力合并称为 ， ，为定值常 数 ， 即 ： F 弓、 畸 对升降器进行受力分析 ： F = 2 X C O S O R = 2 ( Ml + i M) x c o s a R ( 2 ) 式中 ， i 是升降器大 、小齿 轮的传动 比； 是升降器 主臂 长 ； 为中位线 夹 角 ； 对 于手动 升 降器 是手 柄 的启 动力矩 ， 对 于 电动升 降器是 电机输 出轴扭 矩 。 联立 式 ( 1 ) 、 式 ( 2 ) 有 ：

22、 2 ( Ml + i x M) x c o s a R = G+ F 故 有 ： M= c o s a ( G + F ) R 一 1 2 x i 升降器下降阶段受力分析如图 1 1所示 。 对玻璃 受力 分析有 ： F” = G F ( 3 ) 式 中， ， 为升降器下降阶段玻璃所受的力。 升降器下降阶段对升降器分析有 ： F” = 2 x M X C O S R ( 4) 联 立式 ( 3 ) 、 式 ( 4 ) ： 2 x ( i M M1 ) x o s a R = G F ( 5 ) 故有 ： M= t ( G F ) x R c o s a+ I 2 x i ( 6 ) 通 过对

23、 图 1 0 、 图 1 1 分 析 可得 出 ， 在 上 止点 处 平 衡弹簧对玻璃 的支撑力最小，升降器所需要的驱动 力矩 M 达到最大 ； 当玻璃下降到下止点时平衡弹簧 收缩最大、 反弹力最大， 升降器所需克服的力矩也会 一 2 2 一 达到最大值 ，必须对齿轮传动比以及平衡弹簧的力 矩一 转角特性曲线进行优化设计 ，让行程范 围内平 衡弹簧 的反力矩与玻璃 的重力和阻力尽可fl A , ， 以 减轻升降器驱动机构的负担 ， 增加升降器寿命。 r _ ，一一一 、 、 图 1 1升 降 器 F降 阶段 受 力 分 析 3 2 升降器传动 比的选取 由式 ( 5 ) 、 式 ( 6 ) 可

24、 以得 出 ， 齿 轮 传 动 比越 大 ， 升 降器驱动机构所需要的启动力矩 越小 ， 因此设计 时可减少小齿轮齿数 、 增加大齿轮齿数， 从而达到增 大升降器传动比的 目的。手动升降器传动比越大玻 璃 运行 速度 越慢 ，若 玻璃 从下 止点 运行 到上 止点 时 手柄所需要转动的圈数大于 5 ，会让操作人员觉得 升降太慢而感到不舒适 ；电动升降器传动比越大对 驱 动 电机输 出扭 矩要 求越 小 ， 电机 可 以以较 小电流 、 较 高转 速驱 动 ， 对 电机耐 用性 有利 。 目前 国内外各 类 升降器产品的传动 比取值一般都在 1 2 - 2 8之间。 3 - 3 平衡弹簧设计计算

25、 平 衡 弹簧 是 厚 度 2 3 5 m m、 宽度 5 9 m m、 弹 簧 钢卷制 4 6圈的螺旋状卷簧 ，除了在升降器上升 、 下降时起到缓冲作用外 ， 它还是玻璃上升 、 下降过程 的蓄能装置。 在玻璃下降时， 平衡弹簧旋紧而张力增 大 ， 使玻璃下降较平稳 ； 而玻璃上升时， 弹簧的张开 弹力可减轻升降器主动驱动部分大部分负担 ，提高 零件 的寿命 。 3 3 1 平衡弹簧工作原理及特性曲线 对 一般 的平 衡 弹簧 转 角 一 扭 矩 数据 分 析 可 用 如 图 1 2所示的测试方法 ， 平衡弹簧扭矩与转角的关系 特性 曲线如图 1 3所示 。 由图 1 3可算出平衡弹簧倔强系

26、数 K： K = = 0 0 7 0 3 N m ( 。 ) 由 图 1 3分 析 可 知 ， 由于 尺寸 圈数 少 ， 工 作 转 角 范 围只有 0 1 4 0 。 ， 当平衡 弹 簧被 压缩 到 l l 0 。 左 右 时 弹簧各圈之间开始接触称为并圈，这时各圈受力不 汽 车技术 ， llII f ， 设 计 计 算 研 究 再 均匀 局部 产生 干涉应 力 ，扭 矩 不再与转 角 成正 比 ， 而是陡然上升 ， 若继续压缩 ， 弹簧将发生不可恢 复的局部永久变形而损坏。止点平衡弹簧对玻璃的 支撑力最小 ，为了让平衡弹簧在上止点就可以产生 一 定扭矩以便产生较大助推力 ，平衡弹簧应该预压

27、 缩在上止点旋转一定角度， 这个角度称作预紧角。 预 紧角大， 平衡弹簧对升降器助力好 ， 但是预紧角太大 时上止点转角过大 ， 弹簧损坏 ， 反弹力太大也会让升 降器驱动部分受到强大应力而损坏。因此平衡弹簧 实际工作角在 3 0 。 - 1 2 0 。 之间 ，预紧角 区间为 0 。 3 0 。 ，这也是确定升降器主臂工作转角在 6 0 。 - 9 5 。 范 围内的原 因 。 图 1 2 1 2 1 O 拿 8 Z d 2 0 平衡弹簧转角一 扭矩测量简图 并圈后倔强系数急剧增大 图 l 3半 衡 弹 簧转 角一扭矩 特 性 曲线 3 3 2 平衡弹簧在升降器运行过程中的平衡作用 给定中位

28、线位置、 主臂旋转中心； 升降器的主臂 长度 = 0 3 m； 平衡弹簧预紧角 口= 2 0 。 ； G = 2 5 N、 2 0 N( 恒定不变) ； 工作转角区间 2 0 。 一 9 0 5 。 。 当主臂绕旋转中心偏转 0 时，平衡弹簧对玻璃 产 生的垂 直 向上反 弹力 ： F I = 2 K0 c o s ( 6 5 5 。 一 0) R 若用如图 1 3所示的平衡弹簧 ， 将 K= 0 0 7 0 3 N m ( 。 ) 代入可得 ： F = 2 x 0 0 7 0 3 0 c o s ( 6 5 5 。 一 0) o 3 2 0 0 9 年第 4期 根据 绘 图软件测 绘 出主臂

29、偏 转 角 0 与 平衡 弹簧 对玻璃产生的垂直向上反 弹力之间 的对应关系 曲 线 ， 如图 l 4所示。 图 l 4平衡弹簧预紧角为 2 O 。 时主臂偏转角与平衡 弹簧 对玻璃产生的垂直 向上反弹力 的对应关系曲线 从 图 1 4可以得出 ，在上止点时 与阻力差值 。较大 ，驱动机构要用较大的力矩才能驱动玻璃 ， 可用如图 1 5所示的方法加大平衡弹簧预紧角 ， 使平 衡 弹 簧预 紧角 实 际 区 间往后 移 到 4 0 。 1 l 0 5 。 之 间 。 让 与总阻力差值 艿。 、 z 尽 可能接近 ，当 t = ： 时 ， 有 ： G+ i =El 一G+ F 2G=F + 。 0

30、 = 4 0 。 时 ， = 2 c o s ( 8 5 5 。 一 0) R 在 区 间( 4 0 。 ， 1 1 0 5 。 ) 内有最 小值 ： i = 2x Kx 40 。 c o s 4 5 5。 0 3 =l 8 6 91 K 0= 8 5 5 。 时 ， F l = 2 KO C O S ( 8 5 5 。 一 0) R 在 区 间 ( 4 0 。 ， l l O 5 。 ) 有 最 大值 ： = 2 x K x 8 5 5 。 c o s ( 8 5 5 。 - 8 5 5 。 ) o 3 =5 7 0 K 将 = 5 7 0 K、 F l ； = 1 8 6 9 1 K代人

31、2 G = F + j 得 ： 2 x2 5 =5 7 0 K+l 8 6 9 1 K K = 0 0 6 6 l N m ( 。 ) 根据以上分析将平衡弹簧预紧角由 2 0 。 调整到 4 0 。 ； 将倔强系数 由 0 0 7 0 3 N m ( 。 ) 调整到 0 0 6 6 1 N I n ( 。 ) 。 调整后平衡弹簧 曲线主要分 布在上升阻力 与下降阻力的中间区域 ，实现了升降器驱动机构负 荷平缓变化 、 平稳运行。 手动升降器此时乘员驱动手 柄最省力舒适 ；电动升降器此时电机需要工作电流 最小 ， 可以更好的保护汽车蓄电池 ， 又可节约能源。 通过分析可知 ，一个工作循环内驱动机

32、构需要 一 2 3 设计 计算 研究 做的总功仅与玻璃重力和玻璃胶条摩擦力 F有关 ， 而与平衡弹簧的 曲线形状无关。 平衡弹簧可以使 升 降器驱动机构在玻璃上升阶段需要做 的功 与 玻璃下降阶段需要做的功 大致相等 。降低玻璃 与胶 条 之 间 的摩 擦 力 F是 减 少 升 降器 驱 动 机 构 总 负荷 的较好 方法 ，如 图 1 6所示 ，在 F由 2 O N减 少 1 0 N时 ， 升降器驱动机构负荷( W 、 W 的阴影区) 大 大降低 。 0 上止点 2 0 4 0 下止点1 0 0 1 2 0 G- F= 5 0N 下降阶段 心 G=2 5 N 图 l 5 平衡 弹簧预紧角调整

33、为 4 0 。 时主臂偏转角与平衡弹 簧对玻璃产生的垂 直向上反 弹力 的对应关系曲线 上 下止点 图 1 6玻 璃摩 擦 力 2 0 N减 少 到 1 0 N 时 E l 一 对 应关 系 曲 线 计算 出合理 的平 衡 弹簧倔 强 系数之 后 ，综合 考 虑 平衡 弹簧 有 效 圈数 、 并 圈 角度 、 截 面设 计 、 热处 理 硬度等工艺 ，试验测绘 出平衡弹簧 的转角一 力矩特 性 曲线 ， 根据 曲线计算实际 K值 ， 多次调整使 实际 K值尽量接近理想值。 3 4 主要影响升降器性能的其它设计 3 4 1 大 、 小齿 轮 的设计 为使升降器的齿轮副传动比增大，小齿轮齿数 应尽

34、可能小。 考虑到传动副的平稳性 、 折齿强度以及 加工性 ， 一般取齿 轮所允许的最 小值 6 8齿 ， 模 数 取 2 0或 2 2 5 。小齿轮一般采用含铜 的粉末冶金材 料通过冲压 、 烧结加工而成 ， 这种材料的特点是多孔 吸油 、 耐磨 、 工艺容易实现、 生产效率高 ， 但对热处理 要求高， 工艺控制不好容易折断。 为达到国家汽车玻 璃升 降器行业标准 ( Q C T 6 2 6 -2 0 0 8 ) 中 1 4 7 N m 一 2 4 一 的过载负荷而不断齿的要求 ，通常采用加大小齿轮 变位 系 、齿 根 圆 ( 同时减 小大 齿轮 齿顶 圆 以避 免顶 齿) 或采用模数大一些

35、的小齿轮， 以使小齿轮单齿折 齿 强 度达 到 2 0 N m 左右 。 大齿 轮一 般采 用 2 5号 钢板 ， 因为一 般钢 板厚 度 在 3 5 m m 以下 ， 热 处 理 容 易 变形 ， 因此 对 于外 形 尺 寸大的大齿轮不适合通过进行渗碳 、淬火等热处理 工艺提高齿 面硬度 ， 只能采用含碳量较高、 表面硬度 高 的钢板 ， 以提高大齿轮耐磨性 。 3 4 2 制 动 系统机 构设 计 国家汽车玻 璃升 降器行业 标准( Q C T 6 2 6 2 0 0 8 ) 中对升降器的制动系统机构有两点要求 ： 玻璃 可 以在 任 意位 置 停 留 ，而 且 在 玻 璃 升 降 器 上

36、 施 加 4 0 0 N的载荷时升降器必须制动可靠 ，传动轴不得 反转导致玻璃下滑以保证乘员可以可靠控制玻璃窗 的任意开度 ， 并让车辆具有一定 的防盗功能 ； 在模拟 玻 璃 上增 加 5 k g的载 荷 时 ， 在 上 升过 程 中撤 消 手柄 扭矩后玻璃底边中点下降量不大于 3 mm， 以保证玻 璃 与 车窗 完全 密封 。 加大齿轮副传动比可以降低传递到制动机构的 力 矩 ， 以主臂 长度 3 0 0 m m、 大小 齿 轮副 传 动 比 2 0为 例 ， 当模拟玻璃上加载 4 0 0 N拉力时 ， 升降器制动机 构 所需 要 制动 力矩 为 ： Ma = 4 0 0 x O 3 x

37、c o s ax O 5 2 0 ( 在 中位线 时 O L = 0 ) =30 N I T lt 这样 小 的制 动力 矩一 般 手动 升 降器 的制 动机 构 都可满足 ， 但是 自锁弹簧与制动鼓之间是滑动摩擦 ， 自锁弹簧硬度高 、制动鼓采用的高拉深率板材零件 表面硬度低 ， 制动鼓磨损 内径容易增大 ， 自锁弹簧 2 个回钩回缩时与传动轴限位面没有足够的工作间隙 角 将致 使 整个 制动 机构 失效 。 因此设 计 时不但要 增加制动鼓 内表面硬度 ( 要求渗碳处理 ) ， 而且要预 留足够的间隙角 。 ( 图 l 7 ) 。 对 于行业标 准 中玻璃 下 降量 小于 3 m m 的要

38、 求 ，主要通过控制装配后挡舌与 自锁弹簧 2回钩的 间隙角 来实现 ， 以上面计算制动力矩 的条件为例 计算 ： 的最大允许值 。 当主臂处以 中位线时 ， 玻璃下 降 3 m m， 则主臂 转 过 的角 度为 a r c s i n ( 3 1 5 0 ) = 1 1 l 。 小齿 轮最 多可 转角 度 为 ： 2 =1 1 o x i =1 1 1 x2 0 =2 2 2。 考虑升降器整体支撑刚度的影响以及大 、小齿 轮副的啮合 间隙 ， 实际设计值还需适 当减少 ， 以 保证玻璃下降量小于 3 mm。 汽 车技术 设计 计算 研究 图 1 7 制动鼓各 间隙角示意 电动升降器制动机构通

39、过蜗轮蜗杆方式实现单 向力矩 的单 向传 动 ，由于 电机的蜗 轮蜗杆 制动 力臂 大， 只要润滑良好 ， 蜗轮蜗杆不容易磨损失效 ， 所 以 电动升降器的制动可靠性 比手动升降器好得多 ， 玻 璃一般可承受 6 0 0 N以上的压力而不下降，断电之 后玻璃下降量都在 2 mm以内，玻璃防撬性能与密 封性能都有较好保证。 表 1 手动、 电动玻璃 升降器的共同测试项 目及试验控制参考值 试验项 目 测量方法 测量仪器 试验控制与调整 车门内板的安装孔位 ， 以安 安装孔位的位置偏差保证在 0 5 m l n以内 ； 装 面为基 准测 量两侧 导槽 数模设计 、 与实际位 三座标 、 两侧导槽

40、轮廓度度偏差不得超过 3 m m； 轮廓度 ， 上止点 、 下止点 、 中 置对 比 专用检具 上止点 、 下止点 、 中位等 3 处挠度值与设计值偏差不大于 2 m m； 位等3 处挠度值 调整并完成上述试验后才可以进行与实车f 1 相关的其他试验 玻璃胶条 、 门框导轨以及玻璃等的零件公差应符合设计要求 ； 利 用 公 式 ： F = G 上 、 中 、 下各测 3处取平均值 ， 给平衡 弹簧设计计算用 ； 实际车门玻璃运行摩擦力 弹簧秤 以及 F = G F 玻璃摩擦力任意一点的实测值应小于 2 O N，否则 调整其他 配合 件的设计 与理论最佳设计偏差不应超过 2 0， 偏大可 以适

41、当加大热处理 测 试 平衡 弹 簧转 角 温度或减少平衡 弹簧截面积 ， 偏小可以适 当增加平衡弹簧截面积 与 扭 矩 值 l 5 2 O个 专用夹具+ 或热处理硬度 ； 平 衡弹 簧转 角与扭 矩 特性 对应 点 ， 画出平衡 弹 画有角度线 平衡弹簧开始并圈角度不应小于最大工作 角度 的 8 O，最大工 曲线 簧 转 角 与扭 矩 特性 的试验平 台 作转角超过 2 0平衡弹簧仍可恢复 ，任何部位 不发生永久性变 曲线 ， 从 而求 出平衡 + 弹簧秤 形 ； 弹簧的倔强系数 平衡弹簧硬度不可以大于 H R C 5 0 ， 否则容易产生裂纹而断裂 ， 不 可小于 H R C 3 6 ， 否

42、则弹性 不足 ， 容易发生永久性变形 表 2 手动玻璃升降器的测试项目及控制参考值 试验项 目 汽车行业标准要求 测量方法 测量仪器 试验控制与调整 固定玻璃托槽 ， 传动轴上施加 固定玻璃 托槽 ， 传 动轴 任何部位不得断裂 、 失效或发生永久性变形 ； 操作强度 l 4 7 N m的扭矩 ， 升降器各部 上( 正 、 反方 向) 施加 扭 专用试验台 观察试验过程 中变形最大 的部件 ，分 析决定是 位不被破坏或无永久性 变形 矩 1 4 7 N m 否有改进 的必要 模拟玻璃上加 5 k g负 扭矩传感器 若过大 ， 应调整各齿轮啮合间隙 自锁性 小于 3m m 荷 ， 断 电后 测量

43、玻璃 下 ( 精度 1 0) 降量 用 模 拟玻 璃 或 实 车 门 升 降器最 大静止 手柄扭 矩不 测量 ， 上止 点 、 中上点 、 扭矩传感器 一般控制在 0 3 0 6 N m之间 ， 过大平衡弹簧助 启动力矩 大于 1 8N m 中位 、 中下 点以及 下止 ( 精度 1 0) 力作用太小 ， 过小说 明平衡弹簧过硬 点 5个点 的启动力矩 振 动 频 率 3 3 3 H z 、 加 速檀 2 9 4m s 、上下振动 4 h后各 玻璃停 留在 中位 ， 加 挂 振动试验 设计 振动测试 实测值不能大于 l m m， 否则应调整制 动机构 的 连接部 位无 脱落 、 松 动 ， 玻

44、璃 2 倍重力的重物 下降量不大于 5m m 每 5 O 0 o次循 环检查记 录启动力矩 ， 查看各摩擦 副的磨损情况 ； 2 万次工作循环后 ， 做平行度 、 下降量 、 启动力矩 等 3项测试 ， 性能下降 2 0 ； 模 拟玻璃+ 摩 擦力或 用 制动鼓 内壁的磨损量 不应大于 O 3 mm、自锁弹 耐久性 调整好 的实车 门测试 ， 专用 试 验 台 + 簧工作 间隙变化量不应超过原先的 5 0 ； 测试 2 万次工作循环 测 试 速 度 5 7个 循 环 计数器 测量 转动 轴与安 装板 配合 孔 的磨 损量 不 大于 分钟 ， 共 2万次循环 0 5m i l l ； 交叉 臂

45、旋转 处 垫 片 直 径 的磨 损 量 不 大 于 0 - 3 m m ； 齿轮任意一齿的磨损量不大于 0 4 m m，齿的两 面磨损应相差不大 2 0 0 9 年第 4期 一2 5 设计 计算 研究 表 3 电动动玻璃 升降器的测试 项 目以及控 制参考值 汽车行业 试 验项 目 测量方法 测量仪器 试验控制与调整 标准要求 建议 小于 5 A，装实车 门测试 应该与标准模 拟负载测试结果 模 拟 玻 璃 负 载 6 0 N， 相 差不大 ， 这样 可 以保证 电机 电刷 、 开关触点 不受到 强电流 工作电流 小于 l 5 A 电流传感器 的冲击而烧坏 ， 防止电机寿命缩 短 ； 装实车门

46、测试 ( 精度 0 0 1 A) 可以适 当增加线圈绕组 ， 小电流输入 、 大扭矩输 出， 向 国外 电 机靠拢 堵转电流 小于 3 5A 工作电压 l 2 V ， 试验夹具 建议小 于 1 5 A， 以保护蓄 电池 、 开关触点 运行 小于 0 3 位移传感器 与旋转臂 制造精度有 关 ，如超过 应调整焊具 ， 确 保各 旋转臂 n U n 按试验试验夹具 平行度 ( 精度 0 0 1 m m) 等长 l o 0 m m 测量上止点时玻璃 向上 ( 拉 ) 压力传感器 大尺寸玻璃可 以适 当加大 ， 一般 中等尺寸 的玻璃控 制在 2 0 0 关闭力 的关 闭力 ( 精度 1 0N ) 5 0 N 位移传感器 模 拟 玻 璃 负 载 6 0N ( 精 度 0 0 1 mm) ， 上