雨刮臂的臂座安装开裂问题解析

龚桂华

（ 贵阳万江航空机电有限公司 550018）

0 引言

雨刮器是来清除前挡风玻璃上的积水，给驾驶员提供清晰的视野，以确保行车安全，因此雨刮器是汽车上的一个安全件，在行车过程中特别是下雨天起着重要的作用。雨刮臂的作用是连接雨刮片和四连杆运动机构的，雨刮电机带动四连杆运动机构工作，而雨刮臂与四连杆机构直接相连，从而带动刮片进行刮拭，而雨刮臂上的臂座是与雨刮四连杆运动机构直接相连的一个零件。因此臂座与四连杆运动机构的连接可靠性，是雨刮系统能否正常工作的关键因素[1]。当臂座出现断裂或者连接松动，会直接导致雨刮片无法正常刮水，雨刮系统失效。

臂座与四连杆机构摆轴的连接是通过螺母拧紧来实现的，通过螺母的预紧力将臂座材料嵌入至摆轴的滚花中，从而实现紧固（图1）。在螺母拧紧过程中，臂座要承受较大的预紧力，因此当臂座强度不合格时，就会出现臂座在拧紧过程中直接开裂的情况（图2），从而导致雨刮臂连接失效。本文通过分析列举了会影响臂座强度的几大因素，并采取对应措施，以解决臂座安装开裂的问题。

图1 臂座与摆轴的连接

图2 臂座开裂

图3 压铸缺陷（气孔和异物）

图4 X光检测臂座压铸质量

1 影响臂座强度的主要因素

1.1 压铸质量对臂座强度的影响

臂座的材料为压铸铝合金ADC12，该零件的压铸质量会对臂座强度有非常大的影响。各种压铸缺陷，如臂座内部气孔、组织疏松及异物等，都会直接影响臂座的强度（图3）。

为了保证压铸质量，必须从以下几个方面进行控制：优化模具浇注系统设计，保证铝合金熔液的流动合理性，避免排气不良；铝锭集中熔炼，保证铝合金熔液的洁净程度，避免残留过多异物；优化压铸参数设置，严格控制压铸模具温度；加强零件管控，可通过X光机进行压铸缺陷探测(图4)，或者通过金相分析组织的致密性（图5）。

图5 断面显微金相分析

图6 喷涂厚度检测

1.2 喷涂厚度对臂座强度的影响

雨刮臂的黑色外观，是通过电泳配合喷粉的方式形成的。检测仪器（图6）对不同喷粉层厚度的臂座进行强度检测时，发现喷粉层的厚度也是影响臂座强度的因素之一，结果如表1所示。

之前的刮臂喷涂方式，臂座锥孔处是一种开放式的状态，该位置喷粉层的厚度与出粉量以及工件的喷粉次数直接相关的。出粉量越大，喷涂的次数越多，则锥孔处的喷粉厚度越厚，臂座强度也越低。为了控制锥孔位置的喷涂层厚度，保证臂座强度。在喷涂时使用堵头将臂座锥孔处进行封堵，保证了刮臂喷涂时臂座锥孔内不进粉，解决了由于喷涂厚度太厚而导致臂座安装开裂的问题[2]。

表1 不同喷涂厚度对臂座强度的影响

表2 各型螺母的预紧力对比

表3 刮臂松动力矩检测数据

图7 不同类型的螺母结构示意

1.3 螺母结构对臂座强度的影响

1.3.1 螺母结构类型

目前不同主机厂使用的螺母不尽相同，主要有以下3种类型（图7）：Ⅰ型（左），底盘不带齿的平面螺母；Ⅱ型（中），底盘带细齿的螺母；Ⅲ型（右），底盘带粗齿的螺母。在同一螺母拧紧力矩下，不同的螺母结构，使得臂座承受的预紧力也是不一样的。预紧力的大小，是影响臂座强度的主要因素。

1.3.2 预紧力计算

在螺母拧紧过程中，臂座需要承受螺母形成的预紧力。预紧力与螺母拧紧力矩的计算公式如下。

其中F为预紧力（N），M为拧紧力矩（N·m），K为摩擦系数，d为螺纹公称直径（mm）。不同类型的螺母，其底盘面与臂座接触时的摩擦系数K值不同：底盘面齿越粗大，K值越大，臂座受到的预紧力F越小。目前各大主机厂，雨刮臂的螺母拧紧力矩多为25～30 N·m。使用25 N·m的力矩进行校核，计算不同类型螺母产生的臂座预紧力差异（表2）。

从表2可知，在25 N·m的拧紧力矩时，平面螺母产生的预紧力最大，粗齿螺母产生的预紧力最小。预紧力越大，臂座安装过程中开裂的风险越高；预紧力太小，臂座越不容易开裂，但同时说明臂座被拧紧的程度也越低，后续可能会出现雨刮臂松动的问题。

根据雨刮臂性能要求，刮臂在拧紧后要能保证在80 N·m力矩下与摆轴之间的连接不能松动。在25 N·m的螺母拧紧力矩下进行了刮臂松动力矩的检测对比，数据如表3所示。

由表3可知，在25 N·m拧紧力矩时，Ⅲ型粗齿螺母形成的刮臂松动力矩最小，不满足≥80 N·m的要求；Ⅰ型平面螺母形成的刮臂松动力矩最大，矿量过大；Ⅱ型细齿螺母的刮臂松动力矩刚好满足标准要求。结合预紧力计算值和刮臂松动力矩的要求，可以确定在螺母拧紧力矩≥25 N·m时，采用Ⅱ型细齿螺母是最好的选择，既能保证臂座强度，也能保证刮臂与摆轴的连接稳固性。

3 结束语

本文通过分析验证，确定了影响臂座强度的主要因素。通过采取对应的措施，来提升臂座强度，确保臂座强度合格，避免发生臂座拧紧过程中臂座开裂问题，确保雨刮臂连接的可靠性。