轿车车门玻璃升降系统分析

玻璃升降系统分析目录一、前言二、升降机分类三、绳轮式电动玻璃升降器工作原理四、齿板式电动玻璃升降器五、升降系统(绳轮式)各部件对系统性能的影响六、玻璃升降器的性能指标七、升降器失效模式一、简要说明：升降系统是汽车的运动部分，通过升降器可以提高乘员方便性、舒适性，增大视野范围，但在我们公司目前车型，升降系统一致是困扰我们的一个主要问题点，如何快速去分析这个问题，是工艺技术人员必须思考的一个问题。二、璃升降器分类：玻璃升降器也称为升降器或摇窗机。按传动机构的型式分为：丝杆式随遇平衡式挠性元件传动、曲柄摆杆式齿条齿板齿轮齿板摇臂式单臂式平行四连杆式交叉臂式双臂对称摆动式中央支承式按动力分类电动式液压式手动式（卷簧式平衡弹簧）三、绳轮式电动玻璃升降器工作原理：3.1结构分析：是指由直流电机驱动，通过卷丝筒、绳索等转动，使车窗玻璃上升或下降到需要位置的一种装置。；升降器系统的系统图如下图所示。升降器的导轨总成1通过上下部分的安装支架分别固定在门内钣金上，卷丝机构4连同电机5也固定在车门内钣金上，车窗玻璃通过自攻螺钉固定在滑块2上。3.2工作原理前/后玻璃导向槽是空间的平行曲线，导轨总成1的曲线与前/后玻璃导向槽的曲线平行，导轨总成1的延长线应通过玻璃重心，且玻璃的重心作用线与导轨总成1的夹角不应过大；电机接受控制系统传递的信号做正或反转，使卷丝机构中丝筒旋转，收缩或放长拉丝3，使滑块沿导轨总成上下运动，从而带动车窗玻璃沿前后玻璃导向槽作上下运动。导轨总成1拉丝33.3优缺点由于其托架导轨和玻璃运行轨迹匹配完好。总体而言绳轮式电动玻璃升降器的运行平稳，噪音小；它所用的零件少、质量小、加工容易、安装方便，常用于轿车，尤其适用于大曲率弧形升降面的轿车车门上。只是由于其钢丝绳配以塑料件及部分冲压件的结构，其总体疲劳寿命周期较第二种叉臂式升降器为短，而且，对车门钣金及导轨精度要求较高。3.4类似结构的应用：现在由于轿车的外形和总体结构发生了较大的变化，因此升降器也从原来的单一导轨滑动运行衍生出双导轨辅助运行的双导轨升降器。这种升降器原理和原先的单导轨升降器原理相同，只是考虑到高档车型前门玻璃较宽较重但使用一根导轨不能完全满足其运动轨迹在玻璃中心轨迹上，因此采用开档较大的两根导轨结果完全解决此类问题。双导轨升降器运行情况非常良好，只是在设计时的难度较大。四、齿板式电动玻璃升降器4.1结构：是指由直流电机驱动，通过电机内齿轮、外部传动齿板以及由升降臂、固定臂、平衡臂组成的一四杆机构的运动，使车窗玻璃上升或下降到需要位置的一种装置，结构如下图：51673824电机1、转动齿板2、平衡臂3、轴销4、固定臂5、升降臂6、长导轨总成7、滑轮组件8A：在车身上，固定臂5的延长线应通过轴销4，并与轴销4垂直，固定臂5两个固定点的轴线与轴销4平行；B：固定臂5与长导轨总成7在空间平行；C：前玻璃导槽与后玻璃导槽在空间平行；D：在X轴方向，应尽量使玻璃和传动臂的重力作用线始终接近或重合于同一条直线上；E：在Y轴方向，升降臂6和平衡臂3在运动过程中会产生变形，由于玻璃在上止点和下止点的频率较高，因此，可在设计时把玻璃在上止点和下止点时升降臂6和平衡臂3的变形量调到较小，而在中间位置时变形量较大；4.2工作原理使用齿轮出轴电机驱动齿板带动交叉的两个冲压件长短臂实现上下运动（类似于剪刀交叉臂的工作原理）。如下图所示，在使用时，玻璃升降器的电机1固定在支架上，支架固定在门内钣金上，固定臂5水平固定在门钣金上，玻璃通过两个螺钉固定在升降器的长导轨总成7上。通过电机的转动，带动转动齿板2旋转，使升降臂6围绕轴销4做正向，反向旋转一定角度；同时平衡臂以中轴为转动点，滑轮组件8在固定臂和长导跪总成7中作往返运动，使长导轨总成作上下运动，带动玻璃沿前后端的导向槽上下运动（运动的周边环境与绳轮式玻璃升降器是一样的，只是升降器自身类别不一样）实现玻璃升降功能。电机1固定臂5长导轨总成7转动齿板2升降臂6轴销4滑轮组件84.3优缺点由于其只能实现上下运动，为了满足其在空间匹配车门弧度运行要求。齿板式升降器在和玻璃固定的部位使用球头结构以实现多方向灵活转动的要求。由于叉臂式结构简单，承重能力强。因此一般齿板式升降器多用于面包车、重型车辆等运行状况较差的整车上。由于其结构多为冲压件从原理上讲，其所能达到的寿命要求应高于绳轮式升降器。只是由于其采用金属件齿轮啮合和长短臂相互摩擦的结构在这些环节上对材料、结构和工艺的要求较高。总体而言，齿板式升降器运行平稳性上要差于绳轮式升降器，这也限制了它在轿车上的使用。4.4类似结构的应用：除交叉臂式升降器外，齿板式升降器还包括单臂式升降器和平行臂式玻璃升降器；单臂式升降器具有结构简单，质量小，成本低，安装布置方便和占用车门内空间小的特点。缺点是玻璃的质心与升降臂的质心之间的相对位置经常变化，故玻璃升降时，易产生倾斜、卡住。因此单臂式只适用于形状规整的正方形、长方形玻璃且车门框上具有平行的玻璃导槽的车门上；平行臂式玻璃升降器不如交叉臂式升降器运行平稳；4.5关键点：1、升降器电机堵转力矩的选取，对整个升降系统的影响非常大，若电机堵转力过大，会造成升降臂6产生较大的弯曲、变形，从而抵住车门内板或外板，造成门板鼓起的质量问题；会严重磨损升降器的齿板，降低升降器使用寿命；2、升降臂6材料的选取很重要，一般要求所选材料的屈服强度应大于400Mpa，保证升降臂在运动过程中发生的是弹性变形，不应出现较大的塑性变形；升降臂6的结构不应存在可能产生塑性变形的弱区；五、升降系统(绳轮式)各部件对系统性能的影响5.1升降器自身结构影响：车窗玻璃、升降器导轨及前后玻璃导向槽的几个型线都是平行的，整个系统在玻璃升降过程中，理论上不应出现车窗玻璃脱离前后导向槽，或者是车窗玻璃前倾、后倾，导致与导向槽的间隙过小的现象。5.2滑块的影响：考虑到车门钣金及升降器的制造精度，一般很难保证每一个升降器与整个系统达到很完美的匹配，所以一般滑块与导轨之间应有一定的活动间隙，用来保证滑块在上升或下降过程中不断微调自身与导轨之间的位置以减小车窗玻璃在运动过程中的摩擦阻力。滑块自身有一定的自由度，但如果与导轨之间的活动间隙太大，在升降器启动的瞬间滑块将左右晃动，程度严重将造成固定在滑块上的车窗玻璃发生大幅度前倾，导致车窗玻璃无法顺利上升。所以在设计升降器时对滑块与导轨之间的距离将做严格要求。5.3玻璃弧度的影响：5.3.1Z轴方向的弧度玻璃在Z轴方向的弧度应与前后玻璃导向槽的弧度保持一致，否则易出现当玻璃在导向槽上下运动时，玻璃偏向导向槽的一面，导轨玻璃对呢槽的作用力变大，在同一呢槽表面磨擦系数一样的情况下，必然导致升降阻力变大，从而影响玻璃在导轨中顺利地升降。5.3.2X轴方向的球面它易导致和外挡水条的间隙过紧，使车窗玻璃在上升时，外挡水条对它的作用阻力过大。5.4前玻璃导向槽的影响：5.4.1自身弧度与升降器的弧度的一致性在实际生产中，由于工装、焊装等因素，有可能使导向槽出现如图7所示的偏面，这对于整个系统来讲是致命的。因车窗玻璃的运动方向还是它的设计方向，导致玻璃在上升运动时，在Y轴方向给予导向槽的槽壁一个压力F，导轨最终在Z轴方向磨擦力的增大。从而影响玻璃在导轨中的顺利地升降。根据玻璃的不同需要，玻璃周边质量要求不同，具体要求见表缺陷种类允许偏差孔径偏差0～+0.5mm孔心距偏差±1.0mm孔距边偏差±1.0mm孔爆边不倒角孔允许宽≤0.5mm，长≤1.0mm的爆边3～5个；倒角孔必须均匀光滑，不允许有密集的小爆边倒角偏差倒角宽度：0.3mm～0.5mm；倒角角度：45°～60°（见图1）平面或单曲面玻璃尺寸公差种类纵向及横向偏差曲线部偏差边长L单块面积（m2）L≤600600＜L≤1200L＞1200S≤0.3S0.3夹层玻璃0～-1.50～-2.00～-2.50～-3.00～-4.0钢化玻璃0～-3.05.4.2前导向槽的安装支架的影响前导向槽的安装支架相对车身的位置，影响了车窗玻璃与玻璃导轨的空间位置关系（X方向）。在B11东方之子车身匹配的过程中，出现前导向槽的空间位置在焊装过程中无法稳定的情况。作上图中的B-B截面得下图，车窗玻璃在导向槽的上段和下段与导轨面的距离Z值不一致且很小，极度情况出现Z≤2mm情况。加上呢槽的截面宽度，玻璃在X方向就已给了导向槽压力F1，这种情况是绝对不允许出现的。5.4.3导轨的截面，截面的一致性；在图中要严格控制A的尺寸。车窗玻璃的厚度在一般的情况下都为3.2mm，呢槽安装在导轨中，玻璃在沿着玻璃导轨导向的运动过程中，它与呢槽的间隙应是均匀并有一定的活动量（图中X值），如果导轨的截面在人为不知的因素下，减小1-2mm,整个环境体现出来就是在横向方向上呢槽对玻璃的压力F2增大，引起升降的阻力增大，影响整个系统的正常工作。同时导轨的截面的尺寸必须严格控制一致性，否则容易出现部分区域阻力大，部分区域阻力小，玻璃升降器在升降过程中出现抖动现象。5.4.4后玻璃导向槽的影响后玻璃导向槽对升降器系统的影响基本同前导向槽一致。因各种车型采用的结构不同略有影响轻重之分，如在B11车型上，前玻璃导向槽为焊装件，后玻璃导向槽为安装件，前导向槽的影响就较后导向槽大。5.4.5呢槽的影响：呢槽能减缓玻璃和导向槽的作用力，使他们之间的硬接触变为软接触，但它更重要的作用是在玻璃和导向槽之间密封，起防尘、防雨、隔音等作用。5.4.6呢槽的截面呢槽的截面主要是影响了下图中的F2，它与上图中的尺寸A关系是一致的：A值小，截面尺寸小；A值大，截面尺寸可以大，实际状态导轨截面不符合设计要求，呢槽装配不到位导轨截面不符合设计要求，导致呢槽底边与玻璃接触部位过紧，呢槽容易磨损导轨截面不符合设计要求，设计角度为88度，实际为90度角，导致呢槽与玻璃接触挤压力偏大，呢槽容易破损90玻璃呢槽导轨F25.4.7呢槽的表面处理呢槽表面摩擦系数的高低是影响系统升降的重要一环，它直接影响了上图中的F2。因目前还没有很好的方法来测量呢槽表面磨擦系数，所以只能通过外观、表面手感来衡量，再则通过升降时间的长短来间接评价表面磨擦系数。它要求表面光滑，不能有丝毫的粘性。5.4.8外挡水条的影响。它与车窗玻璃在X方向的球面对系统的影响是一致的5.4.9车门内板的影响5.4.9.1玻璃升降器的导轨安装孔：一般要求四个安装孔在X轴方向应是腰形孔，使得导轨在内板上可以调节，以弥补前后导向槽在焊接或总装时造成的位置偏差。如果玻璃在升降器起动时（升降器的滑块的初始位置在下端）玻璃向前倾斜，则下方导轨安装支架向-X轴方向调整；如果玻璃上升时上端部分前倾，则上方导轨安装支架后调。5.4.9.2后导向槽的安装位置：B11车门内板的孔位决定了后导向槽的安装位置。如果在车门内板已稳定、定型的情况下，而后导向槽的空间位置不理想，可以通过调整导向槽的安装支架来实现系统的和谐匹配。5.4.10车门内外板之间的距离要求六、玻璃升降器的性能指标6.1绳轮式升降器基本性能指标6.1.1工作电压（限电动升降器）工作电压为：9～15V，应无异常现象，无干扰性噪声，不允许有震颤或冲动。试验电压为：12.5±0.1V。6.1.2运行电流工作电流为：≤15A，堵转电流为：≤25A6.1.3上升（下降）时间电动玻璃升降器的上升时间主要考核升降器在完成工作行程中所需的时间（下降过程所用时间为下降时间）。一般而言，对其运行时间主要考核上升时间。因为上升时需克服玻璃自重，所以运行时间、电流等都比下降时来得大（下降为利用玻璃自重）。6.2电动玻璃升降器其它性能指标6.2.1自锁性能升降器应具有自锁性能，其主要考核的原因是考虑到防盗问题。如在车内无人的情况下，以一定的力向下拽动玻璃。电机里涡轮涡杆不能实现一定的自锁功能则可能会造成汽车失窃事件的发生。B11升降器的自锁性能指标为：升降器在车窗玻璃行程内任一点应具有自锁性能，当升降器中的托架施加500N负载时，零件不应损坏，无永久性变形，无功能障碍，各功能应保持良好。允许下降量不大于5mm。6.2.2温度交变性