车辆工程毕业设计130汽车电动玻璃升降器的设计

车辆工程毕业设计130汽车电动玻璃升降器
的设计
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。

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20XX 年和20XX年的两轮爆发式增长后，开始步入平稳增长阶段。

20XX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1
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。

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20XX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，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。

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
2
表国内主要生产电动玻璃升降器生产厂一览表
产品名称电动玻璃升降器企业名称上海实业交通电器有限公司主要车型桑塔纳、别克、帕萨特、金杯、猎豹张家港博泽汽车部件有限公司贵州万江电机厂镇江Rockwell 跃进集团随车工厂重庆力士得绳索有限公司吉林省红钴汽车电器股份有限公司温州天球电器有限公司浙江中欧汽车电器有限公司桑塔纳、捷达、奥迪捷达、小红旗、马自达富康、切诺基依维柯雅阁捷达目前电动玻璃升降器产品市场主要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。

其市场占有率见表
表 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市场占有率 (万只，电动) 玻璃升降器万只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中国贵航集团万江电机厂“十五”期间轿车将万辆发展到110~121万量；客车万辆发展到55~68万量；卡车万辆发展到万辆。

玻璃升降器的总产量从表与表比较看出，到“十五”末将增加~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99年%到20XX年达到30%。

3
表汽车需求量及玻璃升降器发展数量
车型载货汽车客车轿车总量20XX年需求量106-121 55-68 110-121 271-310 玻璃升降器发展量216-242 110-136 440-484 766-862 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。

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。

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/T636-20XX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。

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。

4
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，将原来直接各供应商提供单个零件，整车厂在生产线上组装的生产模式逐步转为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。

5
第2章汽车玻璃升降器的结构工作原理与技术参数
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所示。

表电动玻璃升降器结构特点
结构形式绳轮式动力源直流微电机开关改变电机极性，作正反向旋转，带动机构作上下运动。

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。

结构特点结构运行平稳，噪音小，车型适国内配套车型上海：桑塔纳一汽：奥迪一汽：捷达用范围广。

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开关改变电机极性，作正反向旋转，带动机构作上下运动。

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开关改变电机极性，作正反向旋转，带动机构作上下运动。

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 6
图车门玻璃升降器的型式
7
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
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排列以供参考
表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/T636-20XX 稳定电压工作电压最大消耗电流额定负载上升速度或上升时间剩余力自锁性绝缘强度绝缘电阻环境温度防水性耐久性按图纸规定 500N -20- +70℃ IPX4 前门15000循环
后门7500循环 12v 11-15v 28A 按图纸规定 70-200mm/s 德国大众 TL82083 12V 9-15V 25A 80N 120-180mm/s3-6秒100N-200N 500N Ω -20- +80℃ IPX5 前门12500循环后门7500循环 178N-355N 450N -30- +75℃ PDW5033 前门14250循环后门7500循环＞300N 300N 20MΩ -40- +85℃B30 4410(2型) 或美国 GM978Buick 12V 9-16V 28A 120N ±雪铁龙B28 4250 10-16V 25A 65N,80N,100N ＞16cm/s 从表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。

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
8
标的对比，了解国内外电动玻璃升降器的差距。

9
第3章玻璃升降器的设计方案
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。

10
图车门玻璃
车门玻璃普遍采用安全钢化玻璃，厚度多为、。

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3000~4000之间，微型客车在20XX~3000mm之间，轿车一般在1500~2300mm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350~600mm之间。

选取R=20XX，门框高H=400,总挠度B=。

玻璃升降器的选择和布置
图电动升降器
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。

11
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。

图齿轮交叉臂式
图升降器压缩、引张量
1)上止点压缩量：a≤12mm 2)最大引张量： b≤
12
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，其推荐值如表所示。

表升降器布置尺寸推荐值
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 变量 a b c d e f g h 内容玻璃托架与玻璃导槽夹角上止点滚轮间距下止点滚轮间距滚轮中心到止点余量举升臂滚轮的余量平衡臂滚轮中心的余量马达到内手柄间隙玻璃残余量推荐值≤104°≥200mm ≥190mm ≥10mm ≥10mm ≥10mm ≥ 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，如图所示。

图叉臂交点与玻璃重心的关系
13
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。

图升降器厚度选取示意图
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
14
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。

图升降器主臂过下图升降器主臂过大
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，如图所示：
15
图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:玻璃内表面与滑门腰部内加强板得间隙为
图玻璃与周边的配合2
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
16
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={ⅹ}/50% =16w
P实=P/95%=
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。

表电机特性
项目额定时间电压电流转速扭矩无负荷电流转速有负荷电流扭转绝缘电阻规格短时间 ,Ω 6A
以下 62±10 r/min 2A 90 r/min ± 1MΩ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;
17
分度圆直径 d=; 齿顶高 ha=ha×m=1×2=2mm;
齿根高 hf=(ha*+c*)m=(1+)×2=; 齿距 p==；齿厚s=/2=;
图电机图
扇形齿板的设计
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°
确定主动臂的角行程
勾股定理，得：
sinβ=220/300=°sinγ=184/300=°θ=γ+β=°+°=85°
主动臂角行程θ=85°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，θ=360nt/60i；
i=360nt/60θ=6×62×/85=
18
齿数z2=iz1=ⅹ8=; 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+)×2=; 齿距p==; 齿厚s=；
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，如图所示。

设计一定要确保安装支架的强度，现在多采用到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。

如图所示。

19
图玻璃导轨断面图
图玻璃导轨构成图导轨支架
导向槽的设计。