机械原理专业课程设计汽车前风窗雨刮器设计.doc

目录前言31.课程设计目的和任务32.设计说明书的格式要求：3一、 机械原理课程设计任务和简介41.1设计任务41.2设计题目及其简介41.3 雨刮器设计的基本要求6二、方案分析和比较82.1概述82.2方案比较82.3最终方案选定10三、基本尺寸的确定113.1前风窗玻璃的尺寸113.2雨刮器雨刮臂尺寸确定123.3雨刮器电机原理及参数的选定13四、雨刮器运动分析15五、设计总结175.1设计感悟175.2设计过程175.3设计的优化思路和展望18六、参考文献19前言1. 课程设计目和任务机械原理课程设计可以培养机械类专业学生创新能力，是学生综合运用机械原理课程所学理论知识和技能解决实际问题，获得工程技术训练必不可少实践性教学环节。机械原理课程设计教学所要达到目是：1、培养学生理论联系实际设计思想，训练学生综合运用机械原理课程理论知识，并结合生产实际来分析和解决工程问题能力。2、通过制定设计方案、合理选取机构类型、对的地对机构运动和受力进行分析和计算，让学生对机构设计有一种较完整概念。3、训练学生收集和运用设计资料以及计算、制图和数据解决及误差分析能力，并在此基本上运用计算机基本理论知识，初步掌握编制计算机程序并在计算机上计算来解决机构设计问题基本技能。机械原理课程设计教学任务是：机械原理课程设计普通选取普通用途机构为题目，依照已知机械工作规定，对机构进行选型与组合，设计出几种机构方案，并对其加以比较和拟定，然后对所选定方案中机构进行运动和动力分析，拟定出最优机构参数，绘制机构运动性能曲线。2.设计阐明书格式规定：（1）阐明书普通用A4纸打印，规定环节清晰、论述简要、文句通顺、书写端正。（2）对每一自成单元内容，都应有大小标题，使其醒目突出，建议加上目录。（3）通过课程设计阐明书编写，学生应当学会整顿设计数据、绘制图表和简图，用工程术语表达设计成果办法。（4）对所用公式和数据，应标明来源参照资料编号和页次。（5）阐明书应加上封面，并与图纸一起装订成册。一、机械原理课程设计任务和简介1.1设计任务设计出红旗B70汽车雨刮器。雨刮器速度自定。1.2设计题目及其简介1.设计题目:设计题编号：05设计题目：汽车雨刮器针对如下下面三种车型，设计出相应汽车雨刮器。雨刮器速度自定；方案号相应车型（玻璃大小）A江淮同悦B奇瑞A3C红旗B70我设计题目是：红旗B70汽车雨刮器设计2.雨刮器简介：雨刮器是由电机带动，通过连杆机构将电机旋转运动转变为刮臂（即挡风玻璃上面除了刮片之外那某些）往复运动，从而实现刮雨动作。普通接通电机（即按一下雨刮器工作开关），即可让雨刮器工作。通过选拔高速低速档，可以使电机电流发生大小变化，从而控制电机转速，从而控制雨刮器工作快慢。雨刮器普通须要解决好刮刷角度、刮刷频率、干涉、噪声、刮净度、电流等问题。此外，QC/T44-1997等汽车行业原则对雨刮器性能、实验等作了详细规定。雨刮器总成具有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片总成等。当司机按下雨刮器开关时，电动机启动，电动机转速通过蜗轮蜗杆减速增扭作用驱动摆臂，摆臂带动四连杆机构，四连杆机构带动安装在前围板上转轴左右摆动，最后由转轴带动雨刮片刮扫挡风玻璃。 当前，汽车雨刮臂有两个，电机普通是一种，称为“单机双臂”，也有每个雨刮器带一只电机，称为“单机单臂”。有些雨刮臂还附带胶水管，水管接至洗涤器上，按一下开关会有水注喷向前档风玻璃。在某些中高档轿车上，不但先后档风玻璃有雨刮器，就是前大灯也有一支小小雨刮片，用以清除前灯玻璃上尘埃。司机关闭雨刮器时，雨刮臂往往不断在恰当位置，阻碍司机视线。为解决这一问题，雨刮器设有一种回位开关，它控制雨刮器电机，当雨刮臂停在档风玻璃下恰当位置时，电机才会停止运转。 现今雨刮器已经普遍采用快档、慢档和间歇控制档。其中间歇控制档普通是运用电机回位开关触点与电阻电容充放电功能使雨刮器按照一定周期刮扫，即每动作一次停止212秒时间，对司机干扰更少。有些车辆雨刮器还装有电子调速器，该调速器附带感应功能，能依照雨量大小自动调节雨臂摆动速度，雨大刮水臂转得快，雨小刮水臂转得慢，雨停刮水臂也停。 雨刮器动力源来自电动机，它是整个雨刮器系统核心。雨刮器电动机质量规定是相称高。它采用直流永磁电动机，安装在前档风玻璃上雨刮器电动机普通与蜗轮蜗杆机械某些做成一体。蜗轮蜗杆机构作用是减速增扭，其输出轴带动四连杆机构，通过四连杆机构把持续旋转运动变化为左右摆动运动。 雨刮器电动机采用3刷构造以以便变速。间歇时间由间歇继电器控制，运用电机回位开关触点与继电器电阻电容充放电功能使雨刮器按照一定周期刮扫。雨刮器刮片胶条是直接清除玻璃上雨水和污垢工具。刮片胶条通过弹簧条压向玻璃表面，它唇口必要与玻璃角度配合一致，方能达到所规定性能。 普通状况下在汽车组合开关手柄上有雨刮器控制旋扭，设有低速、高速、间歇3个档位。手柄顶端是洗涤器按键开关，按下开关有洗涤水喷出，配合雨刮器洗涤档风玻璃。洗涤器系统是当前汽车上很普通装置，它由储水箱、水泵、输水管、喷水嘴构成。其中储水箱普通是1.5升2升塑料罐，水泵是一种微型电动离心泵，通过它将储水箱洗涤水输向喷水嘴，经24个喷水嘴挤压作用将洗涤水提成细小射流喷向档风玻璃，配合雨刮器起到清洁档风玻璃作用。 除了前档风玻璃雨刮器外，许多乘用车还装置了后玻璃窗雨刮器，驾车者雨天能看到车后东西。有些高档乘用车上前照灯也安装有类似雨刮器清洗装置。后玻璃窗雨刮器和前照灯清洗装置没有专门四连杆机构，只在电动机上附加一种紧凑转换机构（例如齿条齿轮或四连杆机构），将旋转变为摆动。据欧美法规规定，当前照灯脏污到照明度降到20%时，前照灯清洗装置应当在8秒内洗涤干净污垢，使照明度恢复到80%。前照灯洗涤用水由档风玻璃雨刮器储水箱提供，其喷水嘴位置要设立合理才干使车辆在任何速度下都能使洗涤水喷到灯面上。3.雨刮器使用技巧（1）雨刮器能发挥良好作用核心是：橡胶雨刮条能保持充分湿润度。只有充分湿润度，它才干有非常好韧性，以保持和车窗玻璃接触紧密性。很简朴道理，一颗米干在碗上了，如果不把它泡软，别说洗碗了，就是用硬器去刮，都刮不下来。雨刮器使用，也是这样。诸多车友常抱怨雨刮器刮不干净，就是没想明白这个道理。（2）雨刮器、雨刮器，顾名思意，是用来刮雨用，不是用来刮“泥”用。因此对的地使用雨刮器，不但仅是可以延长雨刮器使用寿命，核心是能有效地保持良好视线，更有助于行车安全。想明了上面这两个基本点，就大体懂得了雨刮器对的用法。（3）因此没有车库车友，应当养成每天上午出车前，用湿布擦一遍前窗习惯。一夜下来，雨刮器是干，想在出车时，用雨刮器把一夜积在前窗上灰刮干净，这样干磨，不但很难达到良好效果，还容易损坏雨刮器。对的办法是：湿布擦完后，再让小六喷水刮一次。由于正宗洗玻璃水是带有挥发性，能不久让窗面达到干燥，从而避免潮湿玻璃吸灰起泥。（4）有车库车友，应当养成每晚回车库收车时，清理干净前窗习惯。特别是从雨中回来，积在前窗上水滴，第二于上午干成水渍后，再参合其中吸附灰尘，前窗是很难单靠雨刮刮干净。如果头天晚上，乘着湿润雨刮器，把前窗刮干净。第二天上午，就能很轻松、很干净开车上路了。（5）开车途中，掉小雨点时，不要急着开雨刮器。这时前窗上水份局限性，雨刮器干刮，只会产生适得其反效果。前窗上刮花泥渍，还很难再刮干净。如果雨点积得很慢，不影响视线，最佳是等前窗上雨点积更多点再开始刮雨刮器。小雨中开始使用雨刮器，最佳是让小六喷次洗玻璃水后再开始刮（喷洗玻璃水不但仅是停车时能用哈，开车途中也是能用）。以保证前窗上有足够水份来温润雨刮器。（6）雨刮器最佳使用第二档，持续来回刮。有些车友喜欢小雨时使用间歇模式来刮，这样不太好。开车上路，不但仅是要防天上雨，还更好防前车溅起泥水。碰上这种状况，间歇模式很容易把前窗刮成泥渍花纹，严重影响视线。（7）路上雨停了，不要急于关闭雨刮器。道理和上面是同样，等前窗溅满了前车带起泥点子，再匆忙地开雨刮器，这时就变成刮泥了。 1.3 雨刮器设计基本规定1.工作环境和寿命规定 雨刮器是重要安全件，它必要能有效地清除雨水、雪和污垢；能在高温（摄氏零上80度）和低温下（摄氏零下30度）工作；能抗酸、碱、盐等有害物质腐蚀；使用寿命达到15万次刮刷循环（乘用车）。2.刮片规定 刮片使用长度为2001000mm,安装尺寸(滑入或扣住)均已原则化。消除安装和接头处间隙能使磨损减小。在中央夹子顶部穿孔以防止高速时刮片抬起。在特殊状况下，如刮片迎风运动时，可在刮杆或刮片上安装空气导流片，使刮片压向窗玻璃。3.刮刷范畴规定图1-1刮刷范畴示意原则上规定是从驾驶员位置和视角考虑,前风窗玻璃上擦净区域A,B和C分别为80%95%和100%(如图1-1所示),擦拭次数与发动机转数无关,规定每分钟往复至少在45次以上,并且规定擦拭次数可有两个以上变速(两速时,高速和低速相差15次/分)。4.刮片胶条规定 刮刷系统最重要零件是刮片胶条。它由胶条夹爪形臂夹持，并由弹簧条支承。刮片胶条双刃边压向风窗玻璃，刃宽0.010.015mm。刮片运动时，必要克服干摩擦（摩擦系数0.82.5，随相对湿度而定）和湿摩擦（系数0.10.6，随摩擦速度而定）。运动时刮片胶条唇口必要和玻璃呈约45角度，如胶条形状和橡胶性能匹配得当，即可获得所规定性能。二、方案分析和比较2.1概述依照雨刮器传动连杆机构不同可分为对向式刮刷和平行式刮刷，依照刮水器臂可分为单臂雨刮器和双臂雨刮器。单臂式雨刮器刮水范畴较小效率比较高但没有双臂式刮得清洁也没有双臂式刮刷范畴大，对向式雨刮器会影响驾驶员视线，也会干扰驾驶员正常驾驶，为此当前汽车前风窗几乎均采用双臂平行式刮刷形式雨刮器。2.2方案比较方案一:动力源是永磁直流电动机,其转速和方向控制由电子控制电路负责。动力输出通过蜗轮蜗杆机构实现减速增扭作用,蜗轮转动带动与之铰接连杆运动，连杆将运动传导至铰接三角架，从而带动刮刷臂同向摆动达到刮刷目。此方案重要缺陷是三角形铰接架占用空间比较大,构造相对复杂。方案二：动力源同样是永磁直流电动机，动力输出后通过减速器减速增扭后输出，输出轴与三根连杆铰接三角架铰接点相连，带动三角架旋转从而带动雨刮臂实现同向平行刮刷运动。此种办法减速通过减速器实现，其减速作用相比蜗轮蜗杆机构可靠，但比较复杂，成本也会比蜗轮蜗杆机构高某些，占用空间也会相对较大。方案三：动力源是永磁直流电动机，通过蜗轮蜗杆机构减速增扭，蜗轮转动带动连杆运动，从而带动刮臂实现同向平行刮刷，此种方案构造较为简朴，原理也比较简朴，且容易实现刮刷运动。详细长处如下：1.整体构建布局可以在汽车上较为容易实现；2.机构简朴实用，在满足运动规定前提下大大节约了材料；3.设立了急回特性（推杆快，收杆慢），由于在刮片起挂前，挡风玻璃上附着雨水量相对较多，对司机观测前方路线不利，这时刮片需迅速挂清雨水，而在回程时玻璃上雨量较少，这时慢挂可进一步刮净雨水，是玻璃保持相对较长清晰度。同步急回特性运用也提高了雨刮器工作效率；2.3最后方案选定经以上综合分析,选取方案三较好,当前在汽车上运用也较多。三、基本尺寸拟定3.1前风窗玻璃尺寸上图是奔腾B70前风窗尺寸示意图,由于没有找到确切尺寸参数,经搜索有限资料和文献可知其前风窗大概尺寸L1为1100mm，L2为850mm，L3为1400mm，L4为900mm。3.2雨刮器雨刮臂尺寸拟定当前雨刮器雨刮臂尺寸已原则化。如上图所示由于车窗左右两边宽850mm，故L=LG+Lp=850mm，依照LG、Lp原则化尺寸可选取LG=250mm，Lp=600mm。LG、LP原则对照表如下所示。前风窗下长1400mm,取雨刮器杆段L1=650mm,L3=100mm,L4=100mm,L2大小依照永磁直流电动机和蜗轮蜗杆机构安装位置和曲柄连杆机构运动条件拟定,这里取L2=400mm;L=120mm。3.3雨刮器电机原理及参数选定1 电枢 2永久磁铁磁极 3蜗杆 4蜗轮 5自动停位滑片1.三刷式电动机变速原理a. 直流电动机旋转时，在电枢绕组内同步还产生反电动势，其方向与电枢电流方向相反b. 当电枢通电后转速逐渐上升时，其绕组内同步产生一种反电动势，方向与电枢电流方向相反c. 电枢转速上升时，反电动势也相应上升，当电枢电流产生电磁力矩与运转阻力矩平衡时，电枢转速不再上升而趋于稳定。d. 由于运转阻力矩一定期，电枢稳定运转所需要电枢电流一定，相应电枢绕组反向电动势高低就一定。e. 电枢绕组反向电动势与转速和正、负电刷之间串联电枢线圈个数乘积成正比。f. 电枢绕组反向电动势一定期，转速和正、负电刷之间串联电枢线圈个数成反比。2.电机参数如下图所示四、雨刮器运动分析运用ADAMS仿真软件对已建立模型摇杆位移、速度、加速度进行数据分析，并输出所需要数据及曲线，如下：滑块水平位移仿真曲线滑块水平运动速度仿真曲线滑块水平运动加速度仿真曲线带刮片摆杆角速度仿真曲线带刮片摆杆角速度仿真曲线五、设计总结5.1设计感悟机械原理课程设计是机械原理课程与实际设计结合实践过程，通过本次设计将课本上知识更加深刻理解、记忆。设计过程中也暴露了自己设计方面思维局限，设计知识匮乏，对雨刮器结识不够，导致设计时创新难度很大，在后来学习和工作过程中仍需不断实践和学习。从刚接到机械原理课程设计任务到当前为止，大概通过了六周时间，前面一段时间由于各种考试接连不断，没有专门时间从事设计方面事，考试结束后便开始进行课程设计。看起来很简朴事，真正动手便发现问题多多，困难多多，例如前面所展示方案设计Autocad机械简图绘制、汽车前风窗尺寸数据查询、以及雨刮器构造中各根杆长度拟定等等。长度拟定都需要详细考虑其原则尺寸，依照原则化尺寸选用与实际相适应尺寸。Autocad大一之后没有详细操作过，导致大某些功能和画法遗忘，画图之前又系统将软件学习了一遍，把机械原理课本也复习了一遍，同步也学习了编辑图片基本办法。这让我发现，设计是一种很复杂、规定很高过程。好设计必然是综合能力体现，课本知识和实际知识结合能力体现。一种完整设计需要大量设计资料，能合理和迅速获取精确资料也是必备设计才干。这就规定咱们在校期间学习不但仅满足于学校所开设各种课程,更需要自学其她有关书籍,自学一系列有关软件使用。当代设计过程几乎离不开各种设计和分析软件使用，因而软件学习对提高设计者设计能力至关重要，能较好使用各种设计工具也会很大限度提高设计效率，本次设计过程中诸多设计时间都花在资料收集和软件学习上面。通过课程设计不但增长了自己对机械原理课程理解，并且也实际操作了某些软件，丰富了自己知识，也学到了诸多课堂以外东西，涉及获取知识途径和学习软件基本办法，为将来设计和学习提供了必要基本！由于知识和软件操作能力匮乏，时间和精力限制，课程设计内容难免有错误、缺漏和不精确地方。为此在之后学习过程中应当多学习基本软件用法，多看书，多实践以不断提高自己设计能力。5.2设计过程1.获知设计题目、设计任务、设计规定以及设计构思和准备。2.雨刮器构造和功能详细学习，构思设计流程。3.资料收集和运用，基本设计方案拟定。4.所需软件学习和基本图形绘制。5.基本运动分析和尺寸拟定。6.设计阐明编写。7阐明书最后定稿和准备答疑。8.交课程设计作业。5.3设计优化思路和展望采用串联或并联四杆机构、带横向连杆或附加可控四连杆机构，合用于大刮刷角或普通机械传动难于达到刮刷形状。机构优化至关重要。使角加速度最大值与接近刮水器折回点时力传动角相匹配，可获得平稳运转。趋势是不再容许曲柄完全旋转，仅仅容许它刚好转一半。从而明显地减少连杆运动所需空间。为此目，采用电子控制驱动电机，其旋转方向与刮刷运动协调。也也许仅用较小附加费用来达到“预期停放位置”、“防积雪超载”和在各种操作条件下，有一相对不变擦拭范畴。若在连杆机构安装位置上有困难时，上面提到技术容许将一大连杆机构用两个比较小取代，每个小连杆机构与各有一较小驱动电机。刮刷机构优化第二步涉及优化唇口相对于风窗或后窗玻璃表面工作位置，是刮水器以恰当角度支撑于风窗玻璃表面，并对刮杆臂施加附加扭矩使其在来回折回点位置时刮刷倒向已刮刷过面积中分线方向，这样可以协助在换向使刮片转到新工作位置。 六、参照文献（1）顾柏良等译. BOSCH汽车工程师手册【M】. 北京：北京理工大学出版社，4月.（2）吉林大学，陈家瑞. 汽车构造：下册【】北京：机械工业出版社，（）斋藤孟汽车附件及辅助装置【】北京：机械工业出版社，.（）赵韩，田杰机械原理【】合肥：合肥工业大学出版社，.（）谢侃，陈艳霞机械设计绘图基本入门与范例精通【】北京：科学出版社，（）赵福堂汽车电器与电子设备【】北京：北京理工大学出版社，