下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 本科學生畢業(yè)設計 轎車雨刮器結構設計與運動仿真 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-01班 學生姓名： 裴立梅 指導教師： 楊 兆 職 稱： 講 師 黑 龍 江 工 程 學 院 二一一年六月 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 The Graduation Thesis for Bachelors Degree Design and Motion Simulation of Windscreen Wiper of Automobile Candidate： PEI LiMei Class： B07-01 Supervisor： Vehicle Engineering Supervisor： Lecturer. YANG Zhao 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 汽車雨刮器，是一個很小卻又不容忽視的汽車部件，它能擦亮汽車的 擋風玻璃 ，使司機的視線更加清晰。 其功能是將玻璃上的雨水、塵埃、泥污刮凈，以獲得清晰的視野， 保證行車安全。有的國家已將雨刮器的技術狀態(tài)列入車輛年檢項目。 本設計要求進行轎車雨刮器部件尺寸的設計，求解刮掃面積，電機選型，電路分析，利用 ADAMS軟件進行運動分析，獲得運動的軌跡和速度，并用 Pro/E繪出三維模型。 運用三維建模軟件 Pro/E 與動力學仿真軟件 ADAMS 建立雨刮器模型，并進行運動仿真，分析雨刮器的運動曲線，對雨刮器做進一步的設計，力求使刮刷區(qū)域進一步增大，為生產(chǎn)實際提供理論參考。 關鍵詞： 雨刮器 ； 間歇電路控制； 虛擬設計 ； ADAMS； Pro/E 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II ABSTRACT Windscreen wiper is a small part of automotive but can not be ignored. It can polish the windscreen so that the drivers attention will be more clearly. Its function is to wash the glass to obtain a clear field of vision and ensure the traffic safety. Some countries have had the state of wiper technology projects included into the annual inspection of vehicles. My design requirements are to design the size of the wiper parts in the car, solving the linked scan area, motor selection, circuit analysis, motion analysis using ADAMS software, trajectory and speed of access to and using Pro / E draw three-dimensional model. The use of three-dimensional modeling software, Pro/E, and dynamic simulation software, ADAMS, to establish a model of the wiper, simulate the full motion, analyze the movement curves of wiper, make a further design to the wiper , increase the scratch brush area further , and provide a theoretical reference for the actual production. Key word: Wiper； Intermittent Control Circuit； Virtual Design； ADAMS； Pro/E黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT. II 第 1章 緒 論 .3 1.1 虛擬樣機技術 5 1.2 虛擬樣機技術的應用及發(fā)展 5 1.3 設計的目的意義 6 1.4 設計的基本內(nèi)容與解決的主要問題 6 1.4.1 研究的 基本 內(nèi)容 6 1.4.2 擬解決的主要問題 6 第 2章 轎車雨刮器 .8 2.1 引言 8 2.2 汽車雨刮器的研究現(xiàn)狀 8 2.3 刮水電機 11 2.3.1 刮水電機型號的編制方法 11 2.3.2 減速器的 結構特點 13 2.3.3 刮水電機的控制電路分析 15 2.4 雨刮器 18 2.4.1 雨刮的組成和結構特點 18 2.4.2 雨刮品質的評價 18 2.4.3 刮水器傳動機構 20 2.5 雨刮器相關參數(shù)的選擇 21 2.5.1 雨刮器尺寸初定 21 2.5.2 曲柄搖桿結構設計 22 2.6 刮水電機的選擇及蝸輪蝸桿設計分析 24 2.6.1 雨刮 電機性能計算 24 2.6.2 雨刮電機蝸輪蝸桿設計分析 26 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2.7 本章小結 29 第 3章 ADAMS 建模分析 . 30 3.1 ADAMS 功能簡介 30 3.2 基于 ADAMS 虛擬樣機開發(fā)流程 31 3.3 曲柄搖桿機構改進 32 3.4 新模型建立 32 3.5 本章小結 34 第 4章 Pro/E 模型的建立與裝配 . 35 4.1 三維 CAD 建模技術在汽車行業(yè)的應用 35 4.2 零件模型的建立 36 4.3 零件模型的裝配 40 4.4 本章小結 42 第 5章 模擬仿真 . 43 5.1 將 Pro/E 裝配模型導入 ADAMS 中 43 5.2 給 Pro/E 裝配模型施加約束 45 5.3 給 Pro/E 裝配模型施加力和驅動進行仿真 46 5.4 繪制出仿真數(shù)據(jù)分析圖 49 5.5 利用函數(shù)控制雨刮器進 行間歇刮水 58 5.6 雨刮器刮掃面積的分析計算 59 5.7 本章小結 60 結 論 . 61 參考文獻 . 62 致 謝 . 64 附 錄 A . 65 附 錄 B. 71 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 緒 論 1.1 虛擬樣機技術 虛擬樣機技術是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)方法，它足一種基于產(chǎn)品的計算機仿真模型的數(shù)字化設計方法。這些數(shù)字模型即虛擬樣機 (virtual prototype)，將不同工程領域的開發(fā)模型結臺在一起，它從外觀、功能和行為上模擬真實產(chǎn)品支持并行工程方法學。虛擬樣機技術涉及多體系統(tǒng)運動學與動力學建模理論及其技術實現(xiàn)，是基于先進的建模技術、多領域仿真技術、信息管理技術、交互式用戶界面技術和虛擬現(xiàn)實技術的綜合應用技術 21。 虛擬樣機技術是在 CAx(如 CAD、 CAM、 CAE 等 ) DFx(如 DFA、 DFM 等 )技術 基礎卜的發(fā)展，它進一步融合信息技術、先進制造技術和先進仿真技術，將這些技術應用于復雜系統(tǒng)全生命周期、全系統(tǒng)、并對它們進行綜合管理，從系統(tǒng)的層面來分析復雜系統(tǒng)，支持“由上至下”的復雜系統(tǒng)開發(fā)模式。 虛擬樣機技術不僅是計算機技術在工程領域的成功應用，更是一種全新的機械產(chǎn)品設計理念。一方面與傳統(tǒng)的仿真分析相比，傳統(tǒng)的仿真一般是針對單個子系統(tǒng)的仿真，而虛擬樣機技術則是強調整體的優(yōu)化，它通過虛擬整機與虛擬環(huán)境的耦合，對產(chǎn)品多種設計方案進行測試、評估，并不斷改進設計方案，直到獲得最優(yōu)的整機性能。另一方面，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計 方法是一個串行的過程，各子系統(tǒng)（如：整機結構、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等）的設計都是獨立的，忽略了各子系統(tǒng)之間的動態(tài)交互與協(xié)同求解，因此設計的不足往往到產(chǎn)品開發(fā)的后期才被發(fā)現(xiàn)，造成嚴重浪費。運用虛擬樣機技術可以快速地建立包括控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)在內(nèi)的多體動力學虛擬樣機，實現(xiàn)產(chǎn)品的并行設計，可在產(chǎn)品設計初期及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，把系統(tǒng)的測試分析作為整個產(chǎn)品設計過程的驅動。 1.2 虛擬樣機技術的應用及發(fā)展 近年來，虛擬樣機技術及其應用已經(jīng)獲得重大進展，已經(jīng)具備處理日益復雜的工程問題的能力，被廣泛地應用在汽車制造業(yè) 、工程機械、航天航空業(yè)、國防工業(yè)及通用機械制造業(yè)等不同領域中。世界著名的制造公司在生產(chǎn)開發(fā)過程中廣泛地應用虛擬樣機技術，波音飛機公司 777 飛機的設計就是采用虛擬開發(fā)技術的典型實例，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 開發(fā)周期從通常的 8 午減少到 5 年，設計、裝機、測試均是在計算機中模擬完成初 步做到無紙設計，保證了一次試制成功。其它如在克萊斯勒公司，已常采用虛擬產(chǎn)品建模。在福特汽車公司，虛擬分析樣機已很普遍。 Motorola 也正在研究和利用虛擬樣機技術進行 2l 世紀商業(yè)和 DoD 的軍用移動分布式無線全球通訊系統(tǒng)和網(wǎng)絡技術的研制，以減低開發(fā)設計的風險 和成本。虛擬樣機技術改變了傳統(tǒng)的設計思想，對制造業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響。 虛擬樣機技術的發(fā)展，使產(chǎn)品設計可擺脫對物理樣機的依賴，體現(xiàn)了一種全新的研發(fā)模式，它在工程領域的迅速發(fā)展，必將給企業(yè)帶來重大的影響。 虛擬產(chǎn)品的銷售。虛擬樣機技術和柔性制造技術已經(jīng)使虛擬產(chǎn)品銷售成為可能，即企業(yè)先通過虛擬樣機找到客戶，再組織生產(chǎn)。因此企業(yè)在產(chǎn)品制造和市場競爭方面更具靈活性。 企業(yè)間的動態(tài)聯(lián)盟。產(chǎn)品的數(shù)字化使企業(yè)能夠通過 Internet 進行產(chǎn)品信息的快速交流，克服單個企業(yè)資源的局限性，將具有開發(fā)某種新產(chǎn)品所需的知識和技術的不同組織或企業(yè)組成一個臨時的企業(yè)聯(lián)盟，即企業(yè)間的動態(tài)聯(lián)盟，以適應瞬息萬變的市場需求和激烈競爭。 1.3 設計的目的意義 本設計的目的，是根據(jù)當前的先進設計理論， 通過所學知識，并利用 Pro/E 軟件平臺，對雨刮器做進一步的設計，力求使刮刷面積進一步增大，使得司機在任何時候都有一個清晰的視野，提高汽車行駛安全性。 1.4 設計的基本內(nèi)容與解決的主要問題 1.4.1 研究的 基本 內(nèi)容 雨刮器總成含有電動機、減速器、四連桿機構、刮水臂心軸、刮水片總成等 。本設計要求進行捷達轎車雨刮器部件尺寸的設計，求解刮掃面積等；要選擇電機的型號，分析雨刮器的控制電路及間歇電路，分析電機的自動回位裝置，確定雨刮器的硬件的尺寸等，求解雨刮器的刮掃面積，利用 ADAMS 軟件進行運動分析，獲得運動的軌跡和速度，并運用 Pro/E 繪出三維模型。 1.4.2 擬解決的主要問題 解決問題： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 （ 1）分析雨刮器電子間歇控制電路； （ 2）分析雨刮器的自動回位裝置； （ 3）確定雨刮器的控制方式； （ 4）優(yōu)化雨刮器傳動機構； （ 5）確定刮刷區(qū)域，并計算最大刮刷面積； （ 6）實現(xiàn)雨刮器的運動仿真； （ 7）最終 實現(xiàn)三維模型建立 (Pro/E)。 解決方法： （ 1）分析比較不同車型的控制電路及間歇控制電路，選擇其中一種； （ 2）分析其他車型的自動回位裝置，選擇合適的； （ 3）比較分析不同雨刮器的控制方式，選擇一種； （ 4）分析比較其他車型的傳動機構，選擇合適的優(yōu)化傳動機構； （ 5）查閱參考資料中求解雨刮器的算法； （ 6）學習 ADAMS 軟件，實現(xiàn)雨刮器的運動仿真； （ 7）學習 Pro/E 軟件，建立雨刮器的三維模型。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第 2章 轎車雨刮器 2.1 引言 汽車風窗玻璃上時常會附著雨雪和塵土，如果不及時擦拭干凈，將會影響駕駛員的視線，對行車安全帶來很大不利。為了確保擋風玻璃清潔明亮，汽車上都裝有風窗雨刮器。其功能是將玻璃上的雨水、塵埃、污垢刮凈，以獲得清晰的視野，保證行車安全。 汽車雨刮器，是一個很小卻又不容忽視的汽車部件，它能擦亮汽車的“ 雙眼 ” ，使司機的視線更加清晰。 汽車雨刮器是用來清掃汽車風窗玻璃上的雨雪和塵埃的裝置， 一旦 它 失去作用，將直接影響到司機雨天駕駛視野的清晰度 。雨刮器看似結構簡單，但是從驅動電機到最終的刮刀的結構尺寸和運動方式都決定雨刮器的性能。 雨刮器雖然是汽車的附件，但很多汽車制造企業(yè)將雨刮器列為汽車的安全部件 , 并將雨刮器的一些功能特性 (如刮刷頻率 )列為安全特性 ,由此可見，雨刮器與汽車的安全性能有著緊密的關系，是我們不容忽視的汽車部件。 目前國內(nèi)外的雨刮器都不能消除刮掃死角，本次設計也不能完全消除刮掃死角，但力求刮掃面積增大，使司機可以盡量有最寬闊的視野。 2.2 汽車雨刮器的研究現(xiàn)狀 雨刮器總成含有電動機、減速機、四連桿機構、刮水臂心軸、掛水片總成等。當司機按下雨刮器的開關時，電 動機啟動，電動機的轉速經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅動擺臂，擺臂帶動四連桿機構 、 四連桿機構帶動安裝在前圍板上的轉軸左右擺動，最后由轉軸帶動雨刮片刮掃擋風玻璃。 雨刮器的種類很多 , 按安裝位置分 , 有頂置、底置、側置、前后置和內(nèi)外置等 ；按雨刮范圍分 , 有局部雨刮、整體雨刮、單面雨刮和雙面雨刮 ；按運動方式分 , 有四桿機構左右擺動式、導軌式直線和弧線運動式 ；按制作材料分 ,有普通黑膠體雨刮器、透明塑料體雨刮器和磁性體雨刮器。目前 ,車輛上廣泛使用的是曲柄連桿機構黑膠體雨刮器。 國外對汽車電動雨刮器的性能要求： 1、 耐久 性能 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 （ 1） 總成耐久試驗 （ 2） 刮片耐久試驗 （ 3） 橡膠片耐久試驗 日本標準 1976 年 JISD5710 推薦 （ 1） 橡膠片耐久試驗 （ 2） 總成耐久試驗 試驗后搖臂的壓力變化和試驗前相比應在 15%以內(nèi) , 搖臂和刮片的各部分不應有明顯的松弛、松動（配合、間隙等）或其他有害缺陷的產(chǎn)生。 2、 強度性能 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 在刮動過 程中阻擋搖臂 15秒 ，試驗后應仍能正常工作。 3、 刮刷性能 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 耐久試驗 試驗后刷凈性能仍應達到 75%。 4、 刮動頻率 （ 1） 美國文獻介紹 刮動周期 1-20 秒 （ 2） 法國文獻介紹 刮動頻率 12-40 次 /分 （ 3） 美國文獻介紹 間隔 3 秒較普遍 （ 4） 英國文獻介紹 適應極細雨時用 , 頻率和間歇均能獨立控制。 （ 5） 美國文獻介紹 傾盆大雨時的刮刷頻率可高達 80 次 /分 ,高于上述頻率則雨刮將在風窗玻璃水而上浮掠而過 , 破壞刮水性能。 （ 6） 根據(jù) JB3033-81 規(guī)定，高頻刮拭頻率為 71465次 /分，低頻為 101245次 /分。頻率之差 10 次 /分 5、 接觸面壓力 （ 1） 日本文獻介紹 刮片對風窗玻璃的壓力 10-15 克 /公分。 （ 2） 日本文獻介紹 接觸面壓力 低速 10 克 /公分 高速車 15 克 /公分 （ 3） 美國文獻介紹 汽車速度大于 60 哩 /時 , 則刮片將受到空氣的浮力而降低刮刷性能 （ 4） 日本文獻介紹 在汽車速度為 100 公里 /時 , 400 毫米長的刮片受到 200 克的空氣浮力 , 使刮刷效果惡化 , 此時為了改善其刮刷性能 , 最低需要 400 克的壓力。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6、 橡膠片與摩擦系數(shù) 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 （ 1） 耐久試驗 （ 2） 化學試驗 日本標準 1976 年 JISD5710 推薦 耐久試驗 7、 工作溫度范圍 美國標準 1975 年 SAEJ903b 推薦 （ 1）工作溫度范圍 55 士 3一 （ 2）高溫試驗 溫度 55 士 3 最高速連續(xù)工作 1/2 小時 （ 3） 低溫試驗 溫度 -30 士 5 最高速連續(xù)工作 1/2 小時 法國文獻介紹 工作溫度范圍 -30 - 80 8、 聯(lián)動機構效率與擺角 日本文獻介紹 聯(lián)動機構效率 80-85% 刮刷角度 110 如超過此限度 , 則尺寸誤差變得敏感、且易越過死點 , 致使效率下降。 9、 刮動扭矩 日本文獻的介紹 刮動扭矩大于 50 公斤 厘米隨著風窗玻璃的大型化 , 刮片長度大于 280 毫米的越來越多 , 刮動扭矩也隨著增大 , 超過了 50 公斤 厘來。 10、 刮動電流 法國文獻介紹 刮動電流 0.1 安培 國外對雨刮器的設計要求都有了明確并且高標準的規(guī)定 4。 而我國現(xiàn)階段的雨刮器發(fā)展現(xiàn)狀是新產(chǎn)品喜憂參半 , 老產(chǎn)品一統(tǒng)天下。 （ 1） 新產(chǎn)品喜憂參半。由于冬季車輛內(nèi)外溫差大 ,常常在車內(nèi)擋風玻璃上結有很厚的一層冰霜 , 必須使用熱水布反 復擦除才能保證正常的視覺效果 , 于是發(fā)明了雙面雨刮器。雙面雨刮器的不足是 , 外雨刮片是車外物體 , 內(nèi)雨刮片與其一起聯(lián)動 , 容易分散駕駛員注意力而引起視覺疲勞 , 危害行車安全。通過改進 , 把內(nèi)雨刮片改成磁條式的 , 無機械聯(lián)動 , 需要時貼上 , 用完后取下 , 很方便。但是實際使用中發(fā)現(xiàn)磁性大小很難控制 , 更麻煩的是加大磁場作用效果時 , 干擾車內(nèi)電子設備 , 用手機做測試 , 通話質量差 , 甚至車內(nèi)收放音設備無法正常工作。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷 , 小范圍雨刮后視覺效果差 , 影響駕駛員對前方全景的正確判斷。經(jīng)過不斷改進 , 把雨刮片的曲線 (圓周 )往復運動改成直線往復運動 , 雨刮面積加大。但是設計者把被雨刮的玻璃假想成直面矩形平板式 , 而目前擋風玻璃更多的是流線圓弧形等形狀 , 直線整體雨刮在弧形玻璃上無法安裝。 傳統(tǒng)雨刮片的材料是黑膠體 , 技術人員把它改成透明狀 , 增強了視覺感光效果。在具體測試時 , 遇到雨天夜晚行車 , 打開雨刮設備 , 各類光源被透明雨刮片折射后與透明棒形成新的“ 發(fā)光棒” , 司機原本可遠距離觀察 , 這時卻被發(fā)光棒來回運動構成的發(fā)光“ 墻面”遮掩而眩目。 （ 2） 老 產(chǎn)品一統(tǒng)天下。我國車輛工業(yè)近年來快速發(fā)展 , 但是雨刮器作為一種附件 , 其開發(fā)一直得不到應有的重視。一方面是用戶的使用和思維習慣 , 另一方面是新產(chǎn)品的完備性和推廣價值不高。接受和認可新型雨刮器要有一個過程 , 真正的強適應性雨刮器開發(fā)出來 , 一定會是中國制造的一大特色。 普通雨刮器經(jīng)久不衰 , 除了沒有可靠的替代品之外 , 另一個很重要的原因就是其質量穩(wěn)定、結構簡單、故障率低和易于維修。而前幾種新型雨刮器要么處于試驗階段 ,要么質量不穩(wěn)定 , 制造商不敢投入太多的資金搞推廣 4。 由于以上種種原因，我國廣泛應用的雨刮器一直沒有新的改進與進展。因此我國現(xiàn)階段的目標因該是在一定的技術要求下，改進老產(chǎn)品的不足，結合其他新產(chǎn)品的優(yōu)點，設計出新型的，刮掃面積大的，結構簡單、穩(wěn)定的，經(jīng)濟實用的雨刮器。 2.3 刮水電機 2.3.1 刮水電機型號的編制方法 根據(jù) GB4831-1984 電機產(chǎn)品型號編制方法中 規(guī)定，電機產(chǎn)品型號由產(chǎn)品代號、規(guī)格代號、特殊環(huán)境代號和補充代號等四部分按以上順序組成。 電機產(chǎn)品代號見表 2.1。 規(guī)格代號見表 2.25。 表 2.1 電機產(chǎn)品代號 序號 電機類型 代號 1 異步電動機（籠型及繞線轉子型） Y 2 同步電動機 T 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 同步發(fā)電機（除汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機外） TF 4 直流電動機 Z ZD 5 直流發(fā)電機 ZF 6 汽輪發(fā)電機 QF 7 水輪發(fā)電機 SF 8 測功機 C 9 交流換向器電動機 H 10 潛水電泵 Q 11 紡織用電機 F 表 2.2 主要系列產(chǎn)品的規(guī)格代號 序號 系列產(chǎn)品 規(guī) 格 代 號 1 小型異步電動機 中心高（ mm） -機座長度（字母代號） -鐵心長度（數(shù)字代號） -極數(shù) 2 大型異步電動機 中心高（ mm） -鐵心長度（數(shù)字代號） -極數(shù) 3 小型同步電機 中心高（ mm） -機座長度（字母代號） -鐵心長度（數(shù)字代號） -極數(shù) 4 中大型同步電機 中心高（ mm） -鐵心長度（數(shù)字代號） -極數(shù) 5 小型直流電機 中心高（ mm） -機座長度（字母代號） 6 中型直流電機 中心高（ mm）或機座號（數(shù)字代號） -鐵心長度（數(shù)字代號） -電流等級（數(shù)字代號） 7 大型直流電機 電樞鐵芯外徑（ mm） -鐵心長度（ mm） 8 汽輪發(fā)電機 功率（ MW） -極數(shù) 9 中小型水輪發(fā)電機 功率（ kw） -極數(shù) /定子鐵芯外徑（ mm） 10 大型水輪發(fā) 功率（ kw） -極數(shù) /定子鐵芯外徑（ mm） 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 電機 11 測功機 功率（ kw） -轉速（僅對直流測功機） 2.3.2 減速器的 結構特點 刮水電機的主要輸出形式有兩種：旋轉輸出與擺動輸出。減速主要是一級或多級圓柱齒輪減速，蝸桿螺旋齒輪減速。 （ 1）圓柱齒輪減速旋轉輸出的特點 這種電機傳動效率高，二級減速為 80%以上，但噪音較難控制，它的大小取決于齒輪的加工精度及裝配體的尺寸精度，一般用于 20W 以下的電機減速，以增大力矩，如圖 2.1 所示。 圖 2.1 二級圓柱齒輪減速旋轉輸出結構 （ 2）蝸桿螺旋齒輪擺動輸出的特點 這種電機減速傳動的特性與上述相同，但它還將旋轉運動改變?yōu)閿[動運動的一套曲柄搖桿機構同時置于減速箱內(nèi)，使刮水電機輸出形式直接為擺動，如圖 2.2 所示。在 20W 以內(nèi)的刮水電機中，這種型式較常見，其特點是在車身前圍安裝方便，適應性很強，結構緊湊。 擺動輸出也有圓柱齒輪減速的，其基本特點相近。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 圖 2.2 蝸桿螺旋齒輪減速擺動輸出結構 （ 3）蝸桿螺旋齒輪減速旋轉輸出的特點 這種減速有時會被稱之為蝸輪蝸桿減速，但實際上刮水電機減速器是一個斜齒輪與蝸桿吻 合，所以嚴格講應該稱為螺旋齒輪減速。這類齒輪減速方式的優(yōu)點是加工成本低、噪音小、沖擊小、結構緊湊、但傳動效率低，約為 50%。一般在 15W 以上的刮水電機中大多用此方式達到減速增大力矩，如圖 2.3 所示 6。 圖 2.3 蝸桿圓柱齒輪減速旋轉輸出結構 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2.3.3 刮水電機的控制電路分析 圖 2.4 自動復位裝置 （ a）電樞短路制動 （ b）雨刮電機繼續(xù)轉動 （ 1）電動刮水器的復位 如圖 2.4 刮水器自動復位裝置示意圖。 在減速渦輪上，嵌有銅環(huán)，其中較大的一片與電機外殼相連接而搭鐵，觸點臂3、 5 用磷銅片制成（有彈性）， 其一端鉚有觸點，與蝸輪端面或銅片接觸。 當電源開關接通，把刮水器開關拉到： “ I”擋（低速擋）時，電路為電池正極 開關 1 熔斷絲 2 電刷 B3 電樞繞組 電刷 B1 接線柱 接觸片 接線柱 搭鐵，此時電動機以低速運轉。 當刮水器開關拉到 “ ”檔時，電路為蓄電池正極 開關 1 熔斷絲 2 電刷 B3 電樞繞組 電刷 B2 接線柱 接觸片 接線柱 搭鐵，電動機以高速運轉。 當刮水器開關推到 0 擋（停止位置）是，如果刮水器刮水片沒有回到原始位置（停放位置），由于觸點與銅環(huán) 9 接觸，則電流繼續(xù)流入電樞，其電路為蓄電池正極 開關 1 熔斷絲 2 電刷 B3 電樞繞組 電刷 B1 接線柱 接觸片 接線柱 觸點臂 5 銅環(huán) 9 搭鐵，形成回路，如圖 2.4b 所示，電動機以低速運轉直至蝸輪旋轉到圖 2.4（ a）所示的特定位置，電路中斷。由于電樞的慣性，電機不可能立即停止轉動，電動機以發(fā)動機方式運行，此時電樞繞組通過觸點臂 3、 5 與銅環(huán) 7 接通而短路，電樞繞組產(chǎn)生很大的反電動勢，產(chǎn)生制動力矩，電機停止轉動，使刮水片復位到風窗玻璃的下部 7。 （ 2）電刷調速 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 圖 2.5 雙速刮水電動機的變速原理 (a)結構原理 （ b）電路原理 刮水電動機通常采用改變兩電刷間串聯(lián)的導體數(shù)的方法進行調速，如圖 2.5 所示。電刷 B3 為高低速公用電刷， B1 用于低速， B2 用于高速， B1 與 B2 相差 60 。電樞采用對稱疊繞式。 永磁式三刷電動機，是利用三個電刷來改變正負電刷之間串聯(lián)的線圈數(shù)來實現(xiàn)變速的。當直流電動機工作時，在電樞內(nèi)同時產(chǎn)生反電動勢，其方向與電樞電流的方向相反。如果使電樞旋轉，外加電壓必須克服反電動的作用，即 U e，當電樞轉速上升時，反電動勢也相應上升，只有當外加電壓 U 幾乎等于反電動勢 e 時，電樞的轉速才趨于穩(wěn)定。 三刷式電動機旋轉時，電樞繞組所產(chǎn)生的反電動勢如圖 2.5b 所示，當開關撥向L 時，電源電壓 U 加在 B1 和 B3 之間。在電刷 B1 和 B3 之間有兩條并聯(lián)支路，一條是有線圈 串聯(lián)起來的之路，另一條是線圈 串聯(lián)起來的支路，即在電刷B1、 B3 間有兩條支路，各三個線圈。這些線圈產(chǎn)生的全部反電動勢與電源電壓平衡后，電動機便穩(wěn)定旋轉。由于有三個線圈串聯(lián)的反電動勢與 U 平衡，故轉速較低。當開關撥向 H 時，電源電壓加在 B2 和 B3 之間。從圖 2.5（ b）可見，電樞繞組一條由四個線圈 串聯(lián)，另一條有兩個線圈 串聯(lián)。其中線圈 的反電動勢與線圈 的反電動勢方向相反，互相抵消后，變?yōu)橹挥袃蓚€線圈的反電動勢與電源電壓平衡，因而只有轉速升高使反電動勢增大，才能得到新的平衡，故此時轉速較高?？梢?，兩電刷間的導體數(shù)減少，就會使電動機的轉速升高，這就是永磁三刷黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 電動機原理 8。 （ 3）間歇刮水電路的分析 間隙式電動刮水器的間歇功能主要靠間歇控制繼電器來實現(xiàn)，其控制電路如圖2.6 所示。 圖 2.6 間歇控制繼電器控制電路 刮水電機通電低速轉動，刮水片低速擺動。點火開關接通（ ON）刮水器開關撥至間歇（ INT）檔位時，三極管將有基極電流通過而導通，集電極電流過繼電器圈磁化鐵心產(chǎn)生吸力吸閉觸點，使刮水電機低速電路經(jīng)過刮水器開關間歇（ INT）檔位而接通，刮水電機低速轉動，從而帶動刮水片低速擺動。 電容器被充電，從而保證刮水片擺動時間。刮水電機轉動后，驅動內(nèi)部凸輪開關迫使接點 “ S” 與 “ +B” 接點連通，電容被充電。由于電容器的充電電流通過三極管的基極，三極管將是始終保持導通，刮水電機也將保持低速轉動。這一狀態(tài)將一直保持到電容器被充電到兩端的電壓與電源電壓相等為止。 刮水電機停轉，刮水片停止擺動。當刮水片被電機驅動擺動一次回到自動停止位置時，電機驅動內(nèi)部凸輪開關迫使接點 “ S” 與 “ +B” 接點斷開，使 “ S” 與 “ E”接點連通，此時充足電后的電容器 “ +” 極直接搭鐵，電容器 “ -” 極電位瞬變降低，從而導致三極管基極電 位迅速降低而截止，繼電器線圈電路切斷，鐵心吸力消失，觸點回到初始位置。與此同時，電機低速電路被切斷，電機停止轉動。 電容器被反向充電，刮水片恢復擺動。電容器 “ -” 極電位降低后，電源電壓便會經(jīng)偏置電阻對電容器反向充電，隨著電容器電壓的逐漸升高，三極管基極電位相黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 應升高至重新導通，繼電器觸電又被吸閉，刮水電機低速轉動，從而帶動刮水片又重新擺動。上述過程重復出現(xiàn)，實現(xiàn)間歇刮水功能。 三極管截止時間則為刮水片間歇時間，一般為 3s 5s9。 2.4 雨刮器 雨刮器的作用是使刮水器系統(tǒng)達到其最終目的 有效地刮凈風擋玻璃上刮 拭范圍內(nèi)的雨水和塵埃，它是整個刮水系統(tǒng)效果好否的關鍵部件。 2.4.1 雨刮的組成和結構特點 雨刮分刮桿和刮片兩個部分，如圖 2.7 所示。刮桿部分是有接頭、刮桿臂、刮桿等零件組成的一個剛性桿件。接頭用以與傳動軸輸出端相連接，刮臂等零件鉸接在接頭的轉軸銷上，在彈簧的作用下產(chǎn)生合適的壓力 p 給刮片中心，是指與風擋玻璃吻合后進行工作。 刮片部分是有橋架、膠條、卡簧、簧片等零件組成。主橋與副橋、簧片所夾持的膠條與橋腳、主橋軸心與刮桿聯(lián)接部分都合適地鉸接著，以保證與風擋玻璃間具有正確吻合后進行刮拭工作。刮片的橋架多少是刮片長度和風檔 玻璃的曲率而定的，膠條簧片組成的端部僅與橋架端部的一個橋腳固定，其余均可在橋腳間移動，藉此保證膠條的曲線隨著風擋玻璃的曲率變化而變化。 圖 2.7 雨刮結構 2.4.2 雨刮品質的評價 雨刮的品質是最終反映刮拭效果的關鍵，一般分下面幾個方面進行評判。 （ 1）外觀質量 雨刮表面必須經(jīng)防眩目處理，以防強光的反射造成對方駕駛員刺眼。一般在金屬件表面噴涂黑色無光或半光的環(huán)氧塑料，噴涂層應與基體有較強的結合，在零件的棱角處觀察不應有剝落或漏噴，噴涂面應平整，光潔，不得有擦痕、起泡、掛料、黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 堆積等疵病。 （ 2）裝配質量 雨刮的各鉸接部位均應靈活但又不可過份松動，非鉸接中心軸線處的兩平面間不應有明顯的轉動存在，例如接頭與主體、刮片與鉸接座等。 刮片的橋架之間鉸接同上一樣，橋架腳與膠條的保持部應移動靈活，對刮片進行曲率變化，其反應應靈敏，釋放外力后能迅速還原。 刮桿對刮片的壓力應合理。一般對曲刮來講，刮片每米長應有（ 12 16）克的力，測力的方法如圖 2.8 所示。 圖 2.8 刮桿對刮片的壓力測量 （ 3）膠條的材料與質量 刮片的刮拭性能及耐用度最終是反映在膠條上的。一般膠條是用合成膠及氯丁膠制成，它應能在（ +60 40） C 環(huán)境中耐一年以上的老化壽命，并保持一定的彈性恢復性能。硬度在邵爾氏（ 58 62）度，在自然狀態(tài)下應平直，兩側無彎曲波。如圖 2.9 所示。工作時下壓的姿態(tài)應合理（圖 2.10），膠條工作部表面應光滑，棱角清晰，膠條刃口應平直（圖 2.11）。若表面進行氯化或石墨化處理則工作效果更好。 圖 2.9 膠條自然狀態(tài)圖 1-兩側不應有波紋形； 2-刃口部； 3-工作部； 4-頸部； 5-保持部 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 圖 2.10 膠條工作狀態(tài)圖 刃口好 刃口差 圖 2.11 膠條刃口圖 2.4.3 刮水器傳動機構 刮水器傳動機構尺寸種類變化繁多，無統(tǒng)一的型號編制，因為它的專用性較強。其外形、安裝尺寸、刮拭角等尺寸參數(shù)基本上是由汽車制造廠根據(jù)汽車前圍的大小、高低及布置空間等要求而確定的。因此，習慣上對傳動機構的稱呼是根據(jù)車型而定的。 傳動機構一般由一至三組曲柄搖桿機構及雙搖桿機構組成，如圖 2.12 所示。 圖 2.12 傳動機構典型結構簡圖 四連桿機構的桿件一般由管材或槽鋼制成。桿件間的鉸接點均是球形關節(jié)結構，以彌補桿件運動平面在制造和安裝上的誤差，球鉸節(jié)的外套由高能工程塑料制成，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 因此具有吸收沖擊和減少噪音、防止鉸接點咬死等優(yōu)點。在工作時運動靈活、平穩(wěn)，裝配維修時由于是靠零件的彈性過盈進行軸向定位的，故不用專用工具即可方便拆卸 10。 2.5 雨刮器相關參數(shù)的選擇 2.5.1 雨刮器尺寸初定 初定車窗面積、刮片長度及刮掃角度如下： 圖 2.13 車窗面積及雨刮初步設計圖 圖 2.14 車窗面積及雨刮初步設計尺寸圖 根據(jù)已知轎車實際條件，初選雨刮器的右刮片長度為 350mm， 左刮片長度為400mm。 曲柄與左搖桿之間的距離為 250mm，曲柄與右搖桿之間的距離為 200mm。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 初定左搖桿為 60mm。 初定刮片刮掃角度為 85 度 。 2.5.2 曲柄搖桿結構設計 圖 2.15 左雨刮曲柄搖桿機構計算圖 設曲柄長度為 a， 左連桿長度為 b。 當左搖桿運動到 D 位置時 ， AD=b-a， 當左搖桿運動到 E 位置時 ， AE=a+b 所以 AE-AD=a+b-b+a=2a 由圖可知 AD=AB,AE-AD=BE=2a 測量出圖中 BE 的長度為 70mm， 則曲柄長度為 35mm， 左連桿長度為 230mm。 圖 2.16 右雨刮曲柄搖桿機構計算圖 由三角形余弦定理 2 a bcbaco s222 得 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 0 A B 7)( B C20ABc o s 1 6 5222 4 0 A B BC20ABc o s 8 0222 解得 ： AB=70mm BC=200mm 所以右搖桿為 70mm，右連桿為 235mm。 根據(jù)曲柄搖桿各桿長度必須滿足以下條件，如圖 2.17 所示。 1ACD中 ()A D B C A B C D ()C D B C A B A D 2 B C + A B C D + A DA C D中所以有： A D A B B C C D C D A B B C A D （ 2.1） B C A B C D A D 將公式兩兩相加，化簡可得： AB BC AB CD （ 2.2） AB AD 圖 2.17 四連桿機構 根據(jù)以上計算，初選左右曲柄搖桿的尺寸，如圖 2.18 所示。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 圖 2.18 曲柄搖桿機構 由上圖可知此鉸鏈四桿機構中有整轉副