范文一:汽车自动雨刮器
机械原理设计说明书
题 目 :汽车风刷刮水器
学 院 :机电工程学院
专 业 :汽车服务工程
班 级 :08汽车服务本
姓 名 :骆铁城 谢治 陆阳 学 号 :08113003324 08113003232 08113003323 指导老师 :李振哲
目 录
一 . 设计题目 ................................................................................................................ 1
1.1课程设计目的和任务 ...................................................................................... 1 1.2课程设计内容与基本要求 .............................................................................. 2 1.3机构简介 ........................................................................ 错 误!未定义书签。 1.4参考数据 .......................................................................................................... 5 1.5设计要求 . .......................................................................................................... 5
二 . 设计方案比较 ...................................................................................................... 6
2.1设计方案一 ...................................................................................................... 6 2.2设计方案二 ...................................................................................................... 7 2.3设计方案三 ...................................................................................................... 8 2.4最终设计方案 ................................................................ 错 误!未定义书签。
三 . 虚拟样机实体建模与仿真 ............................................... 错误!未定义书签。 3.1ADAMS/VIEW 的样机建模 ......................................... 错 误!未定义书签。 四 . 虚拟样机仿真结果分析 . ................................................................................. 10
4.1滑块水平位移仿真曲线 ....................................... 10 4.2块水平运动速度仿真曲线 .................................... 10 4.3滑块水平运动加速度仿真曲线 ................................. 11 4.4带刮片摆杆角速度仿真曲线 ................................... 11 4.5带刮片白杆角速度仿真曲线 ................................... 11
五 . 课程设计总结 .................................................................................................... 12
5.1机械原理课程设计总结 ................................................................................ 12 5.2设计过程 ........................................................................................................ 13 5.3设计展望 ........................................................................................................ 14 5.4设计工作分工表 ............................................................................................ 15 5.5参考文献 ........................................................................................................ 15
一.题目:汽车风扇刮水器
1.1课程设计目的和任务
机械原理课程设计能够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 练的必不可少的实践性教学环节。
机械原理课程设计教学所要达到的目的是:
1、培养学生理论联系实际的设计思想,训练学生综合运用机械原理 课程的理论知识,并结合生产实际来分析和解决工程问题的能力。 2、通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动 和受力进行分析和计算,让学生对机构设计有一个较完整的概念。 3、训练学生收集和运用设计资料以及计算、制图和数据处理及误差 分析的能力,并在此基础上利用计算机基础理论知识,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的基本技能。
机械原理课程设计教学的任务是:机械原理课程设计通常选择一般 用途的机构为题目,根据已知机械的工作要求,对机构进行选型与组 合,设计出几种机构方案,并对其加以比较和确定,然后对所选定方案 中的机构进行运动和动力分析,确定出最优的机构参数,绘制机构运动 性能曲线。
1.2课程设计内容和基本要求
机械原理课程设计是在机械原理课程完成后集中进行的教学环节,它是在教师指 导下由学生独立完成的。每个学生都应明确课程设计的任务和要求,拟定设计计划, 保证设计进度、设计质量,按时完成课程。在设计过程中,提倡独立思考、深入钻 研,主动地、创造性地进行设计工作。要求设计态度严肃认真、一丝不苟,反对不求 甚解,这样才能确保课程设计达到教学基本要求,并在设计思想、方法和技能等方面 得到良好的训练和提高。
1) 机械原理课程设计步骤
(1)机构运动方案设计。即根据给定的原始数据和工艺要求,构思并选定机构方 案;
(2)设计上述各机构。根据选定的方案采用各机构,如凸轮机构、连杆机构、齿 轮机构、间歇运动机构及其组合机构等,即具体机构的尺度综合,求出机构的主要尺 寸;
(3)根据上面求得的尺寸,按比例画出全部机构的运动简图及运动循环图;
(4)据此对上述机构进行运动分析,并进行基于 ADAMS 软件的机构建模与运动仿 真。即绘制机构的运动线图,或进一步进行运动和动力分析;
(5)编写设计说明书。
2) 设计说明书编写要求
课程设计说明书是学生证明自己设计正确合理并供有关人员参考的文件,它是课 程设计的重要组成部分。收集整理课程设计报告工作关系到课程设计的成败,通过这 项工作,能提高学生的技术概括能力和表达能力。编写说明书也是科技工作者必须掌 握的基本技能之一。因此,学生在校期间就应加强这方面的训练。课程设计说明书应 在课程设计过程中逐步形成,课程设计结束时,再作必要的补充和整理。而设计说明 书的内容视设计任务而定,大致包括:
(1)设计题目(包括设计条件和要求)。
(2)机构运动简图或设计方案的确定。
(3)全部原始数据。
(4)完成设计所用方法及其原理的简要说明。
(5)建立设计所需的数学模型并列出必要的计算公式、计算过程及说明,写出设 计计算结果。
(6)绘出计算机程序框图,写出自编的程序。或将基于 ADAMS 软件的机构建模与 仿真方法过程描述出来。
(7)用表格列出计算结果并画出主要曲线图。
(8)对设计结果进行分析讨论,写出课程设计的收获和体会。
(9)列出主要参考文献资料。
3) 设计说明书的格式要求:
(1) 说明书一般用 A4纸打印,要求步骤清楚、叙述简明、文句通顺、书写端正。
(2)对每一自成单元的内容,都应有大小标题,使其醒目突出,建议加上目录。
(3)通过课程设计说明书的编写,学生应该学会整理设计数据、绘制图表和简 图,用工程术语表达设计成果的方法。
(4)对所用公式和数据,应标明来源——参考资料的编号和页次。
(5)说明书应加上封面,并与图纸一起装订成册。
1.3机构简介
汽车风窗刮水器是用于汽车刮水刷的驱动装置。如图 1- (a)所示,风窗刮水器工 作时,由电动机带动齿轮装置 1-2,传至曲柄摇杆装置 2'-3-4。电动机单向连续转动, 刮水杆 4作左右往复摆动, 要求左右摆动的平均速度相同。 其中, 刮水刷的工作阻力矩 如图 1- (b)所示。
图 1 汽车风窗刮水器机构简图及阻力线图
1.4参考数据
设计数据见表 1所示
表 1 设计数据
1.5设计要求
1. 对曲柄摇杆机构进行运动分析
作机构 1-2个位置的速度多边形和加速度多边形, 以上内容与后面的动态静力分析 一起画在 2号图纸上,整理计算说明书。
2. 对曲柄摇杆机构进行动态静力分析
确定机构一个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。 作图部分画在运动 分析的图纸上,整理计算说明书。
3. 在 Solidworks/PRO_E/Adams中进行运动仿真和动力学仿真,作出位移、速度、 加速 度线图。
二 . 设计方案比较
2.1设计方案一
分析:摇杆 2转动带动摇杆 3,摇杆 3带动雨刷 4上下移动,从而达到刮水效果。
该方案优点 :
雨刷刮水面积较大;
结构相对较简。
该方案缺点:
中间固定部位过长,影响视线;
雨刷向上移动的时,又将雨水向上刮,从而影响效率。
2.2设计方案二
分析:此刮雨器由凸轮机构组成,凸轮的转动带动雨刷向上运动,达到最高度时,雨刷 因重力随凸轮向下运动,但此方案有以下缺陷:
1. 由凸轮带动极其不稳定,
2. 凸轮与挡板间有动摩擦产生了磨损
3. 仅靠雨刷重力来克服摩擦力,很可能经常导致雨刷静止在最高端
4. 电机不仅要克服雨刷与玻璃的摩擦还要克服雨刷的重力,浪费资源。
2.3设计方案三
摇杆 2转动带动摇杆 3,摇杆 3带动连杆移动,从而使摆杆 5、 6左右以一定频率 摆动,达到刮水的效果。
该方案优点 :
1. 该方案的可行性与优点:
2. 整体构建布局可以在汽车上较为容易实现;
3. 机构简单实用,在满足运动要求前提下大大节省了材料;
4. 设置了急回特性(推杆快,收杆慢) ,因为在刮片起挂前,挡风玻璃上附着的雨 水量相对较多, 对司机观察前方路线不利, 这时刮片需快速挂清雨水, 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的清晰度。 同时急回特 性的运用也提高了雨刮器的工作效率;
5. 在雨刮器收杆的时候,刮片贴紧挡风玻璃下沿时间较长,这就可以让雨刷器间隔 工作,剩去了需脉冲控制让雨刷器间隔工作这一步。
2.4最终设计方案:方案三
三 . 虚拟样机实体建模与仿真 3.1 ADAMS/View 的样机建模
四 . 虚拟样机仿真结果分析
利用 ADAMS 仿真软件对已建立模型的摇杆的位移、 速度、 加速度进行数据分析, 并输 出所需要的数据及曲线,如下:
4.1滑块水平位移仿真曲线
4.2滑块水平运动速度仿真曲线
4.3 滑块水平运动加速度仿真曲线
4.4带刮片摆杆角速度仿真曲线
4.5带刮片摆杆角速度仿真曲线
五 . 课程设计总结
5.1机械原理课程设计总结:
首先我们确定摇杆的长度,并用 CAXA 画出了它的运动简图,之后用 ADMAS 进行运 动仿真。 通过这次课程设计我学会了 ADMAS 软件的基本操作掌握了更多的使用工具。 并 且在此设计过程中也培养了团队之间的协作精神。
在学完机械原理这门课程的同时, 作为一名合格的机电学生, 需要将所学的应用到 实际设计机构中去, 提高我们综合运用机械原理课程理论分析的能力, 并结合生产实际 来分析和解决工程问题。 根据已知机械的工作要求, 通过制定设计方案、 合理选择机构 的类型、 正确地对机构的运动和受力进行分析和计算, 让我们对机构设计有一个较完整 的概念。 同时也训练我们收集和运用设计资料以及计算、 制图和数据处理及误差分析的 能力, 并在此基础上利用计算机基础理论知识, 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的基本技能。 完成了整个课程设计, 收获颇多, 尤其是在软件 应用上面,同时对机械原理的知识有了更进一步的认识。
纵观课程设计过程,我们各组员任务分配明确,相互沟通交流,互帮互助,工作有条 不紊地前进。 短短的两周让我们受益匪浅:首先要对问题认真重视, 然后就是数学思想 的完美性的思考, 将机构放之现实生活中我们要考虑的问题, 安全、 稳定、 美观、 便捷、 经济。这是最复杂和困难的,也是想的最多的地方,也是能够突出成绩的地方。我们在 这方面想了很多, 虽然有很多都没有在设计中体现出来, 但总体上以满足要求。 此外我 们也参考了一些网上的资料, 大多数都比我们的方案要复杂, 完善。 这也是我们此次设 计的不足之处,可是我们确是在这些简单的零件组合与机构运动分析,对比,修改,调 整中慢慢地喜欢上了一门原本被认为枯燥的课程。 当我们看到自己辛苦了几天所最终确 定下来方案在 ADAMS 软件里动起来时,激动之心溢于言表。
总而言之, 良好的团队精神与认真负责的态度在让我们受益良多的同时也圆满地完成 了此次机械原理课程设计。
5.2设计过程
通过这次课程设计,我们真是收获颇丰 , 不仅温习、巩固了课本上学所学知识,而 且使让我们在实际操作中学会了多动脑带来的快乐, 团体合作的力量以及相互讨论的好 处。对于设计流程:参与课程设计的选题,对刮水器的机构进行构思,设计方案和设计 思路。 绘制刮水器的机构简图。 对选定的方案进行尺寸设计。 在 ADMAS 软件中设计出雨 刮器机构,并对其进行仿真,得到各运动参数。在此次的机械原理课程设计中,我们对 于某些机构的原理知识, 有了更高有一层的认识, 有感性的认识变为了理性的理解以及 掌握。在设计过程中我们对于 CAXA 软件的使用变得越来越熟练,用于仿真分析的 ADMAS 也更加娴熟系统了。完成这项课题,还得感谢李振哲老师的帮助。
5.3设计展望
生活中我们发现,雨下得很大时使用雨刷感觉不错,可是当下小雨启动雨刷时,就 会发现雨刷会在玻璃面上留下擦拭不均的痕迹;还有的时候会卡在玻璃上造成视线不 良。这种情况表明雨刷已硬化。若排除此故障,应先了解一下雨刷的工作原理。原来, 雨刷是借马达的转动作用, 靠连接棒转变成一来一往的运动, 并将此作用力传达至雨刷 臂及雨刷本身。 当雨刷的橡胶部分硬化时, 雨刷便无法与玻璃面紧密贴合, 或者雨刷一 有了伤痕便会造成擦拭上的不均匀,形成残留污垢。
雨刷或雨刷橡胶片的更换很简单,但在更换时应注意,车型及年份不同,雨刷的安 装方法及长度不同。有的雨刷只需要更换橡胶片即可。
1. 雨刷臂如果是可立式的就立起来, 如果是不可立的屏蔽式, 先将玻璃面弄湿, 当 雨刷在较易更换的位置时将马达开关定在 OFF 。
2. 雨刷的安装方法有 U 钩型、 螺丝锁定型。 钩型者只要将钩子拉起来雨刷即可拔下。
3. 取下来的雨刷最好与新装的雨刷的长度比一比, 看看是否相同, 再观察一下安装 方法是否相同。
4. 将雨刷尽量按原来的方式插入,使其固定。
5. 将挡风玻璃弄湿,观察雨刷的动作是否正常。
5. 4课程设计工作分工表
6. 参考文献
机械原理教程(第 2版) /申永胜主编 . —北京:清华大学出版社, 2005 ADAMS-虚拟样机技术入门与提高 /郑建荣主编 . —北京:机械工业出版社, 2001 机械设计课程设计 /王大康,卢颂峰主编 . —北京:北京工业大学出版社, 2000
范文二:汽车雨刮器的改进
第21卷第3期 湖北汽车工业学院学报 V01.21No.3 1竺兰!皇 !!!竺墼堡望!!!!垒!!!!竺!坚!!塑!堡矍!!!堡!堡 !:!:!些
汽车雨刮器的改进
岑木峰
(湖北汽车工业学院汽车工程系T34,一7。期北十堰442002)
摘要:针对传统雨刮器刮刷面积较小的问题,在原有结构上对传统雨刮加以改进,从而增大刮刷面积.扩大驾 驶员视野,提高了行车安全。其中电子控制技术决定了刮刷效果的好坏,机构的强度决定了雨刮器使用的可靠性。 关键词:汽车:雨刮器;机构
中圈分类号:U463.85+5文献标识码:^文章编号:l008-5483(2007)03—0074_03
Improvement of AutomotiVe Screen Wiper
CenMM知粥
(D印I.of Autolllotive E蟛neeTillg,Hubei Automotive Ind岫喇es l硝dtllte,Shly蚰“2002,Chilla)
AkItI.act:Ba跎d蚰t}Ie tmditional∞reen诵per machine,a new screen wipe w龉designed,which w粕contmⅡed by the electrDnic c曲trol unit,to increa肫its sweeping Bquare and enhBnceⅡle driv-ing∞fety,
Key Words:aut0;screen wiper;8trIlcture
由于技术上的差别。不同的雨刮刮刷效果大不
相同。且前大多数车型都采用的是单电机驱动的 雨刮器系统,采用连杆机构驱动2个雨刷.这套系 统机构简单.造价低廉。但噪声和雨雪天气刮刷不 净的现象还是时有发生,且刮刷面积不够大。视野 也不够开阔。 l传统雨刮器的特点
就刮刷方式而言。目前国内外使用的形式总共 有4种,如图l所示.分别为同向刮刷、对刮、单臂 可控刮刷和普通单臂刮刷。前2种根据电机数目不
图l雨刮器的刮刷种类
第2l卷第3期 岑木峰:汽车雨刮器的改进 一75一 同.可分为单电机驱动和双电机驱动。其中具备伺
服功能的双电机的对刮模式是目前比较先进的刮
刷方式。
传统雨刮器有如下特点:
1)雨刮采用对刮和同向刮刷方式布置.这使
得刮刷面积增大了10%,刮刷时盲区进一步减少。
2)雨刮片更符合空气动力学特性。在关闭雨
刮器的状态下雨刮将完全收进雨刮槽内,这样就减
少了空气阻力。
3)雨刮片的空气动力学部件在车辆高速状态 下的下压力更强。避免了下压力不足造成的刮刷不 净的现象。
4)雨刮器采用双电机设计左右雨刮间不存在 机械连接,减少了噪声,同时也节省了布置空间。 5)伺服系统能够在雨刮片接近上刮刷位置时 自动降低刮刷速度进而达到上刮刷位置.此时电机 反转则雨刷向相反的方向刮刷.这样大大降低了刷 片突然反转产生的噼啪噪声。
6)雨刮系统具备冬季在雨刮器开关置于点触 刮刷位置时.如果车辆静止并且点火器置于关闭位 置lO 8以内,雨刷器就会自动拉起并停止在上刮 刷位置.方便了用户在前风挡上铺设防雪塑料布以 避免车辆雪天过夜而在风挡上产生积雪。
7)对于普通单臂刮刷式雨刮器而言,结构最 简单,成本最低,但刮刷面积不够太是其最大缺点。 8)对于单臂可控刮刷式雨刮器而言.刮刷面 积最大是其最大优点.但其结构及控制方式较复 杂,使用频率较低。
根据上述传统雨刮的特点.本文在保证其优点 的基础上对其存在的缺点进行改进.如增大刮刷面 积、降低噪声等。
图2伸缩式单臂雨刮器结构示意凰
具体设计方案如下:
1)由电机的转动带动雨刷转动,刮刷半径为 雨刷在玻璃表面刮刷时的最小半径.刮刷域呈半圆 图形。此为雨刷执行动作一。
2)在电控单元的控制下,使雨刷自动伸缩.保 证雨刷最远端在刮刷过程中与其它三边保持接触. 即最外端运动轨迹为玻璃的另三边边线。此为雨刷 执行动作二。
3)动作一和动作二的执行次数比均由电控单元 来完成。通过编写程序做到雨刷适应不同天气、不同 雨量的刮刷效果。刮刷速度也由电控单元来控制。 4)伸缩机构的设计如图3所示。伸缩机构的 运动由线性电机来控制。在最小半径时,即在执行 动作一时线性电机不工作,执行动作二时通过电控 单元控制线性电机根据实际需要使杆=沿杆一自 由伸缩。
5)杆二比杆一的直径大.这样做可以防止雨 水进入两杆问的摩擦面。避免影响刮刷效果。 通过以上动作的执行,可以做到刮刷面积达到 100%的良好效果.增大了司机的视野。解决了汽车 雨刷刮刷面积小的闯题,提高了行车安全性。
2雨刮器系统改进设计方案 3雨刮器的主要机构设计说明
目前.世界各大汽车公司均致力于增大汽车雨 刮器的刮刷面积,其中以博世公司为代表走在最同 行最前列。但能否设计出一种机构既简单.刮刷面 积又大,而且成本又低的雨刮器呢?通过汽车设计 的学习,笔者设想以普通单臂刮刷式雨刮器为基 础,对其结构加以改进,改整体雨刷杆为伸缩杆。使 其刮刷面积达到近似100%。如图2所示。
使雨刷杆伸缩的机构由一根弹簧、电机以及与 其相连的钢索组成.如图3所示。安装好的雨刮器 中弹簧已被压缩,保证雨刷的最小刮刷半径。当需 要执行动作二时,由电机释放钢索.并在弹簧力的 作用下使雨刷杆伸长.当要减小半径时,电机缠绕 钢索,使弹簧压缩。雨刷杆长度减小。通过此控制可 以使得雨刷杆的长度根据刮刷需要而实现自动伸
76湖北汽车工业学院学报 2007年9月
钢索(与电机相连)
杆一(连接线性电机)
注:杆一和杆二的相
对直线运动由线性
电机来控制.以保证
在伸缩挂刷时能使
杆二伸长。保证雨刷
最外端与前挡风玻
璃的左、上、右边越
线接触.
弹簧(在刮刷最小半径
时处于最大压缩状忐)
杆二(连接雨刷
图3雨刮伸缩机构
缩.从而在雨刷动作一和动作二的配合下使得刮刷 死角都能够被刮刷到.实现了刮刷面积大大增大的 效果。当然这些动作的完成需要电控单元来配合。 在此设计中.所使用的机构简单。只是将原来的雨 刷杆由单一杆改为伸缩杆,并且增加了另一个电 机.虽然耗能有所增加.但对于刮刷面积的提高等 方面的性价比得到提高。它综合了双电机式雨刷、 普通单臂式雨刷以及可控单臂式雨刷的要求而设 计。方案可行,在机械制造中完全可以实现。
4伸缩机构中细节问题的处理
在雨刷的伸缩杆中,为防止在刮刷的时候出现 杆=转动的现象。杆件的形状不能做成圆柱形,必 须保证其中有棱角或做成椭圆形的光杆.以限制杆 二绕杆一转动的自由度。杆二的外圆直径要比杆 一的大,保证杆二套在杆一上,并能防止雨水进入 杆一与杆二的缝隙间,防止其生锈而使得二者之间 的伸缩滑动失效。弹簧在执行动作一时已处于最 大的压缩状态,若钢索被拉断的情况下,雨刷杆很 有可能在弹簧力的作用下被弹出,这就需要在杆一 和杆二之间加上一个锁止机构.保证在出现此类情 况时不会将杆二弹出。对于弹簧的刚度K和钢索 的强度要求需要通过CAD设计并仿真初步测算. 以使得在保证强度足够和可靠性的情况下,使加工 成本最低.制造难度降到最小。
5机构布置方案
雨刮机构总体布置方案与控制系统结构示意 图.如图4、图5所示。
图4雨刮机构总体布置方案
圈5雨刮控制系统结构示意圈
与电机一相连的钢索通过电机二的中心,并布 置在其旁边.这样可以在原有空间下起到合理布置 的效果.避免了妨碍其它设备的布置。伸缩运动以 及雨刷的左右摆动动作的完成由电控单元EcU收 集雨量信息和雨刷最外端与前挡风玻璃的边缘距 离信息。保证在执行动作二时雨刷最外端与玻璃外 缘保持零距离接触。这样做的目的可以使得雨刮能 刮到死角位置。雨量大小传感器传送到Ecu的雨 (下转第78页)
一78一 湖北汽车工业学院学报 2007年9月
图3倒倾后的油箱 3结论
通过采取上述措施对油箱进行一定的改造,可 有效防止油箱损坏漏油产生的爆炸.从而保护车内 人的生命安全。由于油箱内壁弹性膜材料的选择与 加工制造,以及传感器技术的应用和隔氧设备的研 制仍是今后的一项重点和难点所在,目前只是对油 箱改进技术的可行性进行了一个初步研究。
测到油箱倾斜达到一定程度,隔离设备(类似于粉
灭火器装置).瞬时喷出大量泡沫,阻断油箱口的油 参:考文献:
与空气接触。从而有效防止爆炸发生。 [1]陈家瑞.汽车构造.[M].北京:机械工业出版社,2005. ‘■…。■…-— p … …。■-。 ■--‘ ■_1P — —P — —■—…‘■—。●一■—’■?-1P ’ —P -1-1P ? 10— 10‘ ■——■一…一 (上接第76页)
量大小信息可以改变雨刷摆动的频率和电机一的 大。通过平时的学习以及日常生活的观察,笔者设 转速.使得司机在任何时候都有一个清晰的视野, 想了此套机构,以解决刮刷面积不够大的问题,从 提高行车安全性。 而实现刮刷面积近似达到100%,并综合现有雨刷 在控制系统的设计中。电子控制技术决定了刮 机构的优点,最太限度提高了行车安全性,且此机 刷效果的好坏,而机构的强度决定了雨刮器使用的 构结构简单、制造成本低、有较高的使用价值。 可靠性。这也是系统设计的重点和难点所在。
6结束语
目前国内外各种形式的汽车中使用的雨刮器 的刮刷面积均不够大.视野效果有一定局限性,但 各大汽车制造厂都在努力使得刮刷面积进一步增 参考文献:
[1]李朝晖.汽车电器及电子设备[M].重庆:重庆大学出版 社.2004.
[2]陈家瑞.汽车构造.[M】.北京:机械工业出版社,20Q5. [3]ROBERT BOSCH PREss.于细微处显神通——雨刮器 技术探密,2005.2.
范文三:汽车雨刮器设计
目录
一.设计任务书 .................................................... 1 1.1刮水器的功用 ................................................. 1 1.2 刮水器的机构简介及运动原理 .................................. 1 1.3刮水器的运动简图 ............................................. 2
二.设计数据 ...................................................... 2
三.刮水器机构相关数据的计算及分析 ................................ 3 3.1 计算极位夹角 ................................................ 3 3.2 计算BC的长度 .............................................. 3 3.3 计算 AB 杆和CD杆的关系 ..................................... 4 四 . 加速度,速度多边形的计算分析 ................................... 4 4.1 方案一的速度加速度分析:................................... 7 4.2 方案二速度和加速度分析:.................................... 9 五 . 动态静力分析 ................................................... 9 5.1对两方案进行受力分析 ......................................... 9 六 . MAD仿真建模分析速度与加速度 ............................... 10 6. 1仿真运动轨迹 .............................................. 12 6. 2分析速度与加速度图线 ...................................... 13
七 . 心得体会 ...................................................... 14
八.参考文献 ..................................................... 15
一.设计任务书
1.1刮水器的功用
为了保证汽车在雪雨天有良好的视野,各种车辆均配有刮水器, 它利用连杆运动机构将电机连续旋转运动化为刮片的往复挂刷运动, 清除车窗上的水滴或污垢,保持清晰的视野。
1.2 刮水器的机构简介及运动原理
汽车风窗刮水器是利用汽车刮水的驱动装置,如运动简图所示:风窗刮水器工作时,由电动机带动齿轮装置 1-2,传至曲柄摇杆装置 2' -3-4,将电动机单向连续转动,转化为刷片 4做往复摆动,其左 右摆动的平均速度相同。
1.3刮水器的运动简图
二.设计数据
三. 刮水器机构相关数据的计算及分析
3.1 计算极位夹角
θ=180 (k-1)(k+1) ∴ θ=0°
可见该机构无急回作用,可以达到摆臂左右摆动速度相同的要求。
3.2 计算BC的长度
∵ L AE =180㎜ , LAB =60㎜,且 L AB =LCE, ∴ L BC =180㎜ 3.3 计算 AB 杆和CD杆的关系
∵ cos30?=CE/CD= 2 AB ∴ CD=
3 3 2AB
四 . 加速度,速度多边形的计算分析
4.1 方案一的速度加速度分析: 如下图所示
速度与加速度多边形如下
p ' b ' c ''
c '
mm L
AB
60=
在左极限位置 , 由已知条件可得 :
W L V
AB AB B
?=
60m/sπ230(÷?=) W
AB
∴
a
n
c =L W AB AB ?2
=0.592m2/s
选取比例尺 μv =0.01(m/s)/mm,μa =0.1(m2/s)/mm 由理论力学公式得 :
0, =+=V V V V
C BC B C
, s m V BC /188. 0=
∵ a a a a t
bc n
BC B C ++= ,
∴ s m L L a BC BC BC n
BC /195. 022
=????
? ??=
∴ a a a n BC n B t C +=??30sin s m a t C
/573. 12= s m a C /573. 1p`c`2
a
u =?=
在右极限位置:
速度与加速度多边形如下
∵ 0, =+=V V V V C BC B C ∴ s m V BC /188. 0=
∵ 0, =++=a a a a a n C t BC n BC
B C a n B
=L W AB AB ?2=/s0.592m 2
, 0=a n C ∴ s m L L a BC BC BC n
BC /195. 022
=????
? ??=
由加速度分析图可得
a a a n B n BC t C =+??60cos , s m a t C
/792. 02= s m a C /792. 0p`c`2
a
u =?=
4.2 方案二速度和加速度分析:
速度与加速度多边形如下 p ' b ' c ''
c '
L AB =80mm
在左极限位置 , 由已知条件可得 :
W L V
AB AB B
?=
60m/sπ230(÷?=) W
AB
∴
a
n
c =L W AB AB ?2
=0.789m2/s
选取比例尺 μv =0.01(m/s)/mm,μa =0.1(m2/s)/mm 由理论力学公式得
∵ 0, =+=V V V V C BC B C ∴ s m V BC /251. 0=
∵ 0, =++=a a a a a n C t BC n BC
B C ∴ s m L L a BC BC BC n
BC /350. 022
=????
? ??=
∵ a a a n B n BC t C =+??60cos ,∴ s m a t C
/278. 22= s m a C /278. 2p`c`2
a
u =?= 在右极限位置:
速度与加速度多边形如下
∵ 0, =+=V V V V C BC B C , ∴ s m V BC /251. 0=
∵ 0, =++=a a a a a n C t BC n BC
B C
s m L L a BC BC BC n BC /350. 022=????? ??=
由加速度分析图可得
a a a n B n BC t C =+??60cos , s m o a t C /878. 2= s m a C /878. 0p`c`2a
u =?= 五 . 动态静力分析
5.1对两方案进行受力分析
惯性力
F S4=G/g× a C =15÷9.8×1.573=2.408N
惯性力矩
M S4=J S4× a C =0. 5*1. 573=0. 787N·m 对方案二,同理可得
惯性力
F S4=G/g× a C =15÷9.8×2. 278=3. 487N
惯性力矩
M S4=J S4× a C =0. 5×2. 278=1. 139N·m
由功用要求分析可得,应选取惯性力及惯性力矩较小,对杆 件冲击力较小的方案一
六 . MAD仿真建模分析速度与加速度 6. 1仿真运动轨迹
6. 2分析速度与加速度图线
方案一 方案二
加速度比较
方案一 方案二
由图分析可得:方案一的在两极限位置的速度差较方案二的 小,且方案一的加速度比方案二的要小。
综上所述,最终方案为方案一。
七 . 心得体会
一个周的机械原理设计就要结束了。碰到课程设计,一 开始没有一点头绪,不知如何下手,老师说的 ADAMS 软件 安装不成功,后来在《课程设计》里面看到用MAD软件也 可以达到同样的效果,而且更加方便快捷,所以改用MAD 软件来构图。由于刚开始学习应用这个软件,我们对于这个 软件应用很不熟悉,不断犯错,有些机构知道用处,就是画 不出来,很烦恼。但是碰到难题,大家一起做,一点点画, 一点点熟悉软件,操作也越来越快,终于把方案做出来,虽 然还不能实现真正的打印,但是我们有开始一点点想,一起 画, 一起找不足, 一起实现一个成果, 那是一种快乐。 也许, 做出来的东西还不能真正像那些产品一样成熟。但是我收获 了很多,特别是团队一起动手,一起解决问题才是真正的收 获。很高兴能够在学习中发现自身不足,学习更多的东西。 在这一周里,我们付出了辛勤的劳动和大量的时间。虽 然这让我们付出了无数的汗水,但是我们还是收获很大的。 在设计和计算尺寸时 , 我和同学进行了激烈的讨论 , 随着 讨论的深入 , 我们的设计也逐渐清晰 . 在计算尺寸时 , 我发现有 的机构不太理想 , 于是又找资料从新设计 . 得到组员的认可之 后 , 我门进一步完善了设计 .
最难的还是对 Auto-CAD 、 ADAMS 、M AD 等软件的不
熟悉 , 一切都要从头开始学 . 设计完了的时候 . 我负责的说 明书草稿 , 最伤心的是在打了一中午的字后 , 计算机发生故障 . 一切又从头开始 . 这让我懊悔了好久 , 打字打得腰疼手酸 , 坐了 一个下午 .
整个过程虽然比较累 , 但收获也不少 . 第一我有了设计的 经验 , 为以后的设计打下了良好的基础 . 第二我懂得了如何与 其他人配合工作 . 第三这次设计使我认识到自己的不足之处 , 比如说对一些基本的软件不熟悉 . 也认识到基础知识的重要 性 . 感谢这次课程设计 , 使我学到了这么多新知识!
本来我总感觉自己所学的知识总是那么枯燥,与实际生 活格格不入。这次课程设计让我体会到理论与实际生活的密 切联系性,使自己的设计思想与机械原理课程的理论知识充 分结合,设计出结合生活生产相关的工程问题。深刻体会到 理论联系实际与学习息息相关。
八.参考文献
(1) 《机械原理课程设计》 陆凤仪 主编 机械工业出版社 2002
(2) 《机械原理》 李光敏 主编 中国水利水电出版社 2012
(3) 《机械原理》 孙恒 陈作模 主编 高等教育出版社 2013
范文四:汽车雨刮器设计报告
目 录
目 录 . .................................................................................. 错 误!未定义书签。 摘 要 . .................................................................................................................... 1第一章 汽车雨刮器设计的价值及意义 ............................................................... 3第二章 汽车雨刮器机构的原理 ........................................................................... 4 2.1雨刮器的运作原理 ?????????????????????????? 4 2.2工作原理图 ????????????????????????????? 5 2.3性能与技术要求 ??????????????????????????? 7第三章 设计方案确定 ......................................................... 错 误!未定义书签。 第四章 分析设计及计算 ..................................................................................... 11 4.1电机的参数 ????????????????????????????? 11 4.2连杆机构分析 ???????????????????????????? 11 第五章 雨刮器的使用方法 ................................................................................. 15第六章 本次设计心得体会 ................................................................................. 17 6.1设计总结 ?????????????????????????????? 17 6.2设计展望 ?????????????????????????????? 17 参考文献 . .............................................................................................................. 19
摘要
汽车雨刮器是用来清扫汽车风窗玻璃上的雨雪和尘埃的装置, 是汽车不可缺少的 重要部件。很多汽车制造企业将雨刮器列为汽车的安全部件 , 并将雨刮器的一些功能 特性 (如刮刷频率 ) 列为安全特性 , 其目的是要求雨刮器在工作时既能及时刮清汽车风 窗玻璃上雨雪杂物 , 又不能影响驾驶员的视线; 除此以外 , 汽车雨刮器在停止状态还有 一个关键功能要求自动复位功能 , 即雨刮器在停止工作时, 雨刮器的刮刷子系统 (由刮 杆和刮片组成 ) 自动停止在汽车风窗玻璃下沿的规定区域,其目的也是为了不阻挡驾 驶员的视线。
关键词:雨刮器;功能;自动复位;安全性
一. 汽车雨刮器设计的价值及意义
最早的雨刮器是由一个摇臂与夹有橡皮刮片的臂组成, 由司机手工操作。 后来为 了看位的需要,在左右两侧都装上了刮水臂,用连杆连接,成为手动双刮水片,也就 是今天汽车雨刮器的原始型。
后来的雨刮器用气压差来代替人力,称为真空雨刮器。用一根管子接到发动机, 利用发动机的真空度来驱动雨刮器里面的活塞, 推动摇臂转动, 雨刮器就可以动作了。 40年代初期, 汽车上陆续安装了电动雨刮器取代真空雨刮器。 不过, 直到 80年代初, 我国一些客车和货车仍然使用真空雨刮器。现在,汽车已经全部使用电动雨刮器了。 雨刮器看似简单,实际上构造并不简单,雨刮器总成含有电动机、减速机、四连 杆机构、刮水臂心轴、刮水片总成等。当司机按下雨刮器的开关时,电动机启动,电 动机的转速经过蜗轮蜗杆的增扭作用驱动摇臂, 摇臂带动四连杆机构, 四连杆机构带 动安装在前围板上的转轴左右摆动,最后由转轴带动雨刮片刮扫挡风玻璃。
雨刮器是汽车本身系统的重要组成部分之一, 关系到汽车雨天行车安全性。 据统 计,全世界雨天行车 7%的交通事故是由驾驶员手动操作雨刮器引起的。当司机关闭 雨刮器时,雨刮臂往往不停在适当的位置,阻碍司机的视线。为解决这一问题,雨刮 器设有一个回位开关,它控制雨刮器电机,当雨刮臂停在挡风玻璃下的适当位置时, 电机才会停止运转。
现今的雨刮器已经普遍采用快档、慢档、间歇控制档。其中间歇控制档一般是利 用电机的回位开关触点与电阻电容的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 2-12秒时间, 对司机的干扰更少。 有些车辆的雨刮器还装有电子调速器, 该调速器附带感应功能, 能根据雨量的大小自动调节雨臂的摆动速度。 雨大刮水臂转 得快,雨小刮水臂转得慢,雨停刮水臂也停。
雨刮臂是重要的安全件。它必须能有效的清楚雨水、雪和污垢;能在高温(摄氏 零上 80度)和低温(摄氏零下 30度)下工作;能抗酸、碱、盐等有害物质腐蚀。使 用寿命达到 15万次挂刷循环。
二. 汽车雨刮器机构的原理
2.1雨刮器的运作原理
雨刮器的动力源来自电动机, 它是整个雨刮器系统的核心。 雨刮器电动机的质量 要求是相当高的。 它采用直流永磁电动机, 安装在前挡风玻璃上的雨刮器电动机一般 与蜗轮蜗杆机械部分做成一体。 蜗轮蜗杆机构的作用是减速增扭, 其输出轴带动四连 杆机构,通过四连杆机构把连续的旋转运动改变为左右摆动的运动。
雨刮器电机采用 3刷结构以方便调速。 间歇时间由间歇继电器控制, 利用电机的 回位开关触点与继电器电阻电容的冲放电功能使雨刮器按照一定周期刮扫。 雨刮器的 刮片胶条是直接清除玻璃上雨水和污垢的工具。刮片胶条通过弹簧条压向玻璃表面, 它的唇口必须与玻璃角度配合一致,方能达到所要求的性能。
一般情况下在汽车组合开关手柄上有雨刮器控制旋钮,设有低速、高速、间歇三 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,配合雨刮器洗涤挡风 玻璃。洗涤器系统是目前汽车上很普遍的装置,它由储水箱、水泵、输水管、喷水嘴 组成。其中储水箱一般是 1.5升 -2升的塑料罐,水泵是一种微型电动离心泵,通过 它将储水箱的洗涤水输向喷水嘴, 经 2-4个喷水嘴的挤压作用将洗涤水分成细小的射 流喷向挡风玻璃,配合雨刮器起到清洁挡风玻璃的作用。
除了前挡风玻璃雨刮器外, 许多乘用车还装置了后玻璃窗雨刮器, 驾车者雨天能 看到后面的东西。 有些高级乘用车上的前照灯也安装有类似雨刮器的清洁装置。 后玻 璃窗雨刮器和前照灯清洁装置没有专门的四连杆机构, 只在电动机上附加一个紧凑的 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%。前照灯洗涤用的水由挡风玻璃雨刮器储水箱提供,其喷水嘴的位置要设 置合理才能使车辆在任何速度下都能使洗涤水喷到灯面上。
目前国内应用比较普遍的雨刮器形式总共有四种,分别为同向刮刷、对刮、单 臂可控刮刷和普通单臂刮刷。 前 2种根据电机数目不同, 可分为单电机驱动和双电机 驱动。其中具备私服功能的双电机的对刮模式是目前比较先进的刮刷方式。
传统雨刮器有如下特点:
1) 雨刮采用对刮和同向刮刷方式布置, 这使得刮刷面积增大了 10%, 刮刷时盲 区进一步减少。
2) 雨刮片更符合空气动力学特性。在关闭雨刮器的状态下,雨刮将完全收进 雨刮槽内,这样就减少了空气阻力。
3) 雨刮片的空气动力学部件在车辆高速状态下的下压力更强,避免了下压力 不强造成的刮刷不干净现象。
4) 雨刮器采用双电机设计左右雨刮间不存在机械连接,减少了噪声,同时也 节省了布置空间。
5) 伺服系统能在雨刮片接近上刮刷位置时自动降低刮刷速度进而达到上刮刷 位置,此时电机反转则雨刮向相反方向刮刷,这样大大降低了刷片突然反 转造成的噪声。
6) 对于普通单臂刮刷式雨刮器而言,结构最简单,成本最低,但刮刷面积不 够大是其最大缺点。
7) 对于单臂可控刮刷式雨刮器而言,刮刷面积最大是其最大优点,但其结构 和控制方式较复杂,使用频率较低。
2.2工作原理图
2.2.1 雨刮器的工作原理图如下所示
2.2.2 各档控制原理图下面作简单介绍:
1) 低速档控制
把组合开关的刮水手柄打到“ I ”档,电流从蓄电池正极—熔断器—共用电刷—电 枢绕组—低速电刷—开关触点—搭铁。
2) 高速档控制
把组合开关的刮水手柄打到 “ II ” 档, 电流从蓄电池正极—熔断器—共用电刷—电 枢绕组—高速电刷—开关触点—搭铁。
3) 自动复位控制
电流从蓄电池正极—熔断器—共用电刷—电枢绕组—低速电刷—开关触点—触点 臂 5—铜环 9—搭铁。
4) 间歇运动控制
当组合开关的刮水手柄打到间歇档时, 间歇刮水控制器开始工作, 定时接通低速刮 水继电器,刮水器以间歇形式刮水,工作电路与低速电路相同。
间歇时间由间歇继电器控制, 利用电机的回位开关触点与继电器电阻电容的充放电 功能使雨刮器按一定周期刮扫。
2.3性能与技术要求
2.3.1 性能要求
2.3.2 各国技术要求
此外,刮水器还应经过以下试验:
1. 高低温试验:即刮水器在 -40℃— 80℃温度条件下应能正常工作, 金属件的油漆层和 塑料喷涂层应无皱缩和起层现象。
2. 耐久性试验:刮水器经 4
5010
?此刮刷循环后, 应扔符合相关规定。 刮水器 (除胶条 外)经 4
15010
?次刮刷循环后,应仍具有工作能力,刮杆对刮片压紧力的变化率应 在 15%以内, 各零部件不得有明显松动或其他异常现象出现; 胶条耐久性不应低于
4
5010
?次。
3. 其他还应经过高低温交变试验、电机连杆耐久性试验及洗涤器耐久性检测。
三. 设计方案确定
系统总方案:电动机——传动系统——执行机构
初选三种方案,如下:
方案一:电动机带动皮带轮转动, 皮带轮电动铰链四杆机构完成转动到摆动运动形 式的改变。
方案二:电动机带动齿轮机构, 齿轮的减速增拒后, 有曲柄摇杆机构把转动运动转 变成摆动运动。
方案三:电动机带动涡轮蜗杆完成转动,涡轮蜗杆的转动带动曲柄摇杆机构摆动, 完成运动。
由于电机的转速较大, 如果用第一种和第二种方案则造成齿轮机构庞大, 不符合汽 车设备轻便的要求; 如果用混合轮系则造成机构复杂, 安装维修, 麻烦, 并且设备昂贵。 综合比较采用第三种方案。
对于第三种方案, 可以有 0极位角, 和有极位角度两种设计, 对实际情况, 为了 使安装简便,使用有小角度的极位角设置,本课题方案采用小角度极位角设置。
四. 分析设计及计算
2.1电机的参数
由电机的转速选择涡轮蜗杆可以计算出涡轮蜗杆的比为 i=w1/w2=1000/30 =33.3,以此作为涡轮蜗杆选用参数。
2.2连杆机构分析
连杆的结构图如下:
4.2.1 机构的合理性
表 1 设计数据
系统的要求为摇杆摆动角度为 120°, 设摇杆的长度为 40mm , 如上图右边建立基准。 设连架杆的长度为 b ,主动杆的长度为 a ,从动杆的长度为 c ,机架的长度为 d 。设 d=107.67,
四杆机构必须符合的条件为:
a <>
a <>
a <>
a+b<>
a+c<>
a+d<>
所以设置的机构可以按设定的轨迹做运动。
4.2.2 分析机构的急回特性
当机构运动到右极限位置时,主动杆与机架的夹角:
A=arctan(c*sin30/(d+c*cos30))=8°
当机构运动到左极限位置是,主动杆与机架的夹角:
B=arctan(c*sin30/d-c*cos30))=15.31°
所以机构的极位夹角为:
C=A-B=7.31°
机构的数度变化系数为:
K=(180+C)/(180-C)=1.08
急回运动不是很明显。
4.2.3 静态分析机构的受力特点
机构的摇杆与连架杆的铰链的受力如下(在右极限位置)
杆受到的摩擦力矩为 M f e = , 其中 e 为雨刷杆的长度, f 为刷雨时受到的摩擦力, f 始终与雨刷垂直并且大小不变,给定的参数为 f=15N,一般的雨刷长度为 300mm ,可 以简化为在中点受力。则
150.152.25M f e N m
==?=
连架杆为二力杆,其受力为与连架杆重回位置,设为 1F ,由平衡方程可得
1sin 8
M F c =
摇杆与机架相连的铰链受力为 2x F , 2y F
12cos 8cos 600
x F F f +-= 12sin 8sin 600y F F f +-=
得 12240.42, 32.11, 6.81x y F N F N F N ==-= 在材料所能承受的范围内,符合设计要求。
在左极限位置时主动杆与连架杆相重合,如下图所示:
则主动杆的两个铰链受到的力都是为 40.42N , 即 23 40.42
F F N
==, 电动机的工作最 大质量为 1.6kg 即 16N , 但是通过涡轮蜗杆的减速增矩可以有足够的力带动起来 ,40.42N 的力普通的材料就可以承受,所以设计合理。
五. 雨刮器的使用方法
雨天,当雨点洒落在车窗玻璃上时,车前方的视线很快就受到阻碍,车辆、行人 和景物都变得模糊不清。此时,开启雨刮器,车前方就会一片清晰。
如果雨天驾驶车辆, 不使用雨刮器或雨刮器发生故障而不能正常工作的话, 对行 车安全十分不利。
首先,大雨之前,应检查汽车雨刮器是否能正常工作。
其次,暴雨天,急速而且大颗的雨点打在风窗玻璃上,即使雨刮器运动再快, 也难刮净雨点,致使驾驶员的视线受到影响,为了确保行车安全,应立即停驶。 1. 雨刮器能发挥良好作用的关键是:橡胶的雨刮条能保持充足的湿润度。只有充足 的湿润度,它才能有非常好的韧性,以保持和车窗玻璃接触的紧密性。很简单的 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。雨刮器的使用,也是这样。很多车友常抱怨雨刮器刮不干净,就是这 个道理。
2. 雨刮器,顾名思义,是用来刮雨用的,不是用来刮“泥”用的。所以正确地使用 雨刮器, 不仅仅是能够延长雨刮器的使用寿命, 关键是能有效地保持良好的视线, 更有利于行车安全。想明白了这两个基本点,就大体知道了雨刮器的正确使用方 法。
3. 所以没有车库的车友,应该养成每天早晨出车前,用湿布擦一遍前窗的习惯。一 夜下来,雨刮器是干的,想在出车时,用雨刮器把一夜积在前窗上的灰刮干净, 这样的干磨,不仅很难达到良好的效果,还容易损坏雨刮器。正确的方法是:湿 布擦完后,再喷水刮一次。因为良好的洗玻璃水是带有挥发性的,能很快让窗面 达到干燥,从而避免潮湿的玻璃吸灰起泥。
4. 有车库的车友,应该养成每晚回车库收车时,清理干净前窗的习惯。尤其是从雨 中回来,积在前窗上的水滴,第二于早晨干成水渍后,再参合其中吸附的灰尘, 前窗是很难单靠雨刮刮干净的。如果头天晚上,乘着湿润的雨刮器,把前窗刮干 净。第二天早晨,就能很轻松、很干净的开车上路了。
5. 开车途中,掉小雨点时,不要急着开雨刮器。这时前窗上的水份不足,雨刮器干
刮,只会产生适得其反的效果。前窗上刮花的泥渍,还很难再刮干净。如果雨点 积得很慢,不影响视线,最好是等前窗上雨点积的更多再开启雨刮器。小雨中开 始使用雨刮器,最好是喷次洗玻璃水后再开始刮(喷洗玻璃水不仅仅是停车时能 用,开车途中也是能用的) 。以保证前窗上有足够的水份来温润雨刮器。
6. 雨刮器最好使用第二档,连续的来回刮。有些车友喜欢小雨时使用间歇的模式来 刮, 这样不太好。 开车上路, 不仅仅是要防天上的雨, 还更好防前车溅起的泥水。 碰上这种情况,间歇模式很容易把前窗刮成泥渍的花纹,严重影响视线。
7. 路上雨停了,不要急于关闭雨刮器。道理和上面是一样的,等前窗溅满了前车带 起的泥点子,再匆忙地开雨刮器,这时就变成刮泥了。
六. 本次设计心得总结
6.1设计总结
在学完在校的众多课程的同时, 作为一名合格的机电学生, 需要将所学的应用到实 际设计机构中去, 提高我们综合运用理论分析的能力, 并结合生产实际来分析和解决工 程问题。 根据已知机械的工作要求, 通过制定设计方案、合理选择机构的类型、 正确地 对机构的运动和受力进行分析和计算, 让我们对机构设计有一个较完整的概念。 同时也 训练我们收集和运用设计资料以及计算、 制图和数据处理及误差分析的能力, 并在此基 础上利用计算机基础理论知识, 初步掌握编制计算机程序并在计算机上计算来解决机构 设计问题的基本技能。 完成了整个课程设计, 收获颇多,尤其是在软件应用上面, 同时 对机械原理的知识有了更进一步的认识。
纵观本次设计过程,短短的几月让我受益匪浅:首先要对问题认真重视,然后就是 数学思想的完美性的思考, 将机构放之现实生活中我要考虑的问题, 安全、 稳定、 美观、 便捷、经济。这是最复杂和困难的,也是想的最多的地方,也是能够突出成绩的地方。 我在这方面想了很多, 虽然有很多都没有在设计中体现出来, 但总体上已满足要求。 此 外我也参考了一些网上的资料, 大多数都比我的方案要复杂, 完善。 这也是我此次设计 的不足之处, 可是我确是在这些简单的零件组合与机构运动分析, 对比, 修改, 调整中 慢慢地喜欢上了许多原本被认为枯燥的课程。
6.2设计展望
生活中我们发现,雨下得很大时使用雨刷感觉不错,可是当下小雨启动雨刷时,就 会发现雨刷会在玻璃面上留下擦拭不均的痕迹;还有的时候会卡在玻璃上造成视线不 良。这种情况表明雨刷已硬化。若排除此故障,应先了解一下雨刷的工作原理。原来, 雨刷是借马达的转动作用, 靠连接棒转变成一来一往的运动, 并将此作用力传达至雨刷 臂及雨刷本身。 当雨刷的橡胶部分硬化时, 雨刷便无法与玻璃面紧密贴合, 或者雨刷一 有了伤痕便会造成擦拭上的不均匀,形成残留污垢。
雨刷或雨刷橡胶片的更换很简单,但在更换时应注意,车型及年份不同,雨刷的安 装方法及长度不同。有的雨刷只需要更换橡胶片即可。
1. 雨刷臂如果是可立式的就立起来, 如果是不可立的屏蔽式, 先将玻璃面弄湿, 当 雨刷在较易更换的位置时将马达开关定在 OFF 。
2. 雨刷的安装方法有 U 钩型、 螺丝锁定型。 钩型者只要将钩子拉起来雨刷即可拔下。
3. 取下来的雨刷最好与新装的雨刷的长度比一比, 看看是否相同, 再观察一下安装 方法是否相同。
4. 将雨刷尽量按原来的方式插入,使其固定。
5. 将挡风玻璃弄湿,观察雨刷的动作是否正常。
七. 参考文献
[1]李朝晖 . 汽车电器及电子设备 . 重庆:重庆大学出版社
[2]陈家珊,汽车构造 . 北京:机械工业出版社, 2005
[3]康华光 . 电子技术基础 . 北京:高等教育出版社
[4]赵岩 . 汽车雨滴传感器的设计 . 北京:机械工业出版社
[5]岑木峰 . 汽车雨刮器的改进 . 湖北汽车工业学院报, 2007, 3:74-78
[6]乐玉汉 . 轿车车身设计 . 北京:高等教育出版社
[7]谷正气 . 轿车车身 . 北京:人民交通出版社
[8]中国汽车工程学会 .BOSCH 汽车工程手册 . 北京:北京理工大学出版社 .1999 [9]机械原理教程(第 2版) /申永胜主编 . —北京:清华大学出版社, 2005
[10]ADAMS-虚拟样机技术入门与提高 /郑建荣主编 . —北京:机械工业出版社, 2001 [11]机械设计课程设计 /王大康,卢颂峰主编 . —北京:北京工业大学出版社, 2000
范文五:汽车雨刮器设计
汽车风扇刮水器 课程设计说明书
设计者: 班级: 学号: 指导老师: 2013年12月27日
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目 录
一.设计题目 ................................................................................................................ 1 1.1 课程设计目的和任务 ...................................................................................... 1 1.2课程设计内容与基本要求 ............................................................................... 2 1.3机构简介......................................................................... 错误!未定义书签。 二. 设计方案比较 ...................................................................................................... 5 2.1设计方案一....................................................................................................... 5 2.2 最终设计方案 .................................................................................................. 6
2.3 原始数据……………………………………………………………..………..6
三、刮水器机构相关数据的计算及分析…………………………………….6
四. 虚拟样机实体建模与仿真.....................................11 4.1 ADAMS/VIEW 的样机建模 ........................................................................... 11
五.
虚拟样机仿真结果分析.................................................................................. 12
5.1位移仿真曲线 ................................................ 12 5.2速度仿真曲线 ................................................ 12 5.3加速度仿真曲线 .............................................. 12 六. 课程设计总结 .................................................................................................... 13 6.1机械原理课程设计总结 ................................................................................. 13 6.2设计过程......................................................................................................... 13 6.3设计展望......................................................................................................... 14 6.4设计工作分工表 ............................................................................................. 14 6.5参考文献......................................................................................................... 15
一.题目:汽车风扇刮水器
1.1课程设计目的和任务
机械原理课程设计能够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,获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节。
机械原理课程设计教学所要达到的目的是:
1、培养学生理论联系实际的设计思想,训练学生综合运用机械原理课程的理论知识,并结合生产实际来分析和解决工程问题的能力。
2、通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算,让学生对机构设计有一个较完整的概念。
3、训练学生收集和运用设计资料以及计算、制图和数据处理及误差分析的能力,并在此基础上利用计算机基础理论知识,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的基本技能。
机械原理课程设计教学的任务是:机械原理课程设计通常选择一般用途的机构为题目,根据已知机械的工作要求,对机构进行选型与组合,设计出几种机构方案,并对其加以比较和确定,然后对所选定方案中的机构进行运动和动力分析,确定出最优的机构参数,绘制机构运动性能曲线。
1
1.2课程设计内容和基本要求
机械原理课程设计是在机械原理课程完成后集中进行的教学环节,它是在教师指导下由学生独立完成的。每个学生都应明确课程设计的任务和要求,拟定设计计划,保证设计进度、设计质量,按时完成课程。在设计过程中,提倡独立思考、深入钻研,主动地、创造性地进行设计工作。要求设计态度严肃认真、一丝不苟,反对不求甚解,这样才能确保课程设计达到教学基本要求,并在设计思想、方法和技能等方面得到良好的训练和提高。
1) 机械原理课程设计步骤
(1)机构运动方案设计。即根据给定的原始数据和工艺要求,构思并选定机构方案;
(2)设计上述各机构。根据选定的方案采用各机构,如凸轮机构、连杆机构、齿轮机构、间歇运动机构及其组合机构等,即具体机构的尺度综合,求出机构的主要尺寸;
(3)根据上面求得的尺寸,按比例画出全部机构的运动简图及运动循环图; (4)据此对上述机构进行运动分析,并进行基于ADAMS软件的机构建模与运动仿真。即绘制机构的运动线图,或进一步进行运动和动力分析;
(5)编写设计说明书。 2) 设计说明书编写要求
课程设计说明书是学生证明自己设计正确合理并供有关人员参考的文件,它是课程设计的重要组成部分。收集整理课程设计报告工作关系到课程设计的成败,通过这项工作,能提高学生的技术概括能力和表达能力。编写说明书也是科技工作者必须掌握的基本技能之一。因此,学生在校期间就应加强这方面的训练。课程设计说明书应在课程设计过程中逐步形成,课程设计结束时,再作必要的补充和整理。而设计说明书的内容视设计任务而定,大致包括:
(1)设计题目(包括设计条件和要求)。 (2)机构运动简图或设计方案的确定。 (3)全部原始数据。
(4)完成设计所用方法及其原理的简要说明。
(5)建立设计所需的数学模型并列出必要的计算公式、计算过程及说明,写出设计计算结果。
(6)绘出计算机程序框图,写出自编的程序。或将基于ADAMS软件的机构建模与仿真方法过程描述出来。
(7)用表格列出计算结果并画出主要曲线图。
(8)对设计结果进行分析讨论,写出课程设计的收获和体会。 (9)列出主要参考文献资料。 3) 设计说明书的格式要求:
(1)说明书一般用A4纸打印,要求步骤清楚、叙述简明、文句通顺、书写端正。
(2)对每一自成单元的内容,都应有大小标题,使其醒目突出,建议加上目录。
(3)通过课程设计说明书的编写,学生应该学会整理设计数据、绘制图表和简图,用工程术语表达设计成果的方法。
(4)对所用公式和数据,应标明来源——参考资料的编号和页次。 (5)说明书应加上封面,并与图纸一起装订成册。
1.3机构的简介
1.刮水器的功用
为了保证汽车在雪雨天有良好的视野,各种车辆均配有刮水器,它利用连杆运动机构将电机连续旋转运动化为刮片的往复挂刷运动,清除车窗上的水滴或污垢,保持清晰的视野。
2.刮水器的机构简介及运动原理
汽车风窗刮水器是用于汽车刮水刷的驱动装置。如图1- (a)所示,风窗刮水器工作时,由电动机带动齿轮装置1-2,传至曲柄摇杆装置2'-3-4。电动机单向连续转动,刮水杆4作左右往复摆动,要求左右摆动的平均速度相同。其中,刮水刷的工作阻力矩如图1- (b)所示。 3.刮水器的运动简图
二、方案设计比较
2.1方案一
分析:电机A转动,带动凸轮1、2转动,使滚子推杆上下移动,从而达到挂水效果。
该方案优点:雨刷挂水面积较大,响应快速,机构简单紧凑。
该方案缺点:中间固定部位较长,影响视线,凸轮廓线与推杆之间为点线接触,易磨损,凸轮制造较困难,雨刷向上移动时,又将雨水向上刮,影响效率。
2.2最终设计方案:
三、刮水器机构相关数据的计算及分析 1.LBC=160mm
2.极位夹角:θ=180(k-1)(k+1) ∴θ=0 (该机构无急回作用,摆臂可匀速
摆动)
3.传动角
b2+c2-(d-a)r'=arcos
2bc
2
b2+c2-(d-a) r1'=180-arcos
2bc
2
得:r'=r1'=49
4.加速度、速度多边形计算与分析 已知:n=40r
min
3
s≈4.19ms
得: vB=ωAB?LAB ωAB=4πm
LAB=60mm
∴v
AB
=0.251s
2
∴aB=ωAB?LAB=1.052m2μV=vB
选比例尺:
pb
=83.8
μa=
aB
pb=42.12
理论力学公式:
vc=vB+vBC
aC=aB+aCB+a
n
t
CB
∵支座A、D的水平距离为160mm,
LAB=60mm,且LAB=LCD,
∴LBC=160mm,由运动机构的左极限和右极限分析可以得到:
cos30 =
CE32 =∴CD=
CD23AB
LAB=60mm
在左极限位置时:
VB=ωAB?LAB
ωAB=
(40?2π)ms
60
ωAB=4.187rads
LAB=60mm ∴VAB=0.251s
n2∴aB=ωAB?LAB=1.052m2s
∴速度矢量图和加速度矢量图如下:
由理论力学公式得:
vc=vB+vBC , vc=0, ∴vCB=0.251m
∵ant
C=aB+aCB+aCB ∴a
nc=0
加速度关系图
2
∴anCB
=? VCB? ??2?LCB?
?LCB=0.394ms atnn
c?sin30 =aB+aCB
∴atc=2.9m2s
.
vc=0 vc=vB+vBC ∴vCB=0.251m
9
an
tC=aB+aCB+aCB
∴anc=0 ∴an2n
B=ωAB?LAB=1.052m2s ∴ac=0
2
∴an=?CB
VCB???L?L=0.398m2
CB??
CBs 加速度分析图可得:
atnn
c?cos60 +aCB=aB
∴
atc=1.308m2s
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由图的速度多边形及加速度多边形,根据比例尺可得:
vanC=0.683m2s
c=0msv
anBC=0m2s
BC=0.251ms
aC=0.627m2s
四、ADMAS仿真与建模
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五、ADAMS仿真结果分析
利用ADAMS仿真软件对已建立模型的摇杆的位移、速度、加速度进行数据
分析,并输出所需要的数据及曲线,如下:
位移:
速度:
加速度:
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六.课程设计总结
6.1机械原理课程设计总结:
在学完在校的众多课程的同时,作为一名合格的机电学生,需要将所学的应用到实际设计机构中去,提高我们综合运用理论分析的能力,并结合生产实际来分析和解决工程问题。根据已知机械的工作要求,通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算,让我们对机构设计有一个较完整的概念。
在整个课程设计的过程中,我们做到分工合作,明确每个人的任务。在这次雨刮器的设计过程中我们遇到了不少的困难,例如计算各节点的速度加速度问题,仿真数据分析等都让我们花费了大量的时间。绘制雨刮器的运动简图也是一项麻烦的工作,需要耐心和认真。但在绘图的同时也很好地复习了CAD的运用。 纵观本次设计过程,短短的一个星期让我受益匪浅:首先要对问题认真重视,然后就是数学思想的完美性的思考,将机构放之现实生活中我要考虑的问题,还翻阅了大量有关雨刮器设计的书籍,更好地了解了雨刮器的设计原理和设计理念。
6.2设计过程
通过这次课程设计,我们真是收获颇丰,不仅温习、巩固了课本上学所学知识,而且使让我们在实际操作中学会了多动脑带来的快乐,团体合作的力量以及相互讨论的好处。对于设计流程:参与课程设计的选题,对刮水器的机构进行构思,设计方案和设计思路。绘制刮水器的机构简图。对选定的方案进行尺寸设计。在ADMAS软件中设计出雨刮器机构,并对其进行仿真,得到各运动参数。在此次的机械原理课程设计中,我们对于某些机构的原理知识,有了更高有一层的认识,
有感性的认识变为了理性的理解以及掌握。在设计过程中我们用于仿真分析的
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ADMAS也更加娴熟系统了。
6.3设计展望
生活中我们发现,雨下得很大时使用雨刷感觉不错,可是当下小雨启动雨刷时,就会发现雨刷会在玻璃面上留下擦拭不均的痕迹;还有的时候会卡在玻璃上造成视线不良。这种情况表明雨刷已硬化。若排除此故障,应先了解一下雨刷的工作原理。原来,雨刷是借马达的转动作用,靠连接棒转变成一来一往的运动,并将此作用力传达至雨刷臂及雨刷本身。当雨刷的橡胶部分硬化时,雨刷便无法与玻璃面紧密贴合,或者雨刷一有了伤痕便会造成擦拭上的不均匀,形成残留污垢。
雨刷或雨刷橡胶片的更换很简单,但在更换时应注意,车型及年份不同,雨刷的安装方法及长度不同。有的雨刷只需要更换橡胶片即可。
1.雨刷臂如果是可立式的就立起来,如果是不可立的屏蔽式,先将玻璃面弄湿,当雨刷在较易更换的位置时将马达开关定在OFF。
2.雨刷的安装方法有U钩型、螺丝锁定型。钩型者只要将钩子拉起来雨刷即可拔下。
3.取下来的雨刷最好与新装的雨刷的长度比一比,看看是否相同,再观察一下安装方法是否相同。
4.将雨刷尽量按原来的方式插入,使其固定。 5.将挡风玻璃弄湿,观察雨刷的动作是否正常。
6.4课程设计工作分工表
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6.5参考文献
机械原理教程(第七版)/陈作模 主编.—北京:高等教育出版社,2007 ADAMS-虚拟样机技术入门与提高/郑建荣主编.—北京:机械工业出版社,2001 机械设计课程设计/王大康,卢颂峰主编.—北京:北京工业大学出版社,2000
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