轿车雨刮器结构设计与运动仿真（含全套CAD及三维图纸）
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毕业设计（论文）任务书 学生姓名 裴立梅 系部 汽车与交通工程 学院 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 杨兆 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 一、设计目的、意义 目的： 雨刮器看似结构简单，但是从驱动电机到最终的刮刀的结构尺寸和运动方式都决定雨刮器的性能。本设计在三维建模软件与动力学仿真软件平台上建立某类型雨刮器模型。为生产实际提供理论参考。我想通过我所学的知识，并利用 软件平台，对雨刮器做进一步的设计，力求使刮刷 面积进一步增大，使得司机在任何时候都有一个清晰的视野，提高汽车行驶安全性。 本设计可以使学生在复习所学课程的基础上，从机械设计、汽车构造、汽车电器以及三维软件等方面做出全面的总结和学习，为以后的工作打下基础。 意义： 汽车雨刮器，是一个很小却又不容忽视的汽车部件，它能擦亮汽车的 “ 双眼 ” ，使司机的视线更加清晰。雨刮器一旦失去作用，将直接影响到司机雨天驾驶视野的清晰度 。雨刮器看似结构简单，但是从驱动电机到最终的刮刀的结构尺寸和运动方式都决定雨刮器的性能。 二、设计内容、技术要求（研究方法） 主要内容： 雨刮器总成 含有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片总成等 。本设计要求进行捷达轿车雨刮器部件尺寸的设计，求解挂扫面积等；电机选型，电路分析；利用利用 件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并 绘出三维模型。 拟解决的主要问题： （ 1） 分析雨刮器 电子间歇控制电路； （ 2）优化雨刮器传动机构； （ 3） 确定刮刷区域，并计算 最大刮刷面积 ； （ 4）最终实现三维模型建立 ()。 主要技术指标： 选取某轿车的雨刮器作为参考设计。 、设计完成后应提交的成果 1、 完成 轿车 雨刮器的整体设计 ，实现运动平稳，结构简单，经济适用的主要功能。并在 2、完成设计说明书一份，字说不少于 2 万字。 四、设计 进度安排 （ 1）调研、资料收集、完成开题报告 第 1、 2 周（ 2 月 28 日 3 月 6 日） (2) 根据选定轿车的相关尺寸参数进行相关部件的参数计算 ，并进行验证 第 3、 4 周（ 3 月 7 日 3 月 20 日） (3) 在 软件中建立物理模型， 利用部件的链接关系建立部件之间的装配 第 5、 6、 7 周（ 3月 21 4 月 10 日） （ 4） 在 件平台上建立零件的等比例物理模 型 ，进行运动学分析 第 8、 9、 10、 11 周（ 4月 11 5 月 8 日） （ 5）设计 字说明书一份，零件图一套（包括 零件图）第 12、 13、 14 周（ 5 月 9 日 5月 29 日） （ 6） 毕业设计审核、修改 第 15、 16 周（ 5 月 30 日 6 月 12 日） （ 7）毕业设计答辩准备及答辩 第 17 周（ 6 月 13 日 6 月 19 日） 五、主要参考资料 （ 1）汽车教材：汽车构造、汽车设计、专用车设计 、机械设计、机械原理 等； （ 2）软件学习类书籍： 件、 软件 等； （ 3）设计手册类书籍：汽车设计手册、机械设计手册等； （ 4）期刊文献资料：中国期刊网中 雨刮器 设计的相关资料（关键词： 雨刮器 电动控制 虚拟设计 ）； （ 5）新闻及网络资料等。 六、备注 自学 软件。 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 裴立梅 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 班 指导教师姓名 杨兆 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 研究现状： 雨刮器 总成含有电动机、减速机、四连杆机构、刮水臂心轴、挂水片总成等。 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。 雨刮器的种类很多 , 按安装位置分 , 有顶置、底置、侧置、前后置和内外置等 ;按雨刮范围分 , 有局部雨刮、整体雨刮、单面雨刮和双面雨刮 ;按运动方式分 , 有四杆机构左右摆动式、导轨式直线和弧线运动式 ;按制作材料分 ,有普通黑胶体雨刮器、透明塑料体雨刮器和磁性体雨刮 器 。 目前 ,车辆上广泛使用 的是曲柄 连杆机构 黑胶体雨刮器。 国外对汽车电动雨刮器的性能要求 ： （一）美国标准 1975 年 荐 (1)总成耐久试验 (2)刮片耐久试验 (3)橡胶片耐久试验 （ 二 ）日 本标准 1976 年 荐 （ 1） 橡胶片耐久试验 （ 2） 总成耐久试验 试验后摇臂的压力变化和试验前相比应在 15%以内 , 摇臂和刮片的各部分不应有明显的松弛、松动（配合、间隙等）或其他有害缺陷的产生。 美国标准 1975 年 荐 在刮动过程中阻挡摇臂 15 秒 ， 试验后应仍能正常工作 。 美国标准 1975 年 荐 耐久试验 试验后刷净性能仍应达到 75%。 频率 （一） 美国文献介绍 刮动周期 1 二） 法国文献介绍 刮动频率 12 /分 （三） 美国文献介绍 间隔 3 秒较普遍 （四） 英国文献介绍 适应极细雨时用 , 频率和间歇均能独立控制。 （五） 美国文献介绍 倾盆大雨时刮刷频率可高达 80 次 /分 ,高于上述频率则雨刮将在风窗玻璃水而 上 浮掠而过 , 破坏刮水性能 。 5. 接触面压力 （一）日 本文献介绍 刮片对风窗玻璃的压力 10 /公分 （二） 日本文献介绍 接触面压力 低速 10 克 /公分 高速车 15 克 /公分 （三） 美国文献介绍 汽车速度大于 60 哩 /时 , 则刮片将受到空气的浮力而降低刮刷性能 （四） 日本文献介 绍 在汽车速度为 100公里 /时 , 400毫米长的刮片受到 200克的空气浮力 , 使刮刷效果恶化 , 此时为了改善其刮刷性能 , 最低需要 400 克的压力。 （一） 美国标准 1975 年 荐 （ 1） 耐久试验 （ 2） 化学试验 （二）日 本标准 1976 年 荐 耐久试验 （ 一 ） 美国标准 1975 年 荐 （ 1） 工作温度范围 55 士 3一 （ 2） 高温试验 温度 55 士 3 最高速连续工作 1/2 小时 （ 3） 低温试验 温度 5 最高速连续工作 1/2 小时 （二） 法国文献介绍 工作温度范围 0 8. 联动机构效率与摆角 日本文献介绍 联动机构效率 80 一 85% 刮刷角度 110 如超过此限度 , 则尺寸误差变得敏感、且易越过死点 , 致使效率下降。 扭矩 日本文献的介绍 刮动扭矩大于 50 公斤 厘米随着风窗玻璃的大型化 , 刮片长度大于 280 毫米的越来越多 , 刮动扭矩也随着增大 , 超过了 50 公 斤 厘来 。 法国文献介绍 刮 动电流 培 国外对雨刮器的 设计要求都有了明确并且高标准的规定。 而 我国现阶段的雨刮器发展现状是新产品喜忧参半 , 老产品一统天下。 (1)新产品喜忧参半。由于冬季车辆内外温差大 ,常常在车内挡风玻璃上结有很厚的一层冰霜 , 必须使用热水布反复擦除才能保证正常的视觉效果 , 于是发明了双面雨刮器。双面雨刮器的不足是 , 外雨刮片是车外物体 , 内雨刮片与其一起联动 , 容易分散驾驶员注意力而引起视觉疲劳 , 危害行车安全。通过改进 , 把内雨刮片改成磁条式的 , 无机械联动 , 需要时贴上 , 用完后取下 , 很方便。但是实际使用中 发现磁性大小很难控制 , 更麻烦的是加大磁场作用效果时 , 干扰车内电子设备 , 用手机做测试 , 通话质量差 , 甚至车内收放音设备无法正常工作。 局部雨刮一直是现用雨刮器的缺陷 , 小范围雨刮后视觉效果差 , 影响驾驶员对前方全景的正确判断。经过不断改进 , 把雨刮片的曲线 (圆周 )往复运动改成直线往复运动 , 雨刮面积加大。但是设计者把被雨刮的玻璃假想成直面矩形平板式 , 而目前挡风玻璃更多的是流线圆弧形等形状 , 直线整体雨刮在弧形玻璃上无法安装。 传统雨刮片的材料是黑胶体 , 技术人员把它改成透明状 , 增强了视觉感光效果。在具体测试时 , 遇到雨天夜晚行车 , 打开雨刮设备 , 各类光源被透明雨刮片折射后与透明棒形成新的“ 发光棒” , 司机原本可远距离观察 , 这时却被发光棒来回运动构成的发光“ 墙面”遮掩而眩目。 (2)老产品一统天下。我国车辆工业近年来快速发展 , 但是雨刮器作为一种附件 , 其开发一直得不到应有的重视。一方面是用户的使用和思维习惯 , 另一方面是新产品的完备性和推广价值不高。接受和认可新型雨刮器要有一个过程 , 真正的强适应性雨刮器开发出来 , 一定会是中国制造的一大特色。 普通雨刮器经久 不衰 , 除了没有可靠的替代品之外 , 另一个很重要的原因就是其质量稳定、结构简单、故障率低和易于维修。而前几种新型雨刮器要么处于试验阶段 ,要么质量不稳定 , 制造商不敢投入太多的资金搞推广。 由于以上种种原因，我国 广泛应用的 雨刮器一直没有新的改进与进展 。 因此我 国现阶段的目标因该是 在一定的 技术 要求下，改进老产品的不足， 结合其他新产品的优点，设计出新型的，刮扫面积大的，结构简单、稳定的，经济实用的雨刮器。 目的 ： 雨刮器看似结构简单，但是从驱动电机到最终的刮刀的结构尺寸和运动方式都决定雨刮器的性能。本设计 在三维建模软件与动力学仿真软件平台上建立某类型雨刮器模型。为生产实际提供理论参考。我想通过我所学的知识，并利用 软件平台，对雨刮器做进一步的设计，力求使刮刷面积进一步增大，使得司机在任何时候都有一个清晰的视野，提高汽车行驶安全性。 本设计可以使学生在复习所学课程的基础上，从机械设计、汽车构造、汽车电器以及三维软件等方面做出全面的总结和学习，为以后的工作打下基础。 意义： 汽车雨刮器，是一个很小却又不容忽视的汽车部件，它能擦亮汽车的 “ 双眼 ” ，使司机的视线更加清晰。 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， 一旦 它 失去作用，将直接影响到司机雨天驾驶视野的清晰度 。雨刮器看似结构简单，但是从驱动电机到最终的刮刀的结构尺寸和运动方式都决定雨刮器的性能。 雨刮器虽然是汽车的附件，但 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 ,由此可见，雨刮器与汽车的安全性能有着紧密的关系，是我们不容忽视的汽车部件。 目前国内外的雨刮器都不能消除 刮 扫死角， 本次设计也不能 完全消 除刮扫死角，但力求挂扫面积增大， 使 司机可以尽量有最宽阔的视 野 。 二、 设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 基本内容： 雨刮器总成含有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片总成等 。本设计要求进行捷达轿车雨刮器部件尺寸的设计，求解挂扫面积等； 要选择电机的型号 ， 分析 雨刮器的控制 电路 及间歇电路，分析电机的自动回位装置， 确定雨刮器的硬件的尺寸等， 利用 件对雨刮器进行控制， 求解雨刮器的刮扫面积， 利用 件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并运用 绘出三维模型。 解决问题 ： （ 1） 分析雨刮器 电子间歇控制电路； （ 2）分析雨刮器的自动回位装置； （ 3）确定雨刮器的控制方 式； （ 4）优化雨刮器传动机构； （ 5） 确定刮刷区域，并计算 最大刮刷面积 ； （ 6）实现雨刮器的运动仿真； （ 7）最终实现三维模型建立 ()。 解决方法： （ 1）分析 比较不同车型的 控制电路及间歇控制电路，选择其中一种。 （ 2）分析其他车型的自动回位装置，选择合适的。 （ 3）比较分析不同雨刮器的控制方式，如 电路控制， 单片机控制， 制等。选择其中一种。 （ 4）分析比较其他车型的传动机构，选择合适的优化传动机构。 （ 5）查阅参考资料中求解雨刮器的算法。 （ 6）学习 件，实现雨刮器的运 动仿真。 （ 7）学习 软件，建立雨刮器的三维模型。 三、 技术路线（研究方法） 四、进度安排 （ 1）调研、资料收集、完成开题报告 第 1、 2 周（ 2 月 28 日 3 月 6 日） (2) 根据选定轿车的相关尺寸参数进行相关部件的参数计算 ，并进行验证 第 3、 4 周（ 3 月 7 日 3 月 20 日） (3) 在 件平台上建立零件的等比例物理模型 ，进行运动学分析 第 5、 6、 7 周（ 3 月 21 查阅雨刮器的相关文献 确定雨刮器的尺寸及连杆结构 选择不同车型的雨刮器的控制电路及控制方法进行分析比较 分析雨刮器的连杆结构、组成及运动方式 分析雨刮器的控制电路、间歇控制电路及自动回位装置 确定雨刮器的控制方式 学习 件 计算雨刮器的挂扫面 积 利用 建立三维模型 进行仿真分析 4 月 10 日） （ 4） 在 软件中建立物理模型 ， 利用部件的链接关系建立部件之间的装配 第 8、 9、 10、 11周（ 4 月 11 5 月 8 日） （ 5）设计 字说明书一份，零件图一套（包括 零件图）第 12、 13、 14 周（ 5 月 9 日 5 月 29 日） （ 6） 毕业设计审核、修改 第 15、 16 周（ 5 月 30 日 6 月 12 日） （ 7）毕业设计答辩准备及答辩 第 17 周（ 6 月 13 日 6 月 19 日） 五、 参考文献 1 臧杰，阎岩 M机械工业出版社 ,2 陈家瑞 册） M械工业出版社 6. 3 王望予 M. 北京 : 机械工业出版社 ,4 杨可桢，程光蕴，李仲生 M高等教育出版社 ,5 王知行，刘廷荣 M高等教育出版社 ， 2005. 6 舒华，姚国平 M人民交通出版社 ， 7 李晓辉，夏彩云 ,吴高阳 . 文版完全自学专家指导教程 M械工业出版社， 8 暴风创 新科技 火版 入门到精通 M民邮电出版社， 9 杨生辉，舒华，王克才 . 汽车电器与电子技术 M防工业出版社， 10 孙仁云，付百学 . 汽车电器与电子技术 M. 北京 : 机械工业出版社 ,11 徐灏 M. 北京 : 机械工业出版社 ,12 徐灏 M. 北京 : 机械工业出版社 ,13 徐灏 M. 北京 : 机械工业出版社 ,14 徐晓东，郑对元，肖武 用功能与编程 M子工业出版社，15 周苏东，荣玉，傅克宝，丁祖胜 . 农业机械 J 安徽白湖机械厂 ， 2007(02B): 6216 岑木峰汽车雨刮器的改进 J湖北汽车工业学院学报， 2007， 21(3)： 74 78. 17 张伟 . 汽车雨刮电机生产中的应用 J. 世界电子元器件， 2003， (2). 18 张伟 . 大众宝来 车雨刮电机生产中的应用 J. 国外电子测量技术 ， 2004,23（ . 19 漆海燕 凯越自动雨刮控制系统 J汽车维修与保养， 2005， (5)： 24 36. 20 曾鑫 . 智能刮水系统的结构与控制 J 汽车电器， 2010， （ 9） . 21 1990， 11(1)： 63 78. 22， 1991， 12(2)： 183 196. 六、备注 自学 件 。 七、 指导教师意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文） 开题报告 设计（论文）题目 : 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 学 生 姓 名 : 裴立梅 导 师 姓 名 : 杨 兆 开 题 时 间 : 2011 年 3 月 11 日 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 1 附 录 A to of a so an of A a is 7 2305 he of of at to or or to as a . H. up a of up on a 903. In a a of 905, it 913. to or s a a to to s a or on of or s on 2 as on 905. to 917. to an to a a r. by an in of so of in a or of in 912. on 930 of to of as to on/in of a in to 962, of to to in 980s, In 990s, to on of he of in of is of to to 3 it in of is to is in of as is of or of on in of of in of is If in of to or on of to a on on on a of up to or of is as a a is to to 4 to or is of a a a of in a on be as a as a on s of s to A on at of a as on s of it in is to A to to to or to it to if a of a a a of to of a to to is on a to If to in a is to at 5 of to of to of on on to on of is to of by on to by to as of is or at of in or to to be 6 of or or in to in to is s 002, of in as 0 76 as in to on of to in to do by to of in 990s to to to no of a .5 7 附 录 B 雨 刷 背景 雨刷是专门用来清洁车辆上的挡风玻璃 ,这样司机就可以清晰地看到前方的道路了。乘务车上的雨刷一般倾斜角度大约在 67 度。雨刮片长度一般在 12尺左右 (即 30长度增量在 2 英尺 (即 5右。 历史 挡风玻璃的雨刷起始于发明汽车的时期。当时大多数运输工具都没有雨刷，马车和卡车都是以很慢的速度移动 ,所以就不需要玻璃来保护司机和乘客或充当一个挡风物。 第一个雨刷采用是的毛刷。在 1903 年， 发明者 J. H. 然有了一个想法 ,就是在垂直的挡风玻璃上面上下移动两把刷子。同年 ,玛丽 安德森发明了一种摆动手臂可以把挡风玻璃上的雨水清除，这种装置是通过司机移动一个设置在车内的杠杆来操作的。 1905 年，安德森把她发明的机械挡风玻璃刮申请了专利 ,到了 1913 年这种机械装置成了运输工具上面的标准使用设备。当时还没有采用电动机来驱动重要设备及配件 ,因此安德森的设备有一个缺点。由于没有别的电源驱动 ,驾驶司机不得不腾出一只手来摆动车内的杠杆。而此时司机的另一只 手 需要来开车 (握着方向盘轮或掌着车舵柄 )， 还需要控制工作换档杆和制动钳控制杆，这些杆有可能在汽 车 内的地板上也可能处在靠近司机那一边的车外，而做这些动作时车辆是在行驶中的。 到了 1905 年，橡胶密封条取代了刷子成为挡风玻璃的清洗工具。不幸的是 ,一直到 1917 年，需要司机一 边 开车一边清洁挡风玻璃的这种危险行为才被废除了。而解决的办法就是要通过使用一个电动机驱动来回移动一个装有塑料雨刮片的雨刷。夏威夷的牙医 明的自动雨刮器是把电动机放置在挡风玻璃顶部的中心处，这样雨刷按照半圆形或彩虹的形状扫过车子的前壳。当 1912 年电力发动机被发明出来后，雨 刷成为最早一批使用在车辆上面的电气装备。大多数汽车雨刷在 1930年以前是成对使用的并且竖直悬挂在挡风玻璃的顶端。当电力系统可以被设计得更加复杂后，雨刷就被移动到挡风玻璃上的底部。 8 在雨刮的开 /关杠杆上添加了挡风玻璃刮垫圈 ,这就要求在挡风玻璃在前设置喷嘴 , 然后在发动机舱里面安置储液罐 ,并且还需设置电路连接线路以协调这些操作 962 年 , 明了一种司机可以自主改变运动间隔和速度的间歇式雨刮器。后来出现了一种电子系统 ,它内部可以添加保险丝和继电器来操作 ,调节 ,协调电器元件部分，从而使扩展 雨刷的多样性得以实现。到了 20 世纪 80 年代，人们把雨刷添加到前灯上 ,不过这需要把照明系统和雨刮系统连接起来。当发展到了 20 世纪 90 年代 ,人们在挡风玻璃上面应用了微型传感器，来检测下在挡风玻璃上的雨水 ,从而激活雨刷 ,并根据雨量来调节速度和运动间隔时间。 原材料 制造商所有的零件都是从专业从事某行业的公司购买来的，其中有从事铝和钢精密零 件 制造的公司、橡胶雨刮片公司、连杆塑料衬套公司以及专门生产电动机的公司。挡风玻璃上的雨刷和雨刷系统 (装配有电动机 )是不同的组件 ;有些制造商同时生产这些 ,但有的只是生产雨刷而已。 控制移动雨刷的连杆和驱动杆，以及枢轴都是由镀锌钢制造的。镀锌就是把锌电镀到钢得表面以保护钢铁不受腐蚀。船和车辆驱动臂用于船舶工业用不锈钢做的抵抗伤害从盐水。雨刷的悬架和钳也是用镀锌钢制造的。镀有涂层的钢铁表面比未镀锌涂层的钢铁刚容易涂漆。钢也是制造雨刷小部件的主要材料 ,比如垫圈 ,螺母、螺栓、弹簧和托架。 雨刮片的框架是用铝制造的，而雨刮片本身是以天然橡胶或合成物为材料制作的。有的橡胶雨刮片是用软橡胶和硬橡胶共同构成，把在软橡胶固定在擦刮板的边缘 (刮板的表面 )，而硬橡胶则构成了雨刮片其余部分并支撑着擦刮板的边缘。 组成雨刷其他部分的材料有制作枢轴里垫圈的橡胶和制作连接杆件部分的孔的塑料轴衬。一般悬架系统会被涂成很明显的黑色。如果雨刷制造商也同时制造雨刷系统，那么电动机将也从这个供应商这里购买。而这些电动机都会被包在铁箱里面 ,包括用铜丝绕制的永磁电机。每个壳体一般都已经连接了电线 ,这些电线都是此交通工具的一部分，通过安装特定的的电线束来操作雨刷。根据电动机所控制的线路的复杂程度，每台电机内部还会包含一个或更多的电子电路。 设计 雨刷是设计用来从挡风玻璃上清除雨水。 大多数汽车挡风玻璃上的有两个雨刷 , 9 一个在后窗另一个在前照灯处。从外部可以看得出车上的雨刷是橡胶的雨刮片 ,雨刷臂支撑着雨刮片 ,弹簧连杆以及雨刷的枢轴部分。雨刷本身由六个部分构成，它们被称为压力点或爪 ,是在雨刷下面的小型机械臂。爪在雨刮片的背部沿着雨刮片为雨刷分散压力。这可以被描述为一种悬挂梁平衡系统 ,在这里面雨刷是梁、爪子是悬臂部分。爪子可以使雨刮片很灵活在挡风玻璃上通过分散压力来沿着雨刮片清洁玻璃。爪子越多就可以越有效地分散压力 ,就越适合大型和曲线明显的挡风玻璃。 尽管人们对于雨刮片上的橡胶部分很熟悉 ,但是 事实上雨刮片还包括金属槽，被称作雨刮片框架，而沿框架的长度和更换洞框架的框架。更换孔可以用来更换完好的橡胶雨刮片。当然也可以把雨刮片和框架替换成一体的。 标准双雨刷 电 机通常是由一个电动机驱动的，并且串联起来，使一个雨刷 在 司机那边 ,另一个位置靠近挡风玻璃的中央而工作在乘客的视线前方。枢轴固定住雨刷。刮水器和枢轴安装在支架的两端 ,作为推动力量从电机驱动的连接 ,反过来移动其他雨刷。连接起来是连接到另一个长棍称为驱动连接在雨刮器电机等。 用细长的弹簧 连接刮臂与驱动支点之间 ,使刮杆能和 挡风玻璃 紧密接触 ,并保持 一定的压力 使挡风玻璃不至于损坏 。 在马达和驱动连接之间，存在一个连接系统组成的一个凸轮 (另一个短杆 )和支点 ,输出轴 ,齿轮 ,蜗轮传动控制的动力驱动电机送到他们的手臂。这个蜗轮延缓了马达的速度并成倍增加其转矩 (力量 )。齿轮允许一个小型电机产生足够的压力来移动雨刮片 ,清扫玻璃。这种描述是基于使用单个电 动 机驱动两 哥 雨刮器。如果一个人配用电机 ,是需要移动更多连结在一起的两个雨刷电机系统一个所谓的电动机系统。 成倍增加的力需要用来加速运动到两端的雨刮片防止运动停止 ,还需要用来抵消的摩擦橡胶与玻璃窗之间的摩擦力、抵消的摩擦橡胶与玻 璃上的灰尘之间的摩擦力 ,并且还要抵消挡风玻璃反向风压力。 质量控制 在组装期间 ,工人们会观察各零件的工作状况 ,但是他们质量控制方法只是简单的检查打开电源后电动机是否运转，并且通过听电动机运转时候的声音来判断运转的状况。 最后一道检验工作是在配件制造完成 ,但还没有把雨刷系统组装起来的时候。生产指导员或者质量控制检测员一般都是看看配件的外观，确认雨刷的尺寸和倾斜角 10 是清洁时需要的正确尺寸并且还要检查配件是在要组装的位置上。在指导员或检测员也要检查看看这些合格的配件是否可以组装了。 副产品和废料的 挡风玻璃的雨刷系统 有一些多余的或者废弃了的以及损坏了的部件上面的钢材和铝材下脚料，它们会被收集在垃圾桶里 ,然后卖给了那些收废品的，这些人接下来会继续倒卖给金属制造商 ,制造商会把金属熔化了以便回收利用。零部件上的包装也可以被收集和回收利用。 走势 到了 2011 年 ,由于汽车以及其他交通工具的改进，技术改进 ,以及消费者的需求，雨刷和雨刷系统也正在不断得 到 改进。雨刮片长达 76 厘米 ,当它们 在 挡风玻璃上工作时会产生很多的阻力。现在正在改进挡风玻璃上的夜视屏，这也会增加雨刷工作时的阻力并且会需要改变雨刷 的尺寸。橡胶的柔韧性日益增加引起雨刮片也不断改进 ,所谓最适合雨刮片 可以把冰雪抵挡在外面 ,在刮板边缘的不粘涂料可以避免油渍和蜡 液 附着和 使 雨刮器老化。 电机系统的电压也在不断增加以提供充足的能量驱动雨刷以及其他的配件。工程师们正在检测全自动化的控制系统可行性 ,这一系统将不需驾驶员任何行动来开始和停止雨刷系统。发明家们期待雨水探测感应器可以在 20 世纪 90 年代末改善性能 ,从而可以在没有雨水的情况下清洁挡风玻璃上的污渍。例如，雨刷是最可靠的汽车装置之一，它的设计寿命可达 150 万次擦拭动作。 毕业论文指导教师评分表 学生姓名 裴立梅 院 系 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆 导教师姓名 杨兆 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；选题的理论意义或实际价值 10 3 查阅文献资料能力；综合运用知识能力 15 4 研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力 25 5 文题相 符程度；写作水平 15 6 写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性 15 7 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语： 工作态度： 好 较好 一般 较差 很差 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 规范性： 好 较好 一般 较 差 很差 成果质量（研究方案、研究方法、正确性）： 好 较好 一般 较差 很差 其他： 指导教师 签字 ： 年 月 日 毕业设计指导教师评分表 学生姓名 裴立梅 院 系 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 导教师姓名 杨兆 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与 工程实践 、 社会实际 、 科研与 实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语： 工作态度： 好 较好 一般 较差 很差 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 指导教师 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 评阅人评分表 学生 姓名 裴立梅 专业 班级 车辆工程 导教 师姓名 杨兆 职称 讲师 题目 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 评阅组或预 答辩组成员姓名 出席 人数 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量； 题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 得 分 Y= 评 语： 回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 评阅人 或预 答辩组长 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 答辩评分表 学生 姓名 裴立梅 专业 班级 车辆工程 导 教师 杨兆 职 称 讲师 题目 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 出席 人数 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题 与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量， 设计 的规范化程度 （设计栏目齐全合理、 、实用性、科学性和创 新 性 15 5 毕业 设计 答辩准备情况 5 6 毕业 设计 自述情况 20 7 毕业 设计 答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录 、评语 ： 自述思路与表 达能力：好 较好 一般 较差 很差 回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 答辩组长 签字 ： 年 月 日 毕业设计 成绩评定表 学生 姓名 裴立梅 性别 女 院系 汽车与交通工程学院 专业 车辆工程 班级 计 题目 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 平时成绩评分（ 开题、中检、出勤 ） 指导教师姓名 职称 指导教师 评分（ X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（ Y） 答辩组组长 职称 答辩组 评分（ Z） 毕业设计 成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 院系 公章： 年 月 日 优秀毕业 设计 推荐表 题 目 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 类别 毕业 设计 学生姓名 裴立梅 院（ 系 ） 、专业、班级 汽车与交通工程学院、车辆工程 导教师 杨兆 职 称 讲师 设计成果明细： 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 院 、 系 公章： 年 月 日 备 注： 本科学生毕业设计 轿车雨刮器结构设计与运动仿真 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 裴立梅 指导教师： 杨 兆 职 称： 讲 师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 s 011龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 汽车雨刮器，是一个很小却又不容忽视的汽车部件，它能擦亮汽车的 挡风玻璃 ，使司机的视线更加清晰。 其功能是将玻璃上的雨水、尘埃、泥污刮净，以获得清晰的视野， 保证行车安全。有的国家已将雨刮器的技术状态列入车辆年检项目。 本设计要求进行轿车雨刮器部件尺寸的设计，求解刮扫面积，电机选型，电路分析，利用 得运动的轨迹和速度，并用 绘出三维模型。 运用三维建模软件 与动力学仿真软件 立雨刮器模型，并进行运动仿真，分析雨刮器的运动曲线，对雨刮器做进一步的设计，力求使刮刷区域进一步增大，为生产实际提供理论参考。 关键词： 雨刮器 ； 间歇电路控制； 虚拟设计 ； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 is a of be It so s be is to to a of of of My to of in of to E of , to a of of a to a 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 错误 !未找到引用源。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1章 绪 论 拟样机技术 虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法，它足一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。这些数字模型即虚拟样机 (将不同工程领域的开发模型结台在一起，它从外观、功能和行为上模拟真实产品支持并行工程方法学。虚拟样机技术涉及多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术的综 合应用技术 21。 虚拟样机技术是在 ) )技术基础卜的发展，它进一步融合信息技术、先进制造技术和先进仿真技术，将这些技术应用于复杂系统全生命周期、全系统、并对它们进行综合管理，从系统的层面来分析复杂系统，支持“由上至下”的复杂系统开发模式。 虚拟样机技术不仅是计算机技术在工程领域的成功应用，更是一种全新的机械产品设计理念。一方面与传统的仿真分析相比，传统的仿真一般是针对单个子系统的仿真，而虚拟样机技术则是强调整体的优化，它通过虚拟整机与虚拟环境的 耦合，对产品多种设计方案进行测试、评估，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性能。另一方面，传统的产品设计方法是一个串行的过程，各子系统（如：整机结构、液压系统、控制系统等）的设计都是独立的，忽略了各子系统之间的动态交互与协同求解，因此设计的不足往往到产品开发的后期才被发现，造成严重浪费。运用虚拟样机技术可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机，实现产品的并行设计，可在产品设计初期及时发现问题、解决问题，把系统的测试分析作为整个产品设计过程的驱动。 拟样机技术的应用及发展 近年来，虚拟样机技术及其应用已经获得重大进展，已经具备处理日益复杂的工程问题的能力，被广泛地应用在汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业等不同领域中。世界著名的制造公司在生产开发过程中广泛地应黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 用虚拟样机技术，波音飞机公司 777 飞机的设计就是采用虚拟开发技术的典型实例，开发周期从通常的 8 午减少到 5 年，设计、装机、测试均是在计算机中模拟完成初 步做到无纸设计，保证了一次试制成功。其它如在克莱斯勒公司，已常采用虚拟产品建模。在福特汽车公司，虚拟分析样机已很普遍。 正在研究和利 用虚拟样机技术进行 2l 世纪商业和 军用移动分布式无线全球通讯系统和网络技术的研制，以减低开发设计的风险和成本。虚拟样机技术改变了传统的设计思想，对制造业产生了深远的影响。 虚拟样机技术的发展，使产品设计可摆脱对物理样机的依赖，体现了一种全新的研发模式，它在工程领域的迅速发展，必将给企业带来重大的影响。 虚拟产品的销售。虚拟样机技术和柔性制造技术已经使虚拟产品销售成为可能，即企业先通过虚拟样机找到客户，再组织生产。因此企业在产品制造和市场竞争方面更具灵活性。 企业间的动态联盟。产品的数字化使企业能够通过 行产品信息的快速交流，克服单个企业资源的局限性，将具有开发某种新产品所需的知识和技术的不同组织或企业组成一个临时的企业联盟，即企业间的动态联盟，以适应瞬息万变的市场需求和激烈竞争。 计的目的意义 本设计的目的，是根据当前的先进设计理论， 通过所学知识，并利用 软件平台，对雨刮器做进一步的设计，力求使刮刷面积进一步增大，使得司机在任何时候都有一个清晰的视野，提高汽车行驶安全性。 计的基本内容与解决的主要问题 究的 基本 内容 雨刮器总成含有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水 片总成等 。本设计要求进行捷达轿车雨刮器部件尺寸的设计，求解刮扫面积等；要选择电机的型号，分析雨刮器的控制电路及间歇电路，分析电机的自动回位装置，确定雨刮器的硬件的尺寸等，求解雨刮器的刮扫面积，利用 件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并运用 绘出三维模型。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 解决的主要问题 解决问题： （ 1）分析雨刮器电子间歇控制电路； （ 2）分析雨刮器的自动回位装置； （ 3）确定雨刮器的控制方式； （ 4）优化雨刮器传动机构； （ 5）确定刮刷区域，并计算最大刮刷面积； （ 6）实现雨刮器的运动仿真； （ 7）最终实现三维模型建立 ()。 解决方法： （ 1）分析比较不同车型的控制电路及间歇控制电路，选择其中一种； （ 2）分析其他车型的自动回位装置，选择合适的； （ 3）比较分析不同雨刮器的控制方式，选择一种； （ 4）分析比较其他车型的传动机构，选择合适的优化传动机构； （ 5）查阅参考资料中求解雨刮器的算法； （ 6）学习 件，实现雨刮器的运动仿真； （ 7）学习 软件，建立雨刮器的三维模型。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2章 轿车雨刮器 言 汽车风窗玻璃上时常会附着雨雪和尘土，如果不及时擦拭干净，将会影响驾驶员的视线， 对行车安全带来很大不利。为了确保挡风玻璃清洁明亮，汽车上都装有风窗雨刮器。其功能是将玻璃上的雨水、尘埃、污垢刮净，以获得清晰的视野，保证行车安全。 汽车雨刮器，是一个很小却又不容忽视的汽车部件，它能擦亮汽车的“ 双眼 ” ，使司机的视线更加清晰。 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， 一旦 它 失去作用，将直接影响到司机雨天驾驶视野的清晰度 。雨刮器看似结构简单，但是从驱动电机到最终的刮刀的结构尺寸和运动方式都决定雨刮器的性能。 雨刮器虽然是汽车的附件，但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 ,由此可见，雨刮器与汽车的安全性能有着紧密的关系，是我们不容忽视的汽车部件。 目前国内外的雨刮器都不能消除刮扫死角，本次设计也不能完全消除刮扫死角，但力求刮扫面积增大，使司机可以尽量有最宽阔的视野。 车雨刮器的研究现状 雨刮器总成含有电动机、减速机、四连杆机构、刮水臂心轴、挂水片总成等。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。 雨刮器的种类很多 , 按安装位置分 , 有顶置、底置、侧置、前后置和内外置等 ;按雨刮范围分 , 有局部雨刮、整体雨刮、单面雨刮和双面雨刮 ;按运动方式分 , 有四杆机构左右摆动式、导轨式直线和弧线运动式 ;按制作材料分 ,有普通黑胶体雨刮器、透明塑料体雨刮器和磁性体雨刮器。目前 ,车辆上广泛使用的是曲柄连杆机构黑胶体雨刮器。 国外对汽车电动雨刮器的性能要求： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 1、 耐久性能 美国标准 1975 年 荐 （ 1） 总成耐久试验 （ 2） 刮片 耐久试验 （ 3） 橡胶片耐久试验 日本标准 1976 年 荐 （ 1） 橡胶片耐久试验 （ 2） 总成耐久试验 试验后摇臂的压力变化和试验前相比应在 15%以内 , 摇臂和刮片的各部分不应有明显的松弛、松动（配合、间隙等）或其他有害缺陷的产生。 2、 强度性能 美国标准 1975 年 荐 在刮动过 程中阻挡摇臂 15 秒 ，试验后应仍能正常工作。 3、 刮刷性能 美国标准 1975 年 荐 耐久试验 试验后刷净性能仍应达到 75%。 4、 刮动频率 （ 1） 美国文献介绍 刮动周期 1 （ 2） 法国文献介绍 刮动频率 12 /分 （ 3） 美国文献介绍 间隔 3 秒较普遍 （ 4） 英国文献介绍 适应极细雨时用 , 频率和间歇均能独立控制。 （ 5） 美国文献介绍 倾盆大雨时的刮刷频率可高达 80 次 /分 ,高于上述频率则雨刮将在风窗玻璃水而上浮掠而过 , 破坏刮水性能。 （ 6） 根据 定，高频刮拭频率为 71465次 /分，低频为 101245次 /分。频率之差 10 次 /分 5、 接触面压力 （ 1） 日本文献介绍 刮片对风窗玻璃的压力 10 /公分。 （ 2） 日本文献介绍 接触面压力 低速 10 克 /公分 高速车 15 克 /公分 （ 3） 美国文献介绍 汽车速度大于 60 哩 /时 , 则刮片将受到空气的浮力而降低刮刷性能 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 （ 4） 日本文献介绍 在汽车速度为 100 公里 /时 , 400 毫米长的刮片受到 200 克的空气浮力 , 使刮刷效果恶化 , 此时为了改善其刮刷性能 , 最低需要 400 克的压力。 6、 橡胶片与摩擦系数 美国标准 1975 年 荐 （ 1） 耐久试验 （ 2） 化学试验 日本标准 1976 年 荐 耐久试验 7、 工作温度范围 美国标准 1975 年 荐 （ 1）工作温度范围 55 士 3一 （ 2）高温试验 温度 55 士 3 最高速连续工作 1/2 小时 （ 3） 低温试验 温度 5 最高速连续工作 1/2 小时 法国文献介绍 工作温度范围 0 8、 联动机构效率与摆角 日本文献介绍 联动机构效率 80 刮刷角度 110 如超过此 限度 , 则尺寸误差变得敏感、且易越过死点 , 致使效率下降。 9、 刮动扭矩 日本文献的介绍 刮动扭矩大于 50 公斤 厘米随着风窗玻璃的大型化 , 刮片长度大于 280 毫米的越来越多 , 刮动扭矩也随着增大 , 超过了 50 公斤 厘来。 10、 刮动电流 法国文献介绍 刮动电流 培 国外对雨刮器的设计要求都有了明确并且高标准的规定 4。 而我国现阶段的雨刮器发展现状是新产品喜忧参半 , 老产品一统天下。 （ 1） 新产品喜忧参半。由于冬季车辆内外温差大 ,常常在车内挡风玻璃上结有很厚的一层冰霜 , 必须使用 热水布反复擦除才能保证正常的视觉效果 , 于是发明了双面雨刮器。双面雨刮器的不足是 , 外雨刮片是车外物体 , 内雨刮片与其一起联动 , 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 容易分散驾驶员注意力而引起视觉疲劳 , 危害行车安全。通过改进 , 把内雨刮片改成磁条式的 , 无机械联动 , 需要时贴上 , 用完后取下 , 很方便。但是实际使用中发现磁性大小很难控制 , 更麻烦的是加大磁场作用效果时 , 干扰车内电子设备 , 用手机做测试 , 通话质量差 , 甚至车内收放音设备无法正常工作。 局部雨刮一直是现用雨刮器的缺陷 , 小范围雨刮后视觉效果差 , 影响驾驶员对前方全景的正确判 断。经过不断改进 , 把雨刮片的曲线 (圆周 )往复运动改成直线往复运动 , 雨刮面积加大。但是设计者把被雨刮的玻璃假想成直面矩形平板式 , 而目前挡风玻璃更多的是流线圆弧形等形状 , 直线整体雨刮在弧形玻璃上无法安装。 传统雨刮片的材料是黑胶体 , 技术人员把它改成透明状 , 增强了视觉感光效果。在具体测试时 , 遇到雨天夜晚行车 , 打开雨刮设备 , 各类光源被透明雨刮片折射后与透明棒形成新的“ 发光棒” , 司机原本可远距离观察 , 这时却被发光棒来回运动构成的发光“ 墙面”遮掩而眩目。 （ 2） 老产品一统天下。我国车辆工业近 年来快速发展 , 但是雨刮器作为一种附件 , 其开发一直得不到应有的重视。一方面是用户的使用和思维习惯 , 另一方面是新产品的完备性和推广价值不高。接受和认可新型雨刮器要有一个过程 , 真正的强适应性雨刮器开发出来 , 一定会是中国制造的一大特色。 普通雨刮器经久不衰 , 除了没有可靠的替代品之外 , 另一个很重要的原因就是其质量稳定、结构简单、故障率低和易于维修。而前几种新型雨刮器要么处于试验阶段 ,要么质量不稳定 , 制造商不敢投入太多的资金搞推广 4。 由于以上种种原因，我国广泛应用的雨刮器一直没有新的改进与进展。因 此我国现阶段的目标因该是在一定的技术要求下，改进老产品的不足，结合其他新产品的优点，设计出新型的，刮扫面积大的，结构简单、稳定的，经济实用的雨刮器。 水电机 水电机型号的编制方法 根据 机产品型号编制方法中 规定，电机产品型号由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号等四部分按以上顺序组成。 电机产品代号见表 规格代号见表 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 表 机产品代号 序号 电机类型 代号 1 异步电动机（笼型及绕线转子型） Y 2 同步电动机 T 3 同步发电机（除汽 轮发电机、水轮发电机外） 直流电动机 Z 直流发电机 汽轮发电机 水轮发电机 测功机 C 9 交流换向器电动机 H 10 潜水电泵 Q 11 纺织用电机 F 表 要系列产品的规格代号 序号 系列产品 规 格 代 号 1 小型异步电动机 中心高（ 母代号） 字代号） 2 大型异步电动机 中心高（ 字代号） 3 小型同步电机 中心高（ 母代号） 长度（数字代号） 4 中大型同步电机 中心高（ 字代号） 5 小型直流电机 中心高（ 母代号） 6 中型直流电机 中心高（ 机座号（数字代号） 字代号） 字代号） 7 大型直流电 电枢铁芯外径（ 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 机 8 汽轮发电机 功率（ 9 中小型水轮发电机 功率（ 定子铁芯外径（ 10 大型水轮发电机 功率（ 定子铁芯外径（ 11 测功机 功率（ （仅对直流测功机） 速器的 结构特点 刮水电机的主要输出形式有两种：旋转输出与摆动输出。减速主要是一级或多级圆柱齿轮减速，蜗杆螺旋齿轮减速。 （ 1）圆柱齿轮减速旋转输出的特点 这种电机传动效率高，二级减速为 80%以上，但噪音较难控制，它的大小取决于齿轮的加工精度及装配体的尺寸精度，一般用于 20W 以下的电机减速，以增大力矩，如图 示。 图 二级圆柱齿轮减速旋转输出结构 （ 2）蜗杆螺旋齿轮摆动输出的特点 这种电机减速传动的特性与上述相同，但它还将旋转运动改变为摆动运动的一套曲柄摇杆机构同时 置于减速箱内，使刮水电机输出形式直接为摆动，如图 示。在 20W 以内的刮水电机中，这种型式较常见，其特点是在车身前围安装方便，适应性很强，结构紧凑。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 摆动输出也有圆柱齿轮减速的，其基本特点相近。 图 蜗杆螺旋齿轮减速摆动输出结构 （ 3）蜗杆螺旋齿轮减速旋转输出的特点 这种减速有时会被称之为蜗轮蜗杆减速，但实际上刮水电机减速器是一个斜齿轮与蜗杆吻合，所以严格讲应该称为螺旋齿轮减速。这类齿轮减速方式的优点是加工成本低、噪音小、冲击小、结构紧凑、但传动效率低，约为 50%。一般在 15W 以上的刮水电机 中大多用此方式达到减速增大力矩，如图 示 6。 图 蜗杆圆柱齿轮减速旋转输出结构 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 水电机的控制电路分析 图 自动复位装置 （ a）电枢短路制动 （ b）雨刮电机继续转动 （ 1）电动刮水器的复位 如图 水器自动复位装置示意图。 在减速涡轮上，嵌有铜环，其中较大的一片与电机外壳相连接而搭铁，触点臂3、 5 用磷铜片制成（有弹性），其一端铆有触点，与蜗轮端面或铜片接触。 当电源开关接通，把刮水器开关拉到： “ I”挡（低速挡）时，电路为电池正极 开关 1 熔断丝 2 电刷 电枢绕组 电刷 接线柱 接触片 接线柱 搭铁，此时电动机以低速运转。 当刮水器开关拉到 “ ”档时，电路为蓄电池正极 开关 1 熔断丝 2 电刷 电枢绕组 电刷 接线柱 接触片 接线柱 搭铁，电动机以高速运转。 当刮水器开关推到 0 挡（停止位置）是，如果刮水器刮水片没有回到原始位置（停放位置），由于触点与铜环 9 接触，则电流继续流入电枢，其电路为蓄电池正极 开关 1 熔断丝 2 电刷 电枢绕组 电刷 接线柱 接触片 接线柱 触点臂 5 铜环 9 搭铁，形成回路，如图 示，电动机以低速运转直至蜗轮旋转到图 a）所示的特定位置，电路中断。由于电枢的惯性，电机不可能立即停止转动，电动机以发动机方式运行，此时电枢绕组通过触点臂 3、 5 与铜环 7 接通而短路，电枢绕组产生很大的反电动势，产生制动力矩，电机停止转动，使刮水片复位到风窗玻璃的下部 7。 （ 2）电刷调速 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 图 双速刮水电动机的 变速原理 (a)结构原理 （ b）电路原理 刮水电动机通常采用改变两电刷间串联的导体数的方法进行调速，如图 示。电刷 高低速公用电刷， 于低速， 于高速， 差 60 。电枢采用对称叠绕式。 永磁式三刷电动机，是利用三个电刷来改变正负电刷之间串联的线圈数来实现变速的。当直流电动机工作时，在电枢内同时产生反电动势，其方向与电枢电流的方向相反。如果使电枢旋转，外加电压必须克服反电动的作用，即 U e，当电枢转速上升 时，反电动势也相应上升，只有当外加电压 U 几乎等于反电动势 e 时，电枢的转速才趋于稳定。 三刷式电动机旋转时，电枢绕组所产生的反电动势如图 示，当开关拨向L 时，电源电压 U 加在 间。在电刷 间有两条并联支路，一条是有线圈 串联起来的之路，另一条是线圈 串联起来的支路，即在电刷有两条支路，各 三个线圈。这些线圈产生的全部反电动势与电源电压平衡后，电动机便稳定旋转。由于有三个线圈串联的反电动势与 U 平衡，故转速较低。当开关拨向 H 时，电源电压加在 间。从图 b）可见，电枢绕组一条由四个线圈 串联，另一条有两个线圈 串联。其中线圈 的反电动势与线圈 的反电动势方向相反，互相抵消后，变为只有两个线圈的反电动势与电源电压平衡，因而只有转速升高使反电动势增大，才能得到新的平衡，故此时转速较高。可见，两电刷间的导体数减少，就会使电动机的转速升高，这就是永磁三刷黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 电动机原理 8。 （ 3）间歇刮水电路的分析 间隙式电动刮水器的间歇功能主要靠间歇控制继电器来实现，示。 图 间歇控制继电器控制电路 刮水电机通电低速转动，刮水片低速摆动。点火开关接通（ 水器开关 拨至间歇（ 位时，三极管将有基极电流通过而导通，集电极电流过继电器圈磁化铁心产生吸力吸闭触点，使刮水电机低速电路经过刮水器开关间歇（ 位而接通，刮水电机低速转动，从而带动刮水片低速摆动。 电容器被充电，从而保证刮水片摆动时间。刮水电机转动后，驱动内部凸轮开关迫使接点 “ S” 与 “ +B” 接点连通，电容被充电。由于电容器的充电电流通过三极管的基极，三极管将是始终保持导通，刮水电机也将保持低速转动。这一状态将一直保持到电容器被充电到两端的电压与电源电压相等为止。 刮水电机停转，刮水片停止摆动。当刮水片 被电机驱动摆动一次回到自动停止位置时，电机驱动内部凸轮开关迫使接点 “ S” 与 “ +B” 接点断开，使 “ S” 与 “ E”接点连通，此时充足电后的电容器 “ +” 极直接搭铁，电容器 “ -” 极电位瞬变降低，从而导致三极管基极电位迅速降低而截止，继电器线圈电路切断，铁心吸力消失，触点回到初始位置。与此同时，电机低速电路被切断，电机停止转动。 电容器被反向充电，刮水片恢复摆动。电容器 “ -” 极电位降低后，电源电压便黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 会经偏置电阻对电容器反向充电，随着电容器电压的逐渐升高，三极管基极电位相应升高至重新导通，继电器触电又被吸闭，刮水电机低速 转动，从而带动刮水片又重新摆动。上述过程重复出现，实现间歇刮水功能。 三极管截止时间则为刮水片间歇时间，一般为 3s 5s9。 刮器 雨刮器的作用是使刮水器系统达到其最终目的 有效地刮净风挡玻璃上刮拭范围内的雨水和尘埃，它是整个刮水系统效果好否的关键部件。 刮的组成和结构特点 雨刮分刮杆和刮片两个部分，如图 示。刮杆部分是有接头、刮杆臂、刮杆等零件组成的一个刚性杆件。接头用以与传动轴输出端相连接，刮臂等零件铰接在接头的转轴销上，在弹簧的作用下产生合适的压力 p 给刮片中心，是指与风挡玻璃吻合后进行 工作。 刮片部分是有桥架、胶条、卡簧、簧片等零件组成。主桥与副桥、簧片所夹持的胶条与桥脚、主桥轴心与刮杆联接部分都合适地铰接着，以保证与风挡玻璃间具有正确吻合后进行刮拭工作。刮片的桥架多少是刮片长度和风档玻璃的曲率而定的，胶条簧片组成的端部仅与桥架端部的一个桥脚固定，其余均可在桥脚间移动，藉此保证胶条的曲线随着风挡玻璃的曲率变化而变化。 图 雨刮结构 刮品质的评价 雨刮的品质是最终反映刮拭效果的关键，一般分下面几个方面进行评判。 （ 1）外观质量 雨刮表面必须经防眩目处理，以防强光的反射造成对方 驾驶员刺眼。一般在金黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 属件表面喷涂黑色无光或半光的环氧塑料，喷涂层应与基体有较强的结合，在零件的棱角处观察不应有剥落或漏喷，喷涂面应平整，光洁，不得有擦痕、起泡、挂料、堆积等疵病。 （ 2）装配质量 雨刮的各铰接部位均应灵活但又不可过份松动，非铰接中心轴线处的两平面间不应有明显的转动存在，例如接头与主体、刮片与铰接座等。 刮片的桥架之间铰接同上一样，桥架脚与胶条的保持部应移动灵活，对刮片进行曲率变化，其反应应灵敏，释放外力后能迅速还原。 刮杆对刮片的压力应合理。一般对曲刮来讲，刮片每米长应有（ 12 16）克的力 ，测力的方法如图 示。 图 刮杆对刮片的压力测量 （ 3）胶条的材料与质量 刮片的刮拭性能及耐用度最终是反映在胶条上的。一般胶条是用合成胶及氯丁胶制成，它应能在（ +60 40） C 环境中耐一年以上的老化寿命，并保持一定的弹性恢复性能。硬度在邵尔氏（ 58 62）度，在自然状态下应平直，两侧无弯曲波。如图 示。工作时下压的姿态应合理（图 胶条工作部表面应光滑，棱角清晰，胶条刃口应平直（图 若表 面进行氯化或石墨化处理则工作效果更好。 图 胶条自然状态图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 12345图 胶条工作状态图 刃口好 刃口差 图 胶条刃口图 水器传动机构 刮水器传动机构尺寸种类变化繁多，无统一的型号编制，因为它的专用性较强。其外形、安装尺寸、刮拭角等尺寸参数基本上是由汽车制造厂根据汽车前围的大小、高低及布置空间等要求而确定的。因此，习惯上对传动机构的称呼是根据车型而定的。 传动机构一般由一至三组曲柄摇杆机构及双摇杆机构组成，如图 示。 图 传动机构典型结构简图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 四连杆机构的杆件一般由管材或槽钢制成。杆件间的铰接点均是球形关节结构，以弥补杆件运动平面在制造和安装上的误差，球铰节的外套由高能工程塑料制成，因此具有吸收冲击和减少噪音、防止铰接点咬死等优点。在工作时运动灵活、平稳，装配维修时由于是靠零件的弹性过盈进行轴向定位的，故不用专用工具即可方便拆卸 10。 刮器相关参数的选择 刮器尺寸初定 初定车窗面积、刮片长度及刮扫角度如下： 图 车窗面积及雨刮初步设计图 图 车窗面积及雨刮初步设计尺寸图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 根据已知轿车实际条件，初选雨刮器的右刮片长度为 350左刮片长度为400曲柄与左摇杆之间的距离为 250柄与右摇杆之间的距离为 200定左摇杆为 60初定刮片刮扫角度为 85 度 。 柄摇杆结构设计 图 左雨刮曲柄摇杆机构计算图 设曲柄长度为 a， 左连杆长度为 b。 当左摇杆运动到 D 位置时 ， AD= 当左摇杆运动到 E 位置时 ， AE=a+b 所以 a+a=2a 由图可知 B,E=2a 测量出图中 长度为 70则曲柄长度为 35左连杆长度为 230 图 右雨刮曲柄摇杆机构计算图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 由三角形余弦定理 2 a b 得 4 0 A B 7)( B o s 1 6 5222 4 0 A B o s 8 0222 解得 ： 0C=200以右摇杆为 70连杆为 235 根据曲柄摇杆各杆长度必须满足以下条件，如图 示。 1 ()A D B C A B C D ()C D B C A B A D 2 B C + A B C D + A D中所以有： A D A B B C C D C D A B B C A D （ B C A B C D A D 将公式两两相加，化简可得： C D （ D 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 图 四连杆机构 根据以上 计算，初选左右曲柄摇杆的尺寸，如图 示。 图 曲柄摇杆机构 由上图可知此铰链四杆机构中有整转副，曲柄为 水电机的选择及蜗轮蜗杆设计分析 刮电机性能计算 1、 刮水器电机和刮片、刮杆组装后，刮水器电机负载时的转矩可以用下列公式进行计算： （ kgNm 式中 T:刮水器电机负载时的转矩 （ N m； n:刮片的片数； l:刮片的长度（ P:刮片的压力 （ N）； k:传动杆传动系数 =作用在电机轴上的转矩 /作用在刮水器轴上的转矩 设计中， k 值一般取 1 或小于 1。 ： 挡风玻璃表面与刮片胶条之间的摩擦系数。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 挡风玻璃表面状态十分湿润时（ = 挡风玻璃表面状态干燥时（ = 挡风玻璃表面状态由湿润向干燥过渡中间的半干燥时（ = 因为在负载下工作的电机，其转矩（假设为干燥或轻度的半干燥状态）是公称转矩的 15%，所以公称转矩可以右下式进行计算。 公称转矩 15.0/w ）（ N m 这时 k=1， =n=2。 刮杆的压力： （ N） 其中 P：刮杆的压力（ N）； L：刮片的长度（ 当负载为最大时，电机功率： )/60/ （据电机输出特性曲线，负载为） 高速热态 高速冷态 低速热态 低速冷态 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 图 电机输出特性曲线 其中： P：电机功率（ w），从而选定电机额定功率； 321 ，：电机内部的阻尼系数，轴承和转子，一般 2、刮水器总成刮水电机性能计算： 刮水电机湿状态负载（ 取 w ）（刮水电机半干燥状态负载（ 取 d ）（ 公称转矩： ）（ （因为实际情况一般为湿状态或者半干状态下刮刷，所以取这两个状态下的平均值来计算公称转矩） 当负载为最大时，电机功率： 0/ （ （根据电机输出 特性曲线，负载为 ，转速为 59r/ 根据上述计算，并且考虑制动功率和经验值，所选电机功率要大于计算功率。 所以 选择安徽宗申（通宝） 号电机。该产品采用高性能磁钢和优质的电磁线，具有良好的机械特性体积小，噪音低、运行可靠。电机有双速和单速两种，有自动复位装置。 该产品有多种型号，适用于轻重型载货车、微型面包车、轿车刮水器，安装方便。 所选电机参数见表 表 电机参数 型号 额定电压 额定功率 额定转速 2V 30W 45 65（ 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 刮 电机蜗轮蜗杆设计分析 圆柱蜗杆传动的主要参数 1、模数 m 和压力角 如图 示，通过蜗杆轴线并垂直于涡轮轴线的平面，称为中间平面。由于蜗轮是用于与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制轮齿，所以在中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。它们正确啮合条件是：蜗杆轴向模数1分别等于蜗轮端面压力角2t即： 1tm=m 1a=2t图 圆柱蜗杆传动的主要参数 模数 m 的标准值，见表 力角标准值为 20 。相应于切削刀具， 杆取轴向压力角为标准值， 杆取法向压力角为标准值。 如图 示，齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱。蜗杆分度圆直径以 1d 表示，其值见表 轮分度圆直径以 2d 表示。 表 柱蜗杆的基本尺寸和参数 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 m/z q /23m/z q /231 18 1 8 3 1,2,4,6 500 0 1 12 1 445 5 8 80 1,2,4,6 120 0 1,2,4 40 1 960 28 1 0 90 1,2,4,6 000 2 ,2,4,6 60 1 6000 35. 42 12 1,2,4 7500 8 1,2,4,6 75 200 1 1250 45 1 81 16 140 1,2,4 5840 ,2,4,6 52 250 1 4000 56 1 56 20 160 1,2,4 4000 4 40 1,2,4,6 40 315 1 26000 71 1 136 25 200 1,2,4 25000 5 50 1,2,4,6 250 400 1 50000 90 1 250 在两轴交错角为 90 的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱
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