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轿车雨刮器结构设计与运动仿真[三维PROE][ADAMS]【11张CAD图纸和毕业论文】【优秀汽车类】

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轿车雨刮器结构设计与运动仿真[3D-PROE][ADAMS]

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adams仿真

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雨刮器PROE模型

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关键词：: 轿车雨刮器结构设计运动仿真 proe adams

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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ADAMS软件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并用Pro/E绘出三维模型。

　　　运用三维建模软件Pro/E与动力学仿真软件ADAMS建立雨刮器模型，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；ADAMS；Pro/E

ABSTRACT

　　　Windscreen wiper is a small part of automotive but can not be ignored. It can polish the windscreen so that the driver's 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

目　　录

摘　　要I

ABSTRACTII

第1章绪　　论1

1.1虚拟样机技术1

1.2虚拟样机技术的应用及发展1

1.3设计的目的意义2

1.4设计的基本内容与解决的主要问题2

1.4.1研究的基本内容2

1.4.2拟解决的主要问题3

第2章轿车雨刮器4

2.1引言4

2.2汽车雨刮器的研究现状4

2.3刮水电机7

2.3.1刮水电机型号的编制方法7

2.3.2减速器的结构特点9

2.3.3刮水电机的控制电路分析11

2.4雨刮器14

2.4.1雨刮的组成和结构特点14

2.4.2雨刮品质的评价14

2.4.3刮水器传动机构16

2.5雨刮器相关参数的选择17

2.5.1雨刮器尺寸初定17

2.5.2曲柄摇杆结构设计18

2.6刮水电机的选择及蜗轮蜗杆设计分析20

2.6.1雨刮电机性能计算20

2.6.2雨刮电机蜗轮蜗杆设计分析22

2.7本章小结25

第3章 ADAMS建模分析26

3.1ADAMS功能简介26

3.2基于ADAMS虚拟样机开发流程27

3.3曲柄摇杆机构改进28

3.4新模型建立28

3.5本章小结30

第4章 Pro/E模型的建立与装配31

4.1三维CAD建模技术在汽车行业的应用31

4.2零件模型的建立32

4.3零件模型的装配36

4.4本章小结38

第5章模拟仿真39

5.1将Pro/E装配模型导入ADAMS中39

5.2给Pro/E装配模型施加约束41

5.3给Pro/E装配模型施加力和驱动进行仿真42

5.4绘制出仿真数据分析图45

5.5利用函数控制雨刮器进行间歇刮水54

5.6雨刮器刮扫面积的分析计算55

5.7本章小结56

结　　论57

参考文献58

致　　谢60

附　　录A61

附　　录B67

绪　　论

虚拟样机技术

　　　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(virtual prototype)，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CAx(如CAD、CAM、CAE等)／DFx(如DFA、DFM等)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。

虚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。Motorola也正在研究和利用虚拟样机技术进行2l世纪商业和DoD的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Internet进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

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内容简介：: SY-025-BY-2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B07-1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、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Pro/E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ADAMS软件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并Pro/E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(Pro/E)。主要技术指标：选取某轿车的雨刮器作为参考设计。三、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ADAMS软件平台上进行雨刮器整个过程的运动分析。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Pro/E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214月10日）（4）在ADAMS软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115月8日）（5）设计1.5万字说明书一份，零件图一套（包括Pro/E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：ADAMS软件、Pro/E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 ADAMS Pro/E）；（5）新闻及网络资料等。六、备注自学ADAMS、Pro/E软件。指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日SY-025-BY-3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B07- 1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：1.耐久性能（一）美国标准1975年SAEJ903b推荐(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JISD5710推荐（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SAEJ903b推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SAEJ903b推荐耐久试验试验后刷净性能仍应达到75%。4.刮动频率（一）美国文献介绍刮动周期 1-20秒（二）法国文献介绍刮动频率 12-40次/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 10-15克/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。6.橡胶片与摩擦系数（一）美国标准1975年SAEJ903b推荐（1）耐久试验（2）化学试验（二）日本标准1976年JISD5710推荐耐久试验 7.工作温度范围（一）美国标准1975年SAEJ903b推荐（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 -30士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 -30- 808. 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。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 0.1安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Pro/E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LabVIEW软件对雨刮器进行控制，求解雨刮器的刮扫面积，利用ADAMS软件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并运用Pro/E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(Pro/E)。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，labview控制等。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ADAMS软件，实现雨刮器的运动仿真。（7）学习Pro/E软件，建立雨刮器的三维模型。三、技术路线（研究方法）利用Pro/E建立三维模型计算雨刮器的挂扫面积学习Adams软件进行仿真分析确定雨刮器的控制方式确定雨刮器的尺寸及连杆结构分析雨刮器的连杆结构、组成及运动方式查阅雨刮器的相关文献分析雨刮器的控制电路、间歇控制电路及自动回位装置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ADAMS软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214月10日）（4）在Pro/E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115月8日）（5）设计1.5万字说明书一份，零件图一套（包括Pro/E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.汽车构造M.北京:机械工业出版社,2005.08.2 陈家瑞.汽车构造第二版（下册）M.北京：机械工业出版社.2005.06.3 王望予.汽车设计第四版M. 北京: 机械工业出版社,2004.08.4 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计原理第五版M.北京:高等教育出版社,2006.05.5 王知行，刘廷荣.机械原理M.北京：高等教育出版社，2005.6 舒华，姚国平.汽车电器与电子技术M.北京：人民交通出版社，2006.10.7 李晓辉，夏彩云,吴高阳. Pro /EngineerWildfire3.0中文版完全自学专家指导教程M.北京：机械工业出版社，2007.01.8 暴风创新科技.Pro/Engineer野火版 4.0从入门到精通M.北京：人民邮电出版社，2008.069 杨生辉，舒华，王克才. 汽车电器与电子技术M.北京：国防工业出版社，2004.0910 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,2006.01.11 徐灏.机械设计手册第二卷M. 北京: 机械工业出版社,1991.09.12 徐灏.机械设计手册第三卷M. 北京: 机械工业出版社,1991.09.13 徐灏.机械设计手册第四卷M. 北京: 机械工业出版社,1991.09.14 徐晓东，郑对元，肖武.LabVIEW 8.5 常用功能与编程.实例精讲M.北京：电子工业出版社，2009.10.15 周苏东，荣玉，傅克宝，丁祖胜. 农业机械J .枣庄技术学院，安徽白湖机械厂，2007(02B): 62-62.16 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)：7478.17 张伟. LabVIEW在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. LabVIEW在大众宝来A4轿车雨刮电机生产中的应用J. 国外电子测量技术，2004,23（z1）.19 漆海燕凯越自动雨刮控制系统J汽车维修与保养，2005，(5)：2436.20 曾鑫. 智能刮水系统的结构与控制J汽车电器，2010，（9）.21Hsu B.S，Ling S.F. Windshield Wiper System DesignJInternational Journal of VehicleDesign，1990，11(1)：6378.22Chin Y.K，Kade A，Kovalik J.Graham,DElectronic windshield wiper system Controland SensitivityJ.Int.J.OfVehicle Design，1991，12(2)：183196.六、备注自学ADAMS、LabVIEW软件。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B07-1班学生姓名: 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 B07-01班学生姓名：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The Graduation Thesis for Bachelors DegreeDesign and Motion Simulation of Windscreen Wiper of Automobile Candidate：PEI LiMei Class：B07-01 Supervisor：Vehicle Engineering Supervisor：Lecturer. YANG ZhaoHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要汽车雨刮器，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ADAMS软件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并用Pro/E绘出三维模型。运用三维建模软件Pro/E与动力学仿真软件ADAMS建立雨刮器模型，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；ADAMS；Pro/E ABSTRACTWindscreen 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/EII目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1虚拟样机技术11.2虚拟样机技术的应用及发展11.3设计的目的意义21.4设计的基本内容与解决的主要问题21.4.1研究的基本内容21.4.2拟解决的主要问题3第2章轿车雨刮器42.1引言42.2汽车雨刮器的研究现状42.3刮水电机72.3.1刮水电机型号的编制方法72.3.2减速器的结构特点92.3.3刮水电机的控制电路分析112.4雨刮器142.4.1雨刮的组成和结构特点142.4.2雨刮品质的评价142.4.3刮水器传动机构162.5雨刮器相关参数的选择172.5.1雨刮器尺寸初定172.5.2曲柄摇杆结构设计182.6刮水电机的选择及蜗轮蜗杆设计分析202.6.1雨刮电机性能计算202.6.2雨刮电机蜗轮蜗杆设计分析222.7本章小结25第3章 ADAMS建模分析263.1ADAMS功能简介263.2基于ADAMS虚拟样机开发流程273.3曲柄摇杆机构改进283.4新模型建立283.5本章小结30第4章 Pro/E模型的建立与装配314.1三维CAD建模技术在汽车行业的应用314.2零件模型的建立324.3零件模型的装配364.4本章小结38第5章模拟仿真395.1将Pro/E装配模型导入ADAMS中395.2给Pro/E装配模型施加约束415.3给Pro/E装配模型施加力和驱动进行仿真425.4绘制出仿真数据分析图455.5利用函数控制雨刮器进行间歇刮水545.6雨刮器刮扫面积的分析计算555.7本章小结56结论57参考文献58致谢60附录A61附录B67第1章绪论1.1 虚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(virtual prototype)，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CAx(如CAD、CAM、CAE等)DFx(如DFA、DFM等)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。1.2 虚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。Motorola也正在研究和利用虚拟样机技术进行2l世纪商业和DoD的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Internet进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。1.3 设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Pro/E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。1.4 设计的基本内容与解决的主要问题1.4.1 研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ADAMS软件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并运用Pro/E绘出三维模型。 1.4.2 拟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(Pro/E)。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ADAMS软件，实现雨刮器的运动仿真；（7）学习Pro/E软件，建立雨刮器的三维模型。第2章轿车雨刮器2.1 引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。2.2 汽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：1、耐久性能美国标准1975年SAEJ903b推荐（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JISD5710推荐（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SAEJ903b推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SAEJ903b推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 1-20秒（2）法国文献介绍刮动频率 12-40次/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JB3033-81规定，高频刮拭频率为次/分，低频为次/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 10-15克/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（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SAEJ903b推荐（1）耐久试验（2）化学试验日本标准1976年JISD5710推荐耐久试验 7、工作温度范围美国标准1975年SAEJ903b推荐（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 -30士5 最高速连续工作1/2小时法国文献介绍工作温度范围 -30- 808、联动机构效率与摆角日本文献介绍联动机构效率 80-85% 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。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 0.1安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, 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。2.3 刮水电机2.3.1 刮水电机型号的编制方法根据GB4831-1984电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2.1。规格代号见表2.25。表2.1 电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）Y2同步电动机T3同步发电机（除汽轮发电机、水轮发电机外）TF4直流电动机Z ZD5直流发电机ZF6汽轮发电机QF7水轮发电机SF8测功机C9交流换向器电动机H10潜水电泵Q11纺织用电机F表2.2 主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（mm）-机座长度（字母代号）-铁心长度（数字代号）-极数2大型异步电动机中心高（mm）-铁心长度（数字代号）-极数3小型同步电机中心高（mm）-机座长度（字母代号）-铁心长度（数字代号）-极数4中大型同步电机中心高（mm）-铁心长度（数字代号）-极数5小型直流电机中心高（mm）-机座长度（字母代号）6中型直流电机中心高（mm）或机座号（数字代号）-铁心长度（数字代号）-电流等级（数字代号）7大型直流电机电枢铁芯外径（mm）-铁心长度（mm）8汽轮发电机功率（MW）-极数9中小型水轮发电机功率（kw）-极数/定子铁芯外径（mm）10大型水轮发电机功率（kw）-极数/定子铁芯外径（mm）11测功机功率（kw）-转速（仅对直流测功机）2.3.2 减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2.1所示。图2.1 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2.2所示。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。摆动输出也有圆柱齿轮减速的，其基本特点相近。图2.2 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2.3所示6。图2.3 蜗杆圆柱齿轮减速旋转输出结构2.3.3 刮水电机的控制电路分析图2.4 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2.4刮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B3电枢绕组电刷B1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B3电枢绕组电刷B2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B3电枢绕组电刷B1接线柱接触片接线柱触点臂5铜环9搭铁，形成回路，如图2.4b所示，电动机以低速运转直至蜗轮旋转到图2.4（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）电刷调速图2.5 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2.5所示。电刷B3为高低速公用电刷，B1用于低速，B2用于高速，B1与B2相差。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Ue，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2.5b所示，当开关拨向L时，电源电压U加在B1和B3之间。在电刷B1和B3之间有两条并联支路，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B1、B3间有两条支路，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B2和B3之间。从图2.5（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，其控制电路如图2.6所示。图2.6 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（ON）刮水器开关拨至间歇（INT）档位时，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（INT）档位而接通，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3s5s9。2.4 雨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。2.4.1 雨刮的组成和结构特点雨刮分刮杆和刮片两个部分，如图2.7所示。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2.7 雨刮结构2.4.2 雨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（1216）克的力，测力的方法如图2.8所示。图2.8 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（+6040）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（5862）度，在自然状态下应平直，两侧无弯曲波。如图2.9所示。工作时下压的姿态应合理（图2.10），胶条工作部表面应光滑，棱角清晰，胶条刃口应平直（图2.11）。若表面进行氯化或石墨化处理则工作效果更好。图2.9 胶条自然状态图1-两侧不应有波纹形；2-刃口部；3-工作部；4-颈部；5-保持部图2.10 胶条工作状态图刃口好刃口差图2.11 胶条刃口图 2.4.3 刮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2.12所示。图2.12 传动机构典型结构简图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。2.5 雨刮器相关参数的选择2.5.1 雨刮器尺寸初定初定车窗面积、刮片长度及刮扫角度如下：图2.13 车窗面积及雨刮初步设计图图2.14 车窗面积及雨刮初步设计尺寸图根据已知轿车实际条件，初选雨刮器的右刮片长度为350mm，左刮片长度为400mm。曲柄与左摇杆之间的距离为250mm，曲柄与右摇杆之间的距离为200mm。初定左摇杆为60mm。初定刮片刮扫角度为85度。2.5.2 曲柄摇杆结构设计图2.15 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=b-a，当左摇杆运动到E位置时，AE=a+b所以AE-AD=a+b-b+a=2a由图可知AD=AB,AE-AD=BE=2a测量出图中BE的长度为70mm，则曲柄长度为35mm，左连杆长度为230mm。图2.16 右雨刮曲柄摇杆机构计算图由三角形余弦定理得解得：AB=70mm BC=200mm所以右摇杆为70mm，右连杆为235mm。根据曲柄摇杆各杆长度必须满足以下条件，如图2.17所示。中所以有：（2.1）将公式两两相加，化简可得：（2.2）图2.17 四连杆机构根据以上计算，初选左右曲柄摇杆的尺寸，如图2.18所示。图2.18 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CF。2.6 刮水电机的选择及蜗轮蜗杆设计分析2.6.1 雨刮电机性能计算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：（kgcm）Nm式中T:刮水器电机负载时的转矩（kgcm）Nm； n:刮片的片数； l:刮片的长度（cm）； 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。挡风玻璃表面状态十分湿润时（Wet）=0.10.3。挡风玻璃表面状态干燥时（Dry） =0.40.6。挡风玻璃表面状态由湿润向干燥过渡中间的半干燥时（Dump dry）=0.71.2。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（kgcm）Nm这时k=1，=0.60.75，n=2。刮杆的压力：（N）其中P：刮杆的压力（N）； L：刮片的长度（cm）。当负载为最大时，电机功率：（根据电机输出特性曲线，负载为时查出电机转速N）高速热态高速冷态低速热态低速冷态图2.19 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；：电机内部的阻尼系数，轴承和转子，一般0.870.99。2、刮水器总成刮水电机性能计算：刮水电机湿状态负载（取0.28）：刮水电机半干燥状态负载（取0.8）：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：（根据电机输出特性曲线，负载为2.60N.m时，转速为59r/min）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）ZD1335型号电机。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2.3。表2.3 电机参数型号额定电压额定功率额定转速ZD133512V30W4565（rpm）2.6.2 雨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2.20 所示，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：蜗杆轴向模数和轴向压力角应分别等于蜗轮端面压力角即： = =图2.20 圆柱蜗杆传动的主要参数模数m的标准值，见表2.4；压力角标准值为。相应于切削刀具，ZA蜗杆取轴向压力角为标准值，ZI蜗杆取法向压力角为标准值。如图2.20所示，齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱。蜗杆分度圆直径以表示，其值见表2.4。蜗轮分度圆直径以表示。表2.4 圆柱蜗杆的基本尺寸和参数m/mmmmqm/mmmmq118118.00186.3631,2,4,610.00025001.2520116.00031.25112117.778444522.4117.920358801,2,4,610.00051201.6201,2,412.50051.2140117.500896028117.50071.6810901,2,4,69.0009000 222.41,2,4,611.20089.6160116.0001600035.5117.75014212.51121,2,48.96017500 2.5281,2,4,611.200175200116.0003125045118.000281161401,2,48.750358403.1535.51,2,4,611.270352250115.6256400056117.778556201601,2,48.00064000 4401,2,4,610.000640315115.75012600071117.7501136252001,2,48.000125000 5501,2,4,610.0001250400116.00025000090118.0002250在两轴交错角为的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角应等于蜗杆分度圆柱上的螺旋角，且两者的旋向必须相同，即=2、传动比i、蜗杆头数和蜗轮齿数当蜗杆每分钟转转时，将在轴向推进个升距=，式中p为周节；与此同时蜗轮将被推动在分度圆弧上转过相同的距离，故蜗轮每分钟相应转过的转数为。因此，其传动比为（2.3）通常蜗杆头数。若要得到大的传动比时，可取，但传动效率低。传递功率较大时，为提高效率可采用多头蜗杆，取或4。蜗轮齿数。、的推荐值见表2.5。为了避免蜗轮轮齿发生根切，不应少于26，但也不宜大于80。若过多，会使结构尺寸过大，蜗杆长度也随之增加，致使蜗杆刚度和啮合精度下降。表2.5 蜗杆头数与蜗轮齿数的推荐值传动比i7131427284040蜗杆头数422、11蜗轮齿数285228542880403、蜗杆直径系数q和导程角切制蜗轮的滚刀，其直径及齿形参数必须与相应的蜗杆相同。如果蜗杆分度圆直径不作必要的限制，刀具品种和数量势必太多。为了减少刀具数量并便于标准化，制定了蜗杆分度圆直径的标准系列。国标GB/T10085-1988中，每一个模数只与一个或几个蜗杆分度圆直径的标准值相对应（见表2.4）。蜗杆螺旋面和分度圆柱的交线是螺旋线。设为蜗杆分度圆柱上的螺旋线导程角，为轴向齿距（2.4）式中：为蜗杆分度圆直径与模数的比值，称为蜗杆直径系数。由上式可知，越小（或q越小）导程角越大，传动效率也越高，但蜗杆的刚度和强度越小。通常，转速高的蜗杆可取较小的值，蜗轮齿数较多时可取较大的值。4、中心距a当蜗杆节圆与分度圆重合时称为标准传动，其中心距计算式为（2.5）2.7 本章小结本章对雨刮器的组成、结构进行了概述，对电机的型号、类型也进行了介绍。介绍了四连杆结构的类型和刮水片的材质和结构，对雨刮器的间歇刮水电路、复位电路、刮水控制电路进行了分析。设计了雨刮器的曲柄摇杆机构的尺寸，并确定了雨刮臂和雨刮片的尺寸，通过计算选取了刮水电机，并分析了蜗轮蜗杆减速的设计。第3章 ADAMS建模分析3.1 ADAMS功能简介机械系统分析软件ADAMS是世界上应用广泛的机械系统动力学仿真分析软件。它是有美国学者蔡斯等人利用多刚体动力学理论，选取系统内每个刚体质心在惯性参考系中的三个直角坐标和反映刚体方位的欧拉角为广义坐标编制的计算程序。ADAMS软件应用了解决刚性积分问题的方法，并采用稀疏矩阵技术提高了计算效率。用户利用ADAMS软件可以建立和测试虚拟样机，实现在计算机上仿真分析复杂机械系统的运动性能。目前ADAMS软件在汽车和航天等领域得到广泛的应用。利用ADAMS软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的几何模型。该模型可以是在ADAMS软件中直接建造的简化几何模型，也可以是从其他CAD软件中转过来的造型逼真的几何模型；然后，在几何模型上施加力和力矩及运动激励；最后执行一组与实际状况十分接近的运动仿真测试，得到实际机械系统工作过程的运动仿真。机械系统分析软件ADAMS使用交互式图形环境和部件库、约束库、力库，用堆积木式方法建立三维机械系统参数化模型并通过对其运动性能的仿真分析和比较来研究“虚拟样机”可供选择的设计方案。ADAMS仿真可用于估计机械系统性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的载荷输入。ADAMS的核心仿真软件包有交互式图形环境ADAMS/View和仿真求解器ADAMS/Solver。还有建模用集成用、显示用、扩展模块。ADAMS软件包括3个最基本的解题程序模块：ADAMS/View（界面模块）、ADAMS/Slover（求解器）和ADAMS/Postprocessor（后处理）。另外还有一些特殊场合应用的附加程序模块，例如：ADAMS/Car（轿车模块）、ADAMS/Rail（机车模块）、ADAMS/Driver（驾驶员模块）、ADAMS/Tire（轮胎模块）、ADAMS/Linear（线性模块）、ADAMS/Flex（柔性模块）、 ADAMS/Control（控制模块）、 ADAMS/FEA （有限元模块）、 ADAMS/Hydraulics（液压模块）、 ADAMS/Exchange（接口模块）、 Mechanism/Fro（与Pro/Engineer的接口模块）、ADAMS/Animation（高速动画模块）等。3.2 基于ADAMS虚拟样机开发流程几何建模施加运动副和运动约束施加载荷样机建模仿真分析设置测量和仿真输出进行仿真分析回放仿真结果绘制仿真结果曲线验证仿真分析结果输入实验数据添加实验数据曲线精制样机模型增加摩擦力定义柔性物体和连接改进载荷函数定义控制与实验结果一致? 迭代设计设置可变参数点定义设计变量否是优化设计进行主要设计影响因素研究进行实验设计研究进行最优化设计研究自动化设计创建用户自定义界面创建用户自定义对话框记录和重现仿真过程图3.1 基于ADAMS虚拟技术开发流程3.3 曲柄摇杆机构改进根据上一章节中所计算出的曲柄摇杆的尺寸在ADAMS中建模，结果发现曲柄摇杆机构不能完全运转到位，并且刮片之间发生了干涉，因此在ADAMS中进行了改进，再次建立模型。改进后的尺寸如图3.2。图3.2 曲柄摇杆机构并且确定右刮片长350mm，左刮片长400mm。3.4 新模型建立在ADAMS下，根据重新定好的尺寸，利用点工具，建立曲柄摇杆机构的各个点的坐标如图3.3。图3.3 各点所在位置视图利用杆工具，连接各点，建立各个杆。如图3.4所示。图3.4 曲柄摇杆机构图根据要求，把各杆用铰接和锁定约束，在摇杆上加一个电机的，使摇杆可以转动，如图所示。如图3.5所示图3.5 约束图完成ADAMS模型建立，初步仿真不干涉，如图3.6所示。图3.6 完成模型图3.5 本章小结本章对ADAMS的发展以及基本功能进行了概述，并运用ADAMS软件对雨刮器的曲柄摇杆机构进行初步干涉检验，从而更加准确的确定了雨刮器曲柄摇杆机构的尺寸，以便接下来实现Pro/E建模。第4章 Pro/E模型的建立与装配4.1 三维CAD建模技术在汽车行业的应用汽车行业是CAD技术最先应用的领域之一，国外一些著名的汽车公司很早就自行开发CAD软件。到现在，CAD技术几乎被所有汽车公司所采用，可以说CAD技术（包括计算机辅助制造、计算机辅助工程分析）的应用水平，已经成为评价一个国家汽车工业水平的重要指标。在我国，汽车企业一直都作为国家和地方的利税大户，同时也是CAD技术应用的先锋。CAD技术在企业中的成功应用，不仅带来了企业技术上的创新，同时带动了企业经营、管理旧模式的变革。因此，它对我国传统产业的改造、新技术的兴起，以及汽车工业提高国际竞争力等方面，起到了巨大的推动作用。传统的汽车车身设计方法的整个过程是基于手工设计完成的，其特点是整个过程是通过实物、模型、图纸、样板等来传递信息。随着计算机技术的发展，计算机逐步代替人脑承担起复杂的计算和分析，同时引进CAD等现代设计方法，帮助工程师们抛掉传统的手工方式，既方便设计，又能改善设计质量，缩短设计周期。因此，国外著名汽车公司都不惜花巨资实施CAD技术，一方面加快新车型上市的速度满足复杂多变的市场需求，另一方面节省开发成本，向消费者提供物美价廉、物超所值的产品，从而提高自身市场竞争力。在CAD技术发展初期，美国通用公司就自主研发以设计车身为目标的 DAC1系统，来分析和综合车身的三维曲线设计。到上世纪90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的 CAD/CAE/CAM/CIM主导系统。经过不断的发展，公司已100%采用CAD来进行设计制造，并取消了中间过程，使计算机与制造终端直接相连，最终实现了系统网络化。我国从上世纪70年代开始研究和推广CAD，使得CAD技术在国内得到了广泛的应用，并从中取得了不错的经济回报。到目前为止，国内大型制造型企业如汽车企业已普遍实施了CAD系统，取代手工作业，一些大型汽车企业的CAD应用水平也接近国际先进水平。但由于我国CAD软件自主研发术水平与发达国家之间存在巨大的差距，国内一些研究机构和公司推出的CAD系列软件得不到更广泛的应用，市场占有率低，尤其在CAD系统集成方面还是刚刚起步。随着我国市场化程度的加深，市场竞争的加剧，迫使汽车企业必须改变传统的设计、制造、管理、销售模式，来提升企业竞争力和市场应变能力。可以说，实施CAD系统是最有效的方式之一。CAD技术对于中国汽车企业的重要性是不言而喻的。尽管在2002年，中国汽车行业发生“井喷”，一时间汽车成为和手机、房子一样炙手可热的商品，中国汽车业就此迎来了发展的大好时机。同时，国外汽车企业看到了中国广阔的汽车市场，纷纷在华投资建厂，而国内的汽车公司趁机和国外公司合资，以为可以借助外国公司先进的技术来提高自身的研发能力，可实际上事与愿违。外国公司并不愿意把先进的技术介绍给中国的公司，中国公司始终充当着OEM的角色，仅仅是外国公司在中国的制造基地，汽车研发水平仍难有所提高。在2006年，国家将按照对WTO的承诺取消汽车进口配额。步入21世纪的中国汽车工业将受到来自跨国汽车公司的巨大生存压力，以及数字化和产品、技术不断创新的严峻挑战。因此，全面应用CAD技术是中国汽车工业发展过程中的必由之路，应纳入到各个汽车企业的发展战略中13。 4.2 零件模型的建立根据已知长度建立四连杆机构的曲柄（图4.1），左摇杆（图4.2），右摇杆（图4.3），左连杆（图4.4），右连杆（图4.5）。图4.1 曲柄图4.2 左摇杆图4.3 右摇杆图4.4 左连杆图4.5 右连杆根据已知建立雨刮臂下部（图4.6），中部（图4.7），上部（图4.8、图4.9）。图4.6 刮臂下部图4.7 刮臂中部图4.8 左刮臂上部图4.9 右刮臂上部建立卡扣（图4.10），刮片（图4.11、图4.12），弹簧（图4.13）。图4.10 卡扣图4.11 左刮片图4.12 右刮片图4.13 弹簧4.3 零件模型的装配装配曲柄摇杆机构，如图4.14。图4.14 四连杆装配雨刷刮臂下部装配（图4.15），装配雨刮臂中部（图4.16），完成上部装配（图4.17）。图4.15 装配刮臂下部图4.16 装配刮臂中部图4.17 装配刮臂上部雨刮臂卡扣装配（图4.18），刮片的装配（图4.19），弹簧的装配（图4.20），完成装配（图4.21）。图4.18 装配雨刮臂卡扣图4.19 装配刮片图4.20 弹簧装配图4.21 装配完成4.4 本章小结本章对三维CAD建模技术在汽车行业上的应用做了概述，并对Pro/E的发展和功能以及优点等做了介绍。运用Pro/E对雨刮器各零件进行建模，并对雨刮器按照规定要求进行装配。第5章模拟仿真5.1 将Pro/E装配模型导入ADAMS中在现代科技的发展和研发进程中，由美国MDI公司研发的动力学仿真软ADAMS 能进行复杂机械系统的动力学仿真分析，在虚拟样机中起着强大的作用。然而其在建模方面也有极大的缺陷，与其它三维软件，例如Pro/E，UG，Solideworks 在建模方面有着较大的差异。消除在三维建模软件中的模型几何形状和质量特性的误差，在ADAMS 中较准确的进行动力学分析。本设计以在美国PTC公司推出的Pro/E软件中建模，通过ADAMS软件公司MDI公司开发的MECHANISH/Pro(Pro/E接口)接口模块，使二者采用无缝连接的方式，不需要退出Pro/E应用环境，就可以将装配完毕的总成根据其运动关系定义为机械系统模型，进行定义刚体和施加约束后，将模型导入到ADAMS/view中，以便进行全面的动力学分析。将Pro/E中的雨刮器模型导入ADAMS软件中，如图5.1和图5.2。图5.1雨刮器模型图5.2雨刮器实体模型给零件设置材料如图5.3。图5.3雨刮器设置材料后的模型5.2 给Pro/E装配模型施加约束给雨刮器模型施加约束，如固定副、转动副、平面副，如图5.4和图5.5。图5.4雨刮器加约束后的模型图5.5雨刮器加约束后的实体模型5.3 给Pro/E装配模型施加力和驱动进行仿真对于双速电动机高档位的工作转矩一般为标称转矩的10%，低档位的转矩一般为标称转矩的15%。根据电机性能计算所求出的高速时的转矩应为1.875N，低速时的转矩为1.25N。高速时的摩擦系数取0.28，低速时的摩擦系数取0.8。在ADAMS中给模型加上转矩，并将改变模型颜色如图5.6。图5.6加转矩后的实体模型由仿真结果可知所加转矩可以带动雨刮器正常工作，如下图数据分析。对左雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片在x轴正方向上运动的最大速度为5.8m/s，在x轴负方向上运动的最大速度为3.8m/s；在y轴正方向上运动的最大速度为2.5m/s，在y轴负方向上运动的最大速度为2.6m/s；在z轴上的运动速度为0；合速度最大值为5.8m/s，最小为2.5m/s，如图5.7所示。图5.7左雨刮的速度曲线图对左雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片绕x轴和y轴的角速度都为0；绕z轴正方向的角速度最大值为780d/s；绕z轴负方向的最大角速度为780d/s；合角速度最大值为780d/s，最小为0，如图5.8所示。图5.8左雨刮的角速度曲线图对右雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片在x轴正方向上运动的最大速度为5.0m/s，在x轴负方向上运动的最大速度为5.0m/s；在y轴正方向上运动的最大速度为5.15m/s，在y轴负方向上运动的最大速度为3.8m/s；在z轴上的运动速度为0；合速度最大值为6.8m/s，最小为0，如图5.9所示。图5.9右雨刮的速度曲线图对右雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片绕x轴和y轴的角速度都为0；绕z轴正方向的角速度最大值为780d/s；绕z轴负方向的最大角速度为780d/s；合角速度最大值为780d/s，最小为0，如图5.10所示。图5.10右雨刮的角速度曲线图由此可知，所选电机足够带动雨刮器转动并且达到一定转速，所以所选电机符合要求。5.4 绘制出仿真数据分析图此电机有两档速度，低档速度为45r/min，高档速度为65r/min。1、低挡仿真数据分析对雨刮器进行仿真，并且对左雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的位移曲线进行分析，所以由图可知，左刮片在x轴正方向上运动的最大位移为0.3m，在x轴负方向上运动的最大位移为0.14m；在y轴正方向上运动的最大位移为0.36m，在y轴正方向上运动的最小位移为0.14m；在z轴上的运动位移为0；合位移最大值为0.5m，最小为0.1m，如图5.11所示。图5.11左雨刮片质心的位移曲线图对左雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片在x轴正方向上运动的最大速度为1.1m/s，在x轴负方向上运动的最大速度为1.1m/s；在y轴正方向上运动的最大速度为0.75m/s，在y轴正方向上运动的最小速度为0.8m/s；在z轴上的运动速度为0；合速度最大值为1.25m/s，最小为0，如图5.12所示。图5.12左雨刮片质心的速度曲线图对左雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片绕x轴和y轴的角速度都为0；绕z轴正方向的角速度最大值为190d/s；绕z轴负方向的最大角速度为180d/s；合角速度最大值为190d/s，最小为0，如图5.13所示。图5.13左雨刮片质心的角速度曲线图对左雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的加速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片在x轴正方向上运动的最大加速度为3.8m/ s2，在x轴负方向上运动的最大加速度为6.25m/s2；在y轴正方向上运动的最大加速度为10m/s2，在y轴正方向上运动的最小加速度为0.3m/s2；在z轴上的运动加速度为0；合加速度最大值为10m/s2，最小为0.3m/s2，如图5.14所示。图5.14左雨刮片质心的加速度曲线图对左雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角加速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片绕x轴和y轴的角加速度都为0；绕z轴正方向的角加速度最大值为870d/s2；绕z轴负方向的最大角加速度为1400/s2；合角加速度最大值为1400d/s2，最小为0，如图5.15所示。图5.15左雨刮片质心的角加速度曲线图对右雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的位移曲线进行分析，所以由图可知，右刮片在x轴负方向上运动的最小位移为0.1m，在x轴负方向上运动的最大位移为0.6m；在y轴正方向上运动的最大位移为0.4m，在y轴正方向上运动的最小位移为0.2m；在z轴上的运动位移为0；合位移最大值为0.625m，最小为0.2m，如图5.16所示。图5.16右雨刮片质心的位移曲线图对右雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片在x轴正方向上运动的最大速度为1.5m/s，在x轴负方向上运动的最大速度为1.25m/s；在y轴正方向运动的最大速度为1.3m/s，在y轴负方向上运动的最大速度为1.1m/s；在z轴上的运动速度为0；合速度最大值为1.8m/s，最小为0，如图5.17所示。图5.17右雨刮片质心的速度曲线图对右雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片绕x轴和y轴的角速度都为0；绕z轴正方向的角速度最大值为240d/s；绕z轴负方向的最大角速度为240d/s；合角速度最大值为240d/s，最小为0，如图5.18所示。图5.18右雨刮片质心的角速度曲线图对右雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的加速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片在x轴正方向上运动的最大加速度为9m/ s2，在x轴负方向上运动的最大加速度为4.0m/s2；在y轴正方向上运动的最大加速度为24m/s2，在y轴负方向上运动的最大加速度为0.75m/s2；在z轴上的运动加速度为0；合加速度最大值为24/s2，最小为0.4m/s2，如图5.19所示。图5.19右雨刮片质心的加速度曲线图对右雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角加速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片绕x轴和y轴的角加速度都为0；绕z轴正方向的角加速度最大值为3000d/s2；绕z轴负方向的最大角加速度为3000/s2；合角加速度最大值为3000d/s2，最小为0，如图5.20所示。图5.20右雨刮片质心的角加速度曲线图2、高挡仿真数据分析对雨刮器进行仿真，并且对左雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的位移曲线进行分析，所以由图可知，左刮片在x轴正方向上运动的最大位移为0.3m，在x轴负方向上运动的最大位移为0.14m；在y轴正方向上运动的最大位移为0.36m，在y轴正方向上运动的最小位移为0.14m；在z轴上的运动位移为0；合位移最大值为0.5m，最小为0.1m，如图5.21所示。图5.21左雨刮片质心的位移曲线图对左雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片在x轴正方向上运动的最大速度为1.5m/s，在x轴负方向上运动的最大速度为1.5m/s；在y轴正方向上运动的最大速度为1.1m/s，在y轴负方向上运动的最大速度为1.3m/s；在z轴上的运动速度为0；合速度最大值为1.7m/s，最小为0，如图5.22所示。图5.22左雨刮片质心的速度曲线图对左雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片绕x轴和y轴的角速度都为0；绕z轴正方向的角速度最大值为260d/s；绕z轴负方向的最大角速度为240d/s；合角速度最大值为260d/s，最小为0，如图5.23所示。图5.23左雨刮片质心的角速度曲线图对左雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的加速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片在x轴正方向上运动的最大加速度为5.8m/ s2，在x轴负方向上运动的最大加速度为14m/s2；在y轴正方向上运动的最大加速度为22m/s2，在y轴负方向上运动的最大加速度为7.5m/s2；在z轴上的运动加速度为0；合加速度最大值为22m/s2，最小为6.0m/s2，如图5.24所示。图5.24左雨刮片质心的加速度曲线图对左雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角加速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片绕x轴和y轴的角加速度都为0；绕z轴正方向的角加速度最大值为3000d/s2；绕z轴负方向的最大角加速度为3000/s2；合角加速度最大值为3000d/s2，最小为0，如图5.25所示。图5.25左雨刮片质心的角加速度曲线图对右雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的位移曲线进行分析，所以由图可知，右刮片在x轴负方向上运动的最小位移为0.1m，在x轴负方向上运动的最大位移为0.6m；在y轴正方向上运动的最大位移为0.4m，在y轴正方向上运动的最小位移为0.2m；在z轴上的运动位移为0；合位移最大值为0.625m，最小为0.2m，如图5.26所示。图5.26右雨刮片质心的位移曲线图对右雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片在x轴正方向上运动的最大速度为2.2m/s，在x轴负方向上运动的最大速度为1.75m/s；在y轴正方向运动的最大速度为2.1m/s，在y轴负方向上运动的最大速度为1.5m/s；在z轴上的运动速度为0；合速度最大值为2.7m/s，最小为0，如图5.27所示。图5.27右雨刮片质心的速度曲线图对右雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片绕x轴和y轴的角速度都为0；绕z轴正方向的角速度最大值为350d/s；绕z轴负方向的最大角速度为350d/s；合角速度最大值为350d/s，最小为0，如图5.28所示。图5.28右雨刮片质心的角速度曲线图对右雨刷刮片质心在x、y、z轴上运动的加速度曲线进行分析，所以由图可知，右刮片在x轴正方向上运动的最大加速度为23m/ s2，在x轴负方向上运动的最大加速度为8.75m/s2；在y轴正方向上运动的最大加速度为42m/s2，在y轴负方向上运动的最大加速度为12m/s2；在z轴上的运动加速度为0；合加速度最大值为42/s2，最小为9m/s2，如图5.29所示。图5.29右雨刮片质心的加速度曲线图对右雨刷刮片质心绕x、y、z轴运动的角加速度曲线进行分析，所以由图可知，左刮片绕x轴和y轴的角加速度都为0；绕z轴正方向的角加速度最大值为6700d/s2；绕z轴负方向的最大角加速度为6700/s2；合角加速度最大值为6700d/s2，最小为0，如图5.30所示。图5.30右雨刮片质心的角加速度曲线图5.5 利用函数控制雨刮器进行间歇刮水STEP函数格式：STEP (x, x0, x1, h0, h1) 参数说明：x自变量，可以是时间或时间的任一函数； x0 自变量的STEP函数开始值，可以是常数或函数表达式或设计变量； x1 自变量的STEP函数结束值，可以是常数、函数表达式或设计变量； h0 STEP函数的初始值，可以是常数、设计变量或其它函数表达式； h1 STEP函数的最终值，可以是常数、设计变量或其它函数表达式。编辑函数使雨刷间歇刮水，每分钟刮水15次，其函数为：60.0d*STEP( time,0,0,2,6 )+60d*STEP( time,2,0,4,0 )+60d*STEP( time,4,0,6,6 )+60d*STEP( time,6,0,8,0 )+60d*STEP( time,8,0,10,6 )+60d*STEP( time,10,0,12,0 )+60d*STEP( time,12,0,14,6 )+60d*STEP( time,14,0,16,0 )+60d*STEP( time,16,0,18,6 )+60d*STEP( time,18,0,20,0 )+60d*STEP( time,20,0,22,6 )+60d*STEP( time,22,0,24,0 )+60d*STEP( time,24,0,26,6 )+60d*STEP( time,26,0,28,0)+60d*STEP( time,28,0,30,6 )5.6 雨刮器刮扫面积的分析计算编辑函数PI*(DM( MARKER_89 , .MODEL_2.PART7.MARKER_13 )*DM( MARKER_89 , .MODEL_2.PART7.MARKER_13 )-DM( MARKER_90 , .MODEL_2.PART7.MARKER_13 )*DM( MARKER_90 , .MODEL_2.PART7.MARKER_13 )*AZ( PART15.cm , .MODEL_2.ground )/360求得左刮片的刮刷面积为0.2415 m2，如图5.31。图5.31左雨刮刮刷面积编辑函数PI*(DM( MARKER_87 , .MODEL_2.PART2.MARKER_3 )*DM( MARKER_87 , .MODEL_2.PART2.MARKER_3 )-DM( MARKER_88 , .MODEL_2.PART2.MARKER_3 )*DM( MARKER_88 , .MODEL_2.PART2.MARKER_3 )*AZ( PART16.cm , .MODEL_2.ground )/360求得左刮片的刮刷面积为0.2169 m2，如图5.32。图5.32右雨刮刮刷面积刮净率如图5.33。图5.33刮刷面积图5.7 本章小结本章首先将Pro/E中的模型导入ADAMS中进行仿，然后在ADAMS中赋予模型材料，给模型施加约束，并加驱动对模型进行仿真。在后处理模块中提取仿真数据曲线，并且编剧函数求出雨刮器的刮扫面积。结论本设计首先对虚拟样机技术进行了概述，介绍虚拟样机技术在汽车行业的运用以及发展现状，说明虚拟样机技术在汽车及其他行业的发展前景。对ADAMS和Pro/E这两个虚拟样机技术软件发展进行概述，并阐述了ADAMS和Pro/E在汽车方向的应用和发展，详细的介绍了ADAMS和Pro/E两个软件的各主要模块的功能，以及应用方向，确定使用ADAMS和Pro/E进行仿真和分析。本文主要对轿车的前风窗雨刮器进行设计。先运用机械原理的知识计算出初步的四连杆机构的尺寸，然后运用多体动力学仿真软件ADAMS，完成了对雨刮系统的四连杆机构和刮水臂的布置，分析观察是否有干涉现象，为模型干涉验证又找到了一条新的途径。在完成干涉检验之后，确定适合的尺寸，用Pro/E软件将雨刮器进行建模，然后将建好的模型导入ADAMS中进行仿真，使Pro/E软件和ADAMS进行联合仿真，在仿真的后处理模块中可以看到雨刮器的刮扫速度，刮扫角速度，刮扫加速度等数据曲线图，更加方便了我们对雨刮器运动的分析。本次设计由于软件之间的联合运用，在一些方面产生了一些误差。事实上，只要是建立仿真模型，就会不可避免地有误差存在，一个好的模型必须在其适用范围内在其精度和复杂程度上达到合理的平衡。此次毕业设计涉及了很多知识，如汽车电器与电子技术，机械设计原理，机械设计基础，汽车构造，Pro/E等，特别让我学会了运用ADAMS这个实用的软件，是对我大学四年所学知识的一次综合运用，同时也学习掌握了很多的新知识。通过此次毕业设计，我对雨刮系统的设计有了初步的认识，这为以后的学习和工作奠定了良好的基础。参考文献1 李增刚.ADAMS入门详解与实例M.北京:国防工业出版社，2006.04.2 陈家瑞汽车构造（第三版下册）M.人民交通出版社，2000.1.3 周苏东，荣玉，傅克宝，丁祖胜. 农业机械J .枣庄技术学院，安徽白湖机械厂，2007(02B):62-62.4 汪康洪,屠耀麟.国外汽车电动雨刮器性能水平概述J.上海黄浦农业机械厂，1999.5 周希章，周全.如何正确选用电动机M.北京：机械工业出版社，2004.01.6 杨生辉，舒华，王克才. 汽车电器与电子技术M.北京：国防工业出版社，2004.09.7 舒华，姚国平.汽车电器与电子技术M.北京：人民交通出版社，2006.10.8 鲁植雄等汽车电器与电子系统M.江苏：科学技术出版社，2005.01.9 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，2006.01.10 张小虞等汽车工程手册M.北京：人民交通出版社，2007.05.11 王知行，刘廷荣.机械原理M.北京：高等教育出版社，2005.12 暴风创新科技.Pro/Engineer野火版 4.0从入门到精通M.北京：人民邮电出版社，2008.06.13 李晓辉，夏彩云,吴高阳. Pro /EngineerWildfire3.0中文版完全自学专家指导教程M.北京：机械工业出版社，2007.01.14 王霄Pro/E高级设计实例教程M.北京：化学工业出版社，2007.05.15 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计原理第五版M.北京:高等教育出版社,2006.05.16 臧杰，阎岩.汽车构造M.北京:机械工业出版社，2005.08.17 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础第五版M.北京:高等教育出版社，2006.05.18 李军，邢俊文，覃文杰.ADAMS实例教程M.北京：北京理工大学出版社，2002.07.19 郑建荣.ADAMS虚拟样机技术入门与提高M. 北京:机械工业出版社，2001.11.20 曾鑫. 智能刮水系统的结构与控制J汽车电器，2010.（9）.21 熊光楞，李伯虎，柴旭东. 虚拟样机技术J. 系统仿真学报，2011.01.22 Hsu B.S，Ling S.F. Windshield Wiper System DesignJInternational Journal of Vehicle Design，1990，11(1)：6378.23 Chin Y.K，Kade A，Kovalik J.Graham,DElectronic windshield wiper system Control and SensitivityJ.Int.J.OfVehicle Design，1991，12(2)：183196.致谢我的毕业设计是在杨兆老师的悉心帮助和指导下完成的，在做毕业设计期间，杨老师一直都关注着我的每一步发展，并给了我很多好的意见和建议。每一次遇到困难，杨老师都会设身处地的帮我想办法。开始学习ADAMS软件时，杨老师不仅帮我讲解还把很多资料书借给我学习。杨兆老师严谨的学风和一丝不苟的科研态度使我深受启迪，杨老师诲人不倦的奉献精神、高度的责任感使我受益匪浅，并将激励我在今后人生道路上奋进拼搏。在此，谨向恩师表示崇高的敬意和最衷心的感谢！并且在设计过程中崔宏耀老师对我的设计给了很多很重要的建议，使我的设计更加的完善。在理论知识方面齐益强老师给了我很大的帮助。真心的感谢各位老师对我的帮助。本次设计不仅让我在知识上获得了很大的收获，并且在综合素质上也有了一定的提高，在设计的过程中遇到了很多的困难，经过自己的努力和老师的帮助解决困难，在这样的过程中使我学会了用积极乐观的态度克服困难，使我受益匪浅。大学四年转眼间就过去了，我们也将踏入社会，我们也将要用我们的知识立足于社会上了。然而是车辆工程专业的老师们辛勤的培育了我们四个春秋，在这四年中，无论是在学习上还是在生活上老师们都给予了我无微不至的关怀。是老师培育我们成长，是老师教我们做人。滴水之恩当涌泉相报，而我们又怎能报答得了各位老师对我们四年的恩情呢。我们唯有努力的奋斗成才，以不负老师对我们的期望。在这里忠心的祝愿车辆工程的每一位可敬可爱的老师健康快乐！附录AWindshield WiperBackgroundWindshield wipers are used to clean the windshield of a car so that the driver has an unobstructed view of the road. A typical wipe angle for a passenger car is about 67 degrees. The blades are 12-30 in (30-76 cm) long with lengths increasing in 2-in (5-cm) increments. HistoryThe history of the windshield wiper began with the invention of the automobile. Most transportation vehicles did not have wipers. Horse-drawn carriages and trucks moved at slow speeds, and glass was not needed to protect the driver or passengers or to act as a windbreak. The first windshield wipers were brushes. Inventor J. H. Apjohn came up with a method of moving two brushes up and down on a vertical plate glass windshield in 1903. In the same year, Mary Anderson devised a swinging arm that swept rain off the windshield when the driver moved a lever located inside the car. Anderson patented her invention of the mechanical windshield wiper in 1905, and it became standard equipment by 1913. Electric motors were not used yet to power automobile essentials or accessories, and Andersons device had a drawback. Without another power source, a driver had to use one hand to move the lever. The drivers other hand steered the car (with either a wheel or steering tiller) and worked the stick-mounted gear shift and brake grips standing on the floor of the car or outside the drivers side on the running board. Rubber strips replaced brushes as the cleaning tools on wipers in 1905. Unfortunately, the hazardous need for drivers to wipe windshields while driving was not eliminated until 1917. The solution was to use an electric motor to move a single wiper with a long rubber blade back and forth. Hawaiian dentist Dr. Ormand Wall invented the automatic wiper by placing an electric motor in the top center of the windshield so the wiper arced down over the hood of the car in a semi-circular or rainbow shape. Wipers were one of the first electrical devices in automobiles after the electric starter was developed in 1912. Most wipers on cars before 1930 were paired and hung down from the top of the windshield. They were moved to the base of the windshield as electrical systems became more complicated. Windshield washers were added to the wiper on/off levers, and these required spray nozzles in front of the windshield, a tank for washer fluid in the engine compartment, and electrical connections to coordinate these operations. In 1962, Bob Kearns invented the intermittent wiper with intervals and speeds that the driver could change. The advent of electronic systems with fuses and circuit breakers to operate, regulate, and coordinate electrical components expanded the possibilities for more diverse wipers. Wipers were added to headlights in the 1980s, requiring connections between the lighting and wiper systems. In the 1990s, microsensors were built into windshields to detect rain on the windshield, activate the wipers, and adjust speed and intermittent use for the amount of rain. Raw MaterialsThe manufacturer purchases all of the parts from companies that specialize in fabricating parts from aluminum and steel, rubber blades, plastic bushings for the linkages, and the motors. Windshield wipers and windshield wiper systems (with motors) are different assemblies; some manufacturers make both, and others produce wipers only. The connecting and drive links and the pivots that move the wipers are made of galvanized steel. Galvanization is the process of applying zinc coating to steel to protect it from corrosion. Drive arms for boats and vehicles used in the marine industry are made of stainless steel that resists damage from salt water. The wiper suspension and claws are also galvanized steel. The galvanizing zinc coating is easier to paint than uncoated steel. Steel is also the material in the small parts of wipers, such as washers, screws, nuts, springs, and brackets. The blade frame is made from aluminum. The blades are made of natural rubber or synthetic compounds. Some rubber blades are composites of soft rubber on the wiping edge (the squeegee surface) and firm rubber that supports the wiping edge in the rest of the blade. Other materials that comprise parts of windshield wipers are rubber for washers in the pivots and plastic bushings that line holes for connecting parts of the linkage. The wiper suspension is typically painted black. If the wiper manufacturer also builds wiper systems, motors are purchased from subcontractors. The motors are contained in steel housings and include permanent magnet motors wound with copper wire. Each housing has connections for the electrical wires that are part of the vehicle and wiring harnesses are furnished specific to operating the wipers. Each motor also contains one or more electronic circuits depending on the sophistication of the system that the motor controls. DesignWindshield wipers are designed and made to clear water from a windshield. Most cars have two wipers on the windshield, and they may have one on the rear window and one on each headlight. The wiper parts visible from outside the car are the rubber blade, the wiper arm holding the blade, a spring linkage, and parts of the wiper pivots. The wiper itself has up to six parts called pressure points or claws that are small arms under the wiper. The claws distribute pressure from the wiper along the back of the blade. This is described as a balance beam with a suspension system, where the wiper is the beam and the claws are the suspension components. The claws keep the blade flexed against the windshield to distribute even pressure to clean the glass all along the blade. More claws usually distribute the pressure better and are suited to large or highly curved windshields. Although the rubber is the familiar part of the blade, the blade actually includes a metal strip called a blade frame with a slot along the length of the frame and replacement holes in the frame. The replacement holes provide access for replacing the rubber blade with a refill. The blade on its aluminum frame can also be changed as a unit. The standard two windshield wipers are usually operated as a single-motor, tandem scheme with one wiper on the drivers side and one positioned near the middle of the windshield that moves across the passengers view. The wipers are secured to pivots. A wiper and pivot are mounted on brackets at both ends of a long rod called the connecting link, and, as the force from the motor pushes on the drivers end of the connecting link, it in turn moves the other wiper. The connecting link is attached to another long rod called the drive link near the wiper motor. A slender spring linkage ties the pivot to the drive link to return the wiper to its resting or park position, hug the wiper close to the windshield, and keep it attached to the car if the links are damaged. Between the motor and the drive link, a linkage system consisting of a cam (another short rod) and pivot, a gear output shaft, and a worm gear controls the force of the motor delivered to the drive arm. The worm gear slows the speed of the motor while multiplying its torque (force). The gear allows a small motor to produce enough force to move the blades across the glass. This description is based on using a single motor to drive both wipers. If one motor powers each wiper, more links are needed to move the two wipers together in a so-called unitized motor system. This multiplied force is required to accelerate the blades from being stopped at bothWindshield wiper systems.ends of their movement, to resist the friction of the rubber against the glass, to resist the friction of the rubber on dirt on the glass, and to oppose wind pressure on the windshield. Quality ControlDuring assembly, the workers observe the conditions of the parts during their work, but their only specific quality control activity is to check the operation of the motors by turning them on to make sure they start and by listening to the sounds they make as indications of performance. The last inspection is performed when the assemblies are complete and before the wipers and systems are packed. The manufacturing director or final quality control inspectors look at the general appearance of the assemblies, confirm that the wipers have been sized and angled correctly for their sweep, and check that the assemblies are in the park position. The director or inspectors also check to see that the correct accessories are ready to be packed with the assemblies. Byproducts/WasteSmall

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