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汽车观后镜刮水及清洗系统设计,汽车,观后镜刮水,清洗,系统,设计
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南昌航空大学科技学院毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：汽车观后镜刮水及清洗系统设计II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求(1) 后视镜刮水器及清洗系统的方案设计 (2) 后视镜传动机构设计 (3) 后视镜刮水及清洗系统的控制电路设计 (4) 设计出相关的图纸并编写设计说明书III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：（1）查阅文献、熟悉相关软件使用，撰写开题报告； 2周 （2）相关外文文献阅读与翻译（6000字符以上）； 1周（3）运动及动力参数计算； 2周 （4）总装图设计； 1周 （5）主要零、部件强度及选用计算； 2周 1周 （6）完成主要图形的设计 2周 （7）绘制零、部件图 6周 （8）答辩准备及毕业答辩 1周 、主 要参考资料：1 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计. 第八版. 北京：高等教育出版社，2006.5 2 周建平主编. 汽车电气设备构造与维修. 北京：人民交通出版社，2005.83 成大先主编. 机械设计手册. 北京：化学工业出版社，2007.114 机械设计手册编委会主编. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，2004.8.5 刘鸿文主编. 材料力学. 第4版. 北京：高等教育出版社，2004.16 庞国星主编. 工程材料与成形技术基础. 北京：机械工业出版社，2005.87G. Boothroyd and P. Dewhurst,Product Design for Manufacture and Assembly. Manuf, Eng., 1988 8 Joseph Constance. DFMA：Learning to Design for Manufacture and Assembly. Mech.Eng.,1992 航空制造工程 系 机械设计制造及其自动化 专业类 0781051 班学生（签名）： 肖俊 日期： 自 2011 年 月 日 至 2011 年 月 日指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)： 机械设计 系（室） 主任（签名）： 附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。毕业设计（论文）题 目： 汽车观后镜刮水及清洗系统设计 系 别： 航空工程系专业名称： 机械设计制造及其自动化班级学号： 078105122学生姓名： 肖俊指导教师： 贺红林二O一 一年 六 月 1汽车观后镜刮水及清洗系统设计一、 课题研究的目的意义及国内外研究概况1.1 课题研究的目的意义： 随着现代科学技术的迅猛发展和人们生活水平的提高，汽车已成为人们出行的必备的交通工具。在汽车行驶过程中，为了确保司机能可以看到汽车后方、侧方和下方，在各种汽车的外部都装有一种可以用来反映汽车后方、侧方和下方的的情况，使驾驶者可以间接的看清楚这些位置的情况的镜子汽车后视镜。可当司机在雾天或雨天行驶时，由于雾气造成的后视镜镜面的积雾、冬天积霜或雨水侵袭会造成司机对侧后方的视线不清，从而使驾驶员在行车时很难通过后视镜看清情况，特别是驾驶大型车辆需左转弯、右转弯、变道、倒车等情况时，影响了行车安全。此时驾驶员需伸出车窗外进行清洁镜面表面，这样极不方便，又是暂时措施，雾气及雨水又会马上使之模糊不清。因此，为了功能上的完备，驾驶的安全性及操作的方便性，必须采用各种装置，当产生上述情况时，驾驶员就可方便地开启这种装置，解除不必要的后顾之忧。1.2 国内外研究概况：作为最主要的现代化交通工具之一，汽车在人类日常生活中扮演着越来越重要的角色。人们对于汽车的安全性要求也越来越高。汽车要安全运行，与驾驶员接受信息正确确与否、信息输入装置的多少和快慢有着重要影响。汽车在行驶过程中，有80%的信息是靠视觉得到的，确保良好的视野是预防汽车事故的必要条件，所谓的视野是驾驶员行车时的视线范围。一般情况下，按视野获得的方式可分为直接视野和间接视野，直接视野就是驾驶员在驾驶位置时，直接透过前风窗玻璃、车门玻璃和后风窗玻璃所能直接、清晰地看到的道路的范围大小。间接视野即驾驶员通过内外后视镜看到的车辆后方情况的清晰图像，图像所反映的范围即为得到的视野。后视镜是驾驶员间接视野的主要保证，因而后视镜的合理布置和表面的清洁时提高汽车主动安全性的重要因素之一。通过对国内外后视镜刮水器材料的收集与整理，总结出目前国内外后视镜刮水器的主要有如下几种形式：1. 将一根伸缩杆套入导杆内并与导杆滑动连接，在伸缩杆的一侧轴向连接一排水拨，在导杆上设有凹槽和水拨对应连接。该装置与后视镜连接后，可形成来回转动、左右来回及上下来回拨水，使得清洁到位，收取时便于隐藏。2. 将直流电机通过齿轮组连接转臂，转臂连接雨刮板在后视镜上摆动，从而实现将后视镜上的雨水或水汽刮掉。3. 将两个电磁铁对置安装在刮臂两侧，每个电磁铁能产生相反方向磁力线。将两个电磁铁能使两个活动铁芯同时做相向或相背运动的激磁绕组并联成一组。并联后的两组激磁绕组与继电器的两个静触点连接，动触点和振荡器通过开关与电源相接。继电器磁化线圈受振荡器控制。刮臂安装在刮臂轴上。刮片插接在刮臂上且停止位置由挂接在刮臂顶端的回位弹簧控制。两个电磁铁中的两个活动铁芯通过连杆分别接于刮臂轴两侧对称处的刮臂上。刮水器装于安装底板上。通过电磁使刮臂来回移动，从而实现将后视镜上的雨水或水汽刮掉。4. 一种刮水器是由动力、减速箱、曲柄和刮水杆构成，利用动力转动，经减速箱减速带动曲拐作圆周运动，使与之活动连接的刮水杆往复摆动，将挂在倒后镜上的水珠刮掉。二、课题研究的主要内容本课题是针对已有的后视镜刮水器的基础上设计一个更简单、更实用的刮水器，凭借启动雨刷传动装置以驱动雨刷刮除后视镜镜面上的水气，以使镜面保持明亮，可供车辆驾驶清楚观看到后视镜内反映的景象，以确保行车安全。主要是对以下几点进行研究：1) 后视镜刮水器及清洗系统的方案设计2) 后视镜传动机构设计3) 后视镜刮水及清洗系统的控制电路设计4) 设计出相关的图纸并编写设计说明书三、课题的关键问题及解决的思路本课题是在已有的设计的基础上设计一个更简单、更方便的刮水器。通过翻阅大量资料和专利，最终设计出以下三种方案：方案一：此方案采用的是与前挡风玻璃的传动原理相同的。该刮水器由动力、减速箱、曲柄和刮水杆构成，利用动力转动，经减速箱减速带动曲拐作圆周运动，使与之活动连接的刮水杆往复摆动，将挂在后视镜上的水珠刮掉。方案二：此方案的刮水器由动力、链、链轮和刮水杆构成。利用动力转动，经链轮传动，带动螺杆旋转，使与之连接的刮水杆往复摆动，从而将后视镜上的水珠刮掉。方案三：本方案提供了一种汽车后视镜的雨刷装置，通过传动组带动雨刷以刮除后视镜所沾附的水滴等污物。其中传动组分别固设于后视镜的内部空间内，各传动组包括有一电动机、两组啮合的齿轮、移动座、固定架，其中衔接杆上方与雨刷连接，电动机的轴心带动主动传动轮旋转，并带动与其啮合的从动轮旋转，从动轮旋转带动螺杆的旋转，螺杆的正逆方向旋转时，使其上的螺母带动雨刮器来回移动，固定架的两侧各设有感测组件位置传感器。来实现螺杆的正反转。以上三种方案中，方案一采用的是曲柄摇杆结构，对空间范围要求很大，并已有设计出来，所以不以采用；方案二中需采用链接结构，传动精度不高，所以也不以采用，所以最终确定以第三种方案进行设计。四、预期的成果通过毕业设计，使大学四年的理论知识与实际有效结合在一起，提高了自己机械设计方面的能力。通过对汽车观后镜刮水及清洗系统设计，了解了很多机械设计方面的知识，了解机械设计的方法及流程，了解国内外发展的状况和方向，把自己四年的知识得到了运用和掌握。对自己的专业外语也有了很大的提高，在CAD等相关软件的运用上得到了巩固。最后完成了机械设计图纸和设计说明书。参考文献1 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计. 第八版. 北京：高等教育出版社，2006.52 周建平主编. 汽车电气设备构造与维修. 北京：人民交通出版社，2005.83 成大先主编. 机械设计手册. 北京：化学工业出版社，2007.114 机械设计手册编委会主编. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，2004.85 刘鸿文主编. 材料力学. 第4版. 北京：高等教育出版社，2004.16 庞国星主编. 工程材料与成形技术基础. 北京：机械工业出版社，2005.87 龚溎义主编. 机械设计课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，1990.48 孙恒，陈作模主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社，20009 G. Boothroyd and P. Dewhurst,Product Design for Manufacture and Assembly. Manuf, Eng., 1988 10 Joseph Constance. DFMA：Learning to Design for Manufacture and Assembly. Mech.Eng.,199211 邱映辉主编. 机械设计. 北京：清华大学出版社，2004 12 刘惟信主编. 汽车设计. 北京：清华大学出版社，2001毕业设计（论文） 汽车观后镜刮水及清洗系统设计学生姓名：肖俊 班级：0781051指导老师：贺红林摘要:安全是人类生存的基本要求，作为主动安全装置的后视镜是驾驶员间接视野的主要特征。本设计首先对后视镜的结构形式及研究状况进行了介绍；针对目前观后镜在雨天雨水及时常有灰尘附于上视野变差的问题，提出了具有刮水及清洗系统的后视镜总体布置设计的思路；对后视镜刮水传动机构及清洗系统作了详细的设计，完成了相应机构设计计算过程；并对刮水及清洗系统控制电路了进行了设计。所设计的后视镜系统可以在下雨天间隙清除镜面上附着的雨水，在镜面上附着尘土时根据需要进行清洗，实现后视镜良好视野。关键词：后视镜 刮水装置 清洗系统 设计指导老师签名：The design of Rear view mirror wiper and washing systemStudent name: Xiao Jun Class: 0781051Supervisor: He HonglinAbstract：Security is the basic requirements of human existence, as an active safety device，the Rear view mirror is the drivers main features of indirect vision. At first,the article introduces the structure and the research status of the Rear view mirror；Against the deterioration of vision problem when the Rear view mirror used in rain day or dust on it ,the rearview mirror general design ideas of a cleaning system with wiper are been Proposed . and the transmission of the rear-view mirror wiper cleaning system detailed design, completion of the corresponding mechanism design calculation process, and the wiper and washing system control circuit has been designed. The design of the mirror system can clear the water on the rain mirror when attaches to the rain, and it can clean the mirror when the mirror attaches to dust as needed to achieve good vision mirror.Keywords：Rear view mirror wiping device washing system DesignSignature of Supervisor:目录1.引言11.1汽车后视镜的国内外研究现状. . 1 1.2后视镜刮水器研究的目的意义21.3课题来源22. 后视镜刮水器及清洗系统的方案设计42.1概述42.2方案设计42.2.1设计方案的确定42.2.2驱动方式的选择42.2.3确定传动方式52.2.4确定螺杆长度和螺母的移动范围52.2.5确定清洗装置方案53. 后视镜传动机构设计63.1电动机的选择63.1.1刮水电动机功率选择63.1.2 确定电动机的转速63.2 齿轮的设计63.2.1.选择齿轮类型、材料及精度等级63.2.2.按齿面接触疲劳强度设计73.2.3 按齿根弯曲强度设计93.2.4几何尺寸计算113.3轴的设计123.3.1输出轴的设计计算123.3.2输入轴的设计133.3.3中间轴的设计143.4轴承的设计153.4.1中间轴轴承的设计153.4.2输出轴轴承的设计193.5螺杆、螺母的设计204. 后视镜刮水及清洗系统的控制电路设计274.1概述274.2电路组成274.3 刮水器往复运动电路设计284.4清洗电路原理设计28 4.5刮水片自动复位电路设计295. 参考文献316. 小结31致谢334南昌航空大学科技学院学士学位论文 1. 引言1.1 汽车后视镜的国内外研究现状作为最主要的现代化交通工具之一，汽车在人类日常生活中扮演着越来越重要的角色。人们对于汽车的安全性要求也越来越高。汽车要安全运行，与驾驶员接受信息正确确与否、信息输入装置的多少和快慢有着重要影响。汽车在行驶过程中，有80%的信息是靠视觉得到的，确保良好的视野是预防汽车事故的必要条件，所谓的视野是驾驶员行车时的视线范围。一般情况下，按视野获得的方式可分为直接视野和间接视野，直接视野就是驾驶员在驾驶位置时，直接透过前风窗玻璃、车门玻璃和后风窗玻璃所能直接、清晰地看到的道路的范围大小。间接视野即驾驶员通过内外后视镜看到的车辆后方情况的清晰图像，图像所反映的范围即为得到的视野。后视镜是驾驶员间接视野的主要保证，因而后视镜的合理布置和表面的清洁时提高汽车主动安全性的重要因素之一。通过对国内外后视镜刮水器材料的收集与整理，总结出目前国内外后视镜刮水器的主要有如下几种形式：将一根伸缩杆套入导杆内并与导杆滑动连接，在伸缩杆的一侧轴向连接一排水拨，在导杆上设有凹槽和水拨对应连接。该装置与后视镜连接后，可形成来回转动、左右来回及上下来回拨水，使得清洁到位，收取时便于隐藏。将直流电机通过齿轮组连接转臂，转臂连接雨刮板在后视镜上摆动，从而实现将后视镜上的雨水或水汽刮掉。将两个电磁铁对置安装在刮臂两侧，每个电磁铁能产生相反方向磁力线。将两个电磁铁能使两个活动铁芯同时做相向或相背运动的激磁绕组并联成一组。并联后的两组激磁绕组与继电器的两个静触点连接，动触点和振荡器通过开关与电源相接。继电器磁化线圈受振荡器控制。刮臂安装在刮臂轴上。刮片插接在刮臂上且停止位置由挂接在刮臂顶端的回位弹簧控制。两个电磁铁中的两个活动铁芯通过连杆分别接于刮臂轴两侧对称处的刮臂上。刮水器装于安装底板上。通过电磁使刮臂来回移动，从而实现将后视镜上的雨水或水汽刮掉。一种刮水器是由动力、减速箱、曲柄和刮水杆构成，利用动力转动，经减速箱减速带动曲拐作圆周运动，使与之活动连接的刮水杆往复摆动，将挂在倒后镜上的水珠刮掉。1.2 后视镜刮水器研究的目的和意义随着现代科学技术的迅猛发展和人们生活水平的提高，汽车已成为人们出行的必备的交通工具。在汽车行驶过程中，为了确保司机能可以看到汽车后方、侧方和下方，在各种汽车的外部都装有一种可以用来反映汽车后方、侧方和下方的的情况，使驾驶者可以间接的看清楚这些位置的情况的镜子汽车后视镜。可当司机在雾天或雨天行驶时，由于雾气造成的后视镜镜面的积雾、冬天积霜或雨水侵袭会造成司机对侧后方的视线不清，从而使驾驶员在行车时很难通过后视镜看清情况，特别是驾驶大型车辆需左转弯、右转弯、变道、倒车等情况时，影响了行车安全。此时驾驶员需伸出车窗外进行清洁镜面表面，这样极不方便，又是暂时措施，雾气及雨水又会马上使之模糊不清。因此，为了功能上的完备，驾驶的安全性及操作的方便性，必须采用各种装置，当产生上述情况时，驾驶员就可方便地开启这种装置，解除不必要的后顾之忧。1.3 课题来源随着现代科学技术的迅猛发展和人们生活水平的提高，汽车已成为人们出行的必备的交通工具。在汽车行驶过程中，为了确保司机能可以看到汽车后方、侧方和下方，在各种汽车的外部都装有一种可以用来反映汽车后方、侧方和下方的的情况，使驾驶者可以间接的看清楚这些位置情况的镜子汽车后视镜。可当司机在雾天或雨天行驶时，由于雾气造成的后视镜镜面的积雾、冬天积霜或雨水侵袭会造成司机对侧后方的视线不清，从而使驾驶员在行车时很难通过后视镜看清情况，特别是驾驶大型车辆需左转弯、右转弯、变道、倒车等情况时，影响了行车安全。此时驾驶员需伸出车窗外进行清洁镜面表面，这样极不方便，又是暂时措施，雾气及雨水又会马上使之模糊不清。因此，为了功能上的完备，驾驶的安全性及操作的方便性，必须采用各种装置，当产生上述情况时，驾驶员就可方便地开启这种装置，解除不必要的后顾之忧。本课题是针对已有的后视镜刮水器的基础上设计一个更简单、更实用的刮水器，凭借启动雨刷传动装置以驱动雨刷刮除后视镜镜面上的水气，以使镜面保持明亮，可供车辆驾驶清楚观看到后视镜内反映的景象，以确保行车安全。2. 后视镜刮水器及清洗系统的方案设计2.1 概述后视镜作为汽车行驶过程中一个必不可少工具，其作用与否，直接关系到驾驶员接受信息时的正确与否、信息输入的多少。2.2 方案设计2.2.1 设计方案的确定本课题是在已有的设计的基础上设计一个更简单、更方便的刮水器。通过翻阅大量资料和专利，最终设计出以下三种方案：方案一：此方案采用的是与前挡风玻璃的传动原理相同的。该刮水器由动力、减速箱、曲柄和刮水杆构成，利用动力转动，经减速箱减速带动曲拐作圆周运动，使与之活动连接的刮水杆往复摆动，将挂在后视镜上的水珠刮掉。方案二：此方案的刮水器由动力、链、链轮和刮水杆构成。利用动力转动，经链轮传动，带动螺杆旋转，使与之连接的刮水杆往复摆动，从而将后视镜上的水珠刮掉。方案三：本方案提供了一种汽车后视镜的雨刷装置，通过传动组带动雨刷以刮除后视镜所沾附的水滴等污物。其中传动组分别固设于后视镜的内部空间内，各传动组包括有一电动机、两组啮合的齿轮、移动座、固定架，其中衔接杆上方与雨刷连接，电动机的轴心带动主动传动轮旋转，并带动与其啮合的从动轮旋转，从动轮旋转带动螺杆的旋转，螺杆的正逆方向旋转时，使其上的螺母带动雨刮器来回移动，固定架的两侧各设有感测组件位置传感器。来实现螺杆的正反转。以上三种方案中，方案一采用的是曲柄摇杆结构，对空间范围要求很大，并已有设计出来，所以不以采用；方案二中需采用链接结构，传动精度不高，所以也不以采用，所以最终确定以第三种方案进行设计。2.2.2 驱动方式的选择由于永磁式电动机体积小、重量轻、结构简单，本刮水器的选用电机驱动方式，选用永磁式电动机。2.2.3 确定传动方式在机械的传动中，其传动方式主要有：摩擦传动、链条传动，齿轮传动、皮带传动、蜗轮蜗杆传动、棘轮传动、曲轴连杆传动、气动传动、液压传动、钢丝索传动（电梯中应用最广）、联轴器传动、花键传动等。 对于本刮水器的传动方式，由于对于刮水器需传递准确的传动比，且传递运动需准确可靠、传动效率高,使用寿命长，因此采用两对齿轮传动的传动方式来进行传动。2.2.4 确定螺杆长度和螺母的移动范围本刮水器是根据大众后视镜的大小做为参考来进行设计的。因此，本刮水器的螺杆长度等于后视镜的长度，根据螺杆所在位置及后视镜的长度，确定螺杆的长度为165mm，螺母的移动范围为135.5mm。2.2.5 确定清洗装置方案后视镜的清洗装置与刮水装置配合使用，可以使汽车后视镜的玻璃刮水器更好地完成刮水工作，并获得更好的刮水效果。为了更方便及使刮水器结构更简单，本后视镜的刮水器的清洗装置利用前挡风玻璃的清洗装置的清洗液及其驱动装置，从前挡风玻璃的清洗装置中引出一根管子来作为后视镜的清洗装置，这样不仅降低成本、更使整个刮水器的结构变得简单。3. 后视镜传动机构设计3.1 电动机的选择3.1.1 刮水电动机功率选择已知汽车使用电压为12V,本刮水器所要求的电流为2.4A，因此，刮水电动机的功率为：3.1.2 确定电动机的转速已知刮水片的行程为135.5mm，由汽车风窗玻璃电动刮水器技术条件中规定：刮水器最低刮刷频率不应低于 20 次min；最高刮刷频率不应低于 45 次min。对于本刮水器，其刮刷频率选为：22次/min。所以螺母的移动速度为：m/s，故螺杆的转速为： 已知齿轮的传动比为3，则由表35.2-244选取马达的型号：J-ZYT（SZ）-PX，其参数如表3-1所示表3-1 马达参数型号电压/V转速r/min转矩mNm功率/WJ-ZYT（SZ）-PX1275065403.2 齿轮的设计3.2.1 选择齿轮类型、材料及精度等级1）按雨刮器的传动要求，选用直齿圆柱齿轮传动。2）考虑雨刮器传递功率不大，但要求传动平稳、低噪声、以及能在无润滑状态下正常工作，所以齿轮的材料选牌号为PA（MC尼龙)1，小齿轮硬度为21HBS,大齿轮硬度为14HBS。3）雨刮器为一般传动，速度不高，由表3-2选用7级精度。4) 选小齿轮的齿数为18，大齿轮的齿数为。表3-2 各类机器所用齿轮传动的精度等级范围1机 器 名 称精度等级机 器 名 称精度等级汽轮机3 6拖拉机6 8切削机床3 8通用减速器6 8航空发动机4 8锻压机床6 9轻型汽车5 8起重机7 10载重汽车7 9农机8 11注：主传动齿轮或重要齿轮传动，靠上限选； 辅助齿轮传动或一般齿轮传动，居中或靠下限选择。3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式（10-9a)1进行计算，即式中：K载荷系数； T1齿轮传递的转矩； 齿宽系数（数值参看表3-3）； 齿数比； 弹性影响系数，数值参看表10-61。（1）确定公式内的各计算参数1) 试选载荷系数2) 计算小齿轮传递的转矩3) 由表3-3选取齿宽系数 。表3-3 圆柱齿轮的齿宽系数1装置状况两支承相对小齿轮对称布置两支承相对小齿 轮做非对称布置悬臂布置 0.91.4 (1.21.9)0.71.15 (1.11.65)0.40.6说明：1) 大小齿轮皆为硬齿面时，应取小值，否则取大值； 2) 括号内的数值用于人字齿轮； 3) 机床中的齿轮，若传递功率不大时，可小到0.2； 4) 非金属齿轮可取， =0.5-1.2。4) 由式10-61计算材料的弹性影响系数MPa5) 查得夹布塑料的接触疲劳许用应力=110MPa1。（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径，代人2）计算圆周速度m/s3）计算齿宽4）计算齿宽与齿高之比模数 mm齿高 5）计算载荷系数根据m/s , 7级精度 ， 由图3-1查的动载系数直齿轮，由表10-41用插值法求得精度为7级，小齿轮相对支撑非对称布置时，。由，查图10-131得，故载荷系数 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a)1得7) 计算模数1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50 v(m/s)十分精密的齿轮装置10 8 7 6 Kv 9 图3-1 动载荷系数值图10-13 弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 K F3.2.3 按齿根弯曲强度设计由式（10-5)1得弯曲强度的计算公式为式中：K载荷系数； T1齿轮传递的转矩； 齿宽系数（数值参看表3-3）； 齿轮齿数； 齿形系数（数值参看表3-4）；载荷作用于齿顶时的应力校正系数（数值参看表3-4）。(1) 确定公式中的参数1）查得胶布橡胶的弯曲疲劳许用应力=50MPa1。2）计算载荷系数K3）查取齿形系数由表3-4查得 表3-4 齿形系数YFa及应力校正系数YSaZ(Zv)17 18192021 22 YFa 2.972.912.85 2.8 2.76 2.72 YSa 1.521.531.54 1.55 1.56 1.57232425 262728292.692.652.622.602.572.552.531.5751.581.591.5951.601.611.62303540455060702.522.452.402.352.322.282.241.6251.651.671.681.701.731.7580901001502002.222.202.182.142.121.771.781.791.831.865注：1)基准齿形的参数为 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.38m (m-模数) 2)对内齿轮：当 =20 、h*a=1、C*=0.25 、 =0.15m 时，齿形系数：YFa =2.053 ; 应力校正系数：YSa =2.65。4）查取应力校正系数由表3-4查得 5）计算大、小齿轮的小齿轮的数值大。（2）设计计算mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数0.77并圆整为标准值m =0.8，按接触强度算的分度圆直径，算出小齿轮齿数，取19大齿轮齿数 这样设计的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.2.4几何尺寸计算（1）计算大、小齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径 （2）惰轮的计算由于所选电动机的直径大于两齿轮的中心距，所以在中间增加一个齿轮，其尺寸如下： 计算齿宽取,，。3.3 轴的设计3.3.1 输出轴的设计计算由于输出轴主要承受扭矩，所以按扭转强度进行计算。（1）求输出轴上的功率、转速和转矩已知输入轴的功率为Kw，其中轴承、圆柱齿轮的传动效率分别为0.98、0.95。所以有：kw（2） 求作用在齿轮上的力齿轮所承受的力可按下式进行计算： (3-1)因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 由式3-1计算得: （3） 确定轴的最小直径轴的最小直径的计算可按式（15-2）来计算。选取轴的材料为45钢。根据表3-5，取，由式15-21得 取（4）轴的结构设计轴上零件的定位，固定和装配刮水器中可将齿轮安排在后视镜左侧，相对两轴承不对称分布，齿轮右面由轴肩定位，左面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以套筒定位，并采用过渡配合固定。3.3.2 输入轴的设计由于输入轴主要承受的也是扭矩，所以也按扭转强度进行计算。（1）求输入轴上的功率、转速和转矩kw（2） 求作用在齿轮上的力因已知高速级小齿轮的分度圆直径为 由式3-1计算得 （3） 确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，根据表3-5，取，由式15-21得 取表3-5 轴常用材料的T值和A0值轴的材料 Q235-A、 20Q275、 35 (1Cr18Ni9Ti) 4540Cr、35SiMn、38SiMnMo 、3Cr13 T / MPa 15 25 20 3525 4535 55A0149 126135 112126 103112 97注：1）表中T 值是考虑了弯矩影响而降低了的许用扭转切应力。2） 在下述情况时， T 取较大值， A0取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只作单向旋转；反之，T 取较小值， A0 取较大值。3.3.3 中间轴的设计(1.)求中间轴上的功率已知输入轴的功率为Kw，其中圆柱齿轮的传动效率为0.95。所以有：，(2.)求作用在齿轮上的力已知惰轮的分度圆直径为： 由式3-1计算得 (3.)由式15-21确定轴的最小直径 ，取10mm3.4 轴承的设计轴承的选择一般是根据结构布置并参考同类型的相应轴承以后,按国家规定的轴承标准选定,再进行其使用寿命的验算。轴承的名义寿命L（以106转为单位）: （3-2）式中 C轴承的额定载荷或承载容量，N，根据选定的轴承型号查轴承手册；P轴承的当量动载荷，N；轴承寿命指数，对球轴承=3；对圆柱滚子轴承取=10/3。L与Lh之间的换算关系为L=60nLh/106 （3-3）式中 n轴承的转数，r/min。3.4.1中间轴轴承的设计由输入轴的最小直径试选轴承，由表20.6-1选择其型号为61900，对所选轴承进行验算1. 计算轴承的轴向载荷=F=其中，为雨刮片与镜面的摩擦系数，其值为0.3；为雨刮片对镜面的压力，其值可参考汽车风窗玻璃电机刮水器技术条件中的4.4.4。2. 求中间轴上的功率、转速和转矩kw式中，为齿轮传动的效率，其值根据表17选取为0.95。3. 求作用在齿轮上的力已知齿轮的分度圆直径为 由式3-1计算 4. 求比值 5. 计算轴承的当量动载荷当量动载荷P()的一般计算公式为 （3-4） 式中，X、Y分别为径向载荷系数和轴向载荷系数，其值见表3-6。可在实际中，在许多支撑中还会出现一些附加载荷，如冲击力、不平衡力、惯性力等，这些因素很难从理论上精确计算。为了计及这些影响，可对当量动载荷乘上一个根据经验而定的载荷系数，其值参见表3-7。故实际计算时，轴承的当量动载荷应为：表3-6 径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y轴承类型相对轴向载荷Fa / Fr eFa / Fr ee名称代号Fa/C0 XYXY调心球轴承10000-1(Y1)0.65(Y2)调心滚子轴承20000-1(Y1)0.67(Y2)深沟球轴承600000.0250.0400.0700.1300.2500.500100.562.01.81.61.41.21.00.220.240.270.310.370.44 续表3-6角接触球轴承70000C0.0150.0290.0580.0870.1200.1700.2900.4400.580100.441.471.401.301.231.291.121.021.001.000.380.400.430.460.470.500.550.560.56 （3-5）轴承的静载荷的一般计算公式为 （3-6）式中，为轴承静强度安全系数。 的选择可参考表3-8；为当量静载荷，其计算公式为： （3-7）式中，分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，其值可参考表3-7。 按照表3-9，选取，取由表3-7选取，分别为0.6、0.5，则由式3-7计算当量静载荷，为由表3-8选取静强度安全系数为0.5，则根据公式3-6有则,因此判断系数e0.44,则有。按照表3-6，选取X=1，Y=0，则由式3-5计算得：查得，61900轴承应有的基本额定动载荷为1300N表3-7 径向载荷系数和轴向载荷系数轴承类型单列轴承双列轴承深沟球轴承0.60.50.60.5角接触球轴承0.50.460.420.380.330.290.260.2210.920.840.760.660.580.520.44调心球轴承0.50.22cot10.44cot调心滚子轴承0.50.22cot10.44cot圆锥滚子轴承0.50.22cot10.44cot注：对于中间接触角的值，用线性插值法求取。表3-8 静强度安全系数1旋转条件载荷条件使用条件连续旋转轴承普通载荷12高精度旋转场合1.52.5冲击载荷23振动冲击场合1.22.5不连续及做摆动运动的轴承普通载荷0.5普通旋转精场合1.01.2冲击及不均匀载荷11.5允许有变形量0.31.0表3-9 载荷系数 fP载荷性质无冲击或轻微冲击 中等冲击强烈冲击fP1.0 1.21.2 1.81.8 3.06. 计算轴承的寿命根据表3-10，此轴承合格表3-10 推荐的轴承预期计算寿命 Lh 机 器 类 型 Lh /h不经常使用的仪器或设备 300 3000短时间或间断使用的机械，中断时不致引起严重后果3000 8000 间断使用的机械，中断使用后果严重8000 12000每天8h工作的机械 （利用率不高）12000 20000 每天24h连续工作的机械 40000 600003.4.2 输出轴轴承的设计由输出轴的最小直径根据表20.6-1试选轴承，其型号为618/7，对所选轴承进行验算1.计算轴承的轴向载荷 =F=1.5N2.计算轴承的径向载荷求输出轴上的功率、转速和转矩kw3.求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 由式15-21 得 4.求比值5.计算轴承的当量动载荷根据式3-5 按照表3-8，取由表3-7选取，分别为0.6、0.5，则由式3-7计算当量静载荷由表3-8选取静强度安全系数为0.5，则根据公式3-6有则,因此判断系数e0.44,则有。按照表3-7，选取X=1，Y=0，则查得，618/7轴承应有的基本额定动载荷为550N6.计算轴承的寿命根据表3-10，此轴承合格。3.5 螺杆、螺母的设计根据刮水器的运动要求和条件，由表3-11、表3-12选取螺杆的材料为45钢，螺母材料为耐磨铸铁。由表3-13计算螺杆的许用压力为： 取90Mpa 螺母许用弯曲应力为： 取50Mpa 许用切应力为： 由于刮水器的运动速度较低，所以由表3-14选取 取7MPa。表3-11 螺杆材料及其选用螺杆材料热处理应用45、50、Y40Mn轻载、低速、精度不高的传动。45正火170200HBS调质 220250HBS中等精度的一般传动。40Cr、40CrMn调质 230280HBS低温回火65Mn表面淬火、低温回火4550HRCT10、T12球化调200230HBS淬火、低温回5660HRC有较高的耐磨性，用于精度较高的主要传动。20CrMnTi渗碳、高频淬火5660HRCCrWMn9Mn2V淬火、低温回火5560HRC耐磨性高，有较好的尺寸稳定性，用于精密传动。38CrMoAl氮化、氮化层深0.450.6mm 850HV表3-12 螺母材料及选用材料特点和应用ZCuSn10Zn2ZCuSn10Pb1ZCuSn5Pb5Zn5和钢制螺杆配合，摩擦系数低，有较好的抗交合能力和耐磨性；但强度稍低。适用于轻载、中高速传动精度高的传动。ZQAl10Fe3ZQAl10Fe3Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3和钢制螺杆配合，摩擦系数较低，强度高，抗胶合能力较低。适用于重载，低速传动。35 球墨铸铁螺旋副的摩擦系数较高，强度高，用于重载调整螺旋。耐磨铸铁强度高，用于低速、轻载传动。表3-13 滑动螺旋副材料的许用应力螺旋副材料许用应力/Mpa螺杆钢螺母青铜40603040铸铁455540钢（1.01.2）0.6表3-14 螺旋传动的许用压强螺纹副材料速度范围/m/s许用压强/Mpa钢青铜低速0.251825111871012螺纹副材料速度范围/m/s许用压强/Mpa钢耐磨铸铁0.10.268钢铸铁0.040.10.2131847钢钢低速7.513淬火钢青铜0.10.21013注：1.当2.5或人力驱动时，可提高20%。 2.当螺母为剖分式时，应降低15%20%。1. 按耐磨性计算螺纹中径滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材料的许用压力p。 如图3-2所示，假设作用于螺杆的轴向力为Q（N），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为A（mm2），螺纹中径为小（mm），螺纹工作高度为H（mm），螺纹螺距为 P（mm），螺母高度为 D（mm），螺纹工件圈数为nH/P 。则螺纹工作面上的耐磨性条件为 （3-8） 上式可作为校核计算用。为了导出设计计算式，令=H/d2， 则H=d2，代入式（3-8）引整理后可得 （3-9）对于矩形和梯形螺纹，h0.5P，则 （3-10）对于30o锯齿形螺纹。h0.75P，则 （3-11）螺母高度 H=d2 式中：P为材料的许用压力，MPa，见表3-14；值一般取1.23.5。对于整体螺母，由于磨损后不能凋整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取1.22.5对于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取=2.53.5只有传动精度较高；载荷较大，要求寿命较长时，才允许取=4。根据公式算得螺纹中径d2后，应按国家标准选取相应的公称直径d及螺距P。螺纹工作圈数不宜超过10圈。F = =由表12-1-4（1）3，取，由公式3-10得：由GB/T5796.3-2005 可选d = 8mm 、 P=6mm 、=7.25mm 、 =8.3mm，小径，的梯形螺纹，中等精度 ，螺旋副标记为 Tr8 1.5 - 7H/7e。螺母高度 取 H =13mm ，螺纹圈数。2. 螺杆强度验算由于为单头螺纹，导程S=P=6mm由表12-1-33 ，螺纹摩擦力矩 由表12-1-73，钢对耐磨铸铁，选取0.11，于是有： Mpa (合格).3. 螺母强度校验 由表12-1-4 3得 ，牙根宽度 b = 0.65P = ，基本牙行高。代人公式有 （合格）4.0。 螺杆的临界载荷；根据螺杆的柔度的值的大小来计算，。此处为螺杆的长度系数，见表3-15,；为螺杆的工作长度，mm；为螺杆危险截面的惯量半径，mm，其计算公式为=。临界载荷可按欧拉公式进行计算，即式中：E螺杆材料的拉压弹性模量，MPa，E=MPa； I螺杆危险截面的惯性量，I=,。所以有： I=则：= 所以合格。表3-15 螺杆的长度系数端部支撑情况长度系数端部支撑情况长度系数两端固定一端固定，一端不完全固定一端铰支，一端部完全固定0.500.600.70两端部完全固定两端铰支一端固定，一端自由0.751.002.00图3-2 螺旋副受力图 4. 后视镜刮水及清洗系统的控制电路设计4.1 概述汽车在雨天或雪天行驶时，后视镜容易被雨水或雪花遮盖，在泥泞道路上行驶时，行驶中的灰尘等会弄脏后视镜玻璃，影响驾驶员的视线。为此，汽车上必须装有后视镜的刮水器和清洗器，以确保行车安全。要想让刮水器及清洗器按预定的时间和动作来运行，就必须通过电路来进行控制。后视镜的刮水及清洗系统控制电路的设计是后视镜设计中的最后一项任务，其需满足的要求为：当汽车在雨天行驶过程中，能通过控制电动机来带动雨刮片的来回移动，从而将后视镜上的雨水刮掉；当汽车在正常行驶过程中，当镜面有灰尘时，可以先打开清洗装置，然后将其表面的清洗液刮除。4.2 电路组成本后视镜的刮水及清洗系统电机的控制线路由刮蓄电池、水器开关、保险丝、继电器、行程开关、刮水电机、洗涤电机等组成。其具体电路图及名称如图4-1和表4-1所示。图4-1 后视镜的刮水及清洗系统电机的控制线路表4-1 电器分配表名称符号属性名称符号属性刮水电动机M1光电开关2SQ2清洗电动机M2接触器1KM1熔断器1FR1接触器2KM2熔断器2FR2接触器3KM3开关2SB2常开接触器4KM4开关3SB3常开时间继电器1KT13秒光电开关1SQ1时间继电器KT210秒4.3 刮水器往复运动电路设计刮水器的往复运动是指当汽车在雨天或雪天行驶时，需使雨刮片来回的在镜面上移动，从而实现连续的刮水动作。本刮水器的往复运动电路如图4-1所示，其原理为：当汽车在雨天或雪天行驶时，按下开关SB2,接触器KM1动作，电流经熔断器FR、接触器开关KM1带动刮水电机转动；当刮水片刮到最左边时，碰到光电开关SQ2，则接触器KM2闭合,与此同时，接触器KM2断开，电动机反转；当刮水片行驶到最右边时，碰到光电开关SQ1，则此时接触器KM1闭合，KM2断开，电动机正转，以此类推。通过电动机的正反转来实现雨刮片的来回移动，从而实现连续刮水的动作。4.4 清洗电路原理设计清洗装置是指汽车在风沙或尘土较多的环境中行驶时，会由于灰尘落在挡风玻璃上而影响驾驶员的视线。因此必须在汽车的刮水系统中安装一个清洗装置，必要时向挡风玻璃喷水或专用清洗液（北方地区冬季不宜用水，以免冻裂储液罐或输液管），在雨刷器的配合下，保持挡风玻璃洁净。本刮水器的清洗装置的电路如图4-1所示，其原理为：当汽车后视镜玻璃镜面上有灰尘时，按下开关SB3，清洗电机启动，带动液压泵转动，将清洗液经输水管送到喷水喷头，经喷头加压，喷到镜面上；当喷水喷完3秒后，时间继电器动作，清洗电动机关闭，刮水电动机动作，从而将玻璃上的清洗液刮掉，经10后，刮水电动机停止转动，清洗完成。4.5 刮水片自动复位电路设计刮水片的自动复位装置是指，当电动机在停止后，能按照设计者的意愿，回到规定的原点，或停到相应的位置的装置。图4-2为刮水器的自动复位装置，此设备具有自动复位的功能，下面分析其工作过程。当把刮水器开关拨到“0”挡时，如果刮水片没有停到规定的位置，由于点与铜环相接触，如图3-2b）所示，则电流继续流入电枢，其电路为蓄电池正极电源开关 熔断丝 电刷B3 电枢绕组 电刷B1 接线柱 接触片 接线柱 触点臂 铜环 搭铁 蓄电池负极。由此可以看出，电动机仍以低速运转直至涡轮旋转到图3-1a）所示的特定位置，电路中断。由于电
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