【《基于CATIA软件的汽车天窗清洁维护装置设计》15000字】

页共第1章绪论1.1课题研究的背景汽车已成为现代人一种普遍的代步工具，大部分汽车的顶部会安装汽车天窗，汽车天窗能够有效保持车内空气的流通，增加新鲜空气，为汽车内的人们带来健康、舒适的享受。然而，目前汽车只是前后风挡玻璃设置有雨刮，可以对汽车的前后风挡玻璃进行清洗，而对于汽车天窗却缺少相应的清结装置。由于汽车天窗安装在汽车顶部，极易沾染灰尘、树叶等杂物，并且在冬天雨雪天气容易形成积雪和冰层，影响汽车的美观，更影响汽车天窗的透光度。汽车天窗一般只在清洗汽车的时候才会同时清洗，这样清洗的周期一般较长，清洗很被动，如果只为了清理汽车天窗而清洗整车也不经济。由于天窗的位置结构，导致缝隙处容易积灰，天窗下水道容易堵塞以及水槽不方便清洁等问题，所以需要设计一款清洁装置，以便能够更加方便的保养天窗。需要清洁天窗时，车主可使用该装置，进行天窗各部位的清洁[1-3]。本课题设计了一款可以高效地为汽车天窗进行清洁、提高人力清洁的工作效率、减少管理的难度及成本的汽车天窗清洁维护装置。该装置通过CATIA设计、辅以AutoCAD进行尺寸标注。汽车天窗清洁装置由五大装置组成，利用电机驱动可伸缩的雨刮器，可转动的旋转扫把，连接外部气泵的弯管，小车，车架。本论文介绍了汽车提出清洁维护资质的功能和设计步骤，通过阅读大量的指导书籍，设计装置的结构和所要实现的功能。1.2课题研究的目的和意义本课题针对汽车天窗的维护清洁装置进行设计。如今大部分汽车带有天窗，能够有效地使车内空气流通，增加新鲜空气的进入，同时汽车天窗也可以开阔视野以及移动摄影摄像的拍摄需求。但由于天窗的位置结构，导致缝隙处容易积灰，天窗下水道容易堵塞以及水槽不方便清洁等问题，人工清洁费时费力，所以需要设计该清洁装置，以便能够更加方便的清洁保养天窗。需要清洁天窗时，车主可使用该装置，进行天窗各部位的清洁。使用者可利用该装置进行天窗的清洁维护，消除隐患，预防故障发生，减缓劣化过程，延长使用周期。该装置不仅能为个人使用，还可大量投入市场，为汽车维修店降低人力清洁成本。1.3课题研究的主要内容本课题是设计一个汽车天窗清洁维护装置，其主要内容如下：1.了解当下汽车天窗清洁装置的发展形势，借鉴相关经验；2.了解现有汽车天窗的组织结构及所要清洁的部位；3.分析并理解汽车天窗清洁的难点；4.学习CATIA和AutoCAD软件的使用。5.设计一款能够适应所有家用汽车天窗的清洁维护装置，对天窗玻璃、导轨、导水槽及排水口进行清洁；6.对该装置中各个零部件的材料进行分析对比，确定适合的材料；7.对该装置进行经济性分析，撰写报告；8.利用CATIA软件设计三维图，利用AutoCAD设计二维图纸；9.用CATIA做动画仿真，设计出清洁装置的工作过程；第2章装置介绍与分析2.1汽车天窗清洁装置的定义及发展背景汽车天窗清洁装置是一种可以对汽车天窗内侧玻璃、两侧导轨、导水槽、排水口进行清洁的装置，可大大提高人力清洁的效率，更为方便。汽车已成为现代人一种普遍的代步工具，大部分汽车的顶部会安装汽车天窗，汽车天窗能够有效保持车内空气的流通，增加新鲜空气，为汽车内的人们带来健康、舒适的享受。然而，目前汽车只是前后风挡玻璃设置有雨刮，可以对汽车的前后风挡玻璃进行清洗，而对于汽车天窗却缺少相应的清结装置。由于汽车天窗安装在汽车顶部，极易沾染灰尘、树叶等杂物，并且在冬天雨雪天气容易形成积雪和冰层，影响汽车的美观，更影响汽车天窗的透光度。汽车天窗一般只在清洗汽车的时候才会同时清洗，这样清洗的周期一般较长，清洗很被动，如果只为了清理汽车天窗而清洗整车也不经济[4-5]。随着车主对天窗的重视和使用次数增加，人们逐渐重视如何清洁维护天窗，而现有的人工清洁效率低且存在许多不便之处，鉴于以上弊端，实有必要提供一种汽车天窗清洁装置以克服以上缺陷。2.2开发系统介绍2.2.1CATIA简介CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以通过建模帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。CATIA提供了完备的设计能力:从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段，从单个零件的设计到最终电子样机的建立;同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计，工程分析及仿真，数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起，为用户提供严密的无纸工作环境，特别是CATIA中的针对汽车、摩托车业的专用模块[6-8]。2.2.2AutoCAD简介AutoCAD（Autodesk

Computer

Aided

Design）是Autodesk（欧特克）公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行[9]。2.3清洁装置介绍汽车天窗清洁维护装置的主要功能就是对汽车天窗内侧玻璃、两侧导轨、导水槽、排水口进行清洁，因此就有三个对应的装置，分别是天窗清洁器，旋转清扫器以及连接外部气泵的软管[10-11]，如图2-1、图2-2和图2-3所示。图2-1天窗清洁器图2-2旋转清扫器图2-3软管2.4系统总体功能介绍汽车天窗清洁装置由五大装置组成，利用电机驱动可伸缩的雨刮器，可转动的旋转扫把，连接外部气泵的软管，小车，车架。1小车：小车的车轮由四个表面光滑的轴承组成，可在天窗的导轨上运动。2车架：车架安装在小车上，用于安放其他清洁装置。3利用电机驱动可伸缩的天窗清洁器：电机驱动齿轮转动，带动与杆件相连的齿条做直线往复运动，天窗清洁器顺势清洁天窗内侧玻璃，且杆件可伸缩，可以配合不同尺寸的天窗，齿条在凹槽内运动，保证机械限位。在弯管处安装插销，当该装置在另一边导轨时，拔出插销，将该杆件旋转180°，调整伸缩杆长度，即可清洁天窗玻璃[12-14]。4可转动的旋转清扫器：在清扫器顶部连接万向节，清扫器即可变换方向，连接扫把的杆件可伸缩，且内部有连接电机的铁丝，该装置即可从电机处获得动力，与电机接触的圆盘可绕轴转动，如此便可清洁天窗前方的导水槽[15-17]。3连接外部气泵的软管：该装置主要清洁天窗的排水口，当小车行驶至导轨尽头，软管便深入排水口将堵塞排水口的垃圾排出[18-19]。2.5装置可行性分析汽车天窗维护清洁作为一个新兴的朝阳行业，在发展过程中不可避免的会出现大量的问题，其中最显著的一个问题就是清洁不到位且费时费力，而汽车天窗清洁装置可以很好地解决这一问题。可行性分析内容如下：1.从经济可行性上分析，随着汽车的拥有量逐步增加，人们对于汽车维修保养的需求也会增加，采用该汽车天窗清洁装置后，可以较为轻松的实现天窗的清洁，从而大大的减少人力劳动，避免资源浪费。2.从装置本身需求可行性上分析，对一个4S店而言，每天都会有大量的客户前来进行汽车清洁维修保养等服务，因此每天接待客户的数量非常大，这就使4S店迫切的想要有一个可以为他们减少工作量的装置。3.从方案的可行性上分析，该装置各个部分设计科学合理、操作简单，使用者可以轻易上手使用。该清洁装置可提高汽车天窗清洁的工作效率。2.6装置需求分析汽车天窗清洁装置为车主提供天窗各部分的清洁，无需请专人清洁，自己动手更加省时省力。例如，车主调整好装置即可让该装置自动清洁。汽车天窗清洁装置的需求主要分以下四个方面：业务需求、用户需求、性能需求和安全需求。1.业务需求业务需求表示组织或客户高层次的目标。业务需求通常来自项目投资人、购买产品的客户、实际用户的管理者、市场营销部门或产品策划部门。业务需求描述了组织为什么要开发一个系统，即组织希望达到的目标。汽车天窗清洁维护装置可以解决现有人工清洁的弊端，实现天窗的高效清洁，省时省力。2.用户需求用户需求描述的是用户目标，或用户要求系统必须能完成的任务。用例、场景描述和事件、响应表都是表达用户需求的有效途径。也就是用户需求描述了用户能使用系统来做些什么。车主或4S店的员工可利用该清洁装置清洁天窗的玻璃、导轨、排水口、导水槽。3.性能需求汽车天窗清洁维护装置要满足以下几点性能需求：（1）装置小巧轻便，可以在天窗导轨上运动；（2）在工作过程中不会出现停滞，卡壳现象；（3）能够人为控制工作或停止。4.安全需求汽车俱乐部客户管理系统要满足以下几点安全需求：（1）装置的各个零部件有一定的强度、刚度、稳定性和耐久性；（2）装置运行过热时可及时断电；（3）使用特殊材料控制噪声的强度。第3章装置设计3.1汽车天窗设计该部分主要设计天窗的导轨、导水槽、天窗玻璃、排水口，如图3-1所示，以便在此基础上设计对应的清洁装置。图3-1天窗3.2小车设计1.实现目标小车设计出之后，要实现以下几个目标：可以在天窗导轨上滚动；有一个可以安装其他清洁装置的车架。2.设计思路小车的车轮设计成外表光滑的轴承，如图3-2所示，如此便可在天窗的导轨上滚动。车的底架由三个圆柱组成，如图3-3所示，四个轴承可分别安装在两个平行的圆柱端口。车架安装在装配好的小车上，可用于放置其他清洁装置，如图3-4所示。装配好的小车如图3-5所示。图3-2车轮图3-3底架图3-4车架图3-5装配好的小车3.3天窗清洁器设计汽车前挡风玻璃上的雨刮器是做弧形运动的，并不能完全刮到前挡风玻璃，因此，在设计天窗内侧玻璃清洁的装置时，我把雨刮器的运动轨迹设计为直线，利用电机驱动齿轮旋转，带动齿条做直线运动，如图3-6所示，同时要设置机械限位，使齿条在规定的凹槽做往返运动，如图3-7所示。图3-6齿轮齿条驱动图3-7凹槽由于天窗有两侧导轨，当雨刮器的杆件移到另一边时，雨刮器的朝向与天窗方向相反，因此，在杆件拐弯处设置一插销，需要转动方向时即可拔下插销，转动杆件，如图3-8所示。图3-8插销每一款车的天窗尺寸各不相同，为配合不同尺寸的天窗，特地在连接雨刮器的杆件上设置伸缩杆，并加以固定，如图3-9和图3-10所示。图3-9雨刮器伸缩杆1图3-10雨刮器伸缩杆23.4旋转清扫器设计该装置主要清洁天窗导轨及导水槽。动力来源于电机，杆件内部有一条铁丝连接着电机与扫把头部，传递动力，扫把头部安装有万向节，可改变扫把在运动时的朝向，如图3-11所示。图3-11扫把头由于导轨和导水槽之间有一定距离，因此在设计时，设计了几处伸缩杆以用来调节杆件长度，如图3-12和图3-13所示。图3-12扫把伸缩杆1图3-13扫把伸缩杆2杆件末端的圆盘与电机外壳相连，该装置可绕着圆盘的轴转动，如图3-14所示。图3-14圆盘与电机外壳之间的连接关系3.5弯管设计该装置连接外部气泵，用来清洁天窗的排水口，固定在车架上即可，如图3-15所示。图3-15弯管与车架固定

第4章气泵和电机的选择4.1气泵的选择选择气泵，首先要看好功率，气泵的功率是根据汽车体型大小来决定的，因此在选择车载充气泵时，小型车可以选择单缸的，足够满足日常充气使用了。但是体型稍大的车型就需要用双缸的充气泵，否则充气很慢，而且耗电。一般的车载打气泵充气速度有所区别，小功率的充气慢，大功率的充气快。如果体型较大的车辆，应该选择使用大功率的充气泵，充气速度快一些。出气量大小：车载打气泵的出气量是选购前需要考虑的首要因素。一个完全消扁的轮胎，胎压是否能被快速打得起来到正常值，流量至少要30L/Min以上。因此在选购前要充分了解好打气泵的各种参数数据。功率大小：打气泵的功率并不是越大越好，具体还是要看你是要给什么车型的轮胎充气，像越野车或者小型货车这些可以选功率稍大一些的，但是如果是家用的小汽车，一般单缸的130w-180w就可以满足需求。随机配置：目前市面上优质的车载充气泵除了主机气泵外，还根据使用的需要配有其他实用的配件，方便给轮胎加气时提供其他的帮助，常见的就有球针、长气嘴、短气嘴、空气管组等，可以轻松运用于各类充气物品。带胎压表：市面上大部分打气泵都有自带的胎压表功能，但并不是所有自带的胎压表都能准确读数。想要给轮胎充气时胎压更加精准稳定，胎压表的作用非常重要。目前大多数车载打气泵都使用胎压表嵌入式的一体化设计，这样可以有效避免胎压表被撞击和松动，造成测量数据不准确。根据车型：车载打气泵有单缸和双缸两种类型，一般单缸的车载充气泵缺点是充气时间长，给体型大点的车充气比较困难，不过价格相对来说也会便宜点。但现在也有做得相当不错的单缸产品，打气速度也可以堪比一些双缸产品。双缸的充气泵虽然价格稍贵一些，但胜在气压足，充气速度快，无论是家庭用的普通小轿车，还是大型的商务车、越野车，充气都没有问题，但在这里还是建议车主朋友根据自己的车型选择，实用够用就好，不必盲目追求大功率及双缸气泵。散热材质：选用何种散热材质决定了气泵的使用寿命。优质的散热材质有效保护机身，延长机子寿命，而且一次性工作时间长。这里的散热材质主要指的是气缸的材质，气缸材质有很多种，其中有铝合金气缸、高密钢或者其他金属，目前散热理想的气缸材质为阳极铝合金气缸，风劲霸的打气泵用的是这种。工作噪音：传统的打气泵工作噪音大，使得耳朵受罪，但科技进步使得这一缺憾得到完美的改善。影响机子噪音大小的因素有多种，首先是马达运转，传统马达大部分采用齿轮式马达因而机子产生摩擦噪音，而如今的无齿轮马达能有效减少摩擦，减少噪音，而且马力更足，扭力大，效率高。其次就是要看活塞环的运作和整机的工作稳定性等。多种功能：传统的打气泵只作充气使用，但现在也有多种功能的打气泵像有些打气泵还可以用在居家收纳、家居清洁等范围。由于本次设计的清洁装置使用的气泵是用于清洁天窗排水口的，天窗的排水口半径为4mm，深度为38.39mm，在标准条件下,空气密度约为1.29Kg/m3，根据功率公式P=W/(t×η)（4-1）式中符号含义：P——气泵功率；W——气体做功；t——做功时间，取5s；η——机械效率，取0.8；根据公式（4-1）计算得到气泵的功率为2.39x10-4W，因此不需要功率过大的气泵，本次气泵选用JY-066型号，额定功率150W的40缸指针款气泵，小巧轻便，市场价在25元左右，如图4-1所示。图4-1气泵4.2电机的选择对于电机的选择，一般都是看以下几点：一、具体要看你所用的场合，负载大小、转速要求，还有现场电源、场地大小等条件进行选型。

二、电机功率应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电机在额定负载下运行。电机功率选得过小，可能造成电机长期过载。使其绝缘因发热而损坏。甚至电机被烧毁。电机功率选得过大，输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，而且还会造成电能浪费。根据功率确定是采用单相电机还是三相电机，高压还是低压电机。再根据电源和实际功率大小选择电压等级和容量。

三、根据对电机转速的要求，比如负载变化后，是否允许转速有少量的变化，如果允许，建议选用异步电机，否则，只能选用同步电机，还有是否有多级变速要求，如果有那在控制上还要加变频器或串电阻变速。

四、根据转速范围选择电机极对数。

五、部分同功率电机还有大、中、小型机座等，根据现场要求选。市面上的几种电机性能对比如表4-1所示。表4-1电机性能对比表电机类型优点缺点备注直流电机控制简单，成本较低转速、功率低应用于低速、低成本场合交流电机结构简单，体积小启动性、调速性相对较差应用于大功率场合开关阻尼式电机启用电流小、扭矩大、可靠性高控制复杂目前应用领域狭窄永磁电机运行平稳、转矩较大控制系统复杂永磁直流无刷电机、永磁同步电机由于本次电机主要驱动齿轮以及为旋转清扫器的头部提供动力，因此要计算电机所需功率。齿轮所用的材质为45号钢，密度为7.85g/cm3

,齿轮的体积约为37cm3，假设齿轮的旋转速度为3cm/s,根据功率公式P=F×v÷η=mg×v÷η（4-2）式中符号含义：P——电机功率；F——牵引力；m——物体质量；g——重力加速度，取9.8N/kg;v——物体运动速度；η——传动机械效率，取0.8；根据公式（4-2）计算可得电机所需功率为0.00106W，因此选择可正反转，电压为220V，功率6W的永磁同步电机即可，如图4-2所示。图4-2电机第5章CATIA动画仿真作为动画制作的一种类型，工业机械仿真动画有着非常广泛的应用领域，在产品生产、工作汇报、市场推广、生产流程等过程中都发挥出独特的优势。它利用三维动画技术，融入虚拟仿真的效果，给人非同一般的观看体验。在工业产品生产之前，使用工业仿真动画进行设计方案的对比验证，能够及时发现错误疏漏，进行改正，减少实际生产时的成本浪费。同时还能代替实物样品进行相关指导生产和内部培训的工作，提升效益。工业机械仿真动画应用在工作汇报中能够促进沟通，提升效率。工作汇报可能涉及到方方面面，尤其是工业领域相对复杂，以往的图文展示往往不能很好的表达。采用工业仿真动画能够将工作内容进行生动形象的演示，便于直观的交流和理解。同时，工业机械仿真动画播放简单、易于传播，能够在众多的互联网平台进行展示。可以通过文件或者光盘的形式发送给客户和受众，轻松的展示在任何地方，拉近了人们与企业的距离。工业仿真动画还拥有一系列的附加价值，对于企业来说可以作为宣传片进行长期保存使用，对于受众来说可以作为使用教程观看，发挥着很高的应用优势。下面以装置设计中部分零件的动画仿真为例，介绍动画的设计过程。5.1齿轮旋转1.打开CATIA软件。2.点击开始菜单数字化装配DMU运动机构，进入动画设计模式，如图5-1所示。图5-1动画设计模式3.选择旋转接合命令，创建一个机械装置，如图5-2所示。4.选择两个轴线。一个转子的轴线，一个轴的轴线。当另一个物体被遮挡无法选取时，可暂时将它隐藏，选好后再显示出来。再选择两个面——转子和它所接触的面。之后点击确定即可如图5-3所示。图5-2机械装置创建菜单图5-3旋转接合创建菜单5.接下来选择一个固定零件。出现图5-4所示的提示证明可以进行模拟了。点击运动模拟，可以选择驱动角度和运动速度，如图5-5所示。图5-4装置模拟提示图5-5装置模拟图5.2齿条运动1.点击开始菜单数字化装配DMU运动机构，进入动画设计模式。2.选择棱形接合，选择好面和线，输入驱动距离，并勾选驱动，点击确定，如图5-6所示。选中凹槽零件，对其进行固定。开始模拟动画。图5-6棱形接合创建菜单5.3齿轮齿条运动1.点击开始菜单数字化装配DMU运动机构，进入CATIA动画设计模式。2.选择架子接合，点击之前做好的棱形接合和旋转接合，如图5-7所示。图5-7架子接合创建菜单5.4车轮运动1.点击开始菜单数字化装配DMU运动机构，进入CATIA动画设计模式。2.选择滚动曲线接合，车轮的外表面要与运动轨迹相切，选择相应的曲线，如图5-8所示。图5-8滚动曲线接合创建菜单5.5刚性连接1.点击开始菜单数字化装配DMU运动机构，进入CATIA动画设计模式。2.点击刚性连接，将各清洁装置与车架连接，便可其余装置随小车一起运动，如图5-9所示。图5-9刚性连接创建菜单第6章经济性分析报告本文介绍了一款可以高效地为汽车天窗进行清洁、提高人力清洁的工作效率、减少管理的难度及成本的汽车天窗清洁装置。下面将从各个零部件的材料选择确定相应的成本。6.1天窗清洁器的选择首先我们在买天窗清洁器的时候先看胶皮，胶皮的橡胶能有着良好柔韧度和足够的湿润度，才能保持与车窗玻璃的紧密性。

再就是我们在挑天窗清洁器时看看有骨还是无骨，有骨的使用范围比较广，无骨的没有支架，有骨的比较美观，无骨的是比较理想的选择。

我们还有在看一下防抖动，在挑天窗清洁器时，它比较好的防抖动性，可以地贴合在挡风玻璃上，会给胶条比较均匀的受力情况。

天窗清洁器在挑选时，要仔细检查安装在头部的橡胶片，如果橡胶片出现损伤、变形等会在使用的时候刮不干净。对于天窗清洁器的选择主要是能刮干净玻璃且不伤玻璃，市面上的大部分天窗清洁器已可以满足高强度记忆贴合玻璃、胶条润性强不伤玻璃等特点，价格在10-30元不等。6.2伸缩杆的选择目前市面上伸缩杆最常见的材料有不锈钢、低碳钢管烤漆或电镀处置、PE等，下面对这几种材质的特征进行说明和比较。

不锈钢是伸缩杆最常用的材质，不生锈，硬度高，耐磨擦，但是价钱高，为降低本钱，如今市面上的不锈钢管大多为复合材料，即外层不锈钢，内层钢管，外观漂亮，坚固耐用，价钱相对高些。市面上有很多不锈钢管，不锈钢并不是说就不会生锈，只是说抗锈能力强，生锈只是一个时间和环境的问题，另外不锈钢有很多种，最为常见的是201和304材质，市面上如今价钱40元以下的大局部均为201或者是201复合不锈钢管，其防锈是很差的。

PE，是通用塑料，树脂名为聚乙烯，是环保资料，可回收再应用。PE管材无毒，不腐蚀，不结垢，具备共同的柔韧性，较好的PE管断裂伸长率超越500%，还有优秀的耐刮伤痕才能，不容易损坏，当然PE管也不生锈，但硬度和耐摩擦性和前二者相比稍差些，但是足以接受浴帘的重量和冲击，价钱也相对廉价，所以普通运用，也是十分不错的选择。考虑到今后装置投入市场需要大量的工作，伸缩杆必须有良好的耐摩擦性，坚固耐用，因此选用不锈钢材质的伸缩杆。市面上每50cm的不锈钢伸缩杆价格在5-10元不等。6.3旋转清扫器的选择对于清扫器头部的选择，主要有以下几点要求：1材质不掉屑；2易除脏清洁不粘附污垢；3柔软毛刷，可贴合导轨；本次旋转清扫器头部选择猪鬓毛，能清扫细小灰尘，轻便耐用，清扫面积大，软硬适中，环保耐用。市场价在5-10元不等。6.4齿轮齿条材质6.4.1齿轮材质的选择对于齿轮材质的选择，主要看齿轮应用于哪种场合。1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮选用中碳钢，如Q235、Q275、40、45、50、50Mn等钢制造，常用正火或调质等热处理制成软齿面齿轮，正火硬度HBS160～200；一般调质硬度HBS200～280。因硬度适中，精切齿廓可在热处理后进行，工艺简单，成本低。齿面硬度不高则易于磨合，但承载能力也不高。这种齿轮主要用于标准系列减速箱齿轮、冶金机械、中载机械和机床中的一些次要齿轮。2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮选用中碳钢或合金调质钢，如45、50Mn、40Cr、42SiMn等钢，也可采用55Tid、60Tid等低淬透性钢。其最终热处理采用高频或中频淬火及低温回火，制成硬齿面齿轮，可达齿面硬度HRC50～55，齿轮心部保持正火或调质状态，具有较好的韧性。由于感应加热表面淬火的齿轮变形小，若精度要求不高(如7级以下)，可不必再磨齿。机床中绝大多数齿轮就是这种类型的齿轮。对表面硬化的齿轮，应注意控制硬化层深度及硬化层沿齿廓的合理分布。3.重载、高速或中速，且受较大冲击载荷的齿轮选用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，如20Cr、20CrMnTi、20CrNi3、18Cr2Ni4WA、40Cr、30CrMnTi等钢。其热处理采用渗碳、淬火、低温回火，齿轮表面获得HRC58～63的高硬度，因淬透性较高，齿轮心部有较高的强度和韧性。这种齿轮的表面耐磨性、抗疲劳强度和齿根的抗弯强度及心部抗冲击能力都比表面淬火的齿轮高，精度要求较高时，最后一般要安排磨削。它适用于工作条件较为恶劣的汽车、拖拉机的变速箱和后桥齿轮。碳氮共渗与渗碳相比，热处理变形小，生产周期短，力学性能高，而且还应用于中碳钢或中碳合金钢，所以许多齿轮可用碳氮共渗来代替渗碳工艺。内燃机坦克、飞机上的变速齿轮的负载和工作条件比汽车的更重、更恶劣，要求材料的性能更高，应选用含合金元素高的合金渗碳钢，以获得更高的强度和耐磨性。4.精密传动齿轮或磨齿有困难的硬齿面齿轮(如内齿轮)主要要求精度高，热处理变形小，宜采用氮化钢，如35CrMo、38CrMoAlA等钢。热处理采用调质及氮化处理，氮化后齿面硬度高达HV850～1200(相当于HRC65～70)，热稳定性好(在500～550℃仍能保持高硬度)，并有一定的抗蚀性。其缺点是硬化层薄，不耐冲击，故不适用于载荷频繁变动的重载齿轮，而多用于载荷平稳、润滑良好的精密传动齿轮或磨齿困难的内齿轮。近年来，由于软氮化和离子氮化工艺的发展，使工艺周期缩短，选用钢种变宽，选用氮化处理的齿轮逐渐广泛。为满足齿轮齿条啮合的要求，选用45号钢材质的齿轮，31齿，15mm厚，每个齿轮约5-10元。6.4.2齿条材质的选择不同应用场合要求采用的齿条加工要求不一，以下为齿条选材时需要考虑的一些因素：1.齿轮的破坏形式不同，工作条件不同，是确定齿轮强度计算准则和选材及热处理的根据。2.当结构尺寸要求紧凑，耐磨性高时，要采用合金钢。3.力求材料品种少，便于管理，考虑资源和供应情况。4.制造单位的设备及技术情况。5.对于受冲击载荷时，轮齿容易折断应选用韧性较好的材料，可选用低碳钢渗碳淬火。6.对于低速中载，轮齿折断，点蚀，磨损均可发生时，应选取机械强度，齿面硬度等综合机械性能好的材料，可选中碳钢调质精切。7.对于高速闭式传动，齿面易点蚀，应选用齿面硬度较好的材料，可选用中碳钢表面淬火。综上所述，为了更好的使齿轮齿条传动，最好选用同一材质，并且需要满足强度高、成本低的特点，因此选用45号钢作为齿轮齿条的材料，该材料具有较好的综合性能，齿面具有较高强度和硬度，齿芯具有较好的韧性。热处理后切齿精度可达8级，制造简单、经济、生产率高，对精度要求不高。对于本次装置中的15x30x144的齿条，市场价在40-50元不等。6.5轴承材质轴承的材质按材料分为陶瓷轴承、塑料轴承等。普通轴承钢、不锈钢、氮化硅和氧化锆四种轴承材料性能对照情况。陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能，抗高温、超强度等在新材料世界一马当先。近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。塑料轴承一般可以分为塑料滚动轴承与塑料滑动轴承；塑料滚动轴承与塑料滑动轴承的工作原理可以通过名称就可以区别开来，塑料滚动轴承工作时发生的摩擦是滚动摩擦，而塑料滑动轴承工作时发生的是滑动摩擦，滚动摩擦力的大小主要取决与制造精度，而塑料滑动轴承摩擦力的大小主要取决于轴承滑动面的材料。一、塑料轴承的优点：1、塑料轴承整体均是润滑材料，使用寿命长；2、塑料轴承使用中不会发生生锈现象且耐腐蚀，而金属类轴承易生锈不能用于化工液中；3、塑料轴承质量比金属轻，这更适合现代化的轻量型设计趋势；4、塑料轴承制造成本较金属类要低；塑料轴承采用的是注塑成型加工而成比较适合大批量生产；5、塑料轴承在运行中没有任何噪音，具有一定的吸振功能；6、塑料滑动轴承适合高低温工作-200～+250度；塑料滑动轴承不仅仅可以做成轴套的形状，也可以做成塑料直线滑动轴承，但前提是制成的材料必须经过自润滑改良以提高其综合耐磨性能。例如目前市场中常见的塑料直线轴承就是材料经过润滑剂以及增强纤维改性过工程塑料制成，其耐磨性能非常出色。由于塑料滑动轴承较金属类滑动轴承存在众多的优势，目前塑料轴承的产量正在日益扩大，塑料轴承的使用场合也在不断的延伸。从健身器材到办公设备以及汽车行业等等均采用了塑料轴承，目前在公路上行驶的汽车没有不使用塑料轴承的。二、陶瓷轴承的优点：1、由于陶瓷几乎不怕腐蚀，所以，陶瓷滚动轴承适宜于在布满腐蚀性介质的恶劣条件下作业。2、由于陶瓷滚动小球的密度比钢低，重量更要轻得多，因此转动时对外圈的离心作用可降低40%，进而使用寿命大大延长。3、陶瓷受热胀冷缩的影响比钢小，因而在轴承的间隙一定时，可允许轴承在温差变化较为剧烈的环境中工作。4、由于陶瓷的弹性模量比钢高，受力时不易变形，因此有利于提高工作速度，并达到较高的精度。本次装置中的轴承由于在轨道上运动，需要满足摩擦阻力小、转速高、空转效果好等要求，因此选用高碳钢GCr15，就是俗称的轴承钢，它有以下优点：（1）高的接触疲劳强度，（2）热处理后应具有高的硬度或能满足轴承使用性能要求的硬度，（3）高的耐磨性、低的摩擦系数，（4）高的弹性极限，（5）良好的冲击韧性和断裂韧性，（6）良好的尺寸稳定性，（7）良好的防锈性能，（8）良好的冷、热加工性能。本次设计的轴承内径为15mm，外径为24mm，每个轴承制造价为2元左右。6.6凹槽材质槽钢分普通槽钢和轻型槽钢。按形状又可分为4种：冷弯等边槽钢、冷弯不等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯外卷边槽钢。槽钢是截面为凹槽形的长条钢材，属建造用和机械用碳素结构钢，是复杂断面的型钢钢材，其断面形状为凹槽形。槽钢主要用于建筑结构、幕墙工程、机械设备和车辆制造等。在使用中要求具有较好的焊接、铆接性能及综合机械性能。生产槽钢的原料钢坯为含碳量不超过0.25%的碳结钢或低合金钢钢坯。而如今玻璃钢槽钢已逐渐代替传统材质的槽钢，被大众越来越多的接受并使用。玻璃钢槽钢是通过拉挤工艺成型的截面布局型材，具有许多的特点。1、耐腐蚀：玻璃钢槽钢具有优良的耐腐蚀性能，能耐不同程度的酸、碱、有机溶剂及盐类等各种气、液介质的腐蚀，不生锈。2、轻质高强：玻璃钢槽钢玻璃纤维含量高于其它复合材料成型工艺，因而纵向强度高。玻璃钢槽钢密度大约只有钢材的四分之一，因而比强度远高于钢材，玻璃钢槽钢模量比钢材要低，通常只有钢材的1/7

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1/10。3、抗老化：玻璃钢槽钢选用热固性树脂、玻璃纤维制造而成，不同于一般的热塑性塑料，产品正常使用寿命可达20年。添加抗紫外线剂和采用聚酯纤维毡可以获得抗老化效果。4、易保养：玻璃钢槽钢是将颜料调配到树脂中制作而成，产品颜色可按顾客要求任意调配，不易褪色，无需油漆维护并具有自洁作用。本次装置的凹槽选用玻璃钢材质，抗压性、耐冲击性强，市场价在30元左右。6.7电机的选择本次装置的电机主要能够驱动齿轮以及为扫把提供动力即可，因此选择6W，电压为220，可以正反转的电机即可。市场价在25元左右。6.8气泵的选择气泵主要用于清洁天窗排水口，考虑到排水口较小，所需的气泵功率不大，因此，选择一款小型气泵即可。市场价在25元左右。6.9软管的选择市面上常见的软管材料有以下几种：1.金属软管：金属软管由波纹管、网套和接头三部分构成。金属软管耐腐蚀、耐高低温、重量轻、柔软性好。广泛用于航空、石油、化工、冶金、电力、木材、建筑、医药、食品、交通等行业。2.不锈钢软管：主要是指材料由不锈钢制成的软管。不锈钢软管也叫单双勾不锈钢软管，P3型P4型单双钩金属软管，单扣软管，双扣软管，电线(气)抗拉保护软管，棉线不锈钢金属软管。不锈钢软管具有良好的柔软性、耐蚀性、耐高温、耐磨损、抗拉性、防水性，并且具有一定的屏蔽作用，可用作自动化仪表信号的电线保护软管。3.波纹软管：作为一种柔性耐压管件安装于液体输送系统中，能够起到减振、消音等作用，具有柔韧性高，抗扭曲，弯曲性能好，耐磨擦，耐酸性腐蚀等特点。4.塑料软管：塑料软管分为两种，一种是完全气密、水密的，用于运载火箭的推进剂输送，煤气、热水器等;另一种是用带料连续卷绕的，普通卷绕的波纹管用于保护电缆。5.橡胶软管：橡胶软管也就是钢丝编织胶管，其胶管由内胶层，二层钢丝编织夹层和外胶层三部分组成。橡胶软管可弯曲性能好，适用于输送液压流体。本次装置的软管主要用于连接外部气泵，需要有良好的弯曲性，能够较好的输送气体，因此选用不锈钢软管，做工精细、表面平滑光整、使用寿命长，由于本次软管的内径较小，制造成本相对较低，约为3元/米。6.10车架的选择市面上常见的车架材料有以下几种：1.钢材质：钢材质之所以会最早被使用，主要是因为以长时间来说，刚性最强之外，材料也较有弹性，比较不容易累积金属疲劳，而天然金属特性，也让车架接合等加工过程较易进行，初期的低价车种较多使用此材质，而后来研发出的新兴合金钢材，在不变的刚性下将重量减轻，多用来制作高强度的登山、下坡车，或是高价位珍藏公路车。但容易生锈，且相对较重。2.铝合金：铝合金是目前在单车上，使用最普遍的材质，以金属来说重量算轻，价格也较亲民，铝合金有许多优点，例如在短时间内，可以发挥最好的硬度和刚性表现，而其本身塑形容易，制作过程中透过力学原理，可轻易改变管型，并将管材抽得极薄，同时达到轻量与强度兼具的效果。铝车保养起来也简单许多，不像钢管那么容易生锈。但铝车架相对来说比较没有弹性，非常容易积累金属疲劳。3.碳纤维：碳纤维可以制作出极轻的车架，但是碳纤车也有它的缺点，其材质是靠编织而成，不能被更高硬度的材质摩擦，结构容易被破坏，而当遭受外力撞击、受力不均时，也较容易出现裂痕或直接断裂。本次装置的车架需要有一定的刚度和强度能够支撑其他清洁装置的重量，又不会过多增加整体装置重量，因此车架材料选用铝合金，市场价大约为30元。6.11本章总结目前，本项目在国内配套国外品牌汽车类似的功能部件销售价格为0.0189-0.0234万元(不含税价)；考虑到本项目产品质量高及行业市场发展趋势，为每套0.0189万元。为简化计算，预测期内价格无变化。根据项目进度，本项目第一年下半年(即2021年)产量将达到12500套，第五年正式达产，达30000套，以后依据市场需求适当变化，此处为评价方便，正常年份一律按年产30000计算。详细情况见表6-1、表6-2。表6-1各部分材料及对应价格表零件名称材料价格雨刮器橡胶10-30元伸缩杆不锈钢5-10元扫把刷头猪鬓毛5-10元齿轮45号钢5-10元齿条45号钢40-50元轴承高碳钢（轴承钢）2元凹槽玻璃钢30元电机铜、铝、玻璃纤维、热固性塑料等25元气泵铁等金属25元软管不锈钢3元/米车架铝合金30元表6-2产品产销量及售价预测表项目单位2017年2018年2019年2020年2021年产量套400010000250002800030000售价万元/套0.01890.01890.01890.01890.0189产值万元75.6189472．5529.2567第7章总结