毕业设计（论文）-汽车折叠后视镜机械结构的设计

摘要汽车是人们日常生活中的代步工具，在使用汽车的时候，往往都需要观察汽车左右以及后面路况的情况，需要汽车左右外侧布置的两个后视镜发挥作用。通过后视镜可以观察到车的两侧以及后面的路况情况，使得驾驶员能及时处理意外情况，避免发生碰撞。为了方便驾驶员对后视镜镜片左右、前后的调整，驾驶员通过车内的按钮来实现控制，以获得最佳的视野。但在后视镜使用过程中，由于限位和磨损等原因，后视镜经常出现超负荷折叠工作和异常声音等问题。本课题所设计的后视镜是与现有的汽车后视镜外形结构相同的前提下，对汽车后视镜内部机械结构进行了优化设计，以球铰作为万向支点，采用蜗轮蜗杆和螺杆复合传动方式实现了后视镜的镜片的左右、前后的角度调整，并且在后视镜整体机构的侧边设计了折叠机构，使其具有整体折叠功能。同时，对机构中的关键零部件进行了强度校核和仿真优化设计。关键词：后视镜机械结构设计仿真AbstractCarsareameansoftransportationinpeople'sdailylives.Whenusingcars,itisoftennecessarytoobservetheroadconditionsontheleft,right,andbackofthecar.Thetworearviewmirrorsarrangedontheleftandrightsidesofthecarwork.Throughtherearviewmirror,theroadconditionsonbothsidesandbehindthecarcanbeobserved,enablingthedrivertopromptlyhandleunexpectedsituationsandavoidcollisions.Inordertofacilitatethedriver'sadjustmentoftheleftandright,frontandrearrearviewmirrorlenses,thedrivercontrolsthemthroughbuttonsinsidethecartoobtainthebestfieldofview.However,duringtheuseoftherearviewmirror,duetolimitationsandwear,themirroroftenexperiencesissuessuchasoverloadfoldingandabnormalnoise.Therearviewmirrordesignedinthisprojecthasthesameexternalstructureasexistingcarrearviewmirrors.Theinternalmechanicalstructureofthecarrearviewmirrorhasbeenoptimized,usingaballjointastheuniversalsupportpointandusingawormgearwormandscrewcompositetransmissionmethodtoachievetheleftandright,frontandrearangleadjustmentoftherearviewmirrorlens.Afoldingmechanismhasbeendesignedonthesideoftheoverallrearviewmirrormechanism,makingithavethefunctionofoverallfolding.Atthesametime,strengthverificationandsimulationoptimizationdesignwerecarriedoutonkeycomponentsinthemechanism.Keywords:rearviewmirrorsmechanicalstructuredesignsimulation

目录148131、绪论 绪论1.1课题研究目的和意义随着现代化汽车工业的快速发展，车辆的安全性和驾驶的舒适性变得越来越重要。后视镜用于驾驶员观察车后的盲区。如果后视镜功能性不佳的话，会造成汽车在行驶过程中、倒车过程中出现碰撞，发生意外事故，大大影响了驾驶员的人身安全和生命的危险。传统的后视镜虽然可以给驾驶员提供视野，但是在不同环境下会存在一定的问题，比如说因机械结构的松动不可靠等原因而导致的振动问题、因后视镜形状设计不合理导致的视野盲区、锁车后无法电动折叠等。所以本次课题是设计一种后视镜的机械结构，让我对于后视镜的基本功能有更清晰的了解和认识，并熟练应用机械制图以及机械传动设计等相关专业知识，优化后视镜整体的机械结构。1.2后视镜的研究现状近些年来，国内方面上在汽车后视镜的结构方面做出了很多的研究。这些研究的目的都是在提高汽车后视镜的整体功能，保证它的可靠和稳定。1.2.1国内研究现状随着汽车行业在我国的兴起和发展，我国对后视镜的研究和要求也逐渐进入了一个崭新的阶段，国内的研究人员还主要是对后视镜的电动调节系统进行过相关的有按键，电动调节机构就是实现对后视镜的远近、上下、左右来进行角度的调节，是的驾驶员在使用的时候保证它的便利性，另外还增加了后视镜的可适应性与可靠性等其中后视镜的研究主要集中在以下几个方面：中国的汽车制造商和科研机构致力于改进传统后视镜的设计和功能，以适应日益复杂的交通环境和驾驶需求。他们在数字化技术、智能化功能、视觉算法等方面进行研究和创新，以提高后视镜的性能和便利性。这些努力旨在为驾驶员提供更清晰、更全面的视野，帮助他们更安全地驾驶车辆。通过整合高清摄像头、传感器技术和人工智能，这些创新有望为驾驶体验带来革命性的变化。此外国内在自动驾驶技术领域也有所突破，后视镜作为自动驾驶系统的重要组成部分之一，受到了广泛关注。中国的研究机构和企业致力于将后视镜与自动驾驶技术相结合，实现智能化驾驶和车辆互联。由于中国的地理环境和交通条件各异，有些地区的天气条件复杂，视野受限，因此对后视镜的需求也有所不同。研究人员致力于开发适应不同环境需求的后视镜产品，例如抗雾、防雨、夜视功能等。他们希望通过不断创新和改进，为驾驶者提供更安全、更便捷的驾驶体验。在不断追求技术突破的过程中，他们也在考虑如何使这些高新技术产品更加普及，让更多的车主能够受益。通过不懈努力，他们相信未来的后视镜产品将会更加智能化、人性化，为驾驶者带来更多的便利和安全保障。国内番木瓜的研究人员对于汽车后视镜进行的深入研究之中，通过现有先进的流线结构设计和智能软件镶嵌在后视镜，对其进行了相关的结构优化，如图1.1所示，此优化是包括了减少材料的使用量，并提高了结构的强度和刚度，是的后视镜在结构上比较的稳定，另外还提高了后视镜的调节范围，保证它具备有一定的灵活性，这些都使得后视镜在使用的时候它的性能都得到了很明显的提升。图1-1国内智能软件应用于汽车后视镜国内的研究人员还对后视镜的电动折叠系统进行过相关优化，电动折叠机构就是实现在锁车后后视镜的自动翻折，让驾驶员免去了锁车后手动折叠后视镜的麻烦，提高了车辆使用整体的便利性。他们通过改进电动折叠机构的设计和控制系统，使得后视镜可以更加稳定和快速地完成折叠动作，提升了用户体验。如图1.2所示，这些优化不仅提高了车辆的智能化水平，也增加了驾驶员的安全感和舒适度。随着科技的不断进步，相信后视镜的电动折叠系统会越来越普及，成为汽车行业的一个标配。图1-2电动折叠后视镜综合来看，中国在后视镜领域的研究主要集中在技术创新、应用于自动驾驶技术、适应特殊环境需求以及智能制造等方面。随着技术的不断发展和应用的推进，后视镜在中国的研究和应用前景将会更加广阔。1.2.2国外研究现状在国外，后视镜的研究和发展也十分活跃，国外的研究人员中在对后视镜的控制系统、结构、材料方面上都做出过相关的研究，使得后视镜在使用过程中增加了一些功能，比如说后视镜可以进行对镜片加热，保证在冬季使用过程中避免镜面上出现霜冻，另外还有对后视镜处理采用防眩目功能，以此来提高后视镜在使用的过程中的便利性。国外的汽车制造商和科研机构致力于开发数字化和智能化的后视镜技术。他们通过使用高分辨率摄像头、先进的图像处理算法和人工智能技术，实现后视镜的数字化显示和智能辅助功能，例如盲点监测、车道保持辅助、交通标志识别等。这些技术的应用不仅提高了驾驶安全性，还提升了驾驶体验和舒适度。随着自动驾驶技术的发展，数字化和智能化的后视镜将在未来成为汽车智能化的重要组成部分，为驾驶员提供更加便利和安全的驾驶环境。在国外数字化和摄像头取代化逐渐成为趋势，多个汽车制造商如奥迪、奔驰，在后视镜领域进行了数字化改进，采用摄像头替代传统镜面，利用显示屏在车内显示后方景象。这项技术能够提供更广阔的视野，减少盲点，提高安全性。图1-3奥迪etron电子后视镜此外国外的研究人员和设计师关注后视镜的人机交互和用户体验。他们致力于设计简洁直观的界面，提供用户友好的操作体验，并通过人因工程学的方法优化后视镜的布局和位置，以提高驾驶者的舒适感和安全性。其中一些国外的研究团队探索将增强现实和虚拟现实技术应用于后视镜中。他们通过将虚拟信息叠加在后视镜显示屏上，实现更丰富的驾驶辅助功能和信息展示，例如导航箭头、实时路况、周围车辆信息等，具体如图1.4所示。与国内所研究的重点相比较，国外的汽车行业越来越重视可持续性和环保，后视镜作为汽车的重要部件之一也不例外。一些研究团队致力于开发环保材料和制造工艺，减少后视镜的能源消耗和环境污染。图1-4实时导航应用于汽车后视镜总的来说，国外的后视镜研究主要集中在数字化和智能化技术、人机交互和用户体验、增强现实和虚拟现实技术以及可持续性和环保等方面。随着技术的不断发展和应用的推进，后视镜将会越来越智能化、功能丰富，并且更加符合用户的需求和期待。1.3后视镜的需求分析后视镜在使用中具备有很大的特点，主要的表现在以下的几个方面。（1）它是汽车安全功能的一个重要体现方面，因此它也被称之为是汽车的耳朵。这种功能可以帮助驾驶员更好地感知周围环境，包括其他车辆、行人和障碍物。通过提供更全面的信息，它有助于减少事故的发生，提高驾驶的安全性和舒适性。因此，现代汽车几乎都配备了这一重要的安全功能，使驾驶变得更加便捷和可靠。（2）汽车后视镜的设计学科包括了机械工程学、材料科学、光学等，应用领域比较的广，汽车后视镜的设计需要综合考虑各种因素，如抗震性能、视野范围、反射效果等。设计师需要具备多方面的知识和技能，才能设计出符合要求的高质量后视镜产品。（3）汽车后视镜除去它具备有反光镜的效果，还具备有电子显示屏、摄像头等功能，保证汽车行驶的更为的安全和可靠。汽车后视镜的电子显示屏可以实时显示后方的交通状况，摄像头则可以帮助驾驶员更清晰地观察车辆周围的环境。这些先进的功能大大提高了驾驶的便利性和安全性，让驾驶者更加放心和舒适地驾驶汽车。（4）汽车后视镜最为密切的学科是人机工程学，它在实际应用中所体现出来的角度、位置的调整是满足人们坐在车中来观察外面的情况的一个很好的体现。（5）汽车后视镜可以减少盲区，提供更广阔的视野。这对司机在变道或倒车时尤为重要，因为它能让他们看到可能存在的障碍物或其他车辆。清晰地了解周围环境对安全驾驶至关重要，有助于避免道路上的事故。（6）后视镜可以保证驾驶者能够舒适的驾驶，提供优越的舒适感觉。（7）合理设计的汽车后视镜结构有助于减少车辆行驶时的空气阻力，对降低油耗有一定的作用。此外，设计良好的后视镜还可以提高驾驶员的视野，增强道路安全性。通过减少盲点并清晰显示周围交通情况，驾驶员可以在驾驶时做出更明智的决策，最终降低事故风险。一个合理结构的后视镜的重要性不仅仅在于美观，还在于在车辆的空气动力学和安全性方面发挥着至关重要的作用。综上所述，后视镜是驾驶过程中不可或缺的安全装备，能够提供全方位的后方监控，为驾驶员创造更安全、更便利的行车环境。在选择后视镜时，应该根据自己的车型和驾驶习惯来进行合理的选择。不同类型的后视镜具有不同的功能和特点，例如普通后视镜、全景后视镜、盲点镜等。因此，本次设计在分析后视镜结构时，从零件计算校核和整体结构分析的角度对其进行全方面解构，以确保能更好地提升驾驶人员的安全性和舒适性。图1-5汽车后视镜1.4本课题主要研究内容设计出整套镜片电动调节和电动折叠的传动结构，确保其传动的精准性，增加其使用寿命，避免在日后长时间使用中过早出现因为磨损而导致的异响。（2）使用SW设计出单个零件的结构，再绘制装配模型。（3）使用UG进行运动仿真，保证其传动结构的可行性。（4）使用ANSYS进行有限元分析，针对具有任意复杂形状的几何形变变形体，完整获取在复杂外力作用下其内部准确的力学信息。确保在日后使用中其零件的结构强度及材料强度可靠。2、方案结构设计和分析2.1方案构思汽车后视镜的基本功能所要展现出来，按照实际使用的情况，并结合本次的设计的要求，为此对本次设计的后视镜的基本功能列出如下几项：（1）后视镜首先要保证其镜片是具备有反光功能，是一种凹透镜的镜片，可以方便观看汽车旁边后方的远处的地方，保证行驶过程中能够保证和后车的车距与侧车的车距。（2）后视镜的镜片可以进行前后、左右方向的调整。（3）后视镜的镜片可以水平、垂直方向进行折叠。（4）为了能够在冬季使用，避免后视镜的镜面出现霜冻现象，镜片具备有加热功能。那么按照这四个最为基本的功能，本次设计所能体现和展现出来的就是首先按要选择好镜片的规格，然后要选择好后视镜镜片的方向调整机构，并且要选择好后视镜的折叠机构，另外镜片增设具备有加热片，可以方便对镜片进行加热的功能。2.2方案结构设计和分析提出了基本构想后，开始对汽车后视镜的内部机械结构进行方案的设计，为此绘制出如下的方案简图。图2-1方案结构简图图2-1就是本次设计的汽车后视镜内部的结构简图，此汽车后视镜内部的机械结构主要的目的是对后视镜的镜片起到前后、左右方向角度的调整。这里从图2-1所示是看到其内部的结构，后视镜的内部包括有连接上壳体与连接下壳体，对应的上下壳体是内部安装有对镜片调整的机械结构。这里最上方的镜片下沿分别有三个球形铰接凸起，这里的三个球形铰接凸起分别与下方对应的球形铰接连接。这里的有两处的球形铰接连接是带有外螺纹的球形铰接螺杆，一个球形铰接对应的是一个通过压缩弹簧连接着的一个固定球铰。这里的球形铰接螺杆的外螺纹与蜗轮中间的螺纹孔相对应，这样就形成了螺旋传动，螺旋传动的最终是通过旋转运动转换成为直线的往复运动，这里蜗轮部分是固定不动的，它只做旋转运动，这个螺杆的螺纹部分是拧入到蜗轮对应的螺纹孔中，随着在蜗轮的转动，这个连接上的球形铰接螺杆就会相对于蜗轮中的螺纹进行升降的往复运动了。另外整个后视镜侧边设置一个折叠机构，它可以按照水平垂直方向进行折叠，折叠机构是通过直流减速电机带动一个转轴来转动，这里的转轴就与后视镜侧边的框架连接固定即可。司机可以通过车内的开关控制折叠机构，从而轻松调整侧镜的位置以适应自己的需求。这里的蜗轮传动的动力部分通过下图可以展现出来。图2-2后视镜电动调节镜片机械传动机构如图2-2，后视镜前后、左右调节机构的简图。这里的蜗轮是有两个，它们的转动是通过蜗轮蜗杆传递而来的，蜗轮蜗杆的传动都是通过直流电机驱动，随着两侧两个蜗轮都对应的转动，与之相配合的内孔上安装的球形铰接螺杆也就会实现升降的运动。这种设计有效地实现了升降运动的精准控制，使得设备可以根据需要灵活调整高度。蜗轮蜗杆传动结构的稳定性和可靠性也为设备的运行提供了保障，确保了工作效率和安全性。整个系统的协调配合使得设备的操作更加顺畅和高效。后视镜内部的镜片调整的基本原理已经清楚了，它应当是怎样进行调节的，这就需要按照图2-1和图2-2结合起来一起分析后视镜的角度调节的工作过程。在调节后视镜的角度时，首先需要根据图2-1中的示意图确定需要调整的角度，然后根据图2-2中的调节装置来进行相应的操作。通过调节装置，可以改变后视镜的角度，使其更加适合驾驶者的需求。调节后视镜的角度是非常重要的，可以帮助驾驶者更好地观察车辆周围的情况，提高行车安全性。如果需要对后视镜按照图2-1所示，所要实现后视镜镜片绕着显示屏进行里外的摆动运动，这里按照实际的后视镜应用就是前后的角度调整。也可以理解成为靠近显示屏的那一块镜片要向下运动，靠里面的镜片要向上运动，此时镜片按照实际情况上就是向后摆动。还有镜片要向左或者右移动的，那么对应的图2-1所示就是此镜片按照显示屏是左侧抬起要么要么就是镜片右侧抬起，按照这样的基本动作，并根据实际的镜片角度调整，这里总结出的几种情况的工作说明。首先，需要确保后视镜的电动机能够根据控制信号做出相应的移动和摆动动作。其次，根据不同的情况和需求，可以通过控制按钮或者旋钮来调整后视镜的角度和位置。在驾驶过程中，及时根据实际情况调整后视镜，可以有效提高驾驶安全性和舒适性。熟练掌握后视镜的操作方法是每位驾驶员都应该具备的基本技能之一。后视镜要实现前后角度的调整：这里如图2-2所示，这里两个蜗轮蜗杆转动，带动球形螺杆球铰进行提升运动，两个球形螺杆铰头就会将此处的镜片绕着固定的球铰进行向上运动，反之的话，就是这里的镜片绕着球铰就会向下运动，也就实现了后视镜的前后角度调整。这种设计能够让驾驶员根据需要灵活调整后视镜的角度，以获得更好的视野和驾驶体验。同时，球形螺杆铰头的结构设计也确保了后视镜在行驶过程中能够稳固地保持在所选角度，不会因为路况颠簸而发生意外调整。这种简单而有效的机械结构，让驾驶员在驾驶过程中更加安心和便利。后视镜要实现左右角度的调整：按照如图2-2所示，这里的右侧的那个蜗轮蜗杆不转动，只是转动左侧的蜗轮蜗杆，在蜗轮蜗杆的带动下，与之连接的球形螺杆铰头就会将此处的镜片绕着固定球铰向上顶起，这样就实现了镜片向左运动，反之，左侧的蜗轮蜗杆不动，由此的蜗轮蜗杆带动下就好使得由此的球形螺杆铰头顶起此处的镜片绕着固定球铰向上顶起，也就是此镜片向右运动，实现了两个方向也就是左右方向的角度调整。2.3后视镜总体的结构设计后视镜整体结构括一个外罩、外罩上的镜片，内部中的镜片角度调整装置共同安装在一个上壳体和下壳体的组合件中，内部包括安装有电机、蜗轮蜗杆、轴承座、升降螺杆球头枢轴、固定球铰、固定导向杆等零件，有关它的组合装配如下图所示。图2-3后视镜电调镜片部分内部结构简图图2-4上下壳体装配示意图图2-5电调镜片结构示意图2-6后视镜整体结构示意图

3、关键机械部件的结构设计3.1调整驱动功率计算这里对后视镜镜片的角度调整的运动是通过电机带动蜗轮蜗杆，并带动螺杆进行升降的运动实现的，这里的电机的驱动功率要结合这里的螺杆球铰的升降运动来进行相关的计算。这样可以确保后视镜镜片的角度调整能够精准而稳定地进行，从而提高驾驶员的行车安全性和舒适性。在设计和制造过程中，需要充分考虑电机的输出功率和螺杆球铰的承载能力，以确保整个系统的稳定性和可靠性。通过精密的计算和调试，可以使后视镜的角度调整运动更加灵活和精准。这里的螺杆球铰是顶起镜片进行相应的运动，那么就需要克服镜片的重力作用，按照驱动功率的基本计算公式如下（3-1）式中：愿意就是驱动力大小，这里可以近似取值是镜片的质量所产生的重力，单个的后视镜的镜片质量最大也不过50g，这里计算取值100g，那么驱动力大小就是1N；：驱动速度，这里近似是按照螺杆球铰的升降运动速度来，这里每秒钟预估最大的速度是40mm，所以驱动的速度就是；是传动效率，这里按照从直流电机输出之后经过蜗轮蜗杆、螺杆传动后才传递到镜片上，这里要计算的传动效率要取值蜗轮蜗杆和螺杆传动，蜗轮蜗杆的传动效率取值按照0.7，螺杆传动的传动效率取值0.5，所以总的效率就是所以计算出驱动功率大小为（3-2）3.2螺杆的规格选型这里的丝杆是一个普通螺纹的丝杆，计算出该普通螺纹的大小要先计算出它的公称直径。（3-3）式中：螺杆的中径；：驱动力的大小，这里的驱动力不能按照客服镜片的重量来确定了，这里要取大值，这里选择驱动力是100N；：螺母的形式有两种形式，一种是整体式的螺母，这种数值为。第二种是剖分式的螺母，是这个范围，这里取值选择整体式的螺母，也就是范围在。：丝杆的螺纹副所需要的压强大小，查询文献表12-1-9，；计算出来得出（3-4）这里按照最大的2.4mm来确定，本次设计选择公称直径为M30的普通螺纹，按照普通的细牙螺纹的螺距大小就是2.0mm。3.3直流电机选型与传动比分配这里直流电机输出之后经过蜗轮蜗杆、螺杆传动最终来传递到镜片的运动，这里的螺杆升降速度大小是，此处的螺杆的导程也就是螺杆螺纹的螺距大小2.0mm，由此计算出螺杆的转动速度就是（3-5）式中就是螺杆的螺距大小为2.0mm；是螺杆的升降速度也就是40mm/s，代入上式计算出螺杆的转速（3-6）这里选择的电机是直流小电机，它的规格参数如下表所示。表3-1直流电机参数表规格型号额定功率（W）启动转矩（m）额定转速（r/min）电流（A）电压（V）生产厂家DEC1625-S043.40.687472620.53812德马克按照电机的输出转速是47262r/min，螺杆的转动速度是1200r/min，由此就可以计算出蜗轮蜗杆所需要的传动比大小为（3-7）这里可以取值蜗轮蜗杆的传动比大小是1:40。3.4旋转运动蜗轮蜗杆传动设计本设计中的蜗轮蜗杆在三维SW中进行参数设置，输入参数之后蜗轮蜗杆即可生成，像蜗杆一样，两端的轴段分别按照草图绘制圆形然后拉伸实体即可完成。蜗轮的话也是同样，中间孔径按照M30的螺纹绘制出孔规格对应的图形即可。图3-1蜗轮的结构示意图这里的蜗杆材质是45号钢，采用淬火处理，硬度要求。蜗轮材质是ZCuSn10Pb1，这里是一种锡青铜的材质，蜗轮蜗杆传动比就是之前得出的40。3.4.1分度圆和中心距比值大小（1）选择当量摩擦系数运行速度按照，查询《设计》表13.6，取当量的摩擦系数数值是，（3-8）（2）选分度圆和中心距比值大小值查《设计》图在减速比是40和50的线之间上选取一点近似按照减速比40，查得（3-9）3.4.2中心距计算（1）蜗轮的转矩（3-10）（2）确定系数查《设计》表12.9得（3）转速系数（3-11）（4）弹性系数根据蜗轮副材料查《设计》表13.2，（5）寿命系数（3-12）这里的按照1500h计算，所以（3-13）（6）接触系数查询《设计》图13.12I上，这里按照ZI型蜗杆，得出为（7）疲劳强度极限大小查询《设计》表13.2，得出（3-14）（8）确定最小的安全系数选择（3-15）（9）中心距计算（3-3）取中心距3.4.3传动基本尺寸（1）蜗杆的头数（3-16）（2）蜗轮的齿数，此处取值是40（3-17）（3）计算模数（3-18）选择标准模数（3-19）（4）蜗杆的分度圆直径（3-20）查《设计》表13.4，取标准数值（5）蜗轮的分度圆直径（3-21）（6）蜗杆的导程角大小（3-22）（3-3）（7）蜗轮的宽度（3-23）取（3-24）（8）蜗杆的圆周速度（3-25）（9）相对滑动的速度（3-26）3.5蜗杆轴设计和校核设计蜗杆轴需要考虑到多个因素，包括载荷、转速、材料选择、润滑方式等。下面是设计蜗杆轴时需要考虑关键因素，首先需要确定蜗杆轴所承受的最大载荷和转矩，这将影响材料的选择以及轴的尺寸和设计。其次蜗杆轴的设计还需要考虑其所处的转速范围，高速运转时需要注意轴的强度和刚度，以及对轴承和润滑的要求。再根据所承受的载荷、转速等条件，选择适合的材料，常见的选择包括优质合金钢、不锈钢等，确保轴的强度、硬度和耐磨性。最后根据承受的载荷和转矩计算出合适的轴径和轴承面积，以及蜗杆的螺旋角度和螺距等参数。图3-2蜗杆轴的结构示意图3.5.1蜗杆轴的设计1、确定材料选择为45号钢，调质热处理硬度是。2、估算轴的最小直径参照《设计》表16.2，取，功率是0.0034KW，电机的输出转速为47462r/min。计算最小轴径大小（3-27）3、蜗杆轴的轴段设计蜗杆轴的轴段按照七个轴段来设计。第一个轴段此处电机是要插入到轴的孔中，这里的电机轴径大小是1.5mm，这里的轴段轴径中还需要考虑一个孔径大小是5mm，此段的轴径设计为5mm，另外该段的轴还需要安装一个轴承，这个轴承是深沟球轴承，对应的型号是619/5。同理第七个轴段也是安装轴承的，轴承对应的型号也同样是619/5。第二个轴段是轴承的轴肩轴段，此段的轴径设计为8mm，同理的第六轴段也是8mm。第三个轴段和第五轴段都是中间段的蜗杆两侧的过渡轴段，这里的两端的轴径大小分别是10mm。那么对应的中间的蜗杆轴段对应的蜗杆部分的分度圆直径大小是14mm。图3-3蜗杆轴3.5.2螺杆球铰的设计升降螺杆球铰枢轴作为一种常见的机械结构，主要用于调节和固定汽车后视镜的角度和位置。它的好处包括精确调节，升降螺杆球铰枢轴可以通过旋转螺杆来实现微小的角度调节，使驾驶者能够精确地调整后视镜的倾斜角度和水平位置，以获得最佳的视野效果。此外其稳定性良好螺杆结构提供了良好的支撑和固定，使得后视镜在调节后能够保持稳定，不易受到外部振动或颠簸的影响，保证驾驶者的视野清晰稳定。螺杆和球铰枢轴通常采用坚固耐用的材料制造，具有较强的耐磨性和抗腐蚀性，能够长时间保持良好的使用状态。与此同时升降螺杆球铰枢轴结构相对简单，易于安装和维护，不需要复杂的电子控制系统，具有较高的可靠性和稳定性。这种结构适用于各种类型的后视镜，包括手动调节和电动调节的后视镜，具有较强的通用性和适用性。综合来看，升降螺杆球铰枢轴能够提供精确的调节、稳定的支撑、耐用的性能和简单可靠的操作，因此在此次汽车后视镜的分析与设计中被采用。图3-4升降螺杆球铰枢轴的结构示意图1、确定材料该轴的材质同样是45号钢，调质热处理，硬度是HB250。2、初步估算轴的最小直径参照《设计》表16.2，取，功率大小是（3-28）转动速度是1200r/min，最小轴径要求就是（3-29）3、轴的结构设计此螺杆球铰轴中间轴段就是按照前面设计的螺纹也就是M30的尺寸，它的螺距是2mm，中间部位设计一个直径是20mm的孔，为了方便在中间插入一个导向杆，那么螺杆球铰轴在升降的时候就会保证它的运动平稳性。图3-5升降螺杆球头枢轴3.5.3蜗杆轴强度校核先对其进行受力分析，分析图如下图3-6蜗杆轴受力分析简图计算一下蜗杆轴蜗杆部位的圆周力大小（3-30）径向力的大小计算为（蜗杆部位的传动压力角是20度）轴向力大小计算为（β是蜗轮蜗杆导程角）那么水平面上两个轴承部位的支反力计算如下（3-31）（3-32）垂直面上的两个轴承位置的支反力计算如下（3-33）对应两个轴承位上的转矩大小分别为（3-34）（3-35）垂直面上的两个轴承位上的转矩大小（3-36）计算出两个位置上的合成弯矩大小分别是（3-37）（3-38）蜗杆轴的转矩计算为（3-39）当量的弯矩按照下式（3-40）为0.6，那么=0.6×0.7=0.42Nm两个位置上对应的最大当量弯矩分别为（3-41）（3-42）蜗杆轴对应的材质是45号钢，查询蜗杆轴材质是45号钢，查询《设计》表13.2，许用材料的应力，那么此轴对应的轴段部位截面强度要求如下（3-43）所以轴强度满足要求。图3-7蜗杆轴弯矩图3.5.4摆动球铰的设计摆动球铰是一种常见的机械连接件，通常用于连接汽车后视镜和车身。它的优点有多向调节，摆动球铰能够实现多向调节，包括水平、垂直和旋转方向的调整，使得驾驶者可以轻松地调整后视镜的角度和位置，以获得最佳的视野效果。摆动球铰具有良好的灵活性，可以在一定范围内自由转动和摆动，适应不同驾驶者的需求和习惯，提高了驾驶舒适度和便利性。尽管摆动球铰具有一定的灵活性，但在设定的位置时仍能保持稳定，不易受到外部振动或颠簸的影响，确保后视镜在行驶过程中保持良好的视野稳定性。摆动球铰结构相对简单，易于安装和维护，不需要复杂的电子控制系统，具有较高的可靠性和稳定性。摆动球铰适用于各种类型的后视镜，包括手动调节和电动调节的后视镜，具有较强的通用性和适用性。鉴于摆动球铰具有多向调节、灵活性、稳定性、简单可靠和通用性等优点，因此在此次连接汽车后视镜和车身的设计过程中被采用。图3-7摆动球铰的结构示意图3.5.5摆动球铰固定杆座的设计图3-8摆动球铰固定杆座摆动球铰固定杆座作为常用来固定摆动球铰到车身的装置，其稳定性作为最大的优点，具体表现在摆动球铰固定杆座能够提供良好的支撑和固定，使得摆动球铰连接的后视镜在行驶过程中保持稳定，不易受到外部振动或颠簸的影响，确保驾驶者的视野清晰稳定。固定杆座通常具有一定的调节功能，可以根据需要进行高度和角度的调整，以适应不同驾驶者的习惯和需求，提高驾驶舒适度和便利性。此外良好的固定杆座可以确保后视镜在行驶过程中不会松动或摇晃，降低了驾驶风险，提高了驾驶安全性。综合来看摆动球铰固定杆座具有稳定性、可调性、耐用性、简单可靠和安全性等优点，本次设计选取其作为连接摆动球铰和车身的重要装置之一，能够有效提高驾驶体验和安全性。3.5.6固定导向杆的设计图3-9固定导向杆固定导向杆是一种用于固定和引导机械部件运动的装置，其能固定导向杆能够确保被固定的机械部件在运动过程中保持精确的轨迹和位置，有助于提高设备的工作精度和稳定性。此外固定导向杆能够有效减少机械部件之间的摩擦和磨损，延长设备的使用寿命，降低维护成本。固定导向杆的结构相对简单，通过固定导向杆，机械部件的运动可以更加顺畅和高效，有助于提高设备的生产效率和工作效率。综上所述，固定导向杆具有精确性、稳定性、耐用性、减少摩擦、简单可靠和提高效率等优点，是许多机械设备中常见的重要组成部分。3.5.7后视镜壳体的设计后视镜壳体采用低风阻设计，迎风面积更小，更符合空气动力学，能降低汽车高速行驶阻力，降低油耗。图3-9后视镜壳体的结构示意图以上是对自主设计的非标件的重点计算和分析，都对于本次设计汽车后视镜提高设备性能和工作效率起着重要作用。3.6折叠机构设计3.6.1折叠驱动直流减速电机选型此处驱动的直流电机选型的时候先计算出驱动的回转力矩。按照下式计算式中：转矩大小；：驱动部分的转动惯量，这里按照后视镜整体部分的转动惯量进行计算；：折叠过程中的回转角速度；后视镜折叠的回转角速度按照下式计算（3-44）此处的是后视镜是水平、垂直方向折叠的角度，这里按照90度转动，大致按照转动九十度需要2秒种的时间就是，那么所需的时间就是。这样计算出后视镜折叠的回转角速度（3-45）此处的后视镜折叠部分的转动惯量可以近似按照不通过中心的物体来进行的转动惯量的计算，如图3-8所示。图3-8后视镜的转动惯量计算案例那么计算式就是（3-46）式中是后视镜的宽度尺寸为104mm=0.104m；是后视镜的转动部分的尺寸是0.4m；是后视镜的重心到达转动中心之间的距离，这里预估尺寸是0.2m；是后视镜的质量，这里按照3Kg计算，由式（3-46）代入后计算得出这里转矩计算得出就是（3-47）这里的后视镜摆动过程中的速度近似按照，然后计算出后视镜转动的速度大小就是（3-48）这里选择的直流减速电机是电机和减速齿轮箱配备一起的，这里的直流减速电机选择的是HF-GMP24系列的直流减速电机，该直流减速电机配备好的齿轮箱的传动比以及相关尺寸如下图所示。图3-9直流减速电机表3-2直流减速电动机参数这里选择如上图中的减速比是1:369，满载转速是13r/min的直流减速电机，它的输出力矩大小是，显然是大于前面计算出来的转矩大小，所以这里电机选择合适。3.6.2折叠转轴设计1、确定材料选择为45号钢，调质热处理硬度是。2、估算轴的最小直径参照《设计》表16.2，取，功率是，减速电机的输出转速为13r/min。计算最小轴径大小（3-49）3、折叠转轴的轴段设计这里的折叠转轴总共按照四段来设计。第一个轴段是将电机的轴插入到此轴的孔中，这里按照最小轴径设计的结果来看，此段的轴径设计为8mm。第二和第四的轴段是安装轴承的，这里的两端轴承设计选择为深沟球轴承6000，对应的该轴承的内孔直径尺寸是10mm，所以这两端轴径为10mm。第三轴段是中间的轴段与轴套和后视镜的右侧框架连接，这里的轴段设计为12mm，与它所连接的轴套的外径尺寸是20mm。3.7部分标准件的设计、选型与分析1、标准件的选型这里的标准件包括直流电机，还有蜗杆轴上安装的深沟球轴承、孔用弹性挡圈等。图3-10直流电机的结构示意图图5-2深沟球轴承619/5的结构示意图深沟球轴承是一种常见的滚动轴承，其结构简单，深沟球轴承由内圈、外圈、滚动体（通常是钢球）和保持架组成，结构相对简单。由于采用了滚动体，深沟球轴承能够承受较高的径向和轴向载荷。深沟球轴承适用于各种转速和工作条件下，常用于汽车、摩托车、电机、风扇、传动装置等设备中。深沟球轴承通常具有标准化尺寸，安装简便，易于维护。由于滚动体的使用，深沟球轴承具有较好的高速旋转性能。一些深沟球轴承具有密封结构，可以有效防止灰尘、水分等外界物质的侵入，延长轴承使用寿命。总的来说，深沟球轴承是一种性能可靠、应用广泛的滚动轴承，在各种机械设备中都有重要作用。图5-3孔用弹性挡圈的结构示意图仿真与有限元分析4.1运动仿真分析的目的为了确保整套电调镜片结构和电动折叠结构从理论可行结构变成实际可行结构，本课题做了整套机构的运动仿真，确保整套结构可以实际运行起来。同时本课题做了爆炸图，确保在实际装配中所有设计都是可以装配的。4.2电调镜片仿真分析如图4-1所示为汽车后视镜的机械结构SW的爆炸图视频截图，其对于后视镜的整体结构进行了进一步的分析，后视镜的内侧包含连结上部壳体与下部壳体，在镜片的顶部下缘，有三个铰链状突起，它们分别与下面相应的球面铰链相连。在两个接合点上，各有一球铰，球铰与球铰座相连，并由一压缩弹簧连结。球铰链丝杠的外螺纹与蜗杆中心的螺纹孔相对应，构成了一种螺旋传动，使转动变为直线往复运动。蜗轮部是静止的，仅作转动，螺杆的螺纹段旋进相应的螺孔内，当蜗轮旋转时，所联接的球铰螺杆则相对于蜗轮的螺纹作升降往复运动。图4-1整体爆炸图如图4-2所示为汽车后视镜的机械结构SW的解除爆炸图，其包括上述分析计算的绝大部分零件：螺杆、蜗轮蜗杆、蜗杆轴、升降螺杆球铰枢轴、固定导向杆、摆动球铰、摆动球铰固定杆座等零件，解除爆炸的过程更清晰的诠释了各零件之间的配合这些零件的精密设计和配合使得汽车后视镜能够顺畅地进行升降和摆动调节，为驾驶员提供了更好的视野和驾驶体验。每个零件都扮演着重要的角色，共同构成了这一复杂而高效的机械结构。在日常使用中，驾驶员可以轻松地通过操作开关来调节后视镜的位置，从而获得最佳的视野角度。整个结构的设计不仅考虑了功能性和稳定性，还注重了用户操作的便捷性和舒适性。汽车后视镜的机械结构SW的解除爆炸图展现了现代汽车工程技术的精湛之处，为汽车制造业的发展增添了新的亮点。图4-2解除爆炸图图4-3电调镜片结构的仿真4.3折叠机构的运动仿真如图4-4、4-5，电机驱动转轴杆，带动后视镜壳体整体旋转，达到折叠运动。图4-4后视镜打开状态图4-5后视镜折叠状态4.4蜗杆的有限元分析4.4.1有限元分析的目的针对具有任意复杂形状的几何形变变形体，完整获取在复杂外力作用下其内部准确的力学信息。为确保零件在日后使用过程中的可靠性，本课题使用ANSYS软件对关键零件蜗轮蜗杆进行了有限元分析，在设置合适的材料性能设定后，施加略大于日后使用过程中需要的力，如果零件形变可控，则设计符合要求，如果形变过大，则优化设计。4.4.2蜗杆的材料性能蜗杆的材料为45号钢，如图4-6，其密度为7890kg/m³，其杨氏模量为20900GP，其泊松比为0.269。图4-6蜗杆的材料性能4.4.3网格划分这里网格划分的单元尺寸本课题选用的是0.5mm，对蜗杆整体进行网格划分，平滑程度设置为最高得到结果如图4-7所示，共得节点80603个，单元46777个。图4-7蜗杆的网格划分4.4.4固定支撑与施加力这里由于主要分析蜗轮蜗杆配合后的形变，所以支撑固定在蜗杆轴的两个端面，力则施加在如图4-8红色部分的蜗轮蜗杆配合的连续表面上。力的大小设置为1MPa。图4-8固定约束与施加力4.4.5形变结果经ANSYS计算后，得出结论总形变最大为3.9706mm，出现在蜗杆最薄处，考虑到这里力施加为1MPa，实际使用过程中蜗杆受力远不到1MPa，故蜗杆设计符合要求。4-8总形变同时本课题在这里还做了静态结构定向变形分析，如图4-9、4-10、4-11所示，在X轴方向形变为2.7044mm，在Y轴方向形变为2.8532mm，在Z轴方向形变为3.0921mm，均符合要求。4-9X轴方向形变4-10Y轴方向形变4-11Z轴方向形变4.5蜗轮的有限元分析4.5.1蜗轮的材料性能蜗轮的材料为锡青铜，如图4-12，其密度为88007890kg/m³，其杨氏模量为77GP，其泊松比为0.35。图4-12蜗轮的材料性能4.5.2网格划分这里网格划分的单元尺寸本课题选用的是1mm，对蜗杆整体进行网格划分，平滑程度设置为最高得到结果如图4-13所示，共得节点126426个，单元73020个。4-13蜗轮的网格划分4.5.3固定支撑与施加力如图4-14，由于主要分析蜗轮蜗杆配合后的形变，所以支撑固定在蜗轮的内部，力则施加在如图4-15红色部分的蜗轮蜗杆配合的表面上。力的大小设置为1MPa。图4-14蜗轮的固定支撑4-15蜗轮的施加力4.5.4形变结果经ANSYS计算后，得出结论总形变最大为0.00026693mm，出现在蜗轮齿尖处，考虑到这里力施加为1MPa，实际使用过程中蜗杆受力远不到1MPa，故日常使用中此形变可以忽略不计，故蜗轮设计符合要求。4-16总形变同时本课题在这里还做了等效应力以及静态结构定向形变分析，如图4-17、4-18、4-19、4-20所示，等效应力最大为3.8476MPa，在X轴方向形变为4.1965mm，在Y轴方向形变为7.5728mm，在Z轴方向形变为6.3239mm，均符合要求。4-17蜗轮的等效应力4-18X轴方向形变4-19Y轴方向形变4-20Z轴方向形变4.6整体装配结构完成汽车后视镜的机械结构中的所有零件后就开始进行装配，装配的开始选择第一个零件是可以选择外壳罩体作为固定的零件，这个零件插入到装配体的模型中时固定不动的。然后按照自内朝外的顺序来进行相应的装配各个零件，它们装配配合的方法是和普通的一个个零件的插入配合约束是一样的。依次装配的时候按照插入的过程中应用到装配的时候所应用到的同心配合、重合配合等，然后将汽车后视镜的机械结构的三维图形装配完成。接着，我们需要确保每个部件都被正确地安装在汽车后视镜上，以确保整个结构的稳固性和可靠性。在装配过程中，要特别注意每个零部件的位置和角度，以避免出现任何不良影响后视镜使用的问题。最后，经过严格的质量检查和测试，确保汽车后视镜的机械结构完全符合设计要求，可以正常使用。图4-21装配图经济性分析汽车后视镜的机械结构经济性分析主要涉及到设计、材料选择、制造成本、使用寿命和维护成本等方面。在设计方面，需要考虑到后视镜的稳定性、调节性能和外观美观等因素。材料选择则需要综合考虑材料的强度、耐腐蚀性和重量等特性。制造成本的控制可以通过优化生产工艺和提高生产效率来实现。而使用寿命和维护成本则需要在设计阶段考虑到材料的耐久性和维护便捷性。下面是一些可能影响后视镜机械结构经济性的因素：（1）设计成本：后视镜的设计需要考虑到外形美观、空气动力学、调节方便等因素。设计成本取决于设计工程师的工作时间和使用的软件工具等。在设计过程中，工程师还需要考虑到后视镜的材质选择、耐久性、以及与整车外观的协调性。此外，确保后视镜的功能性和安全性也是设计中至关重要的因素。设计团队需要密切合作，不断优化方案，以确保最终的产品符合设计要求并能够满足用户的需求。（2）材料成本：选择后视镜的材料会影响到成本。通常后视镜使用的材料包括塑料、玻璃、金属等，各种材料的价格不同。不仅如此，材料的质量也会直接影响到后视镜的耐用性和性能表现。因此，在选择后视镜的材料时，除了考虑成本因素外，还需要综合考虑材料的质量和性能特点，以确保后视镜能够长时间稳定地使用。（3）制造成本：制造成本包括零件加工、组装、检验等各个环节的成本。后视镜可能包含多个部件，需要考虑到零件加工的复杂度和成本，以及组装过程中的劳动力成本。在制造成本中，还需要考虑到原材料的采购成本，运输成本，以及可能出现的废品损耗成本。另外，为了保证产品质量，还需要投入一定的检验成本来确保每个后视镜都符合标准。总的来说，制造成本是影响后视镜最终售价的重要因素之一。（4）使用寿命：后视镜的使用寿命影响着维修和更换成本。耐用的材料和结构设计可以延长后视镜的使用寿命，降低维修和更换的频率。选择高质量的后视镜品牌和定期保养也是延长使用寿命的关键因素。另外，避免碰撞和不当使用也能有效减少损坏的风险，进而节省维修成本。因此，在选择后视镜时，除了外观和功能外，也要考虑其耐用性和维护保养的便利性。（5）维护成本：后视镜可能需要定期清洁、调节或维修，这些维护活动会产生额外的成本。设计简单、易于维护的后视镜可以降低维护成本。在后视镜的制造中加入高质量的材料和部件也可以有助于从长远来看降低维护成本。另外，明确的清洗及调节方法有助于使用者适当保养后视镜，延长其使用寿命。通过在设计过程中优先考