汽車雨刮器設(shè)計(jì)報(bào)告

目錄目錄 1摘要 1第一章汽車雨刮器設(shè)計(jì)的價(jià)值及意義 3第二章汽車雨刮器機(jī)構(gòu)的原理 42.1雨刮器的運(yùn)作原理……………………4圖……………52.3性能與技術(shù)要求………………………7第三章設(shè)計(jì)方案確定 9第四章分析設(shè)計(jì)及計(jì)算 114.1電機(jī)的參數(shù)……………114.2連桿機(jī)構(gòu)分析…………11第五章雨刮器的使用方法 15第六章本次設(shè)計(jì)心得體會 176.1設(shè)計(jì)總結(jié)………………176.2設(shè)計(jì)展望………………17參考文獻(xiàn) 19摘要汽車雨刮器是用來清掃汽車風(fēng)窗玻璃上的雨雪和塵埃的裝置，是汽車不可缺少的重要部件。很多汽車制造企業(yè)將雨刮器列為汽車的平安部件,并將雨刮器的一些功能特性(如刮刷頻率)列為平安特性,其目的是要求雨刮器在工作時(shí)既能及時(shí)刮清汽車風(fēng)窗玻璃上雨雪雜物,又不能影響駕駛員的視線；除此以外,汽車雨刮器在停頓狀態(tài)還有一個(gè)關(guān)鍵功能要求自動復(fù)位功能,即雨刮器在停頓工作時(shí)，雨刮器的刮刷子系統(tǒng)(由刮桿和刮片組成)自動停頓在汽車風(fēng)窗玻璃下沿的規(guī)定區(qū)域，其目的也是為了不阻擋駕駛員的視線。關(guān)鍵詞：雨刮器；功能；自動復(fù)位；平安性汽車雨刮器設(shè)計(jì)的價(jià)值及意義最早的雨刮器是由一個(gè)搖臂與夾有橡皮刮片的臂組成，由司機(jī)手工操作。后來為了看位的需要，在左右兩側(cè)都裝上了刮水臂，用連桿連接，成為手動雙刮水片，也就是今天汽車雨刮器的原始型。后來的雨刮器用氣壓差來代替人力，稱為真空雨刮器。用一根管子接到發(fā)動機(jī)，利用發(fā)動機(jī)的真空度來驅(qū)動雨刮器里面的活塞，推動搖臂轉(zhuǎn)動，雨刮器就可以動作了。40年代初期，汽車上陸續(xù)安裝了電動雨刮器取代真空雨刮器。不過，直到80年代初，我國一些客車和貨車仍然使用真空雨刮器?，F(xiàn)在，汽車已經(jīng)全部使用電動雨刮器了。雨刮器看似簡單，實(shí)際上構(gòu)造并不簡單，雨刮器總成含有電動機(jī)、減速機(jī)、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、刮水片總成等。當(dāng)司機(jī)按下雨刮器的開關(guān)時(shí)，電動機(jī)啟動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿的增扭作用驅(qū)動搖臂，搖臂帶動四連桿機(jī)構(gòu)，四連桿機(jī)構(gòu)帶動安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動，最后由轉(zhuǎn)軸帶動雨刮片刮掃擋風(fēng)玻璃。雨刮器是汽車本身系統(tǒng)的重要組成局部之一，關(guān)系到汽車雨天行車平安性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界雨天行車7%的交通事故是由駕駛員手動操作雨刮器引起的。當(dāng)司機(jī)關(guān)閉雨刮器時(shí)，雨刮臂往往不停在適當(dāng)?shù)奈恢?，阻礙司機(jī)的視線。為解決這一問題，雨刮器設(shè)有一個(gè)回位開關(guān)，它控制雨刮器電機(jī)，當(dāng)雨刮臂停在擋風(fēng)玻璃下的適當(dāng)位置時(shí)，電機(jī)才會停頓運(yùn)轉(zhuǎn)?，F(xiàn)今的雨刮器已經(jīng)普遍采用快檔、慢檔、間歇控制檔。其中間歇控制檔一般是利用電機(jī)的回位開關(guān)觸點(diǎn)與電阻電容的充放電功能使雨刮器按照一定周期刮掃，即每動作一次停頓2-12秒時(shí)間，對司機(jī)的干擾更少。有些車輛的雨刮器還裝有電子調(diào)速器，該調(diào)速器附帶感應(yīng)功能，能根據(jù)雨量的大小自動調(diào)節(jié)雨臂的擺動速度。雨大刮水臂轉(zhuǎn)得快，雨小刮水臂轉(zhuǎn)得慢，雨停刮水臂也停。雨刮臂是重要的平安件。它必須能有效的清楚雨水、雪和污垢；能在高溫〔攝氏零上80度〕和低溫〔攝氏零下30度〕下工作；能抗酸、堿、鹽等有害物質(zhì)腐蝕。使用壽命到達(dá)15萬次掛刷循環(huán)。汽車雨刮器機(jī)構(gòu)的原理雨刮器的運(yùn)作原理雨刮器的動力源來自電動機(jī)，它是整個(gè)雨刮器系統(tǒng)的核心。雨刮器電動機(jī)的質(zhì)量要求是相當(dāng)高的。它采用直流永磁電動機(jī)，安裝在前擋風(fēng)玻璃上的雨刮器電動機(jī)一般與蝸輪蝸桿機(jī)械局部做成一體。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的作用是減速增扭，其輸出軸帶動四連桿機(jī)構(gòu)，通過四連桿機(jī)構(gòu)把連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動改變?yōu)樽笥覕[動的運(yùn)動。雨刮器電機(jī)采用3刷構(gòu)造以方便調(diào)速。間歇時(shí)間由間歇繼電器控制，利用電機(jī)的回位開關(guān)觸點(diǎn)與繼電器電阻電容的沖放電功能使雨刮器按照一定周期刮掃。雨刮器的刮片膠條是直接去除玻璃上雨水和污垢的工具。刮片膠條通過彈簧條壓向玻璃外表，它的唇口必須與玻璃角度配合一致，方能到達(dá)所要求的性能。一般情況下在汽車組合開關(guān)手柄上有雨刮器控制旋鈕，設(shè)有低速、高速、間歇三個(gè)檔位。手柄頂端是洗滌器按鍵開關(guān)，按下開關(guān)有洗滌水噴出，配合雨刮器洗滌擋風(fēng)玻璃。洗滌器系統(tǒng)是目前汽車上很普遍的裝置，它由儲水箱、水泵、輸水管、噴水嘴組成。其中儲水箱一般是1.5升-2升的塑料罐，水泵是一種微型電動離心泵，通過它將儲水箱的洗滌水輸向噴水嘴，經(jīng)2-4個(gè)噴水嘴的擠壓作用將洗滌水分成細(xì)小的射流噴向擋風(fēng)玻璃，配合雨刮器起到清潔擋風(fēng)玻璃的作用。除了前擋風(fēng)玻璃雨刮器外，許多乘用車還裝置了后玻璃窗雨刮器，駕車者雨天能看到后面的東西。有些高級乘用車上的前照燈也安裝有類似雨刮器的清潔裝置。后玻璃窗雨刮器和前照燈清潔裝置沒有專門的四連桿機(jī)構(gòu)，只在電動機(jī)上附加一個(gè)緊湊的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，〔例如齒條齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)〕，將旋轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動。據(jù)歐美法規(guī)定，當(dāng)前照燈臟污到照明度降到20%時(shí)，前照燈清洗裝置應(yīng)當(dāng)在8秒內(nèi)洗滌干凈污垢，使照明度恢復(fù)到80%。前照燈洗滌用的水由擋風(fēng)玻璃雨刮器儲水箱提供，其噴水嘴的位置要設(shè)置合理才能使車輛在任何速度下都能使洗滌水噴到燈面上。目前國內(nèi)應(yīng)用比擬普遍的雨刮器形式總共有四種，分別為同向刮刷、對刮、單臂可控刮刷和普通單臂刮刷。前2種根據(jù)電機(jī)數(shù)目不同，可分為單電機(jī)驅(qū)動和雙電機(jī)驅(qū)動。其中具備私服功能的雙電機(jī)的對刮模式是目前比擬先進(jìn)的刮刷方式。傳統(tǒng)雨刮器有如下特點(diǎn)：雨刮采用對刮和同向刮刷方式布置，這使得刮刷面積增大了10%，刮刷時(shí)盲區(qū)進(jìn)一步減少。雨刮片更符合空氣動力學(xué)特性。在關(guān)閉雨刮器的狀態(tài)下，雨刮將完全收進(jìn)雨刮槽內(nèi)，這樣就減少了空氣阻力。雨刮片的空氣動力學(xué)部件在車輛高速狀態(tài)下的下壓力更強(qiáng)，防止了下壓力不強(qiáng)造成的刮刷不干凈現(xiàn)象。雨刮器采用雙電機(jī)設(shè)計(jì)左右雨刮間不存在機(jī)械連接，減少了噪聲，同時(shí)也節(jié)省了布置空間。伺服系統(tǒng)能在雨刮片接近上刮刷位置時(shí)自動降低刮刷速度進(jìn)而到達(dá)上刮刷位置，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)則雨刮向相反方向刮刷，這樣大大降低了刷片突然反轉(zhuǎn)造成的噪聲。對于普通單臂刮刷式雨刮器而言，構(gòu)造最簡單，本錢最低，但刮刷面積不夠大是其最大缺點(diǎn)。對于單臂可控刮刷式雨刮器而言，刮刷面積最大是其最大優(yōu)點(diǎn)，但其構(gòu)造和控制方式較復(fù)雜，使用頻率較低。工作原理圖雨刮器的工作原理圖如下所示各檔控制原理圖下面作簡單介紹：低速檔控制把組合開關(guān)的刮水手柄打到“I〞檔，電流從蓄電池正極—熔斷器—共用電刷—電樞繞組—低速電刷—開關(guān)觸點(diǎn)—搭鐵。高速檔控制把組合開關(guān)的刮水手柄打到“II〞檔，電流從蓄電池正極—熔斷器—共用電刷—電樞繞組—高速電刷—開關(guān)觸點(diǎn)—搭鐵。自動復(fù)位控制電流從蓄電池正極—熔斷器—共用電刷—電樞繞組—低速電刷—開關(guān)觸點(diǎn)—觸點(diǎn)臂5—銅環(huán)9—搭鐵。間歇運(yùn)動控制當(dāng)組合開關(guān)的刮水手柄打到間歇檔時(shí)，間歇刮水控制器開場工作，定時(shí)接通低速刮水繼電器，刮水器以間歇形式刮水，工作電路與低速電路一樣。間歇時(shí)間由間歇繼電器控制，利用電機(jī)的回位開關(guān)觸點(diǎn)與繼電器電阻電容的充放電功能使雨刮器按一定周期刮掃。性能與技術(shù)要求性能要求序號工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求1刮刷面積至少覆蓋A區(qū)域的98%，B區(qū)域的80%2刮水頻率高頻≥45次/min，低頻≥20次/min且≤45次/min，上下頻之差≥15次/min。3刮片復(fù)位刮水器關(guān)閉，刮片自動返回至初始位置。4壓緊力曲刮≥0.12N/cm，平刮≥。5刮刷效果初期：整個(gè)刮刷范圍內(nèi)充分干凈，不出現(xiàn)任何掛刷痕跡；：整個(gè)刮刷范圍內(nèi)充分干凈，不出現(xiàn)任何掛刷痕跡；：允許局部出現(xiàn)模糊狀刮痕。6刮片耐久性次各國技術(shù)要求國標(biāo)GB15085EEC78-318美國國家標(biāo)準(zhǔn)刮水器刮刷頻率高頻≥45次/min，低頻≥20次/min且≤45次/min。上下頻之差≥15次/min。高頻≥45次/min，低頻≥10次/min且≤55次/min。上下頻之差≥15次/min.。高頻≥45次/min，低頻≥20次/min上下頻之差≥15次/min刮水器的固定此項(xiàng)空白刮片的固定構(gòu)造和固定方法應(yīng)當(dāng)保證能夠從風(fēng)擋玻璃外外表拆下刮片以便于手動清洗。此項(xiàng)空白此外，刮水器還應(yīng)經(jīng)過以下試驗(yàn)：上下溫試驗(yàn)：即刮水器在-40℃—80℃溫度條件下應(yīng)能正常工作，金屬件的油漆層和塑料噴涂層應(yīng)無皺縮和起層現(xiàn)象。耐久性試驗(yàn)：刮水器經(jīng)此刮刷循環(huán)后，應(yīng)扔符合相關(guān)規(guī)定。刮水器〔除膠條外〕經(jīng)次刮刷循環(huán)后，應(yīng)仍具有工作能力，刮桿對刮片壓緊力的變化率應(yīng)在15%以內(nèi)，各零部件不得有明顯松動或其他異?，F(xiàn)象出現(xiàn)；膠條耐久性不應(yīng)低于次。其他還應(yīng)經(jīng)過上下溫交變試驗(yàn)、電機(jī)連桿耐久性試驗(yàn)及洗滌器耐久性檢測。

設(shè)計(jì)方案確定系統(tǒng)總方案：電動機(jī)——傳動系統(tǒng)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)初選三種方案，如下：方案一：電動機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶輪電動鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)完成轉(zhuǎn)動到擺動運(yùn)動形式的改變。方案二：電動機(jī)帶動齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪的減速增拒后，有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動運(yùn)動轉(zhuǎn)變成擺動運(yùn)動。方案三：電動機(jī)帶動渦輪蝸桿完成轉(zhuǎn)動，渦輪蝸桿的轉(zhuǎn)動帶動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)擺動，完成運(yùn)動。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速較大，如果用第一種和第二種方案則造成齒輪機(jī)構(gòu)龐大，不符合汽車設(shè)備輕便的要求；如果用混合輪系則造成機(jī)構(gòu)復(fù)雜，安裝維修，麻煩，并且設(shè)備昂貴。綜合比擬采用第三種方案。對于第三種方案，可以有0極位角，和有極位角度兩種設(shè)計(jì)，對實(shí)際情況，為了使安裝簡便，使用有小角度的極位角設(shè)置，本課題方案采用小角度極位角設(shè)置。分析設(shè)計(jì)及計(jì)算電機(jī)的參數(shù)由電機(jī)的轉(zhuǎn)速選擇渦輪蝸桿可以計(jì)算出渦輪蝸桿的比為i=w1/w2=1000/30=33.3,以此作為渦輪蝸桿選用參數(shù)。連桿機(jī)構(gòu)分析連桿的構(gòu)造圖如下：機(jī)構(gòu)的合理性表1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析符號ac單位數(shù)據(jù)301204015500系統(tǒng)的要求為搖桿擺動角度為120°，設(shè)搖桿的長度為40mm，如上圖右邊建立基準(zhǔn)。設(shè)連架桿的長度為b，主動桿的長度為a，從動桿的長度為c，機(jī)架的長度為d。設(shè)d=107.67，四桿機(jī)構(gòu)必須符合的條件為：a＜ba＜ca＜da+b<c+da+c<b+da+d<b+c所以設(shè)置的機(jī)構(gòu)可以按設(shè)定的軌跡做運(yùn)動。分析機(jī)構(gòu)的急回特性當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動到右極限位置時(shí)，主動桿與機(jī)架的夾角：A=arctan(c*sin30/(d+c*cos30))=8°當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動到左極限位置是，主動桿與機(jī)架的夾角：所以機(jī)構(gòu)的極位夾角為：C°機(jī)構(gòu)的數(shù)度變化系數(shù)為：急回運(yùn)動不是很明顯。靜態(tài)分析機(jī)構(gòu)的受力特點(diǎn)機(jī)構(gòu)的搖桿與連架桿的鉸鏈的受力如下〔在右極限位置〕桿受到的摩擦力矩為，其中e為雨刷桿的長度，f為刷雨時(shí)受到的摩擦力，f始終與雨刷垂直并且大小不變，給定的參數(shù)為f=15N，一般的雨刷長度為300mm，可以簡化為在中點(diǎn)受力。則連架桿為二力桿，其受力為與連架桿重回位置，設(shè)為，由平衡方程可得搖桿與機(jī)架相連的鉸鏈?zhǔn)芰?，得在材料所能承受的范圍?nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。在左極限位置時(shí)主動桿與連架桿相重合，如下列圖所示：則主動桿的兩個(gè)鉸鏈?zhǔn)艿降牧Χ际菫?0.42N，即,，但是通過渦輪蝸桿的減速增矩可以有足夠的力帶動起來,40.42N的力普通的材料就可以承受，所以設(shè)計(jì)合理。雨刮器的使用方法雨天，當(dāng)雨點(diǎn)灑落在車窗玻璃上時(shí)，車前方的視線很快就受到阻礙，車輛、行人和景物都變得模糊不清。此時(shí)，開啟雨刮器，車前方就會一片清晰。如果雨天駕駛車輛，不使用雨刮器或雨刮器發(fā)生故障而不能正常工作的話，對行車平安十分不利。首先，大雨之前，應(yīng)檢查汽車雨刮器是否能正常工作。其次，暴雨天，急速而且大顆的雨點(diǎn)打在風(fēng)窗玻璃上，即使雨刮器運(yùn)動再快，也難刮凈雨點(diǎn)，致使駕駛員的視線受到影響，為了確保行車平安，應(yīng)立即停駛。雨刮器能發(fā)揮良好作用的關(guān)鍵是：橡膠的雨刮條能保持充足的濕潤度。只有充足的濕潤度，它才能有非常好的韌性，以保持和車窗玻璃接觸的嚴(yán)密性。很簡單的道理，一顆米干在碗上了，如果不把它泡軟，別說洗碗了，就是用硬器去刮，都刮不下來。雨刮器的使用，也是這樣。很多車友常抱怨雨刮器刮不干凈，就是這個(gè)道理。雨刮器，顧名思義，是用來刮雨用的，不是用來刮“泥〞用的。所以正確地使用雨刮器，不僅僅是能夠延長雨刮器的使用壽命，關(guān)鍵是能有效地保持良好的視線，更有利于行車平安。想明白了這兩個(gè)根本點(diǎn)，就大體知道了雨刮器的正確使用方法。所以沒有車庫的車友，應(yīng)該養(yǎng)成每天早晨出車前，用濕布擦一遍前窗的習(xí)慣。一夜下來，雨刮器是干的，想在出車時(shí)，用雨刮器把一夜積在前窗上的灰刮干凈，這樣的干磨，不僅很難到達(dá)良好的效果，還容易損壞雨刮器。正確的方法是：濕布擦完后，再噴水刮一次。因?yàn)榱己玫南床Ａ菐в袚]發(fā)性的，能很快讓窗面到達(dá)枯燥，從而防止潮濕的玻璃吸灰起泥。有車庫的車友，應(yīng)該養(yǎng)成每晚回車庫收車時(shí)，清理干凈前窗的習(xí)慣。尤其是從雨中回來，積在前窗上的水滴，第二于早晨干成水漬后，再參合其中吸附的灰塵，前窗是很難單靠雨刮刮干凈的。如果頭天晚上，乘著濕潤的雨刮器，把前窗刮干凈。第二天早晨，就能很輕松、很干凈的開車上路了。開車途中，掉小雨點(diǎn)時(shí)，不要急著開雨刮器。這時(shí)前窗上的水份缺乏，雨刮器干刮，只會產(chǎn)生適得其反的效果。前窗上刮花的泥漬，還很難再刮干凈。如果雨點(diǎn)積得很慢，不影響視線，最好是等前窗上雨點(diǎn)積的更多再開啟雨刮器。小雨中開場使用雨刮器，最好是噴次洗玻璃水后再開場刮〔噴洗玻璃水不僅僅是停車時(shí)能用，開車途中也是能用的〕。以保證前窗上有足夠的水份來溫潤雨刮器。雨刮器最好使用第二檔，連續(xù)的來回刮。有些車友喜歡小雨時(shí)使用間歇的模式來刮，這樣不太好。開車上路，不僅僅是要防天上的雨，還更好防前車濺起的泥水。碰上這種情況，間歇模式很容易把前窗刮成泥漬的花紋，嚴(yán)重影響視線。路上雨停了，不要急于關(guān)閉雨刮器。道理和上面是一樣的，等前窗濺滿了前車帶起的泥點(diǎn)子，再匆忙地開雨刮器，這時(shí)就變成刮泥了。本次設(shè)計(jì)心得總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié)在學(xué)完在校的眾多課程的同時(shí)，作為一名合格的機(jī)電學(xué)生，需要將所學(xué)的應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中去，提高我們綜合運(yùn)用理論分析的能力，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際來分析和解決工程問題。根據(jù)機(jī)械的工作要求，通過制定設(shè)計(jì)方案、合理選擇機(jī)構(gòu)的類型、正確地對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和受力進(jìn)展分析和計(jì)算，讓我們對機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有一個(gè)較完整的概念。同時(shí)也訓(xùn)練我們收集和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及計(jì)算、制圖和數(shù)據(jù)處理及誤差分析的能力，并在此根底上利用計(jì)算機(jī)根底理論知識，初步掌握編制計(jì)算機(jī)程序并在計(jì)算機(jī)上計(jì)算來解決機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的根本技能。完成了整個(gè)課程設(shè)計(jì)，收獲頗多，尤其是在軟件應(yīng)用上面，同時(shí)對機(jī)械原理的知識有了更進(jìn)一步的認(rèn)識?？v觀本次設(shè)計(jì)過程，短短的幾月讓我受益匪淺：首先要對問題認(rèn)真重視，然后就是數(shù)學(xué)思想的完美性的思考，將機(jī)構(gòu)放之現(xiàn)實(shí)生活中我要考慮的問題，平安、穩(wěn)定、美觀、便捷、經(jīng)濟(jì)。這是最復(fù)雜和困難的，也是想的最多的地方，也是能夠突出成績的地方。我在這方面想了很多，雖然有很多都沒有在設(shè)計(jì)中表達(dá)出來，但總體上已滿足要求。此外我也參考了一些網(wǎng)上的資料，大多數(shù)都比我的方案要復(fù)雜，完善。這也是我此次設(shè)計(jì)的缺乏之處，可是我確是在這些簡單的零件組合與機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析，比照，修改，調(diào)整中慢慢地喜歡上了許多原本被認(rèn)為枯燥的課程。設(shè)計(jì)展望生活中我們發(fā)現(xiàn)，雨下得很大時(shí)使用雨刷感覺不錯(cuò)，可是當(dāng)下小雨啟動雨刷時(shí)，就會發(fā)現(xiàn)雨刷會在玻璃面上留下擦拭不均的痕跡；還有的時(shí)候會卡在玻璃