汽車(chē)雨刮器的設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析

全套設(shè)計(jì)（圖紙）加扣扣194535455汽車(chē)雨刮器的設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析摘要汽車(chē)在人們的日常生活中已經(jīng)十分重要，作為汽車(chē)重要的安全件之一的雨刮器的地位日益提高，人們對(duì)雨刮器越來(lái)越重視。人們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常使用雨刮器，只要是適應(yīng)雨天行駛的交通工具，幾乎都配備了雨刮器，因此對(duì)雨刮器習(xí)以為常。本次設(shè)計(jì)將對(duì)長(zhǎng)城哈弗H6所配備的雨刮器連動(dòng)桿總成進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并使用SolidWorks對(duì)雨刮器進(jìn)行整體建模和運(yùn)動(dòng)仿真，設(shè)計(jì)出具體的連動(dòng)桿，并畫(huà)出連動(dòng)桿圖紙和雨刮器的連動(dòng)桿總成的裝配圖。并對(duì)主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。作為一種需要循環(huán)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，雨刮器的使用壽命也是十分重要的，各個(gè)零件的受力情況是設(shè)計(jì)時(shí)的重要考慮因素，因此我們必須對(duì)重要的零件進(jìn)行受力分析并進(jìn)行優(yōu)化，改善應(yīng)力分布或優(yōu)化零件設(shè)計(jì)，以便延長(zhǎng)使用壽命。在循環(huán)的動(dòng)作中必須改善部分零件的裝配關(guān)系避免摩擦的因素造成使用壽命的變短。在汽車(chē)上面每一處空間都必須合理的利用因此在雨刮器的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮整體的體積，減小雨刮器的體積也是需要考慮的重要因素。關(guān)鍵詞：雨刮器、建模、運(yùn)動(dòng)仿真、Adams

Thedesignanddynamic

analysisofautomotive

wiperAbstract:Carsinpeople'sdailyliveshasbeenveryimportantpositionwiperimportantsafetycarpartsasoneincreasing,moreandmorepeoplepayattentiontowiper.Wiperlinkagerodsmainlybyfourorganizations,theimplementationwillrotateintoaboutswinging.Therearefour-barmechanismandpowerelementsreducerconnectionspeedtoachievewhatwewant,peopleoftenusethewiperineverydaylife,aslongasthevehicletoadapttodrivingrain,almostallequippedwithawiper,wiperandthereforegranted.ThedesignwillbethePentiumb70isequippedwithwiperlinkagerodassemblyspecificstructuraldesign,anduseofthewiperSolidWorksoverallmodelingandmotionsimulation,designspecificlinkagerodanddrawlinkageleverdrawingsandwiperlinkagerodassemblyassembedrawings.Themaintransmissionmechanismandkinematicanalysiswereadams,inwiperbladeduringuse,therearemanyproblems,thisdesignstudyforwipernoiseproblemsandtoseektosolveoralleviatetheproblem.Asaneedtocycletheactionmechanism,wiperbladeservicelifeisalsoveryimportant,theforcesofthevariouspartsisanimportantconsiderationwhendesigning,sowehaveanimportantparttostressanalysisandoptimization,improvedstressdistributionoroptimizepartdesign,inordertoprolonglife.Factorintheactionoftheloopmustimproverelationswithpartsoftheassemblytoavoidfrictioncausedlifebecomesshort.Inthecarontopofeveryrationaluseofspacemustthereforewiperdesignprocessmustconsidertheoverallvolume,animportantfactorinreducingthevolumeofthewiperistobeconsidered.Keywords：wiper,

modeling,

motionsimulation,

Adams目錄HYPERLINKHYPERLINK第1章前言 1HYPERLINK1.1課題背景 1HYPERLINK1.2雨刮器的產(chǎn)生、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1HYPERLINK1.2.1雨刮器的現(xiàn)狀 1HYPERLINK1.2.2雨刮器的產(chǎn)生 2HYPERLINK1.2.3雨刮器的發(fā)展趨勢(shì) 2HYPERLINK1.3研究的目的和內(nèi)容 3HYPERLINK1.3.1研究目的 3HYPERLINK1.3.2研究?jī)?nèi)容 3HYPERLINK1.4設(shè)計(jì)方法 3HYPERLINK第2章總體方案的設(shè)計(jì)與確定 5HYPERLINK2.1設(shè)計(jì)對(duì)象及總體參數(shù) 5HYPERLINK2.1.1研究目的 5HYPERLINK2.1.2總體參數(shù) 5HYPERLINK2.2雨刮器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析 6HYPERLINK2.3具體方案設(shè)計(jì) 6HYPERLINK2.3.1減速器的設(shè)計(jì)： 7HYPERLINK2.3.2四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8HYPERLINK2.4方案對(duì)比及選擇 9HYPERLINK2.4.1減速器對(duì)比 9HYPERLINK2.4.2四桿機(jī)構(gòu)對(duì)比 9HYPERLINK2.5總體設(shè)計(jì)方案 9HYPERLINK第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10HYPERLINK3.1連動(dòng)桿總成設(shè)計(jì) 10HYPERLINK3.1.1參數(shù)設(shè)計(jì) 10HYPERLINK3.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13HYPERLINK3.2電機(jī)總成設(shè)計(jì) 14HYPERLINK3.2.1參數(shù)設(shè)計(jì) 14HYPERLINK3.3搖臂總成設(shè)計(jì) 17HYPERLINK3.3.1參數(shù)設(shè)計(jì) 17HYPERLINK3.3.2參數(shù)設(shè)計(jì) 18HYPERLINK3.4電路連接 18HYPERLINK第4章優(yōu)化設(shè)計(jì) 19HYPERLINK4.1連接桿的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) 19HYPERLINK4.1.1夾具的添加 20HYPERLINK4.1.2負(fù)載的添加 20HYPERLINK4.1.3網(wǎng)格與材料 21HYPERLINK4.1.4應(yīng)力分析結(jié)果 23HYPERLINK4.1.5優(yōu)化設(shè)計(jì) 23HYPERLINK4.2電機(jī)搖臂的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) 23HYPERLINK4.2.1夾具的添加 24HYPERLINK4.2.2負(fù)載的添加 24HYPERLINK4.2.3網(wǎng)格與材料 25HYPERLINK4.2.4模擬的結(jié)果 26HYPERLINK4.2.5優(yōu)化設(shè)計(jì) 27HYPERLINK第5章運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 27HYPERLINK5.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的重要性 27HYPERLINK5.2分析過(guò)程 28HYPERLINK5.2.1分析工具 28HYPERLINK5.2.2分析過(guò)程 28HYPERLINK5.3運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果 29HYPERLINK5.3.1連接桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 30HYPERLINK5.3.2左搖桿的運(yùn)動(dòng)分析 31HYPERLINK5.4運(yùn)動(dòng)分析結(jié)論 33HYPERLINK總結(jié) 34HYPERLINK致謝 35HYPERLINK參考文獻(xiàn) 36第1章前言1.1課題背景我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)發(fā)展至今已成為我國(guó)GDP的重要支柱，在過(guò)去的六十年里面我國(guó)汽車(chē)工業(yè)一點(diǎn)點(diǎn)壯大，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)一起飛速發(fā)展。經(jīng)過(guò)六十年的發(fā)展我國(guó)已經(jīng)成為了世界第一汽車(chē)制造大國(guó)，我國(guó)的汽車(chē)制造工業(yè)所取得的巨大成就，令整個(gè)汽車(chē)業(yè)界乃至整個(gè)國(guó)際社會(huì)刮目相看。我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)大概分為了三個(gè)階段：第一個(gè)階段是1978年以前，是汽車(chē)配給時(shí)期，我國(guó)這時(shí)候的汽車(chē)行業(yè)缺重少輕，幾乎沒(méi)有轎車(chē)，用戶(hù)多半都是公有制事業(yè)單位，年銷(xiāo)量只有17萬(wàn)輛；第二階段是1979年到2001年主要是汽車(chē)市場(chǎng)培養(yǎng)和借著改革開(kāi)放的東風(fēng)開(kāi)始慢慢的發(fā)展；第三個(gè)階段是2002年以后，這段時(shí)間汽車(chē)行業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車(chē)平均年銷(xiāo)量接近100萬(wàn)輛。汽車(chē)也是十分的平民化了，家家戶(hù)戶(hù)都可以擁有汽車(chē)。汽車(chē)在人們的日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，已經(jīng)成為人們生活出行必不可少的交通工具，汽車(chē)運(yùn)輸?shù)陌踩砸苍絹?lái)越重要。行車(chē)安全不僅僅包括行駛中的遵守規(guī)則，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)本身的調(diào)養(yǎng)、維護(hù)也是十分重要的一方面。如果駕駛的汽車(chē)本身有問(wèn)題，那么隨時(shí)都有事故的可能。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，透過(guò)擋風(fēng)玻璃的視野是駕駛員獲取信息的重要渠道，駕駛所需要的信息百分之八十以上都是靠視覺(jué)獲取的，因此對(duì)黨風(fēng)玻璃的要求很高。不僅僅是透明性、大小、厚度，清潔程度也有很高的要求。因此雨刮器是汽車(chē)上面必不可少的零件。1.2雨刮器的產(chǎn)生、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1雨刮器的現(xiàn)狀雨刮器又稱(chēng)汽車(chē)風(fēng)窗刮水器、擋風(fēng)玻璃雨刷、水撥等。1893年福特發(fā)明世界上的第一輛汽車(chē)，為了清潔擋風(fēng)玻璃上的水滴和灰塵，雨刮器隨之而問(wèn)世[2]。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，從而有了現(xiàn)在的雨刮器?，F(xiàn)在我們汽車(chē)上面的雨刮器除了清潔灰塵、刮凈雨水外還具備了自潔、防污等功能。而且類(lèi)別也越來(lái)越多樣化，每種雨刮器對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的雨刮對(duì)象。圓弧形的玻璃有與其對(duì)應(yīng)的弧形運(yùn)動(dòng)雨刮設(shè)備，刮刷車(chē)內(nèi)玻璃的雨刮器則安裝了吸水性更強(qiáng)、更加易除塵除霜的刮片，在農(nóng)用機(jī)械上面又有強(qiáng)適應(yīng)性的雨刮器，轎車(chē)上面則用了美觀、實(shí)用精巧的雨刮設(shè)備。下雨的時(shí)候駕駛員會(huì)打開(kāi)雨刮器，擋風(fēng)玻璃上的雨刮器刮臂就會(huì)繞轉(zhuǎn)軸中興擺動(dòng)，刮掉擋風(fēng)玻璃上的水滴，保證駕駛員的視野，保證行車(chē)安全。我們說(shuō)看到的雨刮器十分簡(jiǎn)單也就是兩根搖臂。其實(shí)，看似簡(jiǎn)單的雨刮器并不簡(jiǎn)單，整個(gè)雨刮器的總成結(jié)構(gòu)包括：電動(dòng)機(jī)、減速器、四桿機(jī)構(gòu)、刮臂軸、標(biāo)準(zhǔn)化搖臂等。還包括比較復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，保證雨刮器可以在不同的雨量條件下以不同的速度工作，還有電刷回位開(kāi)關(guān)用來(lái)保證關(guān)閉雨刮器的時(shí)候，刮臂都會(huì)停在玻璃的底部，不會(huì)停在擋風(fēng)玻璃中間阻擋駕駛員的視野。1.2.2雨刮器的產(chǎn)生雨刮器最早出現(xiàn)在1910年，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，雨刮器一成為了汽車(chē)上面重要的安全件之一。出于對(duì)安全的考慮，我國(guó)有法律明文規(guī)定：沒(méi)有雨刮器的汽車(chē)嚴(yán)禁在道路上行駛。雨刮器的構(gòu)想產(chǎn)生于美國(guó)特瑞科公司的董事長(zhǎng)，他在雨天開(kāi)車(chē)的時(shí)候，因?yàn)榭床磺宓缆范采狭艘粋€(gè)男孩。最初的雨刮器是塑料片在擋風(fēng)玻璃上手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其缺點(diǎn)十分明顯，容易造成人體疲勞，后來(lái)經(jīng)歷了真空驅(qū)動(dòng)泵作為動(dòng)力的第二代雨刮器，因?yàn)槠?chē)速度的大幅提高而放棄，后面有了現(xiàn)在的第三代雨刮器——電動(dòng)雨刮器。1.2.3雨刮器的發(fā)展趨勢(shì)觀察這些年雨刮器的發(fā)展可以知道，在雨刮器的發(fā)展上面跟趨向于智能化、柔性化、人性化、一部分零件標(biāo)準(zhǔn)化。從以前的福特眨眼雨刷到現(xiàn)在的雨刮器，不難看出：現(xiàn)在的雨刮器不僅僅是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單循環(huán)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)雨刮器的設(shè)計(jì)加入了不少電器結(jié)構(gòu)。速度開(kāi)關(guān)可以讓使用者選擇不同的刮刷速度，回位開(kāi)關(guān)保證了每次雨刮器的刮臂都停在擋風(fēng)玻璃下部，不會(huì)遮擋駕駛員的視野。零件的標(biāo)準(zhǔn)化讓更換容易故障的零件更加方便快捷。這些方面的發(fā)展是一百多年來(lái)人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在雨刮器以后的發(fā)展中想必在這些方面做得更好。1.3研究的目的和內(nèi)容1.3.1研究目的針對(duì)雨刮器現(xiàn)存容易出現(xiàn)的故障，運(yùn)用機(jī)械創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單合理，性?xún)r(jià)比高的汽車(chē)雨刮器，特別是改善汽車(chē)雨刮器使用時(shí)噪聲的問(wèn)題。1.3.2研究?jī)?nèi)容良好的視野是車(chē)輛能否正常行駛的重要保障，雨刮器的責(zé)任也顯得十分的重大，然而雨刮器在汽車(chē)的零件中也是屬于比較容易損壞的，受損的雨刮器在刮刷風(fēng)窗的時(shí)候不能將風(fēng)窗完全刮干凈容易形成一些阻礙視野的條紋，如：帶狀條紋，是因?yàn)闆](méi)有找到雨刮臂的最佳支點(diǎn)，導(dǎo)致刮臂不是每個(gè)部位都與玻璃充分接觸；霧狀條紋，一層油狀的薄膜隨著雨刮器的使用而分布在玻璃上面，通常是因?yàn)榕K、污huo9zhe車(chē)蠟附著在玻璃上面導(dǎo)致的。細(xì)水現(xiàn)象，雨刮器刮刷玻璃后，仍然有小水滴貼在玻璃的表面，這種問(wèn)題多半也是因?yàn)檐?chē)蠟或者油污硅化物粘附在擋風(fēng)玻璃上面導(dǎo)致的。雨刮器使用時(shí)發(fā)出“咔噠”聲響或者刺耳的噪音，大多是因?yàn)槟z條的磨損及搖臂桿、搖臂軸老化變形導(dǎo)致的[3]。擋風(fēng)玻璃的干凈與否與行車(chē)安全息息相關(guān)，雨刮器的問(wèn)題就是行車(chē)安全的大問(wèn)題，上面所提到的就是亟待解決的問(wèn)題。1.4設(shè)計(jì)方法現(xiàn)在汽車(chē)雨刮器的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較成熟，市場(chǎng)上面很容易找到雨刮器的成品。因此，此次對(duì)雨刮器的研究可以參考現(xiàn)在市場(chǎng)上面的雨刮器，并查閱相關(guān)的資料，找出現(xiàn)有雨刮器的結(jié)構(gòu)，同時(shí)加以改進(jìn)。將雨刮器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAD建模，關(guān)鍵零件的受力分析和整體動(dòng)力學(xué)分析。SolidWorks的主要用途是機(jī)械設(shè)計(jì)，還可以進(jìn)行電氣、電子設(shè)計(jì)，CAM自動(dòng)編程等。此次設(shè)計(jì)采用SolidWorks整體建模并且可以使用SolidWorks的受力分析模塊對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行靜力學(xué)分析。同時(shí)可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。關(guān)于運(yùn)動(dòng)仿真可以采用ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。本次設(shè)計(jì)所用到的專(zhuān)業(yè)軟件就是ADAMS和SolidWorks兩個(gè)，但是由于在大學(xué)的學(xué)習(xí)可從中并沒(méi)有接觸過(guò)這兩個(gè)軟件，因此要對(duì)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行比較系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，在時(shí)間的計(jì)劃安排上面就顯得比較緊湊了。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程首先需要確定各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)，計(jì)算各個(gè)零件的尺寸；然后針對(duì)各個(gè)零件用SolidWorks建模；再后面需要將各個(gè)零件的三維模型進(jìn)行裝配，對(duì)整體運(yùn)動(dòng)仿真，關(guān)鍵零件受力分析；最后對(duì)整體的三維模型進(jìn)行Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；最后撰寫(xiě)論文。

第2章總體方案的設(shè)計(jì)與確定2.1設(shè)計(jì)對(duì)象及總體參數(shù)2.1.1研究目的本次設(shè)計(jì)對(duì)象為長(zhǎng)城哈弗H6前風(fēng)窗玻璃刮水器，長(zhǎng)城哈弗H6是我國(guó)自主品牌推出的一款中高端轎車(chē)，采用三廂的車(chē)體結(jié)構(gòu)，前置驅(qū)動(dòng)，由一汽（中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司）生產(chǎn)，與2006年上市第一款奔騰。作為一款中高端的轎車(chē)，對(duì)各個(gè)部分的要求都很好，雨刮器作為轎車(chē)上面重要的安全件，尤其受到重視。結(jié)合我國(guó)《汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)匯編》和哈弗H6具體的各方面要求，雨刮器的至少滿(mǎn)足以下條件：高效的除水、除雪能力；高效的出塵、除垢能力；八十?dāng)z氏度以上的高溫工作環(huán)境；零下三十?dāng)z氏度的低溫工作環(huán)境；通過(guò)掃雪載荷測(cè)試能力；循環(huán)壽命在150萬(wàn)次以上；耐酸堿、氧化腐蝕；刮刷次數(shù)大于等于20次每分鐘；高速檔和低速檔刮刷次數(shù)差值大于等于15次每分鐘；（10）刮刷方式為同向刮刷，切偏向駕駛員方向；2.1.2總體參數(shù)長(zhǎng)城哈弗H6的車(chē)身總長(zhǎng)為4640mm，寬度達(dá)到了1825mm整車(chē)高度為1690mm。相對(duì)市場(chǎng)上面的SUV來(lái)說(shuō)顯得稍微要大一些。本次的設(shè)計(jì)對(duì)象為長(zhǎng)城哈弗H6的前風(fēng)窗雨刮器。通過(guò)搜集資料我們可以知道前風(fēng)窗大致尺寸為上底為1300mm，1700mm，高為1200mm的等邊梯形。設(shè)計(jì)采用的刮條為卡卡買(mǎi)長(zhǎng)城哈弗H6專(zhuān)用無(wú)骨雨刷刮條總成，此刮條尺如圖所示寸為主駕24寸（80cm），副駕16寸(約為53.33cm)。此刮條將于設(shè)計(jì)的雨刮器各部分相互配合組成完整的汽車(chē)前風(fēng)窗雨刮器。2.2雨刮器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，雨刮器經(jīng)過(guò)了三個(gè)大階段的改進(jìn)，現(xiàn)階段的雨刮器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常成熟。雨刮器總成如圖2-1所示，含有電動(dòng)機(jī)、變速箱、四桿機(jī)構(gòu)。刮水臂心軸、刮水片總成等。市場(chǎng)上面現(xiàn)存的雨刮器也都是由以上幾個(gè)部分構(gòu)成，只是各個(gè)機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)有些不同，但是機(jī)械原理也都是相同的。電機(jī)的告訴轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)減速器減速增矩驅(qū)動(dòng)擺臂，擺臂帶動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)，四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)安裝在底座上的轉(zhuǎn)軸左右擺動(dòng)，軸與雨刮片搖臂通過(guò)花鍵連接，最后帶動(dòng)雨刮片刮掃擋風(fēng)玻璃。其中雨刮器動(dòng)力由電機(jī)提供，因?yàn)橛旯纹魇瞧?chē)重要的安全件之一，所以對(duì)電機(jī)的要求也是很高的，現(xiàn)階段的雨刮器一般選擇永磁直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)與四桿機(jī)構(gòu)之間還連接有減速器，減速器的作用是減速增矩。減速器減慢軸的轉(zhuǎn)速，同時(shí)增加軸的扭矩，以達(dá)到四桿機(jī)構(gòu)對(duì)力矩的要求。減速器連接四桿機(jī)構(gòu)，四桿機(jī)構(gòu)主要是將軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為短搖臂的左右擺動(dòng)，最后左右擺動(dòng)通過(guò)搖臂心軸轉(zhuǎn)化為刮水臂繞搖臂心軸的擺動(dòng)。圖2-1雨刮器大致結(jié)構(gòu)2.3具體方案設(shè)計(jì)雨刮器發(fā)展至今技術(shù)已經(jīng)十分成熟，各個(gè)部分的設(shè)計(jì)都有很多種選擇，在本次設(shè)計(jì)中，應(yīng)該各個(gè)方面綜合考慮，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便宜實(shí)用的雨刮器，在降低成本的同時(shí)也要考慮到雨刮器的總體使用壽命。在各個(gè)方面中大致有以下的結(jié)構(gòu)需要重點(diǎn)的考慮。2.3.1減速器的設(shè)計(jì)：方案一：采用二級(jí)減速機(jī)減速增矩如圖2-2所示。在這里作為電動(dòng)機(jī)和四桿機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠很好的匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩。圖2-2二級(jí)減速器方案二：采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)減速如圖2-3所示，兩根交錯(cuò)的軸之間常常用到蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)可以十分容易的傳遞兩根交錯(cuò)軸之間的動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩，在中間的平面內(nèi)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)相當(dāng)于齒輪和此條機(jī)構(gòu)，蝸桿的外形和螺桿的外形十分相似。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中有很多的優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力的傳動(dòng)中可以達(dá)到很大的傳動(dòng)比，減速增矩效果十分顯著；體積相比齒輪機(jī)構(gòu)和帶輪機(jī)構(gòu)更小，因此應(yīng)用范圍更廣；嚙合面是線(xiàn)接觸，能夠承受的壓力更大；有自鎖性，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)速減小的時(shí)候，蝸桿能夠很好的減小蝸輪的轉(zhuǎn)速。在需要較大減速比例、傳動(dòng)功率不是非常的大、或者需要間歇工作和緊急停止的場(chǎng)合通常優(yōu)先考慮蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。圖2-3蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)2.3.2四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案一：雨刮器的刮臂軸心在蝸輪軸的一側(cè)如圖2-4所示，這樣的話(huà)設(shè)計(jì)安裝都比較方便，并且對(duì)刮臂的掛刷角度的控制比較容易，排布方式簡(jiǎn)單，故障的維修維護(hù)比較方便。圖2-4四桿機(jī)構(gòu)方案二：雨刮器的刮臂軸心在蝸輪軸的兩側(cè)，這樣的設(shè)計(jì)讓體積更小，但是在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候上下連動(dòng)桿的間隙比較小，但是結(jié)構(gòu)更加緊湊，更加節(jié)省空間，有利于汽車(chē)的其他部分設(shè)計(jì)排布。2.4方案對(duì)比及選擇2.4.1減速器對(duì)比二級(jí)減速箱的減速作用十分顯著可靠，但是結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、體積更大、成本更高，并且不是很適合雨刮器這種需要間歇性運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)的減速器是比較傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)，有自鎖特性恰好合適最后雨刮器的停留位置確定和雨刮器回位開(kāi)關(guān)的設(shè)置，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使用的壽命長(zhǎng)，減速傳動(dòng)比很大但是工作效率比較低，零件的磨損很大。針對(duì)本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的:設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的雨刮器和改進(jìn)雨刮器體積的設(shè)計(jì)任務(wù)，綜合考慮選擇蝸輪蝸桿減速機(jī)。2.4.2四桿機(jī)構(gòu)對(duì)比上面方案比較所提出的兩種雨刮器連動(dòng)桿排布各有優(yōu)缺點(diǎn)，綜合設(shè)計(jì)的要求選擇體積更小但是機(jī)構(gòu)稍顯復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案，讓蝸輪軸在兩個(gè)刮臂軸心的中間以便減小雨刮器最終的體積。2.5總體設(shè)計(jì)方案雨刮器大體上是由電機(jī)總成、連動(dòng)桿總成、搖臂總成三部分組成。在電機(jī)總成中包括作為動(dòng)力源的直流電機(jī)和蝸輪蝸桿減速器，主要零件有電機(jī)套、蝸輪軸、蝸桿、蝸輪、蝸輪箱、蝸輪箱蓋以及一些固定件和緊固件組成；在四桿機(jī)構(gòu)總成中，主要的零件有電機(jī)搖臂、連接桿、長(zhǎng)連桿、左連桿、右連桿、底座電機(jī)搖臂以及固定件和緊固件組成。在四桿機(jī)構(gòu)中連桿之間添加墊片，用以減小摩擦和隔開(kāi)連接桿防止機(jī)械撞擊。連接桿用鉚釘連接，在鉚釘與連接桿之間同樣也要添加墊片目的相同用來(lái)減小摩擦。搖臂軸與左右連桿之間添加花鍵讓連桿將左右的擺動(dòng)順利的傳到搖臂軸上；搖臂總成主要是由兩根搖臂組成每根搖臂有短搖臂和搖桿組成，他們之間也是由鉚釘連接因?yàn)檫@里連接的搖臂和搖桿之間并沒(méi)有多大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所以并不需要添加墊片來(lái)減小摩擦，直接用鉚釘連接。第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1連動(dòng)桿總成設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)是雨刮器的主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中雨刮器的刮刷角度主要由四桿機(jī)構(gòu)確定，因此四桿機(jī)構(gòu)顯在雨刮器中顯得尤為重要。3.1.1參數(shù)設(shè)計(jì)1.四桿機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)圖3-1連動(dòng)桿總成的結(jié)構(gòu)雨刮器四桿機(jī)構(gòu)的大致結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，主要由底座、左搖桿、右搖桿、長(zhǎng)連桿、連接桿、電機(jī)搖臂、搖臂軸七部分組成。其中底座主要是連接各部分和便于安裝的作用，并不參與傳動(dòng)，但是在四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中底座將起到支撐各個(gè)部分的作用；電機(jī)搖臂主要是繞電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)傳遞給連接桿；連接桿是連接長(zhǎng)連桿和電機(jī)搖臂的零件，同時(shí)由于左右搖桿和連接桿的長(zhǎng)度比例關(guān)系，連接桿將電機(jī)搖臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為左搖桿和右搖桿的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)；長(zhǎng)連桿的作用是將左右連桿連接起來(lái)，使左右連桿的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步。左搖桿和右搖桿與搖臂軸配合將擺動(dòng)轉(zhuǎn)化為搖臂軸呈一定角度的來(lái)回旋轉(zhuǎn)；搖臂軸是連動(dòng)桿總成與搖臂總成連接的組件，可以將運(yùn)動(dòng)傳遞給搖臂總成。2.四桿機(jī)構(gòu)總體參數(shù)圖3-2連動(dòng)桿參數(shù)結(jié)合現(xiàn)在市場(chǎng)上面的雨刮器大致結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)對(duì)象具體尺寸得出的實(shí)際所需的刮刷面積，以及所選擇的無(wú)骨雨刷的尺寸，設(shè)計(jì)的掛刷角度為主駕部分風(fēng)窗玻璃刮刷101°副駕駛部分風(fēng)窗玻璃刮刷90°，所以左搖桿擺動(dòng)角度為90°，右搖桿擺動(dòng)角度為101°。參考設(shè)計(jì)對(duì)象安裝部分的尺寸得出四桿機(jī)構(gòu)的總體參數(shù)，四桿機(jī)構(gòu)的底座長(zhǎng)度與長(zhǎng)連桿的長(zhǎng)度如圖3-2所示，都選擇為400mm即L=L’=400；左搖桿長(zhǎng)度L1=84.84。3.右搖桿的長(zhǎng)度確定因?yàn)橹黢{駛部分風(fēng)窗玻璃與副駕駛部分風(fēng)窗玻璃的掛刷角度的不同所以左右搖桿的長(zhǎng)度也必定不一樣。根據(jù)左搖桿的長(zhǎng)度、底座長(zhǎng)度、長(zhǎng)連桿的長(zhǎng)度、以及左搖桿和右搖桿的擺動(dòng)角度可以確定右搖桿長(zhǎng)度。圖3-3右搖桿的長(zhǎng)度分析方法：首先如圖3-3總1所示以做搖桿的左右極限位置為圓心，長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度為半徑做圓。然后如圖3-3中2所示以底座右端為圓心長(zhǎng)連桿L2的長(zhǎng)度為半徑做圓O2。最后如圖3-3中3所示O2與第一步中兩個(gè)圓有兩個(gè)交點(diǎn)分別連接兩個(gè)交點(diǎn)與底座右端點(diǎn)。所得直線(xiàn)L2與L2’即為右搖桿的極限位置。L2與L2’的夾角即為右搖桿的擺動(dòng)角度。結(jié)論：通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)L2=L2’=77.77的時(shí)候兩直線(xiàn)的夾角為左右搖桿的擺動(dòng)角度101°，故右搖桿的長(zhǎng)度L2=77.77。4.電機(jī)搖臂與連接桿的長(zhǎng)度確定在左右搖臂長(zhǎng)度固定的時(shí)候電機(jī)搖臂與連接桿的長(zhǎng)度直接關(guān)系到四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。長(zhǎng)度不對(duì)可能造成擺動(dòng)角度過(guò)大甚至翻過(guò)底座的情況。只有確定正確的長(zhǎng)度才能保證四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和我們所需要的一致。由于連接桿連接的節(jié)點(diǎn)是左搖桿與長(zhǎng)連桿的幾點(diǎn)處。所以，我們拿左搖桿的擺動(dòng)極限位置來(lái)分析，左搖桿的擺動(dòng)極限如圖所示。圖3-4電機(jī)搖臂及連接桿長(zhǎng)度分析為保證雨刮器連動(dòng)桿的整體體積方便安裝于是取電機(jī)搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)圓心離搖臂軸的中心連線(xiàn)垂直距離如圖3-4所示d4=20mm，取電機(jī)搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)圓心離左搖桿與長(zhǎng)連桿的節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)極限位置的連線(xiàn)垂直距離d3=20mm。設(shè)電機(jī)搖臂長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，連接桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)4。分析得：(3-1)(3-2)DE=DF-d4(3-3)L4-L3=d1(3-4)L4+L3=d2(3-5)聯(lián)解以上方程得L3=56.56mmL4=84.84mm5.參數(shù)總結(jié)綜上所述四桿機(jī)構(gòu)的具體參數(shù)為：底座長(zhǎng)度L=400mm，長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度L’=400mm，左搖桿長(zhǎng)度L1=84.84mm，右搖桿長(zhǎng)度L2=77.77mm，電機(jī)搖臂長(zhǎng)度L3=56.56mm，連接桿長(zhǎng)度L4=84.84mm。以上長(zhǎng)度均為節(jié)點(diǎn)間的距離。3.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-5所示，為了保證強(qiáng)度連桿寬度取為14mm，兩端倒半圓，左右搖桿連接搖臂軸的一端開(kāi)鍵槽缺口，連桿之間用6mm沉頭鉚釘連接鉚釘連接，在連桿與連桿之間和連桿與鉚釘之間用墊片隔開(kāi)減小摩擦。同時(shí)在將連桿中部壓凹加強(qiáng)強(qiáng)度，節(jié)點(diǎn)處表面淬火，增加耐磨性能。在長(zhǎng)連桿處，將節(jié)點(diǎn)處向下降低11mm，連接桿處將節(jié)點(diǎn)處降低20mm防止變形是發(fā)生的額機(jī)械撞擊。但是需要考慮在降低后的力學(xué)性能，必須進(jìn)行力學(xué)分析。圖3-5連動(dòng)桿總成3.2電機(jī)總成設(shè)計(jì)電機(jī)總成在雨刮器中顯得十分重要，電機(jī)總成控制著雨刮器的刮刷頻率和雨刮器關(guān)機(jī)時(shí)的自動(dòng)回位。在使用者使用雨刮器的時(shí)候，主要也是通過(guò)控制電機(jī)總成，繼而控制雨刮器的工作狀態(tài)。3.2.1參數(shù)設(shè)計(jì)1.電機(jī)總成的基本結(jié)構(gòu)圖3-6電機(jī)總成組成結(jié)構(gòu)電機(jī)總成的組成結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，主要由電機(jī)、電機(jī)套、蝸輪箱、蝸輪箱蓋、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、電機(jī)軸組成。這里的電機(jī)軸并不是指電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，而是電機(jī)總成與連動(dòng)桿總成之間的傳動(dòng)軸。電機(jī)軸可將經(jīng)過(guò)減速增矩后的轉(zhuǎn)矩傳遞給電機(jī)搖臂。直流電機(jī)與蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)分別放置于電機(jī)套與蝸輪箱里面。，蝸輪箱中蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)需要潤(rùn)滑，這里為了降低技術(shù)難度和保護(hù)蝸輪箱的強(qiáng)度，選擇不用開(kāi)油槽的脂潤(rùn)滑。蝸輪箱蓋在電機(jī)總成中主要起到密封蝸輪箱的作用，放置蝸輪中的潤(rùn)滑脂泄露。2：電機(jī)總成總體參數(shù)根據(jù)雨刮器的各項(xiàng)技術(shù)要求確定雨刮器的刮刷頻率，雨刮器的刮刷頻率為低速檔30次每分鐘，高速檔45每分鐘。雨刮器的使用時(shí)通過(guò)控制電機(jī)供電達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，因此高速檔對(duì)應(yīng)著電機(jī)的較高的轉(zhuǎn)速即額定轉(zhuǎn)速。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速與蝸輪傳動(dòng)的商即為刮器的刮刷頻率。因此在刮刷頻率確定的時(shí)候電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與蝸輪的傳動(dòng)比需要綜合考慮，讓電機(jī)額定轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)比相對(duì)刮刷頻率符合上述關(guān)系。3.電機(jī)及蝸輪蝸桿的選擇①：在電機(jī)的選擇上面，因?yàn)橛旯纹鲗?duì)汽車(chē)的重要性，因此我們選用轉(zhuǎn)速較為穩(wěn)定的直流無(wú)刷電機(jī)，在直流電機(jī)十分強(qiáng)大的啟動(dòng)性能，在啟動(dòng)后極短的時(shí)間里就能達(dá)到我們所需要的轉(zhuǎn)速，同時(shí)良好的調(diào)速性能也剛剛好適合雨刮器所需要的兩檔轉(zhuǎn)速，使調(diào)速更加方便。由直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：(3-6)Ia:電樞電流Ra：電樞電阻本次設(shè)計(jì)的雨刮器為雙搖臂雨刮器，所以電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為：T=2×k×μ×l×f(3-7)K：傳動(dòng)桿傳動(dòng)系數(shù)=電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩/搖臂軸上轉(zhuǎn)矩l：雨刮器刮片的長(zhǎng)度f(wàn)：刮片上在垂直于玻璃平面方向上面的壓力通過(guò)參閱資料和結(jié)合自身的具體數(shù)據(jù)，得知設(shè)計(jì)對(duì)象的最大的摩擦系為的擋風(fēng)玻璃表面濕潤(rùn)時(shí)的摩擦系數(shù)此時(shí)：μ=0.4~0.6（μ取值0.5）；k=1；l=80cm；f=4.3n；蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率=0.99，四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率=0.98經(jīng)過(guò)計(jì)算得，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為T(mén)=0.5×1×0.6×4.3×2=2.58n·m故電機(jī)的額定功率為p=T×2×n×3.14/（60**）(3-8)T：電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩N：電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)查閱直流電機(jī)數(shù)據(jù)得出在輸出轉(zhuǎn)矩為2.58n·m時(shí)，轉(zhuǎn)速n=59故電機(jī)額功率為p=15.93w根據(jù)上面的結(jié)果和成本和體積綜合考慮后，選用通寶zd1335雨刮專(zhuān)用電機(jī)，泵本電機(jī)體積較小，便于安裝和其他部分的設(shè)計(jì)。運(yùn)行可靠，故障率低。zd1335電機(jī)的主要參數(shù)如表3-1所示：表3-1zd1335電機(jī)主要參數(shù)額定電壓（v）額定功率（w）額定轉(zhuǎn)速（r/m）123045—65②：蝸輪蝸桿減速機(jī)減速后的轉(zhuǎn)速數(shù)值上面和雨刮器的額刮刷頻率相等因此在，電機(jī)選擇后蝸輪蝸桿減速機(jī)的傳動(dòng)比成為定值，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出電機(jī)轉(zhuǎn)速符合要求。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)減速機(jī)相對(duì)其他的減速機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)其他減速機(jī)更大的傳動(dòng)比、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲污染小、有自鎖特性等等。用到雨刮器中的時(shí)候，自鎖特性剛剛好適合雨刮器的回位開(kāi)關(guān)，讓搖臂停在風(fēng)窗玻璃的底部更加方便；同時(shí)也用到了蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的大傳動(dòng)比的特點(diǎn)，在電機(jī)直接帶動(dòng)蝸桿的時(shí)候，較大的傳動(dòng)比是我們剛好所需要的。通過(guò)查閱蝸輪蝸桿的嚙合條件和蝸輪蝸桿的傳動(dòng)特點(diǎn)：蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一齒。模數(shù)和壓力角的選擇：在正確嚙合的條件中蝸桿蝸輪的模數(shù)額壓力角必須分別相等。壓力標(biāo)準(zhǔn)值為20°。蝸輪齒數(shù)與蝸桿頭數(shù)的推薦值如表3-2，故結(jié)合本次的設(shè)計(jì)數(shù)值?。簔1=2，z2=30表3-1蝸桿頭數(shù)及蝸輪齒數(shù)推薦值傳動(dòng)比7~1314~2728~40>40z1422、11z228~5228~5428~80>403.3搖臂總成設(shè)計(jì)搖臂總成是雨刮器中連接連動(dòng)桿總成與雨刮刮條的機(jī)構(gòu)，搖臂總成能夠控制刮條的壓力，也就能夠影響刮條的摩擦力，便能夠控制電機(jī)的負(fù)載，對(duì)電機(jī)的選擇也有一定的影響。3.3.1參數(shù)設(shè)計(jì)1.搖臂總成的基本結(jié)構(gòu)雨刮器的搖臂總成組成結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，搖臂總成主要是由短搖臂和搖臂組成，短搖臂與搖臂之間由鉚釘連接，因?yàn)槎虛u臂與搖臂并沒(méi)有太大的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，因此并不需要考慮減小摩擦，也就并沒(méi)有用墊圈隔開(kāi)，這樣也可以降低成本。短搖臂與搖臂連接的節(jié)點(diǎn)略微高于短搖臂的上平面。短搖臂也搖臂之間有彈簧連接，可以為搖臂提供壓力，以便雨刮器刮條能夠緊密的與風(fēng)窗玻璃貼合，讓雨刮器刮刷更加干凈。短搖臂與連動(dòng)桿總成相配合，短搖臂的下端有鍵槽使連動(dòng)桿的搖臂軸能夠順利的將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給短搖臂，進(jìn)而帶動(dòng)搖臂左右擺動(dòng)。搖臂上端向右偏移一段距離，以便在雨刮器的左極限位置的時(shí)候雨刮器的刮條不會(huì)超出風(fēng)窗玻璃的下部。圖3-7搖臂總成組成結(jié)構(gòu)2搖臂總成的總體參數(shù)通過(guò)考察市場(chǎng)上面的雨刮器的搖臂總成并結(jié)合設(shè)計(jì)對(duì)象的具體參數(shù)得出本次設(shè)計(jì)的搖臂總成所需的實(shí)際長(zhǎng)度。搖臂總成在短搖臂方向的總長(zhǎng)為551mm，為了保證刮刷的干凈程度，在短搖臂上面添加彈簧掛鉤，因此取得實(shí)際的短搖臂長(zhǎng)度為120mm，所以在短搖臂方向上面的長(zhǎng)搖臂長(zhǎng)度為331mm。3.3.2參數(shù)設(shè)計(jì)為了保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度短搖臂的截面選擇為24mm*8mm，下端與搖臂軸配合的地方開(kāi)鍵槽鍵槽尺寸2mm*2mm*6mm。通過(guò)螺母與搖臂軸上的螺紋相配合，緊固短搖臂防止短搖臂脫落。在搖臂的上部分，將搖臂彎折成標(biāo)準(zhǔn)的u型接口，以便和適用于設(shè)計(jì)對(duì)象的無(wú)骨雨刷器配合。在搖臂頂端向右偏移50mm的接頭處為了改善受力情況，倒5mm圓角。3.4電路連接整個(gè)雨刮器的電路連接相對(duì)簡(jiǎn)單如圖3-8，在直流電機(jī)上面有兩個(gè)供電接頭一個(gè)，分別對(duì)應(yīng)電機(jī)的高速檔和低速檔；還有一個(gè)接頭盒電源的負(fù)極連接。在蝸輪機(jī)構(gòu)中有電刷式回位開(kāi)設(shè)置，在雨刮器搖臂沒(méi)有回到風(fēng)窗的底部的時(shí)候，回位開(kāi)關(guān)將電源開(kāi)關(guān)短路。這時(shí)候即使斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，電機(jī)仍然會(huì)繼續(xù)供電，直到搖臂回到風(fēng)窗底部，回位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由于蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的自鎖特性，搖臂將停在風(fēng)窗底部。圖3-8雨刮器電路原理圖第4章優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)是在熟練掌握機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)學(xué)科并且對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象有充分了解情況下進(jìn)行的有目的的創(chuàng)造機(jī)械產(chǎn)品的一項(xiàng)有較高要求的技術(shù)，整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程必須進(jìn)行有目的的進(jìn)行，一切行為以目的和結(jié)果為導(dǎo)向，整個(gè)過(guò)程包括對(duì)對(duì)象的分析、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)構(gòu)思、具體行為安排、相關(guān)的計(jì)算、試驗(yàn)、繪圖。也可以說(shuō)機(jī)械設(shè)計(jì)是將一套設(shè)備或者生產(chǎn)系統(tǒng)參考實(shí)際的生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)進(jìn)行制定的過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程具有多解性，設(shè)計(jì)者需要通過(guò)仔細(xì)的分析和有依據(jù)的選擇得出最優(yōu)解，而這個(gè)得出最優(yōu)解的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為優(yōu)化設(shè)計(jì)。在工程實(shí)踐中，追求結(jié)果的最優(yōu)化一直是設(shè)計(jì)者和工程師們的目標(biāo)，在此次的優(yōu)化設(shè)計(jì)中主要參考了應(yīng)力分析的結(jié)果對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的零件進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。4.1連接桿的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)連接桿屬于雨刮器的連動(dòng)桿總成，也是連動(dòng)桿總成中的重要部件，連接桿兩端連接著長(zhǎng)連桿節(jié)點(diǎn)和電機(jī)搖臂節(jié)點(diǎn)，屬于重要的傳動(dòng)部件。連接桿的工作狀態(tài)直接影響到整個(gè)雨刮器的運(yùn)行正常與否。4.1.1夾具的添加如圖所示,此次的應(yīng)力分析是處于電機(jī)啟動(dòng)后，電機(jī)搖臂將轉(zhuǎn)矩和力傳遞給連接桿瞬間。連接桿上面的電機(jī)搖臂節(jié)點(diǎn)開(kāi)始受力運(yùn)動(dòng)而長(zhǎng)連桿節(jié)點(diǎn)還是處于靜止的狀態(tài)。所以在夾具的確定中，選擇了孔定位如圖4-1。夾具的確定就是確定了靜止的部分，在分析的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)此處的夾具和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相符合，因此夾具裝入狀態(tài)無(wú)誤。圖4-1連接桿夾具設(shè)定4.1.2負(fù)載的添加在說(shuō)分析的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處，電機(jī)搖臂節(jié)點(diǎn)處于開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)而長(zhǎng)連桿的節(jié)點(diǎn)處于靜止的狀態(tài)。此時(shí)的連接桿就是要將電機(jī)搖臂的運(yùn)動(dòng)傳遞給長(zhǎng)連桿，因此受力主要來(lái)自于電機(jī)搖臂。電機(jī)搖臂與連接桿用鉚釘連接，因此受力情況主要來(lái)自于與鉚釘相配合的孔。受力情況如圖4-2所示。圖4-2連接桿負(fù)載設(shè)定4.1.3網(wǎng)格與材料材料的選擇為零件材料AISI1045鋼。軟件將會(huì)自動(dòng)計(jì)算模型的信息，此時(shí)，模型的具體信息如表4-1所示，模型網(wǎng)格信息如表4-2所示，網(wǎng)格具體信息如表4-2所示。表4-1連接桿模型信息質(zhì)量體積密度重量0.0195154kg2.48604e-006m^37850kg/m^30.191251N表4-2連接桿網(wǎng)格信息網(wǎng)格類(lèi)型實(shí)體網(wǎng)格所用網(wǎng)格器標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格自動(dòng)過(guò)渡關(guān)閉包括網(wǎng)格自動(dòng)環(huán)關(guān)閉雅可比點(diǎn)4點(diǎn)單元大小1.35527mm公差0.0677633mm網(wǎng)格品質(zhì)高表4-3連接桿網(wǎng)格具體信息節(jié)點(diǎn)總數(shù)14234單元大小8047最大高寬比4.3401單元(%)，其高寬比列<399.8單元(%)，其高寬比列>100扭曲單元(雅可比)的%0計(jì)算機(jī)名USER-20150111CN4.1.4應(yīng)力分析結(jié)果圖4-3連接桿分析結(jié)果如圖4-3所示，在此狀態(tài)下零件的主要應(yīng)力分布于降低高度的連接片處，在電機(jī)搖臂節(jié)點(diǎn)處并沒(méi)有非常明顯的應(yīng)力增加，然而在彎曲部分應(yīng)力增加比較明顯隨著彎曲的延長(zhǎng)應(yīng)力越大，并且在最遠(yuǎn)端即是在長(zhǎng)連桿節(jié)點(diǎn)靠近彎曲部分的一側(cè)達(dá)到最大。整體的來(lái)說(shuō)，應(yīng)力的分布比較均勻，但是在長(zhǎng)連桿節(jié)點(diǎn)處增加較快需要改進(jìn)零件的整體造型讓零件在長(zhǎng)連桿節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力分布更加的均勻。降低零件的應(yīng)力集中程度，增加零件的使用壽命。4.1.5優(yōu)化設(shè)計(jì)針對(duì)應(yīng)力集中的情況，和電機(jī)搖臂的改進(jìn)方法采用將連接桿長(zhǎng)連桿節(jié)點(diǎn)處倒斜角的辦法，倒斜角后應(yīng)力的分布面積增加了，能夠減小應(yīng)力的集中程度，使連接桿不會(huì)失效過(guò)快，或者變形太快。使其與雨刮器的整體受用壽命符合。4.2電機(jī)搖臂的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)電機(jī)搖臂是連動(dòng)桿總成中的一個(gè)重要零件，連接著連動(dòng)桿總成與電機(jī)總成，也是兩部分重要的傳動(dòng)部件，因此電機(jī)搖臂的受力情況是我們必須深入了解和仔細(xì)分析的，在雨刮器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上面，電機(jī)搖臂優(yōu)化設(shè)計(jì)也是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程所必不能少的。4.2.1夾具的添加如圖4-4所示，應(yīng)力分析為電機(jī)啟動(dòng)瞬間，在電機(jī)軸剛好將轉(zhuǎn)矩傳遞給電機(jī)搖臂，而連動(dòng)桿還是處于靜止?fàn)顟B(tài)。因此，夾具選擇為電機(jī)軸與連接桿連接的節(jié)點(diǎn)。在電機(jī)剛剛啟動(dòng)的時(shí)候，此節(jié)點(diǎn)也是靜止的，夾具的選擇（如圖所示）與狀態(tài)相符合。圖4-4電機(jī)搖臂夾具設(shè)定4.2.2負(fù)載的添加在電機(jī)剛剛啟動(dòng)的瞬間，電機(jī)軸將轉(zhuǎn)矩傳遞給電機(jī)搖臂。但是電機(jī)搖臂與連接桿連接的節(jié)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)，故在節(jié)點(diǎn)靜止的時(shí)候電機(jī)搖臂的受力主要是來(lái)自于電機(jī)軸。電機(jī)軸與電機(jī)搖臂由平行鍵和緊定螺栓連接，因此此時(shí)電機(jī)搖臂的受力有鍵槽處受力和來(lái)自于鍵條的力如圖4-5所示圖4-5電機(jī)搖臂負(fù)載設(shè)定4.2.3網(wǎng)格與材料材料的選擇為零件材料AISI1045鋼，這時(shí)候的模型信息為如表4-4所示，模型網(wǎng)格信息如表4-5所示，模型網(wǎng)格具體信息如表4-6所示。表4-4電機(jī)搖臂模型信息質(zhì)量體積密度重量0.0162397kg2.06876e-006m^37850kg/m^30.159149N表4-5電機(jī)搖臂網(wǎng)格信息網(wǎng)格類(lèi)型實(shí)體網(wǎng)格所用網(wǎng)格器標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格自動(dòng)過(guò)渡關(guān)閉包括網(wǎng)格自動(dòng)環(huán)關(guān)閉雅可比點(diǎn)4點(diǎn)單元大小1.27475mm公差0.0637376mm網(wǎng)格品質(zhì)高表4-6電機(jī)搖臂網(wǎng)格具體信息節(jié)點(diǎn)總數(shù)13940單元總數(shù)7906最大高寬比11.087單元(%)，其高寬比<399.6單元(%)，其高寬比例>100.0126扭曲單元(雅可比)的%0計(jì)算機(jī)名:USER-20150111CN4.2.4模擬的結(jié)果圖4-6電機(jī)搖臂分析結(jié)果如圖4-6所示，在這個(gè)狀態(tài)下零件的主要應(yīng)力分布在電機(jī)搖臂的右端，搖臂上面的應(yīng)力的在電機(jī)軸處并沒(méi)有多少變化，但是隨著網(wǎng)格位置向連接桿節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的過(guò)程中應(yīng)力越來(lái)越集中，開(kāi)始迅速的增加。并在到達(dá)最大值后開(kāi)始迅速減小。所以在節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力并不是整個(gè)零件最大的應(yīng)力，最大應(yīng)力的點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)8950處，也就是在節(jié)點(diǎn)之前4mm左右的網(wǎng)格處。4.2.5優(yōu)化設(shè)計(jì)針對(duì)應(yīng)力集中的問(wèn)題可以選擇倒角或者加強(qiáng)筋的辦法解決，在雨刮器中零件所受的載荷并不是很大，考慮到降低成本和加工方便的問(wèn)題我們選擇倒角的解決辦法，在搖臂軸的連桿部分將邊線(xiàn)倒角1mm，達(dá)到不影響零件強(qiáng)度的條件下使應(yīng)力的分布更加的均勻。優(yōu)化后的零件如圖4-7所示，應(yīng)力的分布范圍更廣了最大的應(yīng)力網(wǎng)格處于連接節(jié)點(diǎn)旁。圖4-7電機(jī)搖臂優(yōu)化結(jié)果第5章運(yùn)動(dòng)學(xué)分析5.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的重要性在雨刮器的使用過(guò)程中我們可以輕易的發(fā)現(xiàn)，在雨刮刮刷玻璃的過(guò)程中刮條并不是勻速運(yùn)動(dòng)。為了較少刮條對(duì)駕駛員視野的影響刮條在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)有高速的部分和低速部分，而駕駛員正是處于刮條高速區(qū)域如圖5-1所示，圖5-2刮條速度分布雨刮器的整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，為了準(zhǔn)確的了解本次設(shè)計(jì)的結(jié)果是否符合要求我們必須要完全的了解雨刮器的重要的運(yùn)動(dòng)部件真實(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。只有了解到真實(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，才能夠判斷設(shè)計(jì)結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)和使用要求。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是十分必要的。5.2分析過(guò)程5.2.1分析工具這次運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要是使用adams這款分析軟件，adams是一款強(qiáng)大的虛擬樣機(jī)分析軟件，完全能夠完成這次的運(yùn)動(dòng)分析。5.2.2分析過(guò)程雨刮器的運(yùn)動(dòng)部件中，連動(dòng)桿總成的運(yùn)動(dòng)情況最為重要。連動(dòng)桿總成中主要是由四桿機(jī)構(gòu)組成，四桿機(jī)構(gòu)在速度和角速度以及其他的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上面相對(duì)其他的機(jī)構(gòu)更加的復(fù)雜和無(wú)規(guī)律，因此在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的時(shí)候主要對(duì)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析。尤其是對(duì)四桿機(jī)構(gòu)中的左搖桿和右搖桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。在四桿機(jī)構(gòu)的分析過(guò)程中首先在adams軟件中添加了需要分析的運(yùn)動(dòng)部件，這里我們添加了底座、左搖桿、右搖桿、長(zhǎng)連桿、連接桿和電機(jī)搖臂這六個(gè)桿件。然后針對(duì)部件與部件的關(guān)系，仔細(xì)分析了各個(gè)部件之間所需要的運(yùn)動(dòng)副。這里的四桿機(jī)構(gòu)中主要是轉(zhuǎn)動(dòng)副因此我們添加了JOINT_1、JOINT_2、JOINT_3、JOINT_4、JOINT_5、JOINT_7、JOINT_8這七個(gè)運(yùn)動(dòng)副，最后添加了驅(qū)動(dòng)并輸入正確的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，其中運(yùn)動(dòng)副和驅(qū)動(dòng)與部件的關(guān)系如圖5-2所示圖5-2部件和約束5.3運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果輸入正確的驅(qū)動(dòng)函數(shù)后，即可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。在運(yùn)動(dòng)仿真完成后，可以得到四桿機(jī)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)和各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)曲線(xiàn)。本次的仿真添加的驅(qū)動(dòng)是添加在電機(jī)搖臂上面的，因此我們可以得到電機(jī)搖臂的運(yùn)動(dòng)角度曲線(xiàn)如圖5-3。圖5-3電機(jī)搖臂角度曲線(xiàn)我們可以看出電機(jī)搖臂的運(yùn)動(dòng)角度與時(shí)間成正比例函數(shù)，反映出電機(jī)搖臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程是一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為2s。也就是說(shuō)上圖反映出電機(jī)搖臂在四桿機(jī)構(gòu)中是做的一個(gè)周期為2s的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。5.3.1連接桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)電機(jī)搖臂的驅(qū)動(dòng)函數(shù)是一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以電機(jī)搖臂是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。而與電機(jī)搖臂連接的其他部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不會(huì)顯得很有規(guī)律。連接桿的角速度與時(shí)間曲線(xiàn)如圖5-4所示，連接桿角度與時(shí)間曲線(xiàn)如圖5-5所示；連接桿x方向上速度與時(shí)間曲線(xiàn)如圖5-6所示，y方向與時(shí)間曲線(xiàn)如圖5-7所示。圖5-4連接桿角速度曲線(xiàn)圖5-5連接桿角度曲線(xiàn)圖5-6連接桿x方向速度曲線(xiàn)圖5-7連接桿y方向速度曲線(xiàn)我們可以發(fā)現(xiàn)連接桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只是一個(gè)周期為2s的周期運(yùn)動(dòng)但是運(yùn)動(dòng)過(guò)程并沒(méi)有什么規(guī)律可言。5.3.2左搖桿的運(yùn)動(dòng)分析左搖桿連接著長(zhǎng)連桿和左搖臂在四桿機(jī)構(gòu)中起著重要的作用，因此左搖桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)十分重要，根據(jù)adams的分析，可以確定左搖桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，左搖桿x方向位移曲線(xiàn)如圖5-8所示，左搖桿y方向上的位移曲線(xiàn)如圖5-9所示，左搖桿y方向上的速度曲線(xiàn)如圖5-10所示，左搖桿x方向上速度曲線(xiàn)如圖5-11所示。圖5-8左搖桿x方向位移曲線(xiàn)圖5-9左搖桿y方向位移曲線(xiàn)圖5-10左搖桿y方向速度曲線(xiàn)圖5-11左搖桿x方向速度曲線(xiàn)從以上的曲線(xiàn)可以看出左搖桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：最大的位移出現(xiàn)在1s左右，最大的速度也是出現(xiàn)在1s左右。最小的位移是出現(xiàn)在1.25s左右，此時(shí)的位移在y方向上位移為0，而在x方向上的位移也很小。但是在這個(gè)時(shí)候無(wú)論在x還是y方向上的速度都比較大，在1.75秒的時(shí)候無(wú)論x方向還是y方向上的速度都接近于0，兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)都是周期運(yùn)動(dòng)，可以看出左搖桿是做的一個(gè)周期性的左右擺動(dòng)。5.4運(yùn)動(dòng)分析結(jié)論由以上的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果可以知道，因?yàn)閾u臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和搖桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致，因此搖臂的運(yùn)動(dòng)也是一個(gè)2s的周期運(yùn)動(dòng)，并且在1s左右速度達(dá)到最大值，而在1s的時(shí)候剛好是搖臂的半個(gè)周期，即是搖臂離玻璃下邊最遠(yuǎn)處，因此可以得出結(jié)論：在搖臂離開(kāi)玻璃下邊最遠(yuǎn)的地方，搖臂擺速達(dá)到最大值；搖臂速度分布與高速區(qū)域相符，因此，本次設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)合理。

總結(jié)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)欣欣向榮，現(xiàn)如今轎車(chē)已經(jīng)十分普及。雨刮器是汽車(chē)重要的安全件，能夠?qū)τ旯纹鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)我來(lái)所是一個(gè)鍛煉自己的很好的一個(gè)機(jī)會(huì)。本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程大概可分為查資料、總體設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析這么四個(gè)大的部分。在查資料的環(huán)節(jié)中，我對(duì)汽車(chē)雨刮器有了很多的了解，知道了雨刮器也有很多的分類(lèi)比如說(shuō)：?jiǎn)螖[臂雨刮器、雙擺臂雨刮器、兩側(cè)雨刮器、同側(cè)雨刮器、前風(fēng)窗雨刮器、后玻璃裝飾雨刮器等等。然后在開(kāi)始的總體設(shè)計(jì)，在總體設(shè)計(jì)這一塊中，我使用了SolidWorks對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的整體建模，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)這個(gè)大的環(huán)節(jié)中，我知道了什么叫最優(yōu)解；什么叫多項(xiàng)選擇和最優(yōu)選擇，也對(duì)約束方程有了一個(gè)了解?？偟膩?lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)是按計(jì)劃完成了，此次設(shè)計(jì)出的雨刮器不僅僅能夠勝任雨刮器的基本工作，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還針對(duì)了雨刮器在使用過(guò)程中的一些明顯的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，相比較現(xiàn)在市場(chǎng)上面存在的雨刮器，本次設(shè)計(jì)的雨刮器采用無(wú)骨雨刷，刮刷更加干凈；連動(dòng)桿機(jī)構(gòu)的重要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了偏移，避免了在使用過(guò)程中因?yàn)槭褂脮r(shí)的形變而產(chǎn)生的機(jī)械撞擊，延長(zhǎng)了使用壽命；同時(shí)在搖臂軸和搖臂之間采用的是鍵連接相比現(xiàn)存的雨刮器的鎖緊墊圈的連接更加可靠；在零件與零件之間也進(jìn)行了優(yōu)化，充分的考慮到了摩擦在配合和使用壽命上面的影響。

致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，隨之結(jié)束的還有四年大學(xué)生活。在大學(xué)中的這四年里學(xué)習(xí)了大學(xué)生在社會(huì)中所必備的生活和學(xué)習(xí)技能，但是大學(xué)四年里面更重要的還是讓我對(duì)自己有了一個(gè)更加清楚的認(rèn)識(shí)，知道了應(yīng)該怎樣面對(duì)社會(huì)，為踏足社會(huì)做好了準(zhǔn)備。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,有很多人幫助過(guò)我的人們。首先要感謝大學(xué)里面的授業(yè)恩師們，正是有了你們教我的知識(shí)和技能，我才有完成畢業(yè)設(shè)計(jì)能力。還要感謝周老師的指導(dǎo)，在我松懈的時(shí)候正是周老師的督促，才讓我能夠在規(guī)定的時(shí)間里面完成畢業(yè)設(shè)計(jì)；也是周老師為我們?cè)谕鈱?shí)習(xí)的同學(xué)們單獨(dú)指導(dǎo)。也要感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中幫助過(guò)我的同學(xué)們，教我使用adams軟件的同學(xué)、幫我查重的同學(xué)們。由于在實(shí)際生產(chǎn)和加工方面的經(jīng)驗(yàn)缺乏，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中可能有很多不合理的地方，希望各位老師指正，我一定加以改進(jìn)。

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