汽车雨刮器的设计与动力学分析.doc
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1、全套设计(图纸)加扣扣 194535455汽车雨刮器的设计与动力学分析摘要汽车在人们的日常生活中已经十分重要,作为汽车重要的安全件之一的雨刮器的地位日益提高,人们对雨刮器越来越重视。人们在日常生活中经常使用雨刮器,只要是适应雨天行驶的交通工具,几乎都配备了雨刮器,因此对雨刮器习以为常。本次设计将对长城哈弗H6所配备的雨刮器连动杆总成进行具体的结构设计,并使用SolidWorks对雨刮器进行整体建模和运动仿真,设计出具体的连动杆,并画出连动杆图纸和雨刮器的连动杆总成的装配图。并对主要的传动机构进行Adams运动学分析。作为一种需要循环动作的机构,雨刮器的使用寿命也是十分重要的,各个零件的受力情况
2、是设计时的重要考虑因素,因此我们必须对重要的零件进行受力分析并进行优化,改善应力分布或优化零件设计,以便延长使用寿命。在循环的动作中必须改善部分零件的装配关系避免摩擦的因素造成使用寿命的变短。在汽车上面每一处空间都必须合理的利用因此在雨刮器的设计过程中必须考虑整体的体积,减小雨刮器的体积也是需要考虑的重要因素。关键词:雨刮器、建模、运动仿真、AdamsThe design and dynamicanalysis of automotivewiperABSTRACT: Cars in peoples daily lives has been very important position wip
3、er important safety car parts as one increasing, more and more people pay attention to wiper. Wiper linkage rods mainly by four organizations, the implementation will rotate into about swinging. There are four-bar mechanism and power elements reducer connection speed to achieve what we want, people
4、often use the wiper in everyday life, as long as the vehicle to adapt to driving rain, almost all equipped with a wiper, wiper and therefore granted. The design will be the Pentium b70 is equipped with wiper linkage rod assembly specific structural design, and use of the wiper SolidWorks overall mod
5、eling and motion simulation, design specific linkage rod and draw linkage lever drawings and wiper linkage rod assembly assembe drawings. The main transmission mechanism and kinematic analysis were adams, in wiper blade during use, there are many problems, this design study for wiper noise problems
6、and to seek to solve or alleviate the problem.As a need to cycle the action mechanism, wiper blade service life is also very important, the forces of the various parts is an important consideration when designing, so we have an important part to stress analysis and optimization, improved stress dist
7、ribution or optimize part design, in order to prolong life. Factor in the action of the loop must improve relations with parts of the assembly to avoid friction caused life becomes short. In the car on top of every rational use of space must therefore wiper design process must consider the overall v
8、olume, an important factor in reducing the volume of the wiper is to be considered.Key words:wiper,modeling,motion simulation,Adams35目录第1章 前言11.1课题背景11.2雨刮器的产生、现状及发展趋势11.2.1雨刮器的现状11.2.2雨刮器的产生21.2.3雨刮器的发展趋势21.3研究的目的和内容31.3.1 研究目的31.3.2 研究内容31.4设计方法3第2章 总体方案的设计与确定52.1 设计对象及总体参数52.1.1研究目的52.1.2总体参数52.2
9、 雨刮器结构简析62.3 具体方案设计62.3.1减速器的设计:72.3.2四杆机构的设计82.4 方案对比及选择92.4.1减速器对比92.4.2四杆机构对比92.5 总体设计方案9第3章 结构设计103.1 连动杆总成设计103.1.1参数设计103.1.2结构设计133.2电机总成设计143.2.1参数设计143.3 摇臂总成设计173.3.1参数设计173.3.2参数设计183.4电路连接18第4章 优化设计194.1连接杆的应力分析和优化设计194.1.1夹具的添加204.1.2负载的添加204.1.3网格与材料214.1.4应力分析结果234.1.5优化设计234.2电机摇臂的应力
10、分析和优化设计234.2.1夹具的添加244.2.2负载的添加244.2.3网格与材料254.2.4模拟的结果264.2.5 优化设计27第5章 运动学分析275.1运动学分析的重要性275.2分析过程285.2.1分析工具285.2.2分析过程285.3运动分析结果295.3.1连接杆的运动状态305.3.2左摇杆的运动分析315.4运动分析结论33总结34致谢35参考文献36第1章 前言1.1课题背景我国的汽车工业发展至今已成为我国GDP的重要支柱,在过去的六十年里面我国汽车工业一点点壮大,随着我国经济一起飞速发展。经过六十年的发展我国已经成为了世界第一汽车制造大国,我国的汽车制造工业所取
11、得的巨大成就,令整个汽车业界乃至整个国际社会刮目相看。我国的汽车工业大概分为了三个阶段:第一个阶段是1978年以前,是汽车配给时期,我国这时候的汽车行业缺重少轻,几乎没有轿车,用户多半都是公有制事业单位,年销量只有17万辆;第二阶段是1979年到2001年主要是汽车市场培养和借着改革开放的东风开始慢慢的发展;第三个阶段是2002年以后,这段时间汽车行业蓬勃发展,汽车平均年销量接近100万辆。汽车也是十分的平民化了,家家户户都可以拥有汽车。汽车在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色,已经成为人们生活出行必不可少的交通工具,汽车运输的安全性也越来越重要。行车安全不仅仅包括行驶中的遵守规则,对机动
12、车本身的调养、维护也是十分重要的一方面。如果驾驶的汽车本身有问题,那么随时都有事故的可能。汽车在行驶过程中,透过挡风玻璃的视野是驾驶员获取信息的重要渠道,驾驶所需要的信息百分之八十以上都是靠视觉获取的,因此对党风玻璃的要求很高。不仅仅是透明性、大小、厚度,清洁程度也有很高的要求。因此雨刮器是汽车上面必不可少的零件。1.2雨刮器的产生、现状及发展趋势1.2.1雨刮器的现状雨刮器又称汽车风窗刮水器、挡风玻璃雨刷、水拨等。1893年福特发明世界上的第一辆汽车,为了清洁挡风玻璃上的水滴和灰尘,雨刮器随之而问世2。经过一百多年的发展,从而有了现在的雨刮器。现在我们汽车上面的雨刮器除了清洁灰尘、刮净雨水外
13、还具备了自洁、防污等功能。而且类别也越来越多样化,每种雨刮器对应着相应的雨刮对象。圆弧形的玻璃有与其对应的弧形运动雨刮设备,刮刷车内玻璃的雨刮器则安装了吸水性更强、更加易除尘除霜的刮片,在农用机械上面又有强适应性的雨刮器,轿车上面则用了美观、实用精巧的雨刮设备。下雨的时候驾驶员会打开雨刮器,挡风玻璃上的雨刮器刮臂就会绕转轴中兴摆动,刮掉挡风玻璃上的水滴,保证驾驶员的视野,保证行车安全。我们说看到的雨刮器十分简单也就是两根摇臂。其实,看似简单的雨刮器并不简单,整个雨刮器的总成结构包括:电动机、减速器、四杆机构、刮臂轴、标准化摇臂等。还包括比较复杂的电路结构,保证雨刮器可以在不同的雨量条件下以不同
14、的速度工作,还有电刷回位开关用来保证关闭雨刮器的时候,刮臂都会停在玻璃的底部,不会停在挡风玻璃中间阻挡驾驶员的视野。1.2.2雨刮器的产生雨刮器最早出现在1910年,经过一百多年的发展,雨刮器一成为了汽车上面重要的安全件之一。出于对安全的考虑,我国有法律明文规定:没有雨刮器的汽车严禁在道路上行驶。雨刮器的构想产生于美国特瑞科公司的董事长,他在雨天开车的时候,因为看不清道路而撞上了一个男孩。最初的雨刮器是塑料片在挡风玻璃上手动旋转,其缺点十分明显,容易造成人体疲劳,后来经历了真空驱动泵作为动力的第二代雨刮器,因为汽车速度的大幅提高而放弃,后面有了现在的第三代雨刮器电动雨刮器。1.2.3雨刮器的发
15、展趋势观察这些年雨刮器的发展可以知道,在雨刮器的发展上面跟趋向于智能化、柔性化、人性化、一部分零件标准化。从以前的福特眨眼雨刷到现在的雨刮器,不难看出:现在的雨刮器不仅仅是电机驱动的简单循环运动,整个雨刮器的设计加入了不少电器结构。速度开关可以让使用者选择不同的刮刷速度,回位开关保证了每次雨刮器的刮臂都停在挡风玻璃下部,不会遮挡驾驶员的视野。零件的标准化让更换容易故障的零件更加方便快捷。这些方面的发展是一百多年来人们的经验总结,在雨刮器以后的发展中想必在这些方面做得更好。1.3研究的目的和内容1.3.1 研究目的针对雨刮器现存容易出现的故障,运用机械创新技术设计出简单合理,性价比高的汽车雨刮器
16、,特别是改善汽车雨刮器使用时噪声的问题。1.3.2 研究内容良好的视野是车辆能否正常行驶的重要保障,雨刮器的责任也显得十分的重大,然而雨刮器在汽车的零件中也是属于比较容易损坏的,受损的雨刮器在刮刷风窗的时候不能将风窗完全刮干净容易形成一些阻碍视野的条纹,如:带状条纹,是因为没有找到雨刮臂的最佳支点,导致刮臂不是每个部位都与玻璃充分接触;雾状条纹,一层油状的薄膜随着雨刮器的使用而分布在玻璃上面,通常是因为脏、污huo9zhe车蜡附着在玻璃上面导致的。细水现象,雨刮器刮刷玻璃后,仍然有小水滴贴在玻璃的表面,这种问题多半也是因为车蜡或者油污硅化物粘附在挡风玻璃上面导致的。雨刮器使用时发出“咔哒”声响
17、或者刺耳的噪音,大多是因为胶条的磨损及摇臂杆、摇臂轴老化变形导致的3。挡风玻璃的干净与否与行车安全息息相关,雨刮器的问题就是行车安全的大问题,上面所提到的就是亟待解决的问题。1.4设计方法现在汽车雨刮器的结构相对比较成熟,市场上面很容易找到雨刮器的成品。因此,此次对雨刮器的研究可以参考现在市场上面的雨刮器,并查阅相关的资料,找出现有雨刮器的结构,同时加以改进。将雨刮器的整体结构进行CAD建模,关键零件的受力分析和整体动力学分析。SolidWorks的主要用途是机械设计,还可以进行电气、电子设计,CAM自动编程等。此次设计采用SolidWorks整体建模并且可以使用SolidWorks的受力分析
18、模块对关键零件进行静力学分析。同时可以进行运动仿真,验证设计的合理性。关于运动仿真可以采用ADAMS进行动力学分析。本次设计所用到的专业软件就是ADAMS和SolidWorks两个,但是由于在大学的学习可从中并没有接触过这两个软件,因此要对两个专业软件进行比较系统的学习,在时间的计划安排上面就显得比较紧凑了。整个设计过程首先需要确定各个零件的结构,计算各个零件的尺寸;然后针对各个零件用SolidWorks建模;再后面需要将各个零件的三维模型进行装配,对整体运动仿真,关键零件受力分析;最后对整体的三维模型进行Adams运动学分析;最后撰写论文。第2章 总体方案的设计与确定2.1 设计对象及总体参
19、数2.1.1研究目的本次设计对象为长城哈弗H6前风窗玻璃刮水器,长城哈弗H6是我国自主品牌推出的一款中高端轿车,采用三厢的车体结构,前置驱动,由一汽(中国第一汽车集团公司)生产,与2006年上市第一款奔腾。作为一款中高端的轿车,对各个部分的要求都很好,雨刮器作为轿车上面重要的安全件,尤其受到重视。结合我国汽车标准汇编和哈弗H6具体的各方面要求,雨刮器的至少满足以下条件:(1) 高效的除水、除雪能力;(2) 高效的出尘、除垢能力;(3) 八十摄氏度以上的高温工作环境;(4) 零下三十摄氏度的低温工作环境;(5) 通过扫雪载荷测试能力;(6) 循环寿命在150万次以上;(7) 耐酸碱、氧化腐蚀;(
20、8) 刮刷次数大于等于20次每分钟;(9) 高速档和低速档刮刷次数差值大于等于15次每分钟;(10)刮刷方式为同向刮刷,切偏向驾驶员方向;2.1.2总体参数长城哈弗H6的车身总长为4640mm,宽度达到了1825mm整车高度为1690mm。相对市场上面的SUV来说显得稍微要大一些。本次的设计对象为长城哈弗H 6的前风窗雨刮器。通过搜集资料我们可以知道前风窗大致尺寸为上底为1300mm,1700mm,高为1200mm的等边梯形。设计采用的刮条为卡卡买长城哈弗H6专用无骨雨刷刮条总成,此刮条尺如图所示寸为主驾24寸(80cm),副驾16寸(约为53.33cm)。此刮条将于设计的雨刮器各部分相互配合
21、组成完整的汽车前风窗雨刮器。2.2 雨刮器结构简析经过一百多年的发展,雨刮器经过了三个大阶段的改进,现阶段的雨刮器的结构已经非常成熟。雨刮器总成如图2-1所示,含有电动机、变速箱、四杆机构。刮水臂心轴、刮水片总成等。市场上面现存的雨刮器也都是由以上几个部分构成,只是各个机构的具体设计有些不同,但是机械原理也都是相同的。电机的告诉转动通过减速器减速增矩驱动摆臂,摆臂带动四杆机构,四杆机构带动安装在底座上的转轴左右摆动,轴与雨刮片摇臂通过花键连接,最后带动雨刮片刮扫挡风玻璃。其中雨刮器动力由电机提供,因为雨刮器是汽车重要的安全件之一,所以对电机的要求也是很高的,现阶段的雨刮器一般选择永磁直流电动机
22、。电动机与四杆机构之间还连接有减速器,减速器的作用是减速增矩。减速器减慢轴的转速,同时增加轴的扭矩,以达到四杆机构对力矩的要求。减速器连接四杆机构,四杆机构主要是将轴的转动转化为短摇臂的左右摆动,最后左右摆动通过摇臂心轴转化为刮水臂绕摇臂心轴的摆动。图2-1雨刮器大致结构2.3 具体方案设计雨刮器发展至今技术已经十分成熟,各个部分的设计都有很多种选择,在本次设计中,应该各个方面综合考虑,设计出结构简单,便宜实用的雨刮器,在降低成本的同时也要考虑到雨刮器的总体使用寿命。在各个方面中大致有以下的结构需要重点的考虑。2.3.1减速器的设计:方案一:采用二级减速机减速增矩如图2-2所示。在这里作为电动
23、机和四杆机构之间的传动机构能够很好的匹配转速和传递转矩。图2-2 二级减速器方案二:采用蜗轮蜗杆机构减速如图2-3所示,两根交错的轴之间常常用到蜗轮蜗杆机构,蜗轮蜗杆机构可以十分容易的传递两根交错轴之间的动力和转矩,在中间的平面内涡轮蜗杆机构相当于齿轮和此条机构,蜗杆的外形和螺杆的外形十分相似。蜗轮蜗杆机构在实际应用中有很多的优点,在动力的传动中可以达到很大的传动比,减速增矩效果十分显著;体积相比齿轮机构和带轮机构更小,因此应用范围更广;啮合面是线接触,能够承受的压力更大;有自锁性,当蜗杆转速减小的时候,蜗杆能够很好的减小蜗轮的转速。在需要较大减速比例、传动功率不是非常的大、或者需要间歇工作和
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