汽车雨刮器设计全解.docx
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汽车雨刮器设计全解
汽车风扇刮水器
课程设计说明书
设计者：
班级：
学号：
指导老师：
2013年12月27日
1
一.设计题目1
1.1课程设计目的和任务1
1.2课程设计内容与基本要求2
1.3机构简介错误！
未定义书签。
二.设计方案比较5
2.1设计方案一5
2.2最终设计方案6
2.3原始数据....6
.6
..11
4.1ADAMS/VIEW的样机建模11
五.虚拟样机仿真结果分析12
5.1位移仿真曲线.12
5.2速度仿真曲线.12
5.3加速度仿真曲线.12
六.课程设计总结13
6.1机械原理课程设计总结13
6.2设计过程13
6.3设计展望14
6.4设计工作分工表14
6.5参考文献15
一．题目：
汽车风扇刮水器
1.1课程设计目的和任务
机械原理课程设计能够培养机械类专业学生创新能力，是学生综合运
用机械原理课程所学理论知识和技能解决实际问题，获得工程技术训练的
必不可少的实践性教学环节。
机械原理课程设计教学所要达到的目的是：
1、培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用机械原理
课程的理论知识，并结合生产实际来分析和解决工程问题的能力。
2、通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动
和受力进行分析和计算，让学生对机构设计有一个较完整的概念。
3、训练学生收集和运用设计资料以及计算、制图和数据处理及误差
分析的能力，并在此基础上利用计算机基础理论知识，初步掌握编制计算
机程序并在计算机上计算来解决机构设计问题的基本技能。
机械原理课程设计教学的任务是：
机械原理课程设计通常选择一般用
途的机构为题目，根据已知机械的工作要求，对机构进行选型与组合，设
计出几种机构方案，并对其加以比较和确定，然后对所选定方案中的机构
进行运动和动力分析，确定出最优的机构参数，绘制机构运动性能曲线。
1
1.2课程设计内容和基本要求
机械原理课程设计是在机械原理课程完成后集中进行的教学环节，它是在教
师指导下由学生独立完成的。
每个学生都应明确课程设计的任务和要求，拟定设
计计划，保证设计进度、设计质量，按时完成课程。
在设计过程中，提倡独立思
考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计工作。
要求设计态度严肃认真、一丝
不苟，反对不求甚解，这样才能确保课程设计达到教学基本要求，并在设计思想、
方法和技能等方面得到良好的训练和提高。
1）机械原理课程设计步骤
（1）机构运动方案设计。
即根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定
机构方案；
（2）设计上述各机构。
根据选定的方案采用各机构，如凸轮机构、连杆机
构、齿轮机构、间歇运动机构及其组合机构等，即具体机构的尺度综合，求出机
构的主要尺寸；
（3）根据上面求得的尺寸，按比例画出全部机构的运动简图及运动循环图；
（4）据此对上述机构进行运动分析，并进行基于ADAMS软件的机构建模与
运动仿真。
即绘制机构的运动线图，或进一步进行运动和动力分析；
（5）编写设计说明书。
2）设计说明书编写要求
课程设计说明书是学生证明自己设计正确合理并供有关人员参考的文件，它
是课程设计的重要组成部分。
收集整理课程设计报告工作关系到课程设计的成
败，通过这项工作，能提高学生的技术概括能力和表达能力。
编写说明书也是科技工作者必须掌握的基本技能之一。
因此，学生在校期间就应加强这方面的训练。
课程设计说明书应在课程设计过程中逐步形成，课程设计结束时，再作必要的补充和整理。
而设计说明书的内容视设计任务而定，大致包括：
（1）设计题目（包括设计条件和要求）。
（2）机构运动简图或设计方案的确定。
（3）全部原始数据。
（4）完成设计所用方法及其原理的简要说明。
2
（5）建立设计所需的数学模型并列出必要的计算公式、计算过程及说明，
写出设计计算结果。
（6）绘出计算机程序框图，写出自编的程序。
或将基于ADAMS软件的机构
建模与仿真方法过程描述出来。
（7）用表格列出计算结果并画出主要曲线图。
（8）对设计结果进行分析讨论，写出课程设计的收获和体会。
（9）列出主要参考文献资料。
3）设计说明书的格式要求：
（1）说明书一般用A4纸打印，要求步骤清楚、叙述简明、文句通顺、书写
端正。
（2）对每一自成单元的内容，都应有大小标题，使其醒目突出，建议加上
目录。
（3）通过课程设计说明书的编写，学生应该学会整理设计数据、绘制图表
和简图，用工程术语表达设计成果的方法。
（4）对所用公式和数据，应标明来源——参考资料的编号和页次。
（5）说明书应加上封面，并与图纸一起装订成册。
3
1.3机构的简介
1.刮水器的功用
为了保证汽车在雪雨天有良好的视野，各种车辆均配有刮水器，它利用连杆运动机构将电机连续旋转运动化为刮片的往复挂刷运动，清除车窗上的水滴或污垢，保持清晰的视野。
2.刮水器的机构简介及运动原理
汽车风窗刮水器是用于汽车刮水刷的驱动装置。
如图1-（a）所示，风窗刮水器工作时，由电动机带动齿轮装置1-2，传至曲柄摇杆装置2'-3-4。
电动机单向连续转动，刮水杆4作左右往复摆动，要求左右摆动的平均速度相同。
其中，刮水刷的工作阻力矩如图1-（b）所示。
3.刮水器的运动简图
4
二、方案设计比较
2.1方案一
分析:
电机A转动，带动凸轮1、2转动，使滚子推杆上下移动，从而达到挂水效果。
该方案优点：
雨刷挂水面积较大，响应快速，机构简单紧凑。
该方案缺点：
中间固定部位较长，影响视线，凸轮廓线与推杆之间为点线接触，易磨损，凸轮制造较困难，雨刷向上移动时，又将雨水向上刮，影响效率。
5
2.2最终设计方案：
2.3原始数据
符号
n1
K
lAB
x1
LDC
G4
JS4
M1
单位
rmin
mm
N
kgm2
Nmm
数据
40
1
120
60
160
100
15
0.01
500
三、刮水器机构相关数据的计算及分析
1.LBC
160mm
2.极位夹角：
180k1k10（该机构无急回作用，摆臂可匀速
摆动）
3.传动角
r
arcosb2
c2
da2
2bc
6
b2c2da2
r1180arcos
2bc
得:
rr149
4.加速度、速度多边形计算与分析
已知：
n40rmin
得：
vB
LAB
4
ms
4.19ms
AB
AB
3
LAB
60mm
vAB
0.251ms
aB
2
2
s
ABLAB
1.052m
V
vB
83.8
选比例尺：
pb
aB
a
42.12
pb
vc
vB
vBC
理论力学公式：
n
aCBt
aC
aB
aCB
∵支座A、D
的水平距
离为160
mm,LAB60mm，且LABLCD,
∴LBC160mm，由运动机构的左极限和右极限分析可以得到：
CE
3
23
cos30
2
CD
CD
3AB
LAB60mm
在左极限位置时:
7
VB
AB
LAB
40
2
AB
ms
60
AB
4.187rad
s
LAB
60mm
VAB
0.251ms
n
2
LAB
1.052m
2
s
aB
AB
∴速度矢量图和加速度矢量图如下：
由理论力学公式得：
vcvBvBC,vc0,vCB0.251ms
8
∵aCaBaCBnaCBtacn0
加速度关系图
VCB
2
aCBn
LCB
0.394m2
s
LCB
act
sin30
aBn
aCBn
act
2.9m2s
.
vc0vcvBvBCvCB0.251ms
9
aC
aB
aCBn
aCBt
acn
0
n
2
LAB
1.052m
2
s
n
0
aB
AB
ac
2
aCBn
VCB
LCB
0.398m2
s
LCB
加速度分析图可得：
actcos60aCBnaBnact1.308m2s
10
由图的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺可得:
vc
0ms
aCn
0.683m2
s
aBCn
0m2s
vBC
0.251ms
aC
0.627m2
s
四、ADMAS仿真与建模
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五、ADAMS仿真结果分析
利用ADAMS仿真软件对已建立模型的摇杆的位移、速度、加速度进行数据
分析，并输出所需要的数据及曲线，如下：
位移：
速度：
加速度：
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六.课程设计总结
6.1机械原理课程设计总结：
在学完在校的众多课程的同时，作为一名合格的机电学生，需要将所学的应
用到实际设计机构中去，提高我们综合运用理论分析的能力，并结合生产实际来分析和解决工程问题。
根据已知机械的工作要求，通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算，让我们对机构设计有一个较完整的概念。
在整个课程设计的过程中，我们做到分工合作，明确每个人的任务。
在这次雨刮器的设计过程中我们遇到了不少的困难，例如计算各节点的速度加速度问
题，仿真数据分析等都让我们花费了大量的时间。
绘制雨刮器的运动简图也是一
项麻烦的工作，需要耐心和认真。
但在绘图的同时也很好地复习了CAD的运用。
纵观本次设计过程，短短的一个星期让我受益匪浅：
首先要对问题认真重视，然后就是数学思想的完美性的思考，将机构放之现实生活中我要考虑的问题，还翻阅了大量有关雨刮器设计的书籍，更好地了解了雨刮器的设计原理和设计理念。
6.2设计过程
通过这次课程设计，我们真是收获颇丰,不仅温习、巩固了课本上学所学知识，而且使让我们在实际操作中学会了多动脑带来的快乐，团体合作的力量以及相互讨论的好处。
对于设计流程：
参与课程设计的选题，对刮水器的机构进行构思，设计方案和设计思路。
绘制刮水器的机构简图。
对选定的方案进行尺寸设计。
在ADMAS软件中设计出雨刮器机构，并对其进行仿真，得到各运动参数。
在此次的机械原理课程设计中，我们对于某些机构的原理知识，有了更高有一层的认识，有感性的认识变为了理性的理解以及掌握。
在设计过程中我们用于仿真分析的
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ADMAS也更加娴熟系统了。
6.3设计展望
生活中我们发现，雨下得很大时使用雨刷感觉不错，可是当下小雨启动雨刷
时，就会发现雨刷会在玻璃面上留下擦拭不均的痕迹；还有的时候会卡在玻璃上
造成视线不良。
这种情况表明雨刷已硬化。
若排除此故障，应先了解一下雨刷的
工作原理。
原来，雨刷是借马达的转动作用，靠连接棒转变成一来一往的运动，
并将此作用力传达至雨刷臂及雨刷本身。
当雨刷的橡胶部分硬化时，雨刷便无法
与玻璃面紧密贴合，或者雨刷一有了伤痕便会造成擦拭上的不均匀，形成残留污
垢。
雨刷或雨刷橡胶片的更换很简单，但在更换时应注意，车型及年份不同，雨刷的安装方法及长度不同。
有的雨刷只需要更换橡胶片即可。
1.雨刷臂如果是可立式的就立起来，如果是不可立的屏蔽式，先将玻璃面弄湿，当雨刷在较易更换的位置时将马达开关定在OFF。
2.雨刷的安装方法有U钩型、螺丝锁定型。
钩型者只要将钩子拉起来雨刷即可拔下。
3.取下来的雨刷最好与新装的雨刷的长度比一比，看看是否相同，再观察一下安装方法是否相同。
4.将雨刷尽量按原来的方式插入，使其固定。
5.将挡风玻璃弄湿，观察雨刷的动作是否正常。
6.4课程设计工作分工表
课程设计工作任务负责人
机械运动方案设计，讨论及确定
绘制机械系统运动简图
机构运动设计及分析，ADAMS机构建模与仿真
资料整理，编制课程设计说明书
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6.5参考文献
机械原理教程（第七版）/陈作模主编.—北京：
高等教育出版社，2007ADAMS虚-拟样机技术入门与提高/郑建荣主编.—北京：
机械工业出版社，2001机械设计课程设计/王大康，卢颂峰主编.—北京：
北京工业大学出版社，2000
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