汽车雨刮器

汽车雨刮器 机械原理课程设计说明书 设计者:谢奕鹏 班级:12车辆二班 学号:12101026020 指导老师:李锦 2014年 1月 2日 目 录 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。 1.4 参考数据 .......................................................................................................... 5 1.5设计要求 ........................................................................................................... 5 二. 设计比较 ...................................................................................................... 6 2.1 设计方案一 ...................................................................................................... 6 2.2 设计方案二 ...................................................................................................... 7 2.3 最终设计方案 ................................................................ 错误～未定义书签。 三. 虚拟样机实体建模与仿真 ............................................................................... 12 3.1 ADAMS/VIEW 的样机建模 ......................................................................... 12 四. 虚拟样机仿真结果 .................................................................................. 13 4.1 滑块水平位移仿真曲线 ....................................... 13 4.2 块水平运动速度仿真曲线 .................................... 13 4.3 滑块水平运动加速度仿真曲线 ................................. 14 4.4 带刮片摆杆角速度仿真曲线 ................................... 14 4.5 带刮片白杆角速度仿真曲线 ................................... 14 五. 课程设计总结 .................................................................................................... 15 5.1 机械原理课程设计总结 ................................................................................ 15 5.2 设计过程 ........................................................................................................ 16 5.3 设计展望 ........................................................................................................ 16 5.4 设计工作分工表 ............................................................................................ 17 5.5 参考文献 ........................................................................................................ 17 一(题目:汽车风窗刮水器 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 歇运动机构及其组合机构等，即具体机构的尺度综合，求出机构的主要尺轮机构、间 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。 2 (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。 (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机构简介 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。 图1 汽车风窗刮水器机构简图及阻力线图 4 1.4参考数据 设计数据见表1所示 表1 设计数据 内容 曲柄摇杆机构设计及运动分析 曲柄摇杆机构动态静力分析 , LJ符号 lxGM K nDSSAB141441 2kg,m mm单位 ，，:r/minNN,mm 数据 40 1 150 80 180 100 15 0.01 500 1.5设计要求 1. 对曲柄摇杆机构进行运动分析 -2个位置的速度多边形和加速度多边形，以上内容与后面的动态静力分析作机构1 一起画在2号图纸上，整理计算说明书。 2. 对曲柄摇杆机构进行动态静力分析 确定机构一个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。作图部分画在运动分析的图纸上，整理计算说明书。 3. 在Adams中进行运动仿真和动力学仿真，作出位移、速度、加速度线图。 5 二.设计方案比较 2.1设计方案一 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。 6 2.2设计方案二 分析: 摇杆2转动带动摇杆3，摇杆3带动连杆移动，从而使摆杆4、5左右以一定频率 摆动，达到刮水的效果。 该方案优点: 1.该方案的可行性与优点: 2.整体构建布局可以在汽车上较为容易实现; 3.机构简单实用，在满足运动要求前提下大大节省了; 4.没有急回特性，即推杆和收杆平均速度相等。 7 2.3最终设计方案:方案二 该方案由一个四杆机构组成。使AB/CD=cos15?，传动部分由电动机带动曲柄2作匀速转动，从而带动杆件4、5摆动。 该方案特点如下: 1)是一种平面连杆机构，结构简单，加工方便。 2)不具有急回特性。由分析可知极位夹角θ=0?，其行程速比系数K=(180?+θ)/(180?-θ)=1。满足行程比系数k=1的要求。 3)杆件4的可摆动角度,=150?。只需AB/CD=cos15?，即可满足摆角,的要求。 4) 曲柄摆动，机构在两个极位时，可求机构在此位置时的传动角γ。当a=80mm、b=180mm、c=40mm、d=40时，可得连杆3和从动杆件4321 的传动角=arcos{【(a+b)?+c?-d?】/(2*(a+b)*c)}=15.00? , ,=180?-arcos{(b-a)?+c?-d?】/(2*(b-a)*c)}=15.00? γmin=15.00?，k=1，摆角,=150?。可见，此方案加工简单，满足设计 8 要求。 该机构的速度、加速度多边形计算与分析: 由已知条件可得: WAB=40*2π/60=1.33π m/s LAB=80 mm ? VB=WAB×LAB=0.334 m/s ? a B=WAB?×LAB=1.397 m?/s Pb=0.02 p`b`=0.02 取速度比例尺:μv=VB/pb=16.7 (m/s)/m 取加速度比例尺:μa=a B/p`b`=69.85 (m?/s)/m 依图(2)所示:在极限位置的速度、加速度分析， 根据理论力学公式: VC = VB + VBC 方向:?CD ?AB ?CB 大小: , ? , 式中仅有两个未知量，顾可用作图法求解。因为μv=16.7 (m/s)/m，取p点为速度图极点，作速度图如图(2)所示，于是得: VC =0 ， VBC=0.334 m/s 由理论力学公式可得: a C = a C^n + a C^t= aB + a BC^n + a BC^t 方向: cD ?CD BA CB ?CB ,,, 大小: ? , ? ? , 9 式中仅有两个未知量，顾可用作图法求解。因为μa=69.85 (m?/s)/m，并取p`点为加速度图极点，按照上式依次作其加速度图如图(2)所示，于是得: a C =p`c`*μa=1.397m/s? 图(2) 10 依图(3)所示:在极限位置的速度、加速度分析， 根据理论力学的公式: VC = VB + VBC 方向:?CD ?AB ?CB 大小: , ? , 式中仅有两个未知量，顾可用作图法求解。因为μv=16.7 (m/s)/m，取p点为速度图极点，作速度图如图(3)所示，于是得: VC =0 ， VBC=0.334 m/s 由理论力学公式可得: a C = a C^n + a C^t= aB + a BC^n + a BC^t 方向: cD ?CD BA CB ?CB ,,, 大小: ? , ? ? , 式中仅有两个未知量，顾可用作图法求解。因为μa=69.85 (m?/s)/m，并取p`点为加速度图极点，按照上式依次作其加速度图如图(3)所示，于是得: a C =p`c`*μa=1.397 m/s? 图(3) 11 三.虚拟样机实体建模与仿真 3.1 ADAMS/View 的样机建模 12 四.虚拟样机仿真结果分析 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: 4.1滑块水平位移仿真曲线 4.2滑块水平运动速度仿真曲线 13 4.3 滑块水平运动加速度仿真曲线 4.4带刮片摆杆角速度仿真曲线 4.5带刮片摆杆角速度仿真曲线 14 五.课程设计总结 5.1机械原理课程设计总结: 首先我们确定摇杆的长度，并用CAD画出了它的运动简图，之后用ADMAS进行运动仿真。通过这次课程设计我学会了ADMAS软件的基本操作掌握了更多的使用工具。并且在此设计过程中也培养了团队之间的协作精神。 在学完机械原理这门课程的同时，作为一名合格的机械学生，需要将所学的应用到实际设计机构中去，提高我们综合运用机械原理课程理论分析的能力，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。同时也训练我们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。完成了整个课程设计，收获颇多，尤其是在软件应用上面，同时对机械原理的知识有了更进一步的认识。 纵观课程设计过程，我们各组员任务分配明确，相互沟通交流，互帮互助，工作有条不紊地前进。短短的一周让我们受益匪浅: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们要考虑的问题，安全、稳定、美观、便捷、经济。这是最复杂和困难的，也是想的最多的地方，也是能够突出成绩的地方。我们在这方面想了很多，虽然有很多都没有在设计中体现出来，但总体上以满足要求。此外我们也参考了一些网上的资料，大多数都比我们的方案要复杂，完善。这也是我们此次设计的不足之处，可是我们确是在这些简单的零件组合与机构运动分析，对比，修改，调整中慢慢地喜欢上了一门原本被认为枯燥的课程。当我们看到自己辛苦了几天所最终确定下来方案在ADAMS软件里动起来时，激动之心溢于言表。 总而言之，良好的团队精神与认真负责的态度在让我们受益良多的同时也圆满地完成了此次机械原理课程设计。 15 5.2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。在设计过程中我们对于CAD软件的使用变得越来越熟练，用于仿真分析的ADMAS也更加娴熟系统了。完成这项课题，还得感谢李锦老师的帮助。 5.3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。 16 5.4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 谢奕鹏、沈雅演 绘制机械系统运动简图 谭智 机构运动设计及分析，ADAMS机构建模与仿李广增 真 资料整理，编制课程设计说明书 朱向阳 5.5参考文献 机械原理教程(第七版)/孙恒主编.—北京:西北工业大学大学出版社，2007 ADAMS-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 17