轿车雨刮器结构设计方案.docx

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轿车雨刮器结构设计方案

轿车雨刮器结构设计方案

1.1虚拟样机技术

虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法，它足一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。

这些数字模型即虚拟样机（virtualprototype），将不同工程领域的开发模型结台在一起，它从外观、功能和行为上模拟真实产品．支持并行工程方法学。

虚拟样机技术涉及多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术的综合应用技术[21]。

虚拟样机技术是在CAx（如CAD、CAM、CAE等）／DFx（如DFA、DFM等）技术基础卜的发展，它进一步融合信息技术、先进制造技术和先进仿真技术，将这些技术应用于复杂系统全生命周期、全系统、并对它们进行综合管理，从系统的层面来分析复杂系统，支持“由上至下”的复杂系统开发模式。

虚拟样机技术不仅是计算机技术在工程领域的成功应用，更是一种全新的机械产品设计理念。

一方面与传统的仿真分析相比，传统的仿真一般是针对单个子系统的仿真，而虚拟样机技术则是强调整体的优化，它通过虚拟整机与虚拟环境的耦合，对产品多种设计方案进行测试、评估，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性能。

另一方面，传统的产品设计方法是一个串行的过程，各子系统（如：

整机结构、液压系统、控制系统等）的设计都是独立的，忽略了各子系统之间的动态交互与协同求解，因此设计的不足往往到产品开发的后期才被发现，造成严重浪费。

运用虚拟样机技术可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机，实现产品的并行设计，可在产品设计初期及时发现问题、解决问题，把系统的测试分析作为整个产品设计过程的驱动。

1.2虚拟样机技术的应用及发展

近年来，虚拟样机技术及其应用已经获得重大进展，已经具备处理日益复杂的工程问题的能力，被广泛地应用在汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业等不同领域中。

世界著名的制造公司在生产开发过程中广泛地应用虚拟样机技术，波音飞机公司777飞机的设计就是采用虚拟开发技术的典型实例，开发周期从通常的8午减少到5年，设计、装机、测试均是在计算机中模拟完成．初步做到无纸设计，保证了一次试制成功。

其它如在克莱斯勒公司，已常采用虚拟产品建模。

在福特汽车公司，虚拟分析样机已很普遍。

Motorola也正在研究和利用虚拟样机技术进行2l世纪商业和DoD的军用移动分布式无线全球通讯系统和网络技术的研制，以减低开发设计的风险和成本。

虚拟样机技术改变了传统的设计思想，对制造业产生了深远的影响。

虚拟样机技术的发展，使产品设计可摆脱对物理样机的依赖，体现了一种全新的研发模式，它在工程领域的迅速发展，必将给企业带来重大的影响。

虚拟产品的销售。

虚拟样机技术和柔性制造技术已经使虚拟产品销售成为可能，即企业先通过虚拟样机找到客户，再组织生产。

因此企业在产品制造和市场竞争方面更具灵活性。

企业间的动态联盟。

产品的数字化使企业能够通过Internet进行产品信息的快速交流，克服单个企业资源的局限性，将具有开发某种新产品所需的知识和技术的不同组织或企业组成一个临时的企业联盟，即企业间的动态联盟，以适应瞬息万变的市场需求和激烈竞争。

1.3设计的目的意义

本设计的目的，是根据当前的先进设计理论，通过所学知识，并利用Pro/E软件平台，对雨刮器做进一步的设计，力求使刮刷面积进一步增大，使得司机在任何时候都有一个清晰的视野，提高汽车行驶安全性。

1.4设计的基本内容与解决的主要问题

1.4.1研究的基本内容

雨刮器总成含有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片总成等。

本设计要求进行捷达轿车雨刮器部件尺寸的设计，求解刮扫面积等；要选择电机的型号，分析雨刮器的控制电路及间歇电路，分析电机的自动回位装置，确定雨刮器的硬件的尺寸等，求解雨刮器的刮扫面积，利用ADAMS软件进行运动分析，获得运

动的轨迹和速度，并运用Pro/E绘出三维模型。

1.4.2拟解决的主要问题

解决问题：

（1）分析雨刮器电子间歇控制电路；

（2）分析雨刮器的自动回位装置；

（3）确定雨刮器的控制方式；

（4）优化雨刮器传动机构；

（5）确定刮刷区域，并计算最大刮刷面积；

（6）实现雨刮器的运动仿真；

（7）最终实现三维模型建立（Pro/E）。

解决方法：

（1）分析比较不同车型的控制电路及间歇控制电路，选择其中一种；

（2）分析其他车型的自动回位装置，选择合适的；

（3）比较分析不同雨刮器的控制方式，选择一种；

（4）分析比较其他车型的传动机构，选择合适的优化传动机构；

5）查阅参考资料中求解雨刮器的算法；

6）学习ADAMS软件，实现雨刮器的运动仿真；

7）学习Pro/E软件，建立雨刮器的三维模型。

第2章轿车雨刮器

2.1引言

汽车风窗玻璃上时常会附着雨雪和尘土，如果不及时擦拭干净，将会影响驾驶员的视线，对行车安全带来很大不利。

为了确保挡风玻璃清洁明亮，汽车上都装有风窗雨刮器。

其功能是将玻璃上的雨水、尘埃、污垢刮净，以获得清晰的视野，保证行车安全。

汽车雨刮器，是一个很小却又不容忽视的汽车部件，它能擦亮汽车的“双眼”，使司机的视线更加清晰。

汽车雨刮器是用来清扫汽车风窗玻璃上的雨雪和尘埃的装置，一旦它失去作用，将直接影响到司机雨天驾驶视野的清晰度。

雨刮器看似结构简单，但是从驱动电机到最终的刮刀的结构尺寸和运动方式都决定雨刮器的性能。

雨刮器虽然是汽车的附件，但很多汽车制造企业将雨刮器列为汽车的安全部件,并将雨刮器的一些功能特性（如刮刷频率）列为安全特性,由此可见，雨刮器与汽车的安全性能有着紧密的关系，是我们不容忽视的汽车部件。

目前国内外的雨刮器都不能消除刮扫死角，本次设计也不能完全消除刮扫死角，但力求刮扫面积增大，使司机可以尽量有最宽阔的视野。

2.2汽车雨刮器的研究现状

雨刮器总成含有电动机、减速机、四连杆机构、刮水臂心轴、挂水片总成等。

当司机按下雨刮器的开关时，电动机启动，电动机的转速经过蜗轮蜗杆的减速增扭作用驱动摆臂，摆臂带动四连杆机构、四连杆机构带动安装在前围板上的转轴左右摆动，最后由转轴带动雨刮片刮扫挡风玻璃。

雨刮器的种类很多,按安装位置分,有顶置、底置、侧置、前后置和内外置等;按雨刮范围分,有局部雨刮、整体雨刮、单面雨刮和双面雨刮;按运动方式分,有四杆机构左右摆动式、导轨式直线和弧线运动式;按制作材料分,有普通黑胶体雨刮器、

透明塑料体雨刮器和磁性体雨刮器。

目前,车辆上广泛使用的是曲柄连杆机构黑胶体雨刮器。

国外对汽车电动雨刮器的性能要求：

1、耐久性能

美国标准1975年SAEJ903b推荐

（1）总成耐久试验

（2）刮片耐久试验

（3）橡胶片耐久试验

日本标准1976年JISD5710推荐

（1）橡胶片耐久试验

（2）总成耐久试验试验后摇臂的压力变化和试验前相比应在15%以内,摇臂

和刮片的各部分不应有明显的松弛、松动（配合、间隙等）或其他有害缺陷的产生。

2、强度性能

美国标准1975年SAEJ903b推荐

在刮动过程中阻挡摇臂15秒，试验后应仍能正常工作。

3、刮刷性能

美国标准1975年SAEJ903b推荐

耐久试验试验后刷净性能仍应达到

75%。

4、刮动频率

（1）美国文献介绍

刮动周期

1--20

秒

（2）法国文献介绍

刮动频率

12--40

次/分

3）美国文献介绍间隔3秒较普遍

（4）英国文献介绍适应极细雨时用,频率和间歇均能独立控制。

（5）美国文献介绍倾盆大雨时的刮刷频率可高达80次/分,高于上述频率则雨刮将在风窗玻璃水而上浮掠而过,破坏刮水性能。

6）根据JB3033-81规定，高频刮拭频率为65714次/分，低频为451102次/分

频率之差>10次/分

5、接触面压力

刮刷性能

的空气浮力,使刮刷效果恶化,此时为了改善其刮刷性能,最低需要400克的压力

6、橡胶片与摩擦系数

美国标准1975年SAEJ903b推荐

（1）耐久试验

（2）化学试验

日本标准1976年JISD5710推荐耐久试验

7、工作温度范围

美国标准1975年SAEJ903b推荐

（1）工作温度范围55士3℃一

（2）高温试验温度55士3℃

最高速连续工作1/2小时

（3）低温试验温度-30士5℃

最高速连续工作1/2小时

法国文献介绍工作温度范围-30℃--80℃

8、联动机构效率与摆角

日本文献介绍联动机构效率80--85%

刮刷角度≯110o

如超过此限度,则尺寸误差变得敏感、且易越过死点,致使效率下降。

9、刮动扭矩

日本文献的介绍刮动扭矩大于50公斤·厘米随着风窗玻璃的大型化,刮片长度大于280毫米的越来越多,刮动扭矩也随着增大,超过了50公斤·厘来。

10、刮动电流法国文献介绍刮动电流0.1安培

国外对雨刮器的设计要求都有了明确并且高标准的规定[4]。

而我国现阶段的雨刮器发展现状是新产品喜忧参半,老产品一统天下。

（1）新产品喜忧参半。

由于冬季车辆内外温差大,常常在车内挡风玻璃上结有很厚的一层冰霜,必须使用热水布反复擦除才能保证正常的视觉效果,于是发明了双面雨刮器。

双面雨刮器的不足是,外雨刮片是车外物体,内雨刮片与其一起联动,容易分散驾驶员注意力而引起视觉疲劳,危害行车安全。

通过改进,把内雨刮片改成磁条式的,无机械联动,需要时贴上,用完后取下,很方便。

但是实际使用中发现磁性大小很难控制,更麻烦的是加大磁场作用效果时,干扰车内电子设备,用手机做测试,通话质量差,甚至车内收放音设备无法正常工作。

局部雨刮一直是现用雨刮器的缺陷,小范围雨刮后视觉效果差,影响驾驶员对前方全景的正确判断。

经过不断改进,把雨刮片的曲线（圆周）往复运动改成直线往

复运动,雨刮面积加大。

但是设计者把被雨刮的玻璃假想成直面矩形平板式,而目

前挡风玻璃更多的是流线圆弧形等形状,直线整体雨刮在弧形玻璃上无法安装。

传统雨刮片的材料是黑胶体,技术人员把它改成透明状,增强了视觉感光效果。

在具体测试时,遇到雨天夜晚行车,打开雨刮设备,各类光源被透明雨刮片折射后与透明棒形成新的“发光棒”,司机原本可远距离观察,这时却被发光棒来回运动构成的发光“墙面”遮掩而眩目。

（2）老产品一统天下。

我国车辆工业近年来快速发展,但是雨刮器作为一种附件,其开发一直得不到应有的重视。

一方面是用户的使用和思维习惯,另一方面是新产品的完备性和推广价值不高。

接受和认可新型雨刮器要有一个过程,真正的强适应性雨刮器开发出来,一定会是中国制造的一大特色。

普通雨刮器经久不衰,除了没有可靠的替代品之外,另一个很重要的原因就

是其质量稳定、结构简单、故障率低和易于维修。

而前几种新型雨刮器要么处于试验阶段,要么质量不稳定,制造商不敢投入太多的资金搞推广[4]

由于以上种种原因，我国广泛应用的雨刮器一直没有新的改进与进展。

因此我

国现阶段的目标因该是在一定的技术要求下，改进老产品的不足，结合其他新产品

的优点，设计出新型的，刮扫面积大的，结构简单、稳定的，