轿车雨刮器结构设计方案.docx

1、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 （virtual prototype） ，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

2、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

3、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

4、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。

5、 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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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 65 714次/分，低频为 45 1102 次/ 分频率之差 10次/ 分5、接触

12、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

13、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

14、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

15、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，