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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：
汽車觀后鏡刮水及清洗系統(tǒng)設(shè)計
II、畢 業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求
(1) 后視鏡刮水器及清洗系統(tǒng)的方案設(shè)計
(2) 后視鏡傳動機構(gòu)設(shè)計
(3) 后視鏡刮水及清洗系統(tǒng)的控制電路設(shè)計
(4) 設(shè)計出相關(guān)的圖紙并編寫設(shè)計說明書
III、畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
（1）查閱文獻(xiàn)、熟悉相關(guān)軟件使用，撰寫開題報告； 2周
（2）相關(guān)外文文獻(xiàn)閱讀與翻譯（6000字符以上）； 1周
（3）運動及動力參數(shù)計算； 2周
（4）總裝圖設(shè)計； 1周
（5）主要零、部件強度及選用計算； 2周 1周
（6）完成主要圖形的設(shè)計 2周
（7）繪制零、部件圖 6周
（8）答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 1周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1] 濮良貴，紀(jì)名剛主編. 機械設(shè)計. 第八版. 北京：高等教育出版社，2006.5
[2] 周建平主編. 汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修. 北京：人民交通出版社，2005.8
[3] 成大先主編. 機械設(shè)計手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11
[4] 機械設(shè)計手冊編委會主編. 機械設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
.
[5] 劉鴻文主編. 材料力學(xué). 第4版. 北京：高等教育出版社，2004.1
[6] 龐國星主編. 工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2005.8
[7]G. Boothroyd and P. Dewhurst,Product Design for Manufacture and Assembly. Manuf, Eng., 1988
[8] Joseph Constance. DFMA：Learning to Design for Manufacture and Assembly. Mech.Eng.,1992
航空制造工程 系 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè)類 0781051 班
學(xué)生（簽名）： 肖俊
日期： 自 2011 年 月 日 至 2011 年 月 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機械設(shè)計 系（室） 主任（簽名）：
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計說明書首頁。
汽車觀后鏡刮水及清洗系統(tǒng)設(shè)計
一、 課題研究的目的意義及國內(nèi)外研究概況
1.1 課題研究的目的意義：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已成為人們出行的必備的交通工具。在汽車行駛過程中，為了確保司機能可以看到汽車后方、側(cè)方和下方，在各種汽車的外部都裝有一種可以用來反映汽車后方、側(cè)方和下方的的情況，使駕駛者可以間接的看清楚這些位置的情況的鏡子——汽車后視鏡。
可當(dāng)司機在霧天或雨天行駛時，由于霧氣造成的后視鏡鏡面的積霧、冬天積霜或雨水侵襲會造成司機對側(cè)后方的視線不清，從而使駕駛員在行車時很難通過后視鏡看清情況，特別是駕駛大型車輛需左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、變道、倒車等情況時，影響了行車安全。此時駕駛員需伸出車窗外進(jìn)行清潔鏡面表面，這樣極不方便，又是暫時措施，霧氣及雨水又會馬上使之模糊不清。因此，為了功能上的完備，駕駛的安全性及操作的方便性，必須采用各種裝置，當(dāng)產(chǎn)生上述情況時，駕駛員就可方便地開啟這種裝置，解除不必要的后顧之憂。
1.2 國內(nèi)外研究概況：
作為最主要的現(xiàn)代化交通工具之一，汽車在人類日常生活中扮演著越來越重要的角色。人們對于汽車的安全性要求也越來越高。汽車要安全運行，與駕駛員接受信息正確確與否、信息輸入裝置的多少和快慢有著重要影響。汽車在行駛過程中，有80%的信息是靠視覺得到的，確保良好的視野是預(yù)防汽車事故的必要條件，所謂的視野是駕駛員行車時的視線范圍。一般情況下，按視野獲得的方式可分為直接視野和間接視野，直接視野就是駕駛員在駕駛位置時，直接透過前風(fēng)窗玻璃、車門玻璃和后風(fēng)窗玻璃所能直接、清晰地看到的道路的范圍大小。間接視野即駕駛員通過內(nèi)外后視鏡看到的車輛后方情況的清晰圖像，圖像所反映的范圍即為得到的視野。后視鏡是駕駛員間接視野的主要保證，因而后視鏡的合理布置和表面的清潔時提高汽車主動安全性的重要因素之一。
通過對國內(nèi)外后視鏡刮水器材料的收集與整理，總結(jié)出目前國內(nèi)外后視鏡刮水器的主要有如下幾種形式：
1. 將一根伸縮桿套入導(dǎo)桿內(nèi)并與導(dǎo)桿滑動連接，在伸縮桿的一側(cè)軸向連接一排水撥，在導(dǎo)桿上設(shè)有凹槽和水撥對應(yīng)連接。該裝置與后視鏡連接后，可形成來回轉(zhuǎn)動、左右來回及上下來回?fù)芩?，使得清潔到位，收取時便于隱藏。
2. 將直流電機通過齒輪組連接轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂連接雨刮板在后視鏡上擺動，從而實現(xiàn)將后視鏡上的雨水或水汽刮掉。
3. 將兩個電磁鐵對置安裝在刮臂兩側(cè)，每個電磁鐵能產(chǎn)生相反方向磁力線。將兩個電磁鐵能使兩個活動鐵芯同時做相向或相背運動的激磁繞組并聯(lián)成一組。并聯(lián)后的兩組激磁繞組與繼電器的兩個靜觸點連接，動觸點和振蕩器通過開關(guān)與電源相接。繼電器磁化線圈受振蕩器控制。刮臂安裝在刮臂軸上。刮片插接在刮臂上且停止位置由掛接在刮臂頂端的回位彈簧控制。兩個電磁鐵中的兩個活動鐵芯通過連桿分別接于刮臂軸兩側(cè)對稱處的刮臂上。刮水器裝于安裝底板上。通過電磁使刮臂來回移動，從而實現(xiàn)將后視鏡上的雨水或水汽刮掉。
4. 一種刮水器是由動力、減速箱、曲柄和刮水桿構(gòu)成，利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱減速帶動曲拐作圓周運動，使與之活動連接的刮水桿往復(fù)擺動，將掛在倒后鏡上的水珠刮掉。
二、課題研究的主要內(nèi)容
本課題是針對已有的后視鏡刮水器的基礎(chǔ)上設(shè)計一個更簡單、更實用的刮水器，憑借啟動雨刷傳動裝置以驅(qū)動雨刷刮除后視鏡鏡面上的水氣，以使鏡面保持明亮，可供車輛駕駛清楚觀看到后視鏡內(nèi)反映的景象，以確保行車安全。主要是對以下幾點進(jìn)行研究：
1) 后視鏡刮水器及清洗系統(tǒng)的方案設(shè)計
2) 后視鏡傳動機構(gòu)設(shè)計
3) 后視鏡刮水及清洗系統(tǒng)的控制電路設(shè)計
4) 設(shè)計出相關(guān)的圖紙并編寫設(shè)計說明書
三、課題的關(guān)鍵問題及解決的思路
本課題是在已有的設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計一個更簡單、更方便的刮水器。通過翻閱大量資料和專利，最終設(shè)計出以下三種方案：
方案一：
此方案采用的是與前擋風(fēng)玻璃的傳動原理相同的。該刮水器由動力、減速箱、曲柄和刮水桿構(gòu)成，利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱減速帶動曲拐作圓周運動，使與之活動連接的刮水桿往復(fù)擺動，將掛在后視鏡上的水珠刮掉。
方案二：
此方案的刮水器由動力、鏈、鏈輪和刮水桿構(gòu)成。利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)鏈輪傳動，帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，使與之連接的刮水桿往復(fù)擺動，從而將后視鏡上的水珠刮掉。
方案三：
本方案提供了一種汽車后視鏡的雨刷裝置，通過傳動組帶動雨刷以刮除后視鏡所沾附的水滴等污物。其中傳動組分別固設(shè)于后視鏡的內(nèi)部空間內(nèi)，各傳動組包括有一電動機、兩組嚙合的齒輪、移動座、固定架，其中銜接桿上方與雨刷連接，電動機的軸心帶動主動傳動輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其嚙合的從動輪旋轉(zhuǎn)，從動輪旋轉(zhuǎn)帶動螺桿的旋轉(zhuǎn)，螺桿的正逆方向旋轉(zhuǎn)時，使其上的螺母帶動雨刮器來回移動，固定架的兩側(cè)各設(shè)有感測組件—位置傳感器。來實現(xiàn)螺桿的正反轉(zhuǎn)。
以上三種方案中，方案一采用的是曲柄搖桿結(jié)構(gòu)，對空間范圍要求很大，并已有設(shè)計出來，所以不以采用；方案二中需采用鏈接結(jié)構(gòu)，傳動精度不高，所以也不以采用，所以最終確定以第三種方案進(jìn)行設(shè)計。
四、預(yù)期的成果
通過畢業(yè)設(shè)計，使大學(xué)四年的理論知識與實際有效結(jié)合在一起，提高了自己機械設(shè)計方面的能力。
通過對汽車觀后鏡刮水及清洗系統(tǒng)設(shè)計，了解了很多機械設(shè)計方面的知識，了解機械設(shè)計的方法及流程，了解國內(nèi)外發(fā)展的狀況和方向，把自己四年的知識得到了運用和掌握。對自己的專業(yè)外語也有了很大的提高，在CAD等相關(guān)軟件的運用上得到了鞏固。最后完成了機械設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書。
參考文獻(xiàn)
[1] 濮良貴，紀(jì)名剛主編. 機械設(shè)計. 第八版. 北京：高等教育出版社，2006.5
[2] 周建平主編. 汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修. 北京：人民交通出版社，2005.8
[3] 成大先主編. 機械設(shè)計手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11
[4] 機械設(shè)計手冊編委會主編. 機械設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
[5] 劉鴻文主編. 材料力學(xué). 第4版. 北京：高等教育出版社，2004.1
[6] 龐國星主編. 工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2005.8
[7] 龔溎義主編. 機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書. 北京：高等教育出版社，1990.4
[8] 孫恒，陳作模主編. 機械原理. 北京：高等教育出版社，2000
[9] G. Boothroyd and P. Dewhurst,Product Design for Manufacture and Assembly. Manuf, Eng., 1988
[10] Joseph Constance. DFMA：Learning to Design for Manufacture and Assembly. Mech.Eng.,1992
[11] 邱映輝主編. 機械設(shè)計. 北京：清華大學(xué)出版社，2004
[12] 劉惟信主編. 汽車設(shè)計. 北京：清華大學(xué)出版社，2001
畢業(yè)設(shè)計（論文）
汽車觀后鏡刮水及清洗系統(tǒng)設(shè)計
摘要:安全是人類生存的基本要求，作為主動安全裝置的后視鏡是駕駛員間接視野的主要特征。本設(shè)計首先對后視鏡的結(jié)構(gòu)形式及研究狀況進(jìn)行了介紹；針對目前觀后鏡在雨天雨水及時常有灰塵附于上視野變差的問題，提出了具有刮水及清洗系統(tǒng)的后視鏡總體布置設(shè)計的思路；對后視鏡刮水傳動機構(gòu)及清洗系統(tǒng)作了詳細(xì)的設(shè)計，完成了相應(yīng)機構(gòu)設(shè)計計算過程；并對刮水及清洗系統(tǒng)控制電路了進(jìn)行了設(shè)計。所設(shè)計的后視鏡系統(tǒng)可以在下雨天間隙清除鏡面上附著的雨水，在鏡面上附著塵土?xí)r根據(jù)需要進(jìn)行清洗，實現(xiàn)后視鏡良好視野。
關(guān)鍵詞：后視鏡 刮水裝置 清洗系統(tǒng) 設(shè)計
The design of Rear view mirror wiper and washing system
Abstract：Security is the basic requirements of human existence, as an active safety device，the Rear view mirror is the driver's main features of indirect vision. At first,the article introduces the structure and the research status of the Rear view mirror；Against the deterioration of vision problem when the Rear view mirror used in rain day or dust on it ,the rearview mirror general design ideas of a cleaning system with wiper are been Proposed . and the transmission of the rear-view mirror wiper cleaning system detailed design, completion of the corresponding mechanism design calculation process, and the wiper and washing system control circuit has been designed. The design of the mirror system can clear the water on the rain mirror when attaches to the rain, and it can clean the mirror when the mirror attaches to dust as needed to achieve good vision mirror.
Keywords：Rear view mirror wiping device washing system Design
目錄
1.引言 1
1.1汽車后視鏡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .. .... 1
1.2后視鏡刮水器研究的目的意義 2
1.3課題來源 2
2. 后視鏡刮水器及清洗系統(tǒng)的方案設(shè)計 4
2.1概述 4
2.2方案設(shè)計 4
2.2.1設(shè)計方案的確定 4
2.2.2驅(qū)動方式的選擇 4
2.2.3確定傳動方式 5
2.2.4確定螺桿長度和螺母的移動范圍 5
2.2.5確定清洗裝置方案 5
3. 后視鏡傳動機構(gòu)設(shè)計 6
3.1電動機的選擇 6
3.1.1刮水電動機功率選擇 6
3.1.2 確定電動機的轉(zhuǎn)速 6
3.2 齒輪的設(shè)計 6
3.2.1.選擇齒輪類型、材料及精度等級 6
3.2.2.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 7
3.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 9
3.2.4幾何尺寸計算 11
3.3軸的設(shè)計 12
3.3.1輸出軸的設(shè)計計算 12
3.3.2輸入軸的設(shè)計 13
3.3.3中間軸的設(shè)計 14
3.4軸承的設(shè)計 15
3.4.1中間軸軸承的設(shè)計 15
3.4.2輸出軸軸承的設(shè)計 19
3.5螺桿、螺母的設(shè)計 20
4. 后視鏡刮水及清洗系統(tǒng)的控制電路設(shè)計 27
4.1概述 27
4.2電路組成 27
4.3 刮水器往復(fù)運動電路設(shè)計 28
4.4清洗電路原理設(shè)計 28
4.5刮水片自動復(fù)位電路設(shè)計 29
5. 參考文獻(xiàn) 31
6. 小結(jié) 31
致謝 33
3
畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯
題目 機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢
專 業(yè) 名 稱 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 學(xué) 號 078105122
學(xué) 生 姓 名 肖俊
指 導(dǎo) 教 師 賀紅林
填 表 日 期 2011 年 03 月 08 日
汽車觀后鏡刮水及清洗系統(tǒng)設(shè)計
摘要:安全是人類生存的基本要求，作為主動安全裝置的后視鏡是駕駛員間接視野的主要特征。本設(shè)計首先對后視鏡的結(jié)構(gòu)形式及研究狀況進(jìn)行了介紹；針對目前觀后鏡在雨天雨水及時常有灰塵附于上視野變差的問題，提出了具有刮水及清洗系統(tǒng)的后視鏡總體布置設(shè)計的思路；對后視鏡刮水傳動機構(gòu)及清洗系統(tǒng)作了詳細(xì)的設(shè)計，完成了相應(yīng)機構(gòu)設(shè)計計算過程；并對刮水及清洗系統(tǒng)控制電路了進(jìn)行了設(shè)計。所設(shè)計的后視鏡系統(tǒng)可以在下雨天間隙清除鏡面上附著的雨水，在鏡面上附著塵土?xí)r根據(jù)需要進(jìn)行清洗，實現(xiàn)后視鏡良好視野。
關(guān)鍵詞：后視鏡 刮水裝置 清洗系統(tǒng) 設(shè)計
The design of Rear view mirror wiper and washing system
Abstract：Security is the basic requirements of human existence, as an active safety device，the Rear view mirror is the driver's main features of indirect vision. At first,the article introduces the structure and the research status of the Rear view mirror；Against the deterioration of vision problem when the Rear view mirror used in rain day or dust on it ,the rearview mirror general design ideas of a cleaning system with wiper are been Proposed . and the transmission of the rear-view mirror wiper cleaning system detailed design, completion of the corresponding mechanism design calculation process, and the wiper and washing system control circuit has been designed. The design of the mirror system can clear the water on the rain mirror when attaches to the rain, and it can clean the mirror when the mirror attaches to dust as needed to achieve good vision mirror.
Keywords：Rear view mirror wiping device washing system Design
目錄
1.引言 1
1.1汽車后視鏡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .. .... 1
1.2后視鏡刮水器研究的目的意義 2
1.3課題來源 2
2. 后視鏡刮水器及清洗系統(tǒng)的方案設(shè)計 4
2.1概述 4
2.2方案設(shè)計 4
2.2.1設(shè)計方案的確定 4
2.2.2驅(qū)動方式的選擇 4
2.2.3確定傳動方式 5
2.2.4確定螺桿長度和螺母的移動范圍 5
2.2.5確定清洗裝置方案 5
3. 后視鏡傳動機構(gòu)設(shè)計 6
3.1電動機的選擇 6
3.1.1刮水電動機功率選擇 6
3.1.2 確定電動機的轉(zhuǎn)速 6
3.2 齒輪的設(shè)計 6
3.2.1.選擇齒輪類型、材料及精度等級 6
3.2.2.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 7
3.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 9
3.2.4幾何尺寸計算 11
3.3軸的設(shè)計 12
3.3.1輸出軸的設(shè)計計算 12
3.3.2輸入軸的設(shè)計 13
3.3.3中間軸的設(shè)計 14
3.4軸承的設(shè)計 15
3.4.1中間軸軸承的設(shè)計 15
3.4.2輸出軸軸承的設(shè)計 19
3.5螺桿、螺母的設(shè)計 20
4. 后視鏡刮水及清洗系統(tǒng)的控制電路設(shè)計 27
4.1概述 27
4.2電路組成 27
4.3 刮水器往復(fù)運動電路設(shè)計 28
4.4清洗電路原理設(shè)計 28
4.5刮水片自動復(fù)位電路設(shè)計 29
5. 參考文獻(xiàn) 31
6. 小結(jié) 31
致謝 33
1. 引言
1.1 汽車后視鏡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
作為最主要的現(xiàn)代化交通工具之一，汽車在人類日常生活中扮演著越來越重要的角色。人們對于汽車的安全性要求也越來越高。汽車要安全運行，與駕駛員接受信息正確確與否、信息輸入裝置的多少和快慢有著重要影響。汽車在行駛過程中，有80%的信息是靠視覺得到的，確保良好的視野是預(yù)防汽車事故的必要條件，所謂的視野是駕駛員行車時的視線范圍。一般情況下，按視野獲得的方式可分為直接視野和間接視野，直接視野就是駕駛員在駕駛位置時，直接透過前風(fēng)窗玻璃、車門玻璃和后風(fēng)窗玻璃所能直接、清晰地看到的道路的范圍大小。間接視野即駕駛員通過內(nèi)外后視鏡看到的車輛后方情況的清晰圖像，圖像所反映的范圍即為得到的視野。后視鏡是駕駛員間接視野的主要保證，因而后視鏡的合理布置和表面的清潔時提高汽車主動安全性的重要因素之一。
通過對國內(nèi)外后視鏡刮水器材料的收集與整理，總結(jié)出目前國內(nèi)外后視鏡刮水器的主要有如下幾種形式：
將一根伸縮桿套入導(dǎo)桿內(nèi)并與導(dǎo)桿滑動連接，在伸縮桿的一側(cè)軸向連接一排水撥，在導(dǎo)桿上設(shè)有凹槽和水撥對應(yīng)連接。該裝置與后視鏡連接后，可形成來回轉(zhuǎn)動、左右來回及上下來回?fù)芩?，使得清潔到位，收取時便于隱藏。
將直流電機通過齒輪組連接轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂連接雨刮板在后視鏡上擺動，從而實現(xiàn)將后視鏡上的雨水或水汽刮掉。
將兩個電磁鐵對置安裝在刮臂兩側(cè)，每個電磁鐵能產(chǎn)生相反方向磁力線。將兩個電磁鐵能使兩個活動鐵芯同時做相向或相背運動的激磁繞組并聯(lián)成一組。并聯(lián)后的兩組激磁繞組與繼電器的兩個靜觸點連接，動觸點和振蕩器通過開關(guān)與電源相接。繼電器磁化線圈受振蕩器控制。刮臂安裝在刮臂軸上。刮片插接在刮臂上且停止位置由掛接在刮臂頂端的回位彈簧控制。兩個電磁鐵中的兩個活動鐵芯通過連桿分別接于刮臂軸兩側(cè)對稱處的刮臂上。刮水器裝于安裝底板上。通過電磁使刮臂來回移動，從而實現(xiàn)將后視鏡上的雨水或水汽刮掉。
一種刮水器是由動力、減速箱、曲柄和刮水桿構(gòu)成，利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱減速帶動曲拐作圓周運動，使與之活動連接的刮水桿往復(fù)擺動，將掛在倒后鏡上的水珠刮掉。
1.2 后視鏡刮水器研究的目的和意義
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已成為人們出行的必備的交通工具。在汽車行駛過程中，為了確保司機能可以看到汽車后方、側(cè)方和下方，在各種汽車的外部都裝有一種可以用來反映汽車后方、側(cè)方和下方的的情況，使駕駛者可以間接的看清楚這些位置的情況的鏡子——汽車后視鏡。
可當(dāng)司機在霧天或雨天行駛時，由于霧氣造成的后視鏡鏡面的積霧、冬天積霜或雨水侵襲會造成司機對側(cè)后方的視線不清，從而使駕駛員在行車時很難通過后視鏡看清情況，特別是駕駛大型車輛需左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、變道、倒車等情況時，影響了行車安全。此時駕駛員需伸出車窗外進(jìn)行清潔鏡面表面，這樣極不方便，又是暫時措施，霧氣及雨水又會馬上使之模糊不清。因此，為了功能上的完備，駕駛的安全性及操作的方便性，必須采用各種裝置，當(dāng)產(chǎn)生上述情況時，駕駛員就可方便地開啟這種裝置，解除不必要的后顧之憂。
1.3 課題來源
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已成為人們出行的必備的交通工具。在汽車行駛過程中，為了確保司機能可以看到汽車后方、側(cè)方和下方，在各種汽車的外部都裝有一種可以用來反映汽車后方、側(cè)方和下方的的情況，使駕駛者可以間接的看清楚這些位置情況的鏡子——汽車后視鏡。
可當(dāng)司機在霧天或雨天行駛時，由于霧氣造成的后視鏡鏡面的積霧、冬天積霜或雨水侵襲會造成司機對側(cè)后方的視線不清，從而使駕駛員在行車時很難通過后視鏡看清情況，特別是駕駛大型車輛需左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、變道、倒車等情況時，影響了行車安全。此時駕駛員需伸出車窗外進(jìn)行清潔鏡面表面，這樣極不方便，又是暫時措施，霧氣及雨水又會馬上使之模糊不清。因此，為了功能上的完備，駕駛的安全性及操作的方便性，必須采用各種裝置，當(dāng)產(chǎn)生上述情況時，駕駛員就可方便地開啟這種裝置，解除不必要的后顧之憂。
本課題是針對已有的后視鏡刮水器的基礎(chǔ)上設(shè)計一個更簡單、更實用的刮水器，憑借啟動雨刷傳動裝置以驅(qū)動雨刷刮除后視鏡鏡面上的水氣，以使鏡面保持明亮，可供車輛駕駛清楚觀看到后視鏡內(nèi)反映的景象，以確保行車安全。
2. 后視鏡刮水器及清洗系統(tǒng)的方案設(shè)計
2.1 概述
后視鏡作為汽車行駛過程中一個必不可少工具，其作用與否，直接關(guān)系到駕駛員接受信息時的正確與否、信息輸入的多少。
2.2 方案設(shè)計
2.2.1 設(shè)計方案的確定
本課題是在已有的設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計一個更簡單、更方便的刮水器。通過翻閱大量資料和專利，最終設(shè)計出以下三種方案：
方案一：
此方案采用的是與前擋風(fēng)玻璃的傳動原理相同的。該刮水器由動力、減速箱、曲柄和刮水桿構(gòu)成，利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱減速帶動曲拐作圓周運動，使與之活動連接的刮水桿往復(fù)擺動，將掛在后視鏡上的水珠刮掉。
方案二：
此方案的刮水器由動力、鏈、鏈輪和刮水桿構(gòu)成。利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)鏈輪傳動，帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，使與之連接的刮水桿往復(fù)擺動，從而將后視鏡上的水珠刮掉。
方案三：
本方案提供了一種汽車后視鏡的雨刷裝置，通過傳動組帶動雨刷以刮除后視鏡所沾附的水滴等污物。其中傳動組分別固設(shè)于后視鏡的內(nèi)部空間內(nèi)，各傳動組包括有一電動機、兩組嚙合的齒輪、移動座、固定架，其中銜接桿上方與雨刷連接，電動機的軸心帶動主動傳動輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其嚙合的從動輪旋轉(zhuǎn)，從動輪旋轉(zhuǎn)帶動螺桿的旋轉(zhuǎn)，螺桿的正逆方向旋轉(zhuǎn)時，使其上的螺母帶動雨刮器來回移動，固定架的兩側(cè)各設(shè)有感測組件—位置傳感器。來實現(xiàn)螺桿的正反轉(zhuǎn)。
以上三種方案中，方案一采用的是曲柄搖桿結(jié)構(gòu)，對空間范圍要求很大，并已有設(shè)計出來，所以不以采用；方案二中需采用鏈接結(jié)構(gòu)，傳動精度不高，所以也不以采用，所以最終確定以第三種方案進(jìn)行設(shè)計。
2.2.2 驅(qū)動方式的選擇
由于永磁式電動機體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，本刮水器的選用電機驅(qū)動方式，選用永磁式電動機。
2.2.3 確定傳動方式
在機械的傳動中，其傳動方式主要有：摩擦傳動、鏈條傳動，齒輪傳動、皮帶傳動、蝸輪蝸桿傳動、棘輪傳動、曲軸連桿傳動、氣動傳動、液壓傳動、鋼絲索傳動（電梯中應(yīng)用最廣）、聯(lián)軸器傳動、花鍵傳動等。
對于本刮水器的傳動方式，由于對于刮水器需傳遞準(zhǔn)確的傳動比，且傳遞運動需準(zhǔn)確可靠、傳動效率高,使用壽命長，因此采用兩對齒輪傳動的傳動方式來進(jìn)行傳動。
2.2.4 確定螺桿長度和螺母的移動范圍
本刮水器是根據(jù)大眾后視鏡的大小做為參考來進(jìn)行設(shè)計的。因此，本刮水器的螺桿長度等于后視鏡的長度，根據(jù)螺桿所在位置及后視鏡的長度，確定螺桿的長度為165mm，螺母的移動范圍為135.5mm。
2.2.5 確定清洗裝置方案
后視鏡的清洗裝置與刮水裝置配合使用，可以使汽車后視鏡的玻璃刮水器更好地完成刮水工作，并獲得更好的刮水效果。
為了更方便及使刮水器結(jié)構(gòu)更簡單，本后視鏡的刮水器的清洗裝置利用前擋風(fēng)玻璃的清洗裝置的清洗液及其驅(qū)動裝置，從前擋風(fēng)玻璃的清洗裝置中引出一根管子來作為后視鏡的清洗裝置，這樣不僅降低成本、更使整個刮水器的結(jié)構(gòu)變得簡單。
3. 后視鏡傳動機構(gòu)設(shè)計
3.1 電動機的選擇
3.1.1 刮水電動機功率選擇
已知汽車使用電壓為12V,本刮水器所要求的電流為2.4A，因此，刮水電動機的功率為：
3.1.2 確定電動機的轉(zhuǎn)速
已知刮水片的行程為135.5mm，由《汽車風(fēng)窗玻璃電動刮水器技術(shù)條件》中規(guī)定：刮水器最低刮刷頻率不應(yīng)低于? 20 次／min；最高刮刷頻率不應(yīng)低于? 45 次／min。對于本刮水器，其刮刷頻率選為：22次/min。所以螺母的移動速度為：m/s，故螺桿的轉(zhuǎn)速為：
已知齒輪的傳動比為3，則
由表35.2-24[4]選取馬達(dá)的型號：J-ZYT（SZ）-PX，其參數(shù)如表3-1所示
表3-1 馬達(dá)參數(shù)
型號
電壓/V
轉(zhuǎn)速r/min
轉(zhuǎn)矩mNm
功率/W
J-ZYT（SZ）-PX
12
750
65
40
3.2 齒輪的設(shè)計
3.2.1 選擇齒輪類型、材料及精度等級
1）按雨刮器的傳動要求，選用直齒圓柱齒輪傳動。
2）考慮雨刮器傳遞功率不大，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲、以及能在無潤滑狀態(tài)下正常工作，所以齒輪的材料選牌號為PA（MC尼龍)[1]，小齒輪硬度為21HBS,大齒輪硬度為14HBS。
3）雨刮器為一般傳動，速度不高，由表3-2選用7級精度。
4) 選小齒輪的齒數(shù)為18，大齒輪的齒數(shù)為。
表3-2 各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍[1]
機 器 名 稱
精度等級
機 器 名 稱
精度等級
汽輪機
3 ~ 6
拖拉機
6 ~ 8
切削機床
3 ~ 8
通用減速器
6 ~ 8
航空發(fā)動機
4 ~ 8
鍛壓機床
6 ~ 9
輕型汽車
5 ~ 8
起重機
7 ~ 10
載重汽車
7 ~ 9
農(nóng)機
8 ~ 11
注：主傳動齒輪或重要齒輪傳動，靠上限選； 輔助齒輪傳動或一般齒輪傳動，居中或靠下限選擇。
3.2.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式（10-9a)[1]進(jìn)行計算，即
式中：K——載荷系數(shù)；
T1——齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；
——齒寬系數(shù)（數(shù)值參看表3-3）；
——齒數(shù)比；
——彈性影響系數(shù)，，數(shù)值參看表10-6[1]。
（1）確定公式內(nèi)的各計算參數(shù)
1) 試選載荷系數(shù)
2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3) 由表3-3選取齒寬系數(shù) 。
表3-3 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)[1]
裝置狀況
兩支承相對小齒輪對稱布置
兩支承相對小齒 輪做非對稱布置
懸臂布置
0.9~1.4 (1.2~1.9)
0.7~1.15 (1.1~1.65)
0.4~0.6
說明：1) 大小齒輪皆為硬齒面時，應(yīng)取小值，否則取大值；
2) 括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪；
3) 機床中的齒輪，若傳遞功率不大時，可小到0.2；
4) 非金屬齒輪可取， =0.5-1.2。
4) 由式10-6[1]計算材料的彈性影響系數(shù)MPa
5) 查得夾布塑料的接觸疲勞許用應(yīng)力[]=110MPa[1]。
（2）計算
1）計算小齒輪分度圓直徑，代人[]
2）計算圓周速度
m/s
3）計算齒寬
4）計算齒寬與齒高之比
模數(shù) mm
齒高
5）計算載荷系數(shù)
根據(jù)m/s , 7級精度 ， 由圖3-1查的動載系數(shù)
直齒輪，
由表10-4[1]用插值法求得精度為7級，小齒輪相對支撐非對稱布置時，。
由，查圖10-13[1]得，故載荷系數(shù)
6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a)[1]得
7) 計算模數(shù)
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0 10 20 30 40 50
v(m/s)
十分精密的齒輪裝置
10
8
7
6
Kv
9
圖3-1 動載荷系數(shù)值
圖10-13 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù) K Fβ
3.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計
由式（10-5)[1]得彎曲強度的計算公式為
式中：K——載荷系數(shù)；
T1——齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；
——齒寬系數(shù)（數(shù)值參看表3-3）；
——齒輪齒數(shù)；
——齒形系數(shù)（數(shù)值參看表3-4）；
——載荷作用于齒頂時的應(yīng)力校正系數(shù)（數(shù)值參看表3-4）。
(1) 確定公式中的參數(shù)
1）查得膠布橡膠的彎曲疲勞許用應(yīng)力[]=50MPa[1]。
2）計算載荷系數(shù)K
3）查取齒形系數(shù)
由表3-4查得
表3-4 齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)YSa
Z(Zv)
17
18
19
20
21
22
YFa
2.97
2.91
2.85
2.8
2.76
2.72
YSa
1.52
1.53
1.54
1.55
1.56
1.57
23
24
25
26
27
28
29
2.69
2.65
2.62
2.60
2.57
2.55
2.53
1.575
1.58
1.59
1.595
1.60
1.61
1.62
30
35
40
45
50
60
70
2.52
2.45
2.40
2.35
2.32
2.28
2.24
1.625
1.65
1.67
1.68
1.70
1.73
1.75
80
90
100
150
200
2.22
2.20
2.18
2.14
2.12
1.77
1.78
1.79
1.83
1.865
注：1)基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為α =20? 、h*a=1、C*=0.25 、ρ =0.38m (m-模數(shù))
2)對內(nèi)齒輪：當(dāng)α =20? 、h*a=1、C*=0.25 、ρ =0.15m 時，齒形系數(shù)：YFa =2.053 ; 應(yīng)力校正系數(shù)：YSa =2.65。
4）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表3-4查得
5）計算大、小齒輪的
小齒輪的數(shù)值大。
（2）設(shè)計計算
mm
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)0.77并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m =0.8，按接觸強度算的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
，取19
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
3.2.4幾何尺寸計算
（1）計算大、小齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑
（2）惰輪的計算
由于所選電動機的直徑大于兩齒輪的中心距，所以在中間增加一個齒輪，其尺寸如下：
計算齒寬
取,，。
3.3 軸的設(shè)計
3.3.1 輸出軸的設(shè)計計算
由于輸出軸主要承受扭矩，所以按扭轉(zhuǎn)強度進(jìn)行計算。
（1）求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
已知輸入軸的功率為Kw，其中軸承、圓柱齒輪的傳動效率分別為0.98、0.95。所以有：
kw
（2） 求作用在齒輪上的力
齒輪所承受的力可按下式進(jìn)行計算：
(3-1)
因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為
由式3-1計算得:
（3） 確定軸的最小直徑
軸的最小直徑的計算可按式（15-2）來計算。選取軸的材料為45鋼。根據(jù)表3-5，取，由式15-2[1]得
取
（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸上零件的定位，固定和裝配
刮水器中可將齒輪安排在后視鏡左側(cè)，相對兩軸承不對稱分布，齒輪右面由軸肩定位，左面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以套筒定位，并采用過渡配合固定。
3.3.2 輸入軸的設(shè)計
由于輸入軸主要承受的也是扭矩，所以也按扭轉(zhuǎn)強度進(jìn)行計算。
（1）求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
kw
（2） 求作用在齒輪上的力
因已知高速級小齒輪的分度圓直徑為
由式3-1計算得
（3） 確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，根據(jù)表3-5，取，由式15-2[1]得
取
表3-5 軸常用材料的[τT]值和A0值
軸的材料
Q235-A、 20
Q275、 35
(1Cr18Ni9Ti)
45
40Cr、35SiMn、
38SiMnMo 、3Cr13
[τT] / MPa
15 ~ 25
20 ~ 35
25 ~ 45
35 ~ 55
A0
149 ~ 126
135 ~ 112
126 ~ 103
112 ~ 97
注：1）表中[τT] 值是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。
2） 在下述情況時， [τT] 取較大值， A0取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)；反之，[τT] 取較小值， A0 取較大值。
3.3.3 中間軸的設(shè)計
(1.)求中間軸上的功率
已知輸入軸的功率為Kw，其中圓柱齒輪的傳動效率為0.95。所以有：
，
(2.)求作用在齒輪上的力
已知惰輪的分度圓直徑為：
由式3-1計算得
(3.)由式15-2[1]確定軸的最小直徑
，取10mm
3.4 軸承的設(shè)計
軸承的選擇一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置并參考同類型的相應(yīng)軸承以后,按國家規(guī)定的軸承標(biāo)準(zhǔn)選定,再進(jìn)行其使用壽命的驗算。
軸承的名義壽命L（以106轉(zhuǎn)為單位）:
（3-2）
式中 C——軸承的額定載荷或承載容量，N，根據(jù)選定的軸承型號查軸承手冊；
P——軸承的當(dāng)量動載荷，N；
ε——軸承壽命指數(shù)，對球軸承ε=3；對圓柱滾子軸承取ε=10/3。
L與Lh之間的換算關(guān)系為
L=60nLh/106 （3-3）
式中 n——軸承的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。
3.4.1中間軸軸承的設(shè)計
由輸入軸的最小直徑試選軸承，由表20.6-1選擇其型號為61900，對所選軸承進(jìn)行驗算
1. 計算軸承的軸向載荷
=F==
其中，為雨刮片與鏡面的摩擦系數(shù)，其值為0.3；為雨刮片對鏡面的壓力，其值可參考《汽車風(fēng)窗玻璃電機刮水器技術(shù)條件》中的4.4.4。
2. 求中間軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
kw
式中，為齒輪傳動的效率，其值根據(jù)表1[7]選取為0.95。
3. 求作用在齒輪上的力
已知齒輪的分度圓直徑為
由式3-1計算
4. 求比值
5. 計算軸承的當(dāng)量動載荷
當(dāng)量動載荷P()的一般計算公式為
（3-4）
式中，X、Y分別為徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值見表3-6?？稍趯嶋H中，在許多支撐中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡力、慣性力等，這些因素很難從理論上精確計算。為了計及這些影響，可對當(dāng)量動載荷乘上一個根據(jù)經(jīng)驗而定的載荷系數(shù)，其值參見表3-7。故實際計算時，軸承的當(dāng)量動載荷應(yīng)為：
表3-6 徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y
軸承類型
相對軸向載荷
Fa / Fr ≤ e
Fa / Fr >e
e
名稱
代號
Fa/C0
X
Y
X
Y
調(diào)心球軸承
10000
----
----
1
(Y1)
0.65
(Y2)
調(diào)心滾子軸承
20000
----
----
1
(Y1)
0.67
(Y2)
深溝球軸承
60000
0.025
0.040
0.070
0.130
0.250
0.500
1
0
0.56
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.22
0.24
0.27
0.31
0.37
0.44
續(xù)表3-6
角接觸球軸承
70000C
0.015
0.029
0.058
0.087
0.120
0.170
0.290
0.440
0.580
1
0
0.44
1.47
1.40
1.30
1.23
1.29
1.12
1.02
1.00
1.00
0.38
0.40
0.43
0.46
0.47
0.50
0.55
0.56
0.56
（3-5）
軸承的靜載荷的一般計算公式為
（3-6）
式中，為軸承靜強度安全系數(shù)。 的選擇可參考表3-8；為當(dāng)量靜載荷，其計算公式為：
（3-7）
式中，分別為當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值可參考表3-7。
按照表3-9，選取，取
由表3-7選取，分別為0.6、0.5，則由式3-7計算當(dāng)量靜載荷，為
由表3-8選取靜強度安全系數(shù)為0.5，則根據(jù)公式3-6有
則,因此判斷系數(shù)e>0.44,則有。
按照表3-6，選取X=1，Y=0，則由式3-5計算得：
查得，61900軸承應(yīng)有的基本額定動載荷為1300N
表3-7 徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)
軸承類型
單列軸承
雙列軸承
深溝球軸承
0.6
0.5
0.6
0.5
角接觸球軸承
0.5
0.46
0.42
0.38
0.33
0.29
0.26
0.22
1
0.92
0.84
0.76
0.66
0.58
0.52
0.44
調(diào)心球軸承
0.5
0.22cot
1
0.44cot
調(diào)心滾子軸承
0.5
0.22cot
1
0.44cot
圓錐滾子軸承
0.5
0.22cot
1
0.44cot
注：對于中間接觸角的值，用線性插值法求取。
表3-8 靜強度安全系數(shù)[1]
旋轉(zhuǎn)條件
載荷條件
使用條件
連續(xù)旋轉(zhuǎn)軸承
普通載荷
1~2
高精度旋轉(zhuǎn)場合
1.5~2.5
沖擊載荷
2~3
振動沖擊場合
1.2~2.5
不連續(xù)及做擺動運動的軸承
普通載荷
0.5
普通旋轉(zhuǎn)精場合
1.0~1.2
沖擊及不均勻載荷
1~1.5
允許有變形量
0.3~1.0
表3-9 載荷系數(shù) fP
載荷性質(zhì)
無沖擊或輕微沖擊
中等沖擊
強烈沖擊
fP
1.0 ~ 1.2
1.2 ~ 1.8
1.8 ~ 3.0
6. 計算軸承的壽命
根據(jù)表3-10，此軸承合格
表3-10 推薦的軸承預(yù)期計算壽命 L’h
機 器 類 型
L’h /h
不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備
300 ~ 3000
短時間或間斷使用的機械，中斷時不致引起嚴(yán)重后果
3000 ~ 8000
間斷使用的機械，中斷使用后果嚴(yán)重
8000 ~ 12000
每天8h工作的機械 （利用率不高）
12000 ~ 20000
每天24h連續(xù)工作的機械
40000 ~ 60000
3.4.2 輸出軸軸承的設(shè)計
由輸出軸的最小直徑根據(jù)表20.6-1試選軸承，其型號為618/7，對所選軸承進(jìn)行驗算
1.計算軸承的軸向載荷
=F=1.5N
2.計算軸承的徑向載荷
求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
kw
3.求作用在齒輪上的力
因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為
由式15-2[1] 得
4.求比值
5.計算軸承的當(dāng)量動載荷
根據(jù)式3-5
按照表3-8，，取
由表3-7選取，分別為0.6、0.5，則由式3-7計算當(dāng)量靜載荷
由表3-8選取靜強度安全系數(shù)為0.5，則根據(jù)公式3-6有
則,因此判斷系數(shù)e>0.44,則有。
按照表3-7，選取X=1，Y=0，則
查得，618/7軸承應(yīng)有的基本額定動載荷為550N
6.計算軸承的壽命
根據(jù)表3-10，此軸承合格。
3.5 螺桿、螺母的設(shè)計
根據(jù)刮水器的運動要求和條件，由表3-11、表3-12選取螺桿的材料為45鋼，螺母材料為耐磨鑄鐵。
由表3-13計算螺桿的許用壓力為：
取90Mpa
螺母許用彎曲應(yīng)力為： 取50Mpa
許用切應(yīng)力為：
由于刮水器的運動速度較低，所以由表3-14選取 取7MPa。
表3-11 螺桿材料及其選用
螺桿材料
熱處理
應(yīng)用
45、50、Y40Mn
輕載、低速、精度不高的傳動。
45
正火170~200HBS
調(diào)質(zhì) 220~250HBS
中等精度的一般傳動。
40Cr、40CrMn
調(diào)質(zhì) 230~280HBS
低溫回火
65Mn
表面淬火、低溫回火45~50HRC
T10、T12
球化調(diào)200~230HBS
淬火、低溫回56~60HRC
有較高的耐磨性，用于精度較高的主要傳動。
20CrMnTi
滲碳、高頻淬火56~60HRC
CrWMn
9Mn2V
淬火、低溫回火55~60HRC
耐磨性高，有較好的尺寸穩(wěn)定性，用于精密傳動。
38CrMoAl
氮化、氮化層深0.45~0.6mm 850HV
表3-12 螺母材料及選用
材料
特點和應(yīng)用
ZCuSn10Zn2
ZCuSn10Pb1
ZCuSn5Pb5Zn5
和鋼制螺桿配合，摩擦系數(shù)低，有較好的抗交合能力和耐磨性；但強度稍低。適用于輕載、中高速傳動精度高的傳動。
ZQAl10Fe3
ZQAl10Fe3Mn2
ZCuZn25Al6Fe3Mn3
和鋼制螺桿配合，摩擦系數(shù)較低，強度高，抗膠合能力較低。適用于重載，低速傳動。
35 球墨鑄鐵
螺旋副的摩擦系數(shù)較高，強度高，用于重載調(diào)整螺旋。
耐磨鑄鐵
強度高，用于低速、輕載傳動。
表3-13 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力
螺旋副材料
許用應(yīng)力/Mpa
螺桿
鋼
螺母
青銅
40~60
30~40
鑄鐵
45~55
40
鋼
（1.0~1.2）
0.6
表3-14 螺旋傳動的許用壓強
螺紋副材料
速度范圍/m/s
許用壓強/Mpa
鋼—青銅
低速
<0.05
0.1~0.2
>0.25
18~25
11~18
7~10
1~2
螺紋副材料
速度范圍/m/s
許用壓強/Mpa
鋼—耐磨鑄鐵
0.1~0.2
6~8
鋼—鑄鐵
<0.04
0.1~0.2
13~18
4~7
鋼—鋼
低速
7.5~13
淬火鋼—青銅
0.1~0.2
10~13
注：1.當(dāng)<2.5或人力驅(qū)動時，可提高20%。
2.當(dāng)螺母為剖分式時，應(yīng)降低15%~20%。
1. 按耐磨性計算螺紋中徑
滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力[p]。
如圖3-2所示，假設(shè)作用于螺桿的軸向力為Q（N），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（mm2），螺紋中徑為?。╩m），螺紋工作高度為H（mm），螺紋螺距為 P（mm），螺母高度為 D（mm），螺紋工件圈數(shù)為n＝H/P 。則螺紋工作面上的耐磨性條件為
?? （3-8）
??? 上式可作為校核計算用。為了導(dǎo)出設(shè)計計算式，令ф=H/d2， 則H=фd2，，代入式（3-8）引整理后可得
??????? （3-9）
對于矩形和梯形螺紋，h＝0.5P，則
??????? （3-10）
對于30o鋸齒形螺紋。h＝0.75P，則
???? （3-11）
螺母高度
???????????????????????????? H=фd2
式中：[P]為材料的許用壓力，MPa，見表3-14；ф值一般取1.2～3.5。對于整體螺母，由于磨損后不能凋整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，故取ф＝1.2～2.5對于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取ф=2.5～3.5只有傳動精度較高；載荷較大，要求壽命較長時，才允許取ф=4。
根據(jù)公式算得螺紋中徑d2后，應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑d及螺距P。螺紋工作圈數(shù)不宜超過10圈。
F = =
由表12-1-4（1）[3]，取，由公式3-10得：
由GB/T5796.3-2005 可選d = 8mm 、 P=6mm 、=7.25mm 、 =8.3mm，小徑，的梯形螺紋，中等精度 ，螺旋副標(biāo)記為 Tr8 1.5 - 7H/7e。
螺母高度 取 H =13mm ，螺紋圈數(shù)。
2. 螺桿強度驗算
由于為單頭螺紋，導(dǎo)程S=P=6mm
由表12-1-3[3] ，螺紋摩擦力矩
由表12-1-7[3]，鋼對耐磨鑄鐵，選取0.11，于是有：
Mpa< (合格).
3. 螺母強度校驗
由表12-1-4 [3]得 ，牙根寬度 b = 0.65P = ，基本牙行高。代人公式有
< （合格）
<（合格）
4. 螺桿的穩(wěn)定性計算
對于長徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向力F大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力F必須小于臨界載荷。則螺桿的穩(wěn)定性條件為：
（3-12）
式中：—螺桿的穩(wěn)定性計算安全系數(shù)。
—螺桿的穩(wěn)定性安全系數(shù)；對于傳力螺桿（如起重螺桿等），=3.5~5.0；對于傳導(dǎo)螺桿，=2.5~4.0；對于精密螺桿或水平螺桿，>4.0。
—螺桿的臨界載荷；根據(jù)螺桿的柔度的值的大小來計算，。此處為螺桿的長度系數(shù)，見表3-15,；為螺桿的工作長度，mm；為螺桿危險截面的慣量半徑，mm，其計算公式為=。
臨界載荷可按歐拉公式進(jìn)行計算，即
式中：E—螺桿材料的拉壓彈性模量，MPa，E=MPa；
I—螺桿危險截面的慣性量，I=,。
所以有：
I==
則：=
>
所以合格。
表3-15 螺桿的長度系數(shù)
端部支撐情況
長度系數(shù)
端部支撐情況
長度系數(shù)
兩端固定
一端固定，一端不完全固定
一端鉸支，一端部完全固定
0.50
0.60
0.70
兩端部完全固定
兩端鉸支
一端固定，一端自由
0.75
1.00
2.00
圖3-2 螺旋副受力圖
4. 后視鏡刮水及清洗系統(tǒng)的控制電路設(shè)計
4.1 概述
汽車在雨天或雪天行駛時，后視鏡容易被雨水或雪花遮蓋，在泥濘道路上行駛時，行駛中的灰塵等會弄臟后視鏡玻璃，影響駕駛員的視線。為此，汽車上必須裝有后視鏡的刮水器和清洗器，以確保行車安全。要想讓刮水器及清洗器按預(yù)定的時間和動作來運行，就必須通過電路來進(jìn)行控制。
后視鏡的刮水及清洗系統(tǒng)控制電路的設(shè)計是后視鏡設(shè)計中的最后一項任務(wù)，其需滿足的要求為：當(dāng)汽車在雨天行駛過程中，能通過控制電動機來帶動雨刮片的來回移動，從而將后視鏡上的雨水刮掉；當(dāng)汽車在正常行駛過程中，當(dāng)鏡面有灰塵時，可以先打開清洗裝置，然后將其表面的清洗液刮除。
4.2 電路組成
本后視鏡的刮水及清洗系統(tǒng)電機的控制線路由刮蓄電池、水器開關(guān)、保險絲、繼電器、行程開關(guān)、刮水電機、洗滌電機等組成。其具體電路圖及名稱如圖4-1和表4-1所示。
圖4-1 后視鏡的刮水及清洗系統(tǒng)電機的控制線路
表4-1 電器分配表
名稱
符號
屬性
名稱
符號
屬性
刮水電動機
M1
光電開關(guān)2
SQ2
清洗電動機
M2
接觸器1
KM1
熔斷器1
FR1
接觸器2
KM2
熔斷器2
FR2
接觸器3
KM3
開關(guān)2
SB2
常開
接觸器4
KM4
開關(guān)3
SB3
常開
時間繼電器1
KT1
3秒
光電開關(guān)1
SQ1
時間繼電器
KT2
10秒
4.3 刮水器往復(fù)運動電路設(shè)計
刮水器的往復(fù)運動是指當(dāng)汽車在雨天或雪天行駛時，需使雨刮片來回的在鏡面上移動，從而實現(xiàn)連續(xù)的刮水動作。
本刮水器的往復(fù)運動電路如圖4-1所示，其原理為：當(dāng)汽車在雨天或雪天行駛時，按下開關(guān)SB2,接觸器KM1動作，電流經(jīng)熔斷器FR、接觸器開關(guān)KM1帶動刮水電機轉(zhuǎn)動；當(dāng)刮水片刮到最左邊時，碰到光電開關(guān)SQ2，則接觸器KM2閉合,與此同時，接觸器KM2斷開，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)刮水片行駛到最右邊時，碰到光電開關(guān)SQ1，則此時接觸器KM1閉合，KM2斷開，電動機正轉(zhuǎn)，以此類推。通過電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)雨刮片的來回移動，從而實現(xiàn)連續(xù)刮水的動作。
4.4 清洗電路原理設(shè)計
清洗裝置是指汽車在風(fēng)沙或塵土較多的環(huán)境中行駛時，會由于灰塵落在擋風(fēng)玻璃上而影響駕駛員的視線。因此必須在汽車的刮水系統(tǒng)中安裝一個清洗裝置，必要時向擋風(fēng)玻璃噴水或?qū)Ｓ们逑匆海ū狈降貐^(qū)冬季不宜用水，以免凍裂儲液罐或輸液管），在雨刷器的配合下，保持擋風(fēng)玻璃潔凈。
本刮水器的清洗裝置的電路如圖4-1所示，其原理為：當(dāng)汽車后視鏡玻璃鏡面上有灰塵時，按下開關(guān)SB3，清洗電機啟動，帶動液壓泵轉(zhuǎn)動，將清洗液經(jīng)輸水管送到噴水噴頭，經(jīng)噴頭加壓，噴到鏡面上；當(dāng)噴水噴完3秒后，時間繼電器動作，清洗電動機關(guān)閉，刮水電動機動作，從而將玻璃上的清洗液刮掉，經(jīng)10后，刮水電動機停止轉(zhuǎn)動，清洗完成。
4.5 刮水片自動復(fù)位電路設(shè)計
刮水片的自動復(fù)位裝置是指，當(dāng)電動機在停止后，能按照設(shè)計者的意愿，回到規(guī)定的原點，或停到相應(yīng)的位置的裝置。
圖4-2為刮水器的自動復(fù)位裝置，此設(shè)備具有自動復(fù)位的功能，下面分析其工作過程。
當(dāng)把刮水器開關(guān)撥到“0”擋時，如果刮水片沒有停到規(guī)定的位置，由于點與銅環(huán)相接觸，如圖3-2b）所示，則電流繼續(xù)流入電樞，其電路為蓄電池正極
電源開關(guān) 熔斷絲 電刷B3 電樞繞組 電刷B1 接線柱② 接觸片 接線柱① 觸點臂 銅環(huán) 搭鐵 蓄電池負(fù)極。由此可以看出，電動機仍以低速運轉(zhuǎn)直至渦輪旋轉(zhuǎn)到圖3-1a）所示的特定位置，電路中斷。由于電樞的運動慣性，電機不能立即停止，此時，電動機以發(fā)電的方式運行。因此電樞繞組通過觸臂與銅環(huán)接觸而短路，電樞繞組將產(chǎn)生強大的制動力矩，電動機迅速停止運轉(zhuǎn)，使刮水片復(fù)位到后視鏡的一邊。
圖4-2 刮水器自動復(fù)位裝置
圖4-3 自動復(fù)位電路
如圖4-3所示，當(dāng)開關(guān)SB4斷開時，圖4-2中的控制電路斷開，圖4-3中的控制電路閉合，當(dāng)自動復(fù)位裝置處于圖中所示位置時，KM5接通，則電動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，當(dāng)自動復(fù)位裝置運動到圖4-2（b）所示位置時，控制電路斷電，雨刮器停止運動，如將該位置作為刮水器的復(fù)位點，則刮水器在每次工作結(jié)束時可停到該點。
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6. 小結(jié)
以上是我對汽車觀后鏡的設(shè)計,考慮到觀后鏡整體尺寸的緊湊性,保證傳動平穩(wěn)且噪聲較小,采用了齒輪式傳動結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)掛水片的來回移動。由于觀后鏡空間較小,對于其清洗系統(tǒng),利用了前擋風(fēng)玻璃的清洗裝置的清洗液及其驅(qū)動裝置，并設(shè)置了轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)前擋風(fēng)玻璃和觀后鏡清洗系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換,可以說比較理想的實現(xiàn)了我設(shè)計觀后鏡的目的。
在我的設(shè)計過程中，通過對汽車參數(shù)的選擇和傳動比的選擇，分配了各齒輪的齒數(shù)比和齒數(shù)；但由于觀后鏡中的螺桿和齒輪在傳動過程中無潤滑，會使螺桿和齒輪在傳動過程中產(chǎn)生磨損，所以選擇螺桿和齒輪的齒輪是關(guān)鍵點，通過我在圖書館對大量相關(guān)圖書的翻閱，并請教陳老師和同學(xué)，決定將螺桿的材料選為45鋼，螺母的材料選為耐磨鑄鐵，齒輪則選用尼龍作為其齒輪，終于使螺桿、螺母和齒輪的設(shè)計符合了要求。
但是在此次設(shè)計中，我的設(shè)計也存在著一些不足，比如齒輪齒形的設(shè)計，是否符合不互相干涉的要求；由于電機尺寸比較大，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以對與觀后鏡的尺寸及內(nèi)部還需改進(jìn)；并且我還需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的檢查并進(jìn)行修改，從而避免以上問題。
致謝
我們迎來了我們大學(xué)學(xué)習(xí)生涯中的最后一項學(xué)習(xí)——畢業(yè)設(shè)計。這也將意味著我們的大學(xué)生活已經(jīng)開始步入倒計時階段了。三月初，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然、無從下手，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。
我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶，也讓我學(xué)到了很多。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多關(guān)于設(shè)計的知識，讓我對我所學(xué)過的知識有所鞏固和提高，并且讓我對當(dāng)今刮水器的最新發(fā)展技術(shù)有所了解。在整個過程中，我學(xué)到了新知識，增長了見識。
在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的可以和同學(xué)商量，聽聽不同的看法，這對我的設(shè)計有更好的幫助，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。
在此更要感謝我的導(dǎo)師，是你的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著陳老師辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。
當(dāng)然此次的設(shè)計中，限于水平和時間，錯誤或不當(dāng)之處在所難免，請各位批評指正。
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