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SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 裴立梅 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 B07- 1班 指導(dǎo)教師姓名 楊兆 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 轎車雨刮器結(jié)構(gòu)設(shè)計與運(yùn)動仿真 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 研究現(xiàn)狀： 雨刮器總成含有電動機(jī)、減速機(jī)、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、掛水片總成等。當(dāng)司機(jī)按下雨刮器的開關(guān)時，電動機(jī)啟動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動擺臂，擺臂帶動四連桿機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)帶動安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動，最后由轉(zhuǎn)軸帶動雨刮片刮掃擋風(fēng)玻璃。 雨刮器的種類很多, 按安裝位置分, 有頂置、底置、側(cè)置、前后置和內(nèi)外置等;按雨刮范圍分, 有局部雨刮、整體雨刮、單面雨刮和雙面雨刮;按運(yùn)動方式分, 有四桿機(jī)構(gòu)左右擺動式、導(dǎo)軌式直線和弧線運(yùn)動式;按制作材料分,有普通黑膠體雨刮器、透明塑料體雨刮器和磁性體雨刮器。目前,車輛上廣泛使用的是曲柄連桿機(jī)構(gòu)黑膠體雨刮器。 國外對汽車電動雨刮器的性能要求： 1.耐久性能 （一）美國標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦 (1)總成耐久試驗 (2)刮片耐久試驗 (3)橡膠片耐久試驗 （二）日本標(biāo)準(zhǔn)1976年JISD5710推薦 （1）橡膠片耐久試驗 （2）總成耐久試驗 試驗后搖臂的壓力變化和試驗前相比應(yīng)在15%以內(nèi), 搖臂和刮片的各部分不應(yīng)有明顯的松弛、松動（配合、間隙等）或其他有害缺陷的產(chǎn)生。 2.強(qiáng)度性能 美國標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦 在刮動過程中阻擋搖臂15秒，試驗后應(yīng)仍能正常工作。 3.刮刷性能 美國標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦 耐久試驗 試驗后刷凈性能仍應(yīng)達(dá)到75%。 4.刮動頻率 （一）美國文獻(xiàn)介紹 刮動周期 1--20秒 （二）法國文獻(xiàn)介紹 刮動頻率 12--40次/分 （三）美國文獻(xiàn)介紹 間隔 3 秒較普遍 （四）英國文獻(xiàn)介紹 適應(yīng)極細(xì)雨時用, 頻率和間歇均能獨(dú)立控制。 （五）美國文獻(xiàn)介紹 傾盆大雨時刮刷頻率可高達(dá)80次/分,高于上述頻率則雨刮將在風(fēng)窗玻璃水而上浮掠而過, 破壞刮水性能。 5. 接觸面壓力 （一）日本文獻(xiàn)介紹 刮片對風(fēng)窗玻璃的壓力 10--15克/公分 （二）日本文獻(xiàn)介紹 接觸面壓力 低速 10克/公分 高速車 15克/公分 （三）美國文獻(xiàn)介紹 汽車速度大于60哩/時, 則刮片將受到空氣的浮力而降低刮刷性能 （四）日本文獻(xiàn)介紹 在汽車速度為100公里/時, 400毫米長的刮片受到200克的空氣浮力, 使刮刷效果惡化, 此時為了改善其刮刷性能, 最低需要400克的壓力。 6.橡膠片與摩擦系數(shù) （一）美國標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦 （1）耐久試驗 （2）化學(xué)試驗 （二）日本標(biāo)準(zhǔn)1976年JISD5710推薦 耐久試驗 7.工作溫度范圍 （一）美國標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦 （1）工作溫度范圍 55士3℃一 （2）高溫試驗 溫度 55士3℃ 最高速連續(xù)工作1/2小時 （3）低溫試驗 溫度 -30士5℃ 最高速連續(xù)工作1/2小時 （二）法國文獻(xiàn)介紹 工作溫度范圍 -30℃-- 80℃ 8. 聯(lián)動機(jī)構(gòu)效率與擺角 日本文獻(xiàn)介紹 聯(lián)動機(jī)構(gòu)效率 80一85% 刮刷角度 ≯110o 如超過此限度, 則尺寸誤差變得敏感、且易越過死點(diǎn), 致使效率下降。 9.刮動扭矩 日本文獻(xiàn)的介紹 刮動扭矩大于50公斤· 厘米隨著風(fēng)窗玻璃的大型化, 刮片長度大于280毫米的越來越多, 刮動扭矩也隨著增大, 超過了50公斤· 厘來。 10.刮動電流 法國文獻(xiàn)介紹 刮動電流 0.1安培 國外對雨刮器的設(shè)計要求都有了明確并且高標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 而我國現(xiàn)階段的雨刮器發(fā)展現(xiàn)狀是新產(chǎn)品喜憂參半, 老產(chǎn)品一統(tǒng)天下。 (1)新產(chǎn)品喜憂參半。由于冬季車輛內(nèi)外溫差大,常常在車內(nèi)擋風(fēng)玻璃上結(jié)有很厚的一層冰霜, 必須使用熱水布反復(fù)擦除才能保證正常的視覺效果, 于是發(fā)明了雙面雨刮器。雙面雨刮器的不足是, 外雨刮片是車外物體, 內(nèi)雨刮片與其一起聯(lián)動, 容易分散駕駛員注意力而引起視覺疲勞, 危害行車安全。通過改進(jìn), 把內(nèi)雨刮片改成磁條式的, 無機(jī)械聯(lián)動, 需要時貼上, 用完后取下, 很方便。但是實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)磁性大小很難控制, 更麻煩的是加大磁場作用效果時, 干擾車內(nèi)電子設(shè)備, 用手機(jī)做測試, 通話質(zhì)量差, 甚至車內(nèi)收放音設(shè)備無法正常工作。 局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷, 小范圍雨刮后視覺效果差, 影響駕駛員對前方全景的正確判斷。經(jīng)過不斷改進(jìn), 把雨刮片的曲線(圓周)往復(fù)運(yùn)動改成直線往復(fù)運(yùn)動, 雨刮面積加大。但是設(shè)計者把被雨刮的玻璃假想成直面矩形平板式, 而目前擋風(fēng)玻璃更多的是流線圓弧形等形狀, 直線整體雨刮在弧形玻璃上無法安裝。 傳統(tǒng)雨刮片的材料是黑膠體, 技術(shù)人員把它改成透明狀, 增強(qiáng)了視覺感光效果。在具體測試時, 遇到雨天夜晚行車, 打開雨刮設(shè)備, 各類光源被透明雨刮片折射后與透明棒形成新的“ 發(fā)光棒” , 司機(jī)原本可遠(yuǎn)距離觀察, 這時卻被發(fā)光棒來回運(yùn)動構(gòu)成的發(fā)光“ 墻面”遮掩而眩目。 (2)老產(chǎn)品一統(tǒng)天下。我國車輛工業(yè)近年來快速發(fā)展, 但是雨刮器作為一種附件, 其開發(fā)一直得不到應(yīng)有的重視。一方面是用戶的使用和思維習(xí)慣, 另一方面是新產(chǎn)品的完備性和推廣價值不高。接受和認(rèn)可新型雨刮器要有一個過程, 真正的強(qiáng)適應(yīng)性雨刮器開發(fā)出來, 一定會是中國制造的一大特色。 普通雨刮器經(jīng)久不衰, 除了沒有可靠的替代品之外, 另一個很重要的原因就是其質(zhì)量穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、故障率低和易于維修。而前幾種新型雨刮器要么處于試驗階段,要么質(zhì)量不穩(wěn)定, 制造商不敢投入太多的資金搞推廣。 由于以上種種原因，我國廣泛應(yīng)用的雨刮器一直沒有新的改進(jìn)與進(jìn)展。因此我國現(xiàn)階段的目標(biāo)因該是在一定的技術(shù)要求下，改進(jìn)老產(chǎn)品的不足，結(jié)合其他新產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計出新型的，刮掃面積大的，結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的雨刮器。 目的： 雨刮器看似結(jié)構(gòu)簡單，但是從驅(qū)動電機(jī)到最終的刮刀的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)動方式都決定雨刮器的性能。本設(shè)計在三維建模軟件與動力學(xué)仿真軟件平臺上建立某類型雨刮器模型。為生產(chǎn)實(shí)際提供理論參考。我想通過我所學(xué)的知識，并利用Pro/E軟件平臺，對雨刮器做進(jìn)一步的設(shè)計，力求使刮刷面積進(jìn)一步增大，使得司機(jī)在任何時候都有一個清晰的視野，提高汽車行駛安全性。本設(shè)計可以使學(xué)生在復(fù)習(xí)所學(xué)課程的基礎(chǔ)上，從機(jī)械設(shè)計、汽車構(gòu)造、汽車電器以及三維軟件等方面做出全面的總結(jié)和學(xué)習(xí)，為以后的工作打下基礎(chǔ)。 意義： 汽車雨刮器，是一個很小卻又不容忽視的汽車部件，它能擦亮汽車的“雙眼”，使司機(jī)的視線更加清晰。汽車雨刮器是用來清掃汽車風(fēng)窗玻璃上的雨雪和塵埃的裝置，一旦它失去作用，將直接影響到司機(jī)雨天駕駛視野的清晰度。雨刮器看似結(jié)構(gòu)簡單，但是從驅(qū)動電機(jī)到最終的刮刀的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)動方式都決定雨刮器的性能。 雨刮器雖然是汽車的附件，但很多汽車制造企業(yè)將雨刮器列為汽車的安全部件, 并將雨刮器的一些功能特性(如刮刷頻率)列為安全特性,由此可見，雨刮器與汽車的安全性能有著緊密的關(guān)系，是我們不容忽視的汽車部件。 目前國內(nèi)外的雨刮器都不能消除刮掃死角，本次設(shè)計也不能完全消除刮掃死角，但力求掛掃面積增大，使司機(jī)可以盡量有最寬闊的視野。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 基本內(nèi)容： 雨刮器總成含有電動機(jī)、減速器、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、刮水片總成等。本設(shè)計要求進(jìn)行捷達(dá)轎車雨刮器部件尺寸的設(shè)計，求解掛掃面積等；要選擇電機(jī)的型號，分析雨刮器的控制電路及間歇電路，分析電機(jī)的自動回位裝置，確定雨刮器的硬件的尺寸等，利用LabVIEW軟件對雨刮器進(jìn)行控制，求解雨刮器的刮掃面積，利用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動分析，獲得運(yùn)動的軌跡和速度，并運(yùn)用Pro/E繪出三維模型。 解決問題： （1）分析雨刮器電子間歇控制電路； （2）分析雨刮器的自動回位裝置； （3）確定雨刮器的控制方式； （4）優(yōu)化雨刮器傳動機(jī)構(gòu)； （5）確定刮刷區(qū)域，并計算最大刮刷面積； （6）實(shí)現(xiàn)雨刮器的運(yùn)動仿真； （7）最終實(shí)現(xiàn)三維模型建立(Pro/E)。 解決方法： （1）分析比較不同車型的控制電路及間歇控制電路，選擇其中一種。 （2）分析其他車型的自動回位裝置，選擇合適的。 （3）比較分析不同雨刮器的控制方式，如電路控制，單片機(jī)控制，labview控制等。選擇其中一種。 （4）分析比較其他車型的傳動機(jī)構(gòu)，選擇合適的優(yōu)化傳動機(jī)構(gòu)。 （5）查閱參考資料中求解雨刮器的算法。 （6）學(xué)習(xí)ADAMS軟件，實(shí)現(xiàn)雨刮器的運(yùn)動仿真。 （7）學(xué)習(xí)Pro/E軟件，建立雨刮器的三維模型。 三、技術(shù)路線（研究方法） 利用Pro/E建立三維模型 計算雨刮器的掛掃面積 學(xué)習(xí)Adams軟件 進(jìn)行仿真分析 確定雨刮器的控制方式 確定雨刮器的尺寸及連桿結(jié)構(gòu) 分析雨刮器的連桿結(jié)構(gòu)、組成及運(yùn)動方式 查閱雨刮器的相關(guān)文獻(xiàn) 分析雨刮器的控制電路、間歇控制電路及自動回位裝置 選擇不同車型的雨刮器的控制電路及控制方法進(jìn)行分析比較 四、進(jìn)度安排 （1）調(diào)研、資料收集、完成開題報告 第1、2周（2月28日～3月6日） (2) 根據(jù)選定轎車的相關(guān)尺寸參數(shù)進(jìn)行相關(guān)部件的參數(shù)計算，并進(jìn)行驗證 第 3、4周（3月7日～3月20日） (3) 在ADAMS軟件平臺上建立零件的等比例物理模型，進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析 第5、6、7周（3月21～ 4月10日） （4）在Pro/E軟件中建立物理模型，利用部件的鏈接關(guān)系建立部件之間的裝配 第8、9、10、11周（4月11～5月8日） （5）設(shè)計1.5萬字說明書一份，零件圖一套（包括Pro/E零件圖）第12、13、14周（5月9日～5月29日） （6）畢業(yè)設(shè)計審核、修改 第15、16周（5月30日～6月12日） （7）畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月13日～6月 19日） 五、參考文獻(xiàn) [1] 臧杰，閻巖.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.08. 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