汽车风窗刮水器机构设计说明书

机电工程系课程设计说明书

专业：机械电子工程

课程：机械原理课程设计

姓名：廖聪

学号：2015143227

班级：15级机械电子工程2班

时间：2017. 06. 26～2017. 06. 30

目录

设计任务书 (1)

第一章机械方案的设计与选择 (3)

1.1 功能要求 (3)

1.2 机械方案的设计与选择 (3)

第二章机构结构设计 (6)

2.1 原始数据 (6)

2.2 图解法设计机构 (6)

2.3 解析法设计机构 (7)

第三章机械系统运动简图绘制 (8)

3.1选定比例尺 (8)

3.2运动简图绘制 (8)

第四章解析法运动分析 (9)

4.1 建立机构位置方程 (9)

4.2位置方程求解（消元法） (9)

4.3位置方程求解（几何法） (11)

4.4 建立速度方程并求解 (12)

4.5 建立加速度方程并求解 (12)

4.6 运动分析程序 (13)

第五章图解法运动分析 (13)

5.1 选取分析位置 (13)

5.2 分析位置机构运动简图绘制 (13)

5.3 速度分析 (14)

5.4 加速度分析 (15)

第六章计算机编程 (16)

6.1 交互界面设计 (16)

6.2 数据输入有效性检验 (17)

6.3 主程序设计 (17)

6.4 结束退出程序设计 (20)

总结 (21)

设计任务书

一、设计任务

汽车风窗刮水器机构

二、课程设计的目的

1、进一步巩固和加深我们所学的理论知识，并将它们应用于实际机构的分析研究和设计中，培养我们分析问题、解决问题的能力。

2、使我们得到机械运动方案设计的完整训练，并具有机构选型、组合以及确定传动方案的能力，培养我们开发和创新机械产品的能力。

3、使我们对于机械的运动学分析和设计有一较完整和系统的概念。

4、进一步提高我们的设计计算、分析、绘图、表达和使用技术资料的能力。

三、原始条件

1、工作条件

（1）曲柄AB由电机通过减速器带动单向转动；

（2）刮水器左右摆动角 ；

（3）刮水器左右平均速度相等，无急回特性；

2、精度与误差要求

摆角允许误差：±5%

3、原始数据：

本设计小组为第3组数据。

四、任务图示

图1 汽车风窗刮水器机构

五、要求

（1）针对题目查阅、收集和研究与设计内容相关的参考文献与资料，在功能分析的基础上，拟定出至少两种机械系统运动方案；进行分析对比、评价选优，确定设计方案；

（2）机械系统中各机构的运动尺寸设计和有关结构参数的确定。

（3）绘制机械系统运动简图。

（4）用解析法对主体机构各位置（一个运动循环）进行运动分析，绘制主体机构执行构件的运动线图；用相对运动图解法对主体机构某一位置进行运动分析，并将结果与解析法比较。

（5）编写设计计算说明书。

第一章机械方案的设计与选择

1.1 功能要求

根据任务书的要求和汽车风窗刮水器机构的工作实际，确定刮水器机械系统的功能要求。

（1）曲柄AB由电机通过减速器带动单向转动；

（2）刮水器左右摆动角 ；

（3）刮水器左右平均速度相等，无急回特性；

刮水器的启动与停止由控制系统控制，不在本课程设计范围。

1.2 机械方案的设计与选择

1、方案1：

图2 方案1结构草图

对心曲柄滑块机构没有急回特性，但从动件作滑块来回直线往复运动，需要将其转化为往复摆动的运动，为此，方案1主要包括以下两组机构：（1）对心曲柄滑块机构

由主动件AB杆、连杆BC、滑块3和机架组成。滑块的两个极限位置为C1和C2。

（2）移动转块导杆机构

由移动转块4、摆杆5组成，其中转块与滑块4通过活动铰链相连，跟随构件4作平动，同时也作转动，带动摆杆5来回摆动。

特点分析：

（1）传动角分析

图3 曲柄滑块机构传动角分析图

一般曲柄滑块机构传动角分析见图，最小值为 处，图中最高点

本方案第一机构为对心曲柄滑块机构，偏心距，，

可见，对心曲柄滑块机构最小传动角可以通过曲柄和连杆的长度来控制，容易满足最小传动角的要求。

不计转动导杆4与摆杆5之间的摩擦，第二机构的传动角始终为90 ，传动性能较好。

（2）结构分析

方案1需要设置尺寸较大的滑轨，给构件3定向，加工复杂。

（3）受力与功率分析

方案1中，滑块3与机架导轨之间、摆杆与移动转块之间可能存在严重的摩擦，使功率损耗严重，增加润滑系统则会显著增加开发和使用成本。如果移动副之间过脏或出现卡滞，甚至造成损坏电机的严重后果。

总之，方案1具有传动性能较好，最小传动角容易控制的优点；但机构相对复杂，摩擦损耗大，可靠性较差等缺点。

2、方案2

图4 方案2结构草图

方案2由曲柄1、连杆2,、摆杆3、机架组成，构成曲柄摇杆机构，摆杆3的铰链中心在曲柄中心上方，曲柄铰链中心A与连杆BC的C点两个极限位置共线，显然，该机构极位夹角 ，则

机构无急回特性。

特点分析：

（1）该方案全部采用转动副，只要满足传动角要求，功率消耗较小。

（2）该方案采用转动副，结构简单，工作可靠，满足汽车恶劣气候条件（工作在雨雪天气）下工作的要求。

（3）该方案摆杆CD段处于转动副D点下端，尺寸较小，而工作段在上端，传动机构结构紧凑。

3、方案确定

通过两种方案的特点分析，综合考虑机构的使用要求、可靠性、经济性等因素，确定本设计采用方案2。