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。

第五章图解法运动分析
5.1 选取分析位置
可以任选一位置进行图解法运动分析，并与解析法的结果进行比较。

我们选取作为分析位置。

5.2 分析位置机构运动简图绘制
图13 分析位置机构运动简图
（1）选取
（2）根据确定AD铰链中心
（3）根据和 确定铰链B的位置
（4）以B为圆心，以为半径画圆弧，以D为圆心，以为半径画圆弧，两圆弧的交点为铰链C的位置
5.3 速度分析
矢量方程：
图14 图解法速度分析
选择一点 为极点，根据速度比例尺作矢量 代表 （
）；过 作垂直于BC 的射线；过 作垂直于CD 的射线；两射线交于 。

代表C 点绝对速度值； 代表C 点相对于B 点的速度值。

计算 和
与解析法结果相比较，可以看出，求得的结果与解析法基本一致，由于作图难免带来误差，图解法的精度相对较低。

5.4 加速度分析
矢量方程：
即
大小 ？
? 方向 ∥DC ⊥DC ∥AB ∥BC ⊥BC
图15 图解法加速度分析
（1）选择一极点 ，根据加速度比例尺作矢量 代表
（
）,方向为平行于AB ； （2）以 开始作 矢量，大小为 ，方向平行于 BC ； （3）以 开始作一射线，方向垂直于 BC ；
（4）以 开始作矢量 代表 （ ）,方向为平行于CD ；
（5）以 开始作一射线，方向垂直于CD ； （6）两射线交点为 ；
与解析法结果相比较，可以看出，求得的结果与解析法基本一致，由于作图难免带来误差，图解法的精度相对较低。

第六章计算机编程
机构运动分析的解析法结果利用Matlab编程实现计算机自动运算。

6.1 交互界面设计
利用Matlab设计GUI界面
图16 软件界面设计
左侧为参数输入系列控件，参数监控用于输入的角度值，并观察对应，，，的结果。

右侧为，，，，，曲线观察axes控件。

6.2 数据输入有效性检验
参数输入系列控件输入值必须为数值型，如果为字符型，
1
总结
经过一个星期的努力，我们终于将机械设计课程设计做完了。

作为机械电子工程大二
的学生，我们觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。

在已度过的大二的时间里我们大多数接触的是专业基础课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我
想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。

为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。

我们是在作设计，但我们不是艺术家。

他们可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，由于本次大作业要求用auto CAD制图，因此要想更加有效率的制图，我们必须熟练的掌握它。

虽然过去从未独立应用过它，但在学习的过程中带着问题去学，我发现效率好高，记
得大一学CAD时觉得好难，就是因为我们没有把自己放在使用者的角度，单单是为了学而学，这样效率当然不会高。

边学边用这样才会提高效率，这是我作本次课程设计的第二大收获。

但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。