机械原理课程设计汽车风窗刮水器

机械原理
课程设计说明书
设计题目：汽车风窗刮水器机构设计与分析学院：
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目录
一、机构简介及设计数据 (4)
1.1机构简介及设计数据 .................................... 错误!未定义书签。

1.2设计容 (3)
二、刮水器机构相关数据的计算及分析 ................ 错误!未定义书签。

2.1机构尺寸、即为家教、传动角的计算 ........ 错误!未定义书签。

2.2加速度，速度多边形的计算与分析 ............ 错误!未定义书签。

2.3曲柄摇杆机构动态静力分析 (13)
三、课程设计总结 (15)
3.1机械原理课程设计总结 (15)
3.2收获与感想 (15)
3.3参考文献 (15)
一．机构简介及设计数据
1.1机构简介与设计数据
（1）机构简介
汽车风窗刮水器是用于汽车刮水刷的驱动装置。

如图1- (a)所示，风窗刮水器工作时，由电动机带动齿轮装置1-2，传至曲柄摇杆装置2'-3-4。

电动机单向连续转动，刮水杆4作左右往复摆动，要求左右摆动的平均速度相同。

其中，刮水刷的工作阻力矩如图1- (b)所示。

图1 汽车风窗刮水器
（a ）机动示意图；（b ）工作阻力矩曲线
（2）设计数据
设计参考数据见表1所示
容
曲柄摇杆机构设计及运动分析 曲柄摇杆机构动态静力分析 符号
1n K ϕ AB l 1x 4DS L 4G 4S J 1M 单位
r/min ()︒ mm N 2m kg ⋅ mm N ⋅ 数据 30 1 120 60 180
100 15 0.01 500
1.2设计容
（1）对曲柄摇杆机构进行运动分析。

作机构12个位置的运动速度和加速度线图，构件4的角速度与角加速度线图。

（2）对曲柄摇杆机构进行动态静力分析。

确定机构一个位置的各个运动副反力及应加于曲柄上的的平衡力矩。

二．刮水器机构相关数据的计算及分析
2.1机构尺寸、极位夹角、传动角的计算
（1）L BC=180mm
（2）极位夹角θ=180 (k-1)(k+1) ∴θ=0°
可见该机构无急回作用，可以达到摆臂左右摆动速度相同的要求。

（3）传动角
r′=arcos(b^2+c^2-{(d-a)}^2)/2bc
r1′=180 - arcos(b^2+c^2-{(d-a)}^2)/2bc
计算得r′= r1′=30
2.2加速度，速度多边形的计算与分析
1.由已知条件可得：
V B=W AB×L AB
W AB=30π/60 m/s
L AB=60 mm
∴V AB=0.188 m/s
∴a B=W AB²×L AB=0.592 m²/s
选比例尺：μv=V B/pb=9.42 (m/s)/m
μa=a B/p`b`=29.5(m²/s)/m
理论力学公式：V C=V B+V BC
a C=a B+ a CB^n+a CB^t
2.机构12个位置的速度、加速度线图和位置图
（1）由图1的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0
V BC=0.188m/s
a C^n=0
a BC^n=0.197m/s²
a C =p`c`*μa=1.6225 m/s²
（2）由图2的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.139 m/s
V BC=0.056m/s
a C^n=0.280m/s²
a BC^n=0.018m/s²
a C =p`c`*μa=0.472m/s²
（3）由图3的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.149 m/s
V BC=0.031m/s
a C^n=0.319m/s²
a BC^n=0.005m/s²
a C =p`c`*μa=0.59m/s²
（4）由图4的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.188 m/s
V BC=0m/s
a C^n=0.513m/s²
a BC^n=0m/s²
a C =p`c`*μa=0.56 m/s²
（5）由图5的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.194 m/s
V BC=0.016m/s
a C^n=0540m/s²
a BC^n=0.002m/s²
a C =p`c`*μa=0.53 m/s²
（6）由图6的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.155 m/s
V BC=0.026m/s
a C^n=0.349m/s²
a BC^n=0.004m/s²
a C =p`c`*μa=0.68 m/s²
（7）由图7的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0 m/s
V BC=0.188m/s
a C^n=0m/s²
a BC^n=0.197m/s²
a C =p`c`*μa= 0.91m/s²
（8）由图8的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.116 m/s
V BC=0.226m/s
a C^n=0.196m/s²
a BC^n=0.284m/s²
a C =p`c`*μa=0.15 m/s²
（9）由图9的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.119 m/s
V BC=0.188m/s
a C^n=0.118m/s²
a BC^n=0.197m/s²
a C =p`c`*μa=0.24 m/s²
（10）由图10的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.188 m/s
V BC=0m/s
a C^n=0.512m/s²
a BC^n=0m/s²
a C =p`c`*μa=0.47 m/s²
（11）由图11的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.232 m/s
V BC=0.148m/s
a C^n=0.780m/s²
a BC^n=0.121m/s²
a C =p`c`*μa=0.97 m/s²
（12）由图12的速度多边形及
加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.221 m/s
V BC=0.312m/s
a C^n=0.708m/s²
a BC^n=0.542m/s²
a C =p`c`*μa=1.09 m/s²
由计算数据及电脑辅助程序可得转动副B、C、S4的各个运动曲线：（1）运动副C的位移、速度、加速度曲线：
（2）运动副B的位移、速度、加速度曲线:
（3）运动副S4的位移、速度、加速度曲线：
2.3曲柄摇杆机构动态静力分析
（1）通过计算机辅助程序可以得到动态静力分析计算结果：
转动副A、B、C的受力矢量端图为：
转动副D的受力矢量端图为：
（2）应加于曲柄上的平衡力矩为：
三、课程设计总结
3.1机械原理课程设计总结
机械原理课程设计能够培养机械类专业学生创新能力，是学生综合运用机械原理课程所学理论知识和技能解决实际问题，获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节。

机械原理课程设计教学所要达到的目的是：
1、培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用机械原理课程的理论知识，并结合生产实际来分析和解决工程问题的能力。

2、通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算，让学生对机构设计有一个较完整的概念。

3、训练学生收集和运用设计资料以及计算、制图和数据处理及误差分析的能力，并在此基础上利用计算机基础理论知识，初步掌握编制计算机程序并在计算机上计算来解决机构设计问题的基本技能。

机械原理课程设计教学的任务是：机械原理课程设计通常选择一般用途的机构为题目，根据已知机械的工作要求，对机构进行选型与组合，设计出几种机构方案，并对其加以比较和确定，然后对所选定方案中的机构进行运动和动力分析，确定出最优的机构参数，绘制机构运动性能曲线。

3.2收获与感想
这次为期7天的机械原理课程设计，虽然时间短暂，却让我们得到了非常充分的锻炼，为了完成这次课程设计，我们会上网查阅相关资料，会去图书馆查阅相关文献，会相互讨论解决问题，会激烈的争论一个个的疑点，在不断的完善与争论中，各种设计方案趋于完善，这种学习氛围是我所向往的。

在完成课程设计题目的过程中，我会经常花费一整天的时间去完善方案，每当完成一个步骤后，总会有发自心的成就感。

同时，不断的讨论与探讨所导至的不止是对知识理解的加深，同时还有对解题和思考方式的拓展，百利而无一害。

因此，这次课程设计我的收获比看起来的大很多。

3.3参考文献
（1）《机械原理教程》（第3版）伟社主编西北工业大学
（2）《机械原理课程设计指导书》戴娟主编高等教育。