2021年汽车风窗刮水器机构

武汉工程科技学院

欧阳光明（2021.03.07）

机械原理课程设计说明书

汽车风窗刮水器机构

姓名

班级

学号

指导教师

年月日

目录

前言3

1.课程设计的目的3

2.课程设计的任务3

一.方案分析和比较3

1.概述3

2.方案比较4

3.最终方案选定6

二．机构的功能、简介和数据7

1.刮水器的功用7

2. 刮水器的机构简介及运动原理7

3．刮水器的运动简图7

4．原始数据7

5.设计内容8

三.刮水器机构相关数据的计算及分析8

四.加速度，速度多边形的计算与分析8

五.总结18

六.收获与感想18

七.参考文献19

.

前言

1.课程设计的目的

机械原理课程是培养学生具有进行机械系统运动方案设计初步能力的技术基础课。课程设计则是机械原理课程的实践环节。其基本目的是：

①通过课程设计，综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，并使所学的知识进一步巩固、加深。

②使学生得到拟定运动方案的训练，并具有机械选型与组合以及传动方案的能力，培养学生开发和创新机械产品的能力。

③使学生对运动学和动力学的分析与设计有一套完整的概念。

④通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅有关资料的能力。

2.课程设计的任务

机械原理的任务一般可分为以下几部分：

①根据机械的工作要求，进行机械的选型与组合。

②设计该机械系统的几种运动方案，对各种运动方案进行对比和选择，确定运动方案。

③对选定方案中的机构进行设计和分析。

④拟定、绘制机构运动循环图。

⑤进行机械动力分析与设计。

一.方案分析和比较

1.概述

根据雨刮器的传动连杆机构不同可分为对向式刮刷和平行式刮刷，根据刮水器臂可分为单臂雨刮器和双臂雨刮器。单臂式雨刮器刮水范围较小效率比较高但没有双臂式的刮得清洁也没有双臂式的刮刷范围大，对向式雨刮器会影响驾驶员的视线，也会干扰驾驶员的正常驾驶，为此目前汽车前风窗几乎均采用双臂平行式刮刷形式的雨刮器。

2.方案比较

方案一:动力源是永磁直流电动机,其转速和方向的控制由电子控制电路负责。动力输出经过蜗轮蜗杆机构实现减速增扭作用,蜗轮的转动带动与之铰接的连杆运动，连杆将运动传导至铰接的三角架，从而带动刮刷臂同向摆动达到刮刷目的。

此方案的主要缺点是三角形铰接架占用空间比较大,结构相对复杂。方案二：动力源同样是永磁直流电动机，动力输出后经过减速器减速增扭后输出，输出轴与三根连杆铰接的三角架铰接点①相连，带动三角架旋转从而带动雨刮臂实现同向平行刮刷运动。

此种方法减速通过减速器实现，其减速作用相比蜗轮蜗杆机构可靠，但比较复杂，成本也会比蜗轮蜗杆机构高一些，占用空间也会相对较大。

方案三：动力源是永磁直流电动机，通过轮杆机构减速增扭，齿轮的转动带动连杆运动，从而带动刮臂实现刮刷，此种方案结构较为简单，原理也比较简单，且容易实现刮刷运动。具体优点如下：

1.整体构建布局可以在汽车上较为容易实现；

2.机构简单实用，在满足运动要求前提下大大节省了材料；

3.设置了急回特性（推杆快，收杆慢），因为在刮片起挂前，挡风玻璃上附着的雨水量相对较多，对司机观察前方路线不利，这时刮

片需快速挂清雨水，而在回程时玻璃上雨量较少，这时慢挂可进一步刮净雨水，是玻璃保持相对较长的清晰度。同时急回特性的运用也提高了雨刮器的工作效率；

3.最终方案选定

经以上综合分析,选择方案三较好,目前在汽车上运用也较多。二．机构的功能、简介和数据

1.刮水器的功用

为了保证汽车在雪雨天有良好的视野，各种车辆均配有刮水器，它利用连杆运动机构将电机连续旋转运动化为刮片的往复挂刷运动，清除车窗上的水滴或污垢，保持清晰的视野。

2. 刮水器的机构简介及运动原理

汽车风窗刮水器是利用汽车刮水的驱动装置，如运动简图所示：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，将电动机单向连续转动，转化为刷片4做往复摆动，其左右摆动的平均速度相同。

3．刮水器的运动简图

4．原始数据

5.设计内容

曲柄摇杆机构的设计及运动分析

做机构的速度多边形和加速度多边形，并整理计算说明书。

三.刮水器机构相关数据的计算及分析

1.LBC=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(b²+c²-〖(d-a)〗²)/2bc

r1′=180 - arcos(b²+c²-〖(d-a)〗²)/2bc

计算得r′=r1′=30

四.加速度，速度多边形的计算与分析

VB=ωAB×LAB

ωAB=30π/60 m/s

LAB=60 mm

∴VAB=0.188 m/s

∴ aB=ωAB²×LAB=0.592m²/s

选比例尺：μv=VB/pb=9.42 (m/s)/m

μa=aB/p`b`=29.5(m²/s)/m

理论力学公式：VC=VB+VCB

aC=aB+ aCBⁿ+aCB t

1.

由图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=0.188 m/s

a cⁿ =0 a cⁿ =0.197m/s²

a = p`c`*μa=1.6225m/s²

2.

由图的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C=0.139 V BC=0.056 m/s

a cⁿ =0.280 a cⁿ =0.018m/s²

a = p`c`*μa=0.472m/s²

3.

由图的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C=0.149 V BC=0.031 m/s

a cⁿ =0.319 a cⁿ =0.005m/s²

a = p`c`*μa=0.59m/s²