⽬录
前⾔ .........................................................错误!未定义书签。
1.课程设计⽬的和任务......................................错误!未定义书签。
2.设计说明书的格式要求：..................................错误!未定义书签。
⼀、机械原理课程设计任务和简介...............................错误!未定义书签。
设计任务..................................................错误!未定义书签。
设计题⽬及其简介..........................................错误!未定义书签。
⾬刮器设计的基本要求.....................................错误!未定义书签。
⼆、⽅案分析和⽐较............................................错误!未定义书签。
概述......................................................错误!未定义书签。
⽅案⽐较..................................................错误!未定义书签。
最终⽅案选定..............................................错误!未定义书签。
三、基本尺⼨的确定............................................错误!未定义书签。
前风窗玻璃的尺⼨..........................................错误!未定义书签。
⾬刮器⾬刮臂尺⼨确定......................................错误!未定义书签。
⾬刮器电机原理及参数的选定................................错误!未定义书签。
四、⾬刮器运动分析............................................错误!未定义书签。
五、设计总结..................................................错误!未定义书签。
设计感悟..................................................错误!未定义书签。
设计过程..................................................错误!未定义书签。
设计的优化思路和展望......................................错误!未定义书签。
六、参考⽂献..................................................错误!未定义书签。
前⾔
1.课程设计⽬的和任务
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。
2.设计说明书的格式要求：
（1）说明书⼀般⽤A4纸打印，要求步骤清楚、叙述简明、⽂句通顺、书写端正。
（2）对每⼀⾃成单元的内容，都应有⼤⼩标题，使其醒⽬突出，建议加上⽬录。
（3）通过课程设计说明书的编写，学⽣应该学会整理设计数据、绘制图表和简图，⽤⼯程术语表达设计成果的⽅法。
（4）对所⽤公式和数据，应标明来源——参考资料的编号和页次。
（5）说明书应加上封⾯，并与图纸⼀起装订成册。
⼀、机械原理课程设计任务和简介
设计任务
设计出红旗B70的汽车⾬刮器。⾬刮器的速度⾃定。
设计题⽬及其简介
1.设计题⽬:
设计题编号：05 设计题⽬：汽车⾬刮器
针对如下下⾯三种车型，设计出对应的汽车⾬刮器。⾬刮器的速度⾃定；
我的设计题⽬是: 红旗B70汽车⾬刮器设计
2.⾬刮器简介: ⾬刮器是由电机带动，通过连杆机构将电机的旋转运动转变为刮臂（即挡风玻璃上⾯除了刮⽚之外的那部分）的往复运动，从⽽实现刮⾬动作。⼀般接通电机（即按⼀下⾬刮器⼯作开关），即可让⾬刮器⼯作。通过选拔⾼速低速档，可以使电机的电流发⽣⼤⼩变化，从⽽控制电机转速，从⽽控制⾬刮器的⼯作快慢。⾬刮器⼀般须要解决好刮刷⾓度、刮刷频率、⼲涉、噪声、刮净度、
电流等问题。另外，QC/T44-1997等汽车⾏业标准对⾬刮器的性能、实验等作了具体规定。
⾬刮器总成含有电动机、减速器、四连杆机构、刮⽔臂⼼轴、刮⽔⽚总成等。当司机按下⾬刮器的开关时，电动机启动，电动机的转速经过蜗轮蜗杆的减速增扭作⽤驱动摆臂，摆臂带动四连杆机构，四连杆机构带动安装在前围板上的转轴左右摆动，最后由转轴带动⾬刮⽚刮扫挡风玻璃。
现在，汽车的⾬刮臂有两个，电机⼀般是⼀个，称为“单机双臂”，也有每个⾬刮器带⼀只电机，称为“单机单臂”。有些⾬刮臂还附带胶⽔管，⽔管接⾄洗涤器上，按⼀下开关会有⽔注喷向前档风玻璃。在⼀些中⾼级轿车上，不但前后档风玻璃有⾬刮器，就是前⼤灯也有⼀⽀⼩⼩的⾬刮⽚，⽤以清除前灯玻璃上的尘埃。
司机关闭⾬刮器时，⾬刮臂往往不停在适当的位置，阻碍司机的视线。为解决这⼀问题，⾬刮器设有⼀个回位开关，它控制⾬刮器电机，当⾬刮臂停在档风玻璃下的适当位置时，电机才会停⽌运转。
现今的⾬刮器已经普遍采⽤快档、慢档和间歇控制档。其中间歇控制档⼀般是利⽤电机的回位开关触点与电阻电容的充放电功能使⾬刮器按照⼀定周期刮扫，即每动作⼀次停⽌2－12秒时间，对司机的⼲扰更少。有些车辆的⾬刮器还装有电⼦调速器，该调速器附带感应功能，能根据⾬量的⼤⼩⾃动调节⾬臂的摆动速度，⾬⼤刮⽔臂转得快，⾬⼩刮⽔臂转得慢，⾬停刮⽔臂也停。
⾬刮器的动⼒源来⾃电动机，它是整个⾬刮器系统的核⼼。⾬刮器电动机的质量要求是相当⾼的。它采⽤直流永磁电动机，安装在前档风玻璃上的⾬刮器电动机⼀般与蜗轮蜗杆机械部分做成⼀体。蜗轮
蜗杆机构的作⽤是减速增扭，其输出轴带动四连杆机构，通过四连杆机构把连续的旋转运动改变为左右摆动的运动。
⾬刮器电动机采⽤3刷结构以⽅便变速。间歇时间由间歇继电器控制，利⽤电机的回位开关触点与继电器电阻电容的充放电功能使⾬刮器按照⼀定周期刮扫。⾬刮器的刮⽚胶条是直接清除玻璃上⾬⽔和污垢的⼯具。刮⽚胶条通过弹
簧条压向玻璃表⾯，它的唇⼝必须与玻璃⾓度配合⼀致，⽅能达到所要求的性能。
⼀般情况下在汽车组合开关⼿柄上有⾬刮器控制旋扭，设有低速、⾼速、间歇3个档位。⼿柄顶端是洗涤器按键开关，按下开关有洗涤⽔喷出，配合⾬刮器洗涤档风玻璃。洗涤器系统是⽬前汽车上很普通的装置，它由储⽔箱、⽔泵、输⽔管、喷⽔嘴组成。其中储⽔箱⼀般是升～2升的塑料罐，⽔泵是⼀种微型电动离⼼泵，通过它将储⽔箱的洗涤⽔输向喷⽔嘴，经2～4个喷⽔嘴的挤压作⽤将洗涤⽔分成细⼩的射流喷向档风玻璃，配合⾬刮器起到清洁档风玻璃的作⽤。
除了前档风玻璃⾬刮器外，许多乘⽤车还装置了后玻璃窗⾬刮器，驾车者⾬天能看到车后的东西。有些⾼级乘⽤车上的前照灯
也安装有类似⾬刮器的清洗装置。后玻璃窗⾬刮器和前照灯清洗装置没有专门的四连杆机构，只在电
动机上附加⼀个紧凑的转换机构（例如齿条齿轮或四连杆机构），将旋转变为摆动。据欧美法规规定，当前照灯脏污到照明度降到20%时，前照灯清洗装置应当在8秒内洗涤⼲净污垢，使照明度恢复到80%。前照灯洗涤⽤的⽔由档风玻璃⾬刮器储⽔箱提供，其喷⽔嘴的位置要设置合理才能使车辆在任何速度下都能使洗涤⽔喷到灯⾯上。
3.⾬刮器使⽤技巧
（1）⾬刮器能发挥良好作⽤的关键是：橡胶的⾬刮条能保持充⾜的湿润度。只有充⾜的湿润度，它才能有⾮常好的韧性，以保持和车窗玻璃接触的紧密性。很简单的道理，⼀颗⽶⼲在碗上了，如果不把它泡软，别说洗碗了，就是⽤硬器去刮，都刮不下来。⾬刮器的使⽤，也是这样。很多车友常抱怨⾬刮器刮不⼲净，就是没想明⽩这个道理。
（2）⾬刮器、⾬刮器，顾名思意，是⽤来刮⾬⽤的，不是⽤来刮“泥”⽤的。所以正确地使⽤⾬刮器，不仅仅是能够延长⾬刮器的使⽤寿命，关键是能有效地保持良好的视线，更有利于⾏车安全。想明了上⾯的这两个基本点，就⼤体知道了⾬刮器的正确使⽤⽅法。
（3）所以没有车库的车友，应该养成每天早晨出车前，⽤湿布擦⼀遍前窗的习惯。⼀夜下来，⾬刮器是⼲的，想在出车时，⽤⾬刮器把⼀夜积在前窗上的灰刮⼲净，这样的⼲磨，不仅很难达到良好的效果，还容易损坏⾬刮器。正确的⽅
法是：湿布擦完后，再让⼩六喷⽔刮⼀次。因为正宗的洗玻璃⽔是带有挥发性的，能很快让窗⾯达到⼲燥，从⽽避免潮湿的玻璃吸灰起泥。
（4）有车库的车友，应该养成每晚回车库收车时，清理⼲净前窗的习惯。尤其是从⾬中回来，积在前窗上的⽔滴，第⼆于早晨⼲成⽔渍后，再参合其中吸附的灰尘，前窗是很难单靠⾬刮刮⼲净的。如果头天晚上，乘着湿润的⾬刮器，把前窗刮⼲净。第⼆天早晨，就能很轻松、很⼲净的开车上路了。
（5）开车途中，掉⼩⾬点时，不要急着开⾬刮器。这时前窗上的⽔份不⾜，⾬刮器⼲刮，只会产⽣适得其反的效果。前窗上刮花的泥渍，还很难再刮⼲净。如果⾬点积得很慢，不影响视线，最好是等前窗上⾬点积的更多点再开始刮⾬刮器。⼩⾬中开始使⽤⾬刮器，最好是让⼩六喷次洗玻璃⽔后再开始刮（喷洗玻璃⽔不仅仅是停车时能⽤哈，开车途中也是能⽤的）。以保证前窗上有⾜够的⽔份来温润⾬刮器。
（6）⾬刮器最好使⽤第⼆档，连续的来回刮。有些车友喜欢⼩⾬时使⽤间歇的模式来刮，这样不太好。开车上路，不仅仅是要防天上的⾬，还更好防前车溅起的泥⽔。碰上这种情况，间歇模式很容易把前窗刮成泥渍的花纹，严重影响视线。
（7）路上⾬停了，不要急于关闭⾬刮器。道理和上⾯是⼀样的，等前窗溅满了前车带起的泥点⼦，再匆忙地开⾬刮器，这时就变成刮泥了。
⾬刮器设计的基本要求
1.⼯作环境和寿命要求
⾬刮器是重要的安全件，它必须能有效地清除⾬⽔、雪和污垢；能在⾼温（摄⽒零上80度）和低温下（摄⽒零下30度）⼯作；能抗酸、碱、盐等有害物质腐蚀；使⽤寿命达到15万次刮刷循环（乘⽤车）。
2.刮⽚的要求
刮⽚使⽤的长度为200~1000mm，安装尺⼨(滑⼊或扣住)均已标准化。消除安装和接头处的间隙能使磨损减⼩。在中央夹⼦顶部穿孔以防⽌⾼速时刮⽚抬起。在特殊情况下，如刮⽚迎风运动时，可在刮杆或刮⽚上安装空⽓导流⽚，使刮⽚压
向窗玻璃。
3.刮刷范围要求
图1-1刮刷范围⽰意
标准上的规定是从驾驶员位置和视⾓考虑的，前风窗玻璃上擦净的区域A,B 和C分别为80%﹑95%﹑和100%(如图1-1所⽰)，擦拭次数与发动机转数⽆关，规定每分钟的往复⾄少在45次以上，并且规定擦拭次数可有两个以上的变速(两速时,⾼速和低速相差15次/分)。
4.刮⽚胶条的要求
刮刷系统最重要的零件是刮⽚胶条。它由胶条夹的⽖形臂夹持，并由弹簧条⽀承。刮⽚胶条的双刃边压向风窗玻璃，刃宽~。刮⽚运动时，必须克服⼲摩擦（摩擦系数~，随相对湿度⽽定）和湿摩擦（系数~，随摩擦速度⽽定）。运动时刮⽚胶条的唇⼝必须和玻璃呈约45°的⾓度，如胶条的形状和橡胶性能匹配得当，即可获得所要求的性能。
⼆、⽅案分析和⽐较
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。
⽅案⽐较
奔腾b70这车怎么样⽅案⼀：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，通过蜗轮蜗杆机构减速增扭，蜗轮的转动带动连杆运动，从⽽带动刮臂实现同向平⾏刮刷，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；
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。
三、基本尺⼨的确定
前风窗玻璃的尺⼨
上图是奔腾B70前风窗的尺⼨⽰意图，由于没有到确切的尺⼨参数，经搜索有限的资料和⽂献可知
其前风窗⼤概尺⼨L1为1100mm，L2为850mm，L3为1400mm，L4为900mm。
⾬刮器⾬刮臂尺⼨确定
⽬前⾬刮器⾬刮臂尺⼨已标准化。如上图所⽰由于车窗左右两边宽850mm，故
L=L
G +L
p
=850mm，根据L
G
p
的标准化尺⼨可选择L
G
=250mm，L
p
=600mm。L
G
、L
P
的
标准对照表如下所⽰。
前风窗下长1400mm，取⾬刮器杆段L1=650mm,L3=100mm,L4=100mm,L2的⼤⼩根据永磁直流电动机和蜗轮蜗杆机构的安装位置和曲柄连杆机构的运动条件确定，这⾥取L2=400mm;L=120mm。
⾬刮器电机原理及参数的选定
1—电枢 2—永久磁铁磁极 3—蜗杆 4—蜗轮 5—⾃动停位滑⽚
1.三刷式电动机变速原理
a. 直流电动机旋转时，在电枢绕组内同时还产⽣反电动势，其⽅向与电枢电流的⽅向相反
b. 当电枢通电后转速逐渐上升时，其绕组内同时产⽣⼀个反电动势，⽅向与电枢电流⽅向相反
c. 电枢转速上升时，反电动势也相应上升，当电枢电流产⽣的电磁⼒矩与运转阻⼒矩平衡时，电枢的转速不再上升⽽趋于稳定。
d. 由于运转阻⼒矩⼀定时，电枢稳定运转所需要的电枢电流⼀定，对应的电枢绕组反向电动势的⾼低就⼀定。
e. 电枢绕组反向电动势与转速和正、负电刷之间串联的电枢线圈个数的乘积成正⽐。
f. 电枢绕组反向电动势⼀定时，转速和正、负电刷之间串联的电枢线圈个数成反⽐。
2.电机参数如下图所⽰
四、⾬刮器运动分析
利⽤ADAMS仿真软件对已建⽴模型的摇杆的位移、速度、加速度进⾏数据分析，并输出所需要的数据及曲线，如下：
滑块⽔平位移仿真曲线
滑块⽔平运动速度仿真曲线
滑块⽔平运动加速度仿真曲线
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