汽车风窗刮水器机构设计.docx

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：
班 级：
15级机械电子工程2班
时 间：
2017. 06. 26～2017. 06. 30
目 录
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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ψ=120°；
（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：
组数
曲柄转速ω1
lCD
ψ
1
20r/min
60mm
120°
2
25r/min
60mm
120°
3
30r/min
60mm
120°
4
30r/min
65mm
120°
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
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ψ=120°；
（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。
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φ=90°处，图中最高点
cosγmin=a+eb
本方案第一机构为对心曲柄滑块机构，偏心距，e=0，
cosγmin=ab
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θ=0°，则
K=180°+θ180°-θ=1
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