机械原理课程设计——汽车前风窗雨刮器设计

目录前言 (2)1.课程设计目的和任务 (2)2.设计说明书的格式要求： (2)一、机械原理课程设计任务和简介 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计题目及其简介 (3)1.3 雨刮器设计的基本要求 (5)二、方案分析和比较 (7)2.1概述 (7)2.2方案比较 (7)2.3最终方案选定 (9)三、基本尺寸的确定 (10)3.1前风窗玻璃的尺寸 (10)3.2雨刮器雨刮臂尺寸确定 (11)3.3雨刮器电机原理及参数的选定 (12)四、雨刮器运动分析 (14)五、设计总结 (16)5.1设计感悟 (16)5.2设计过程 (16)5.3设计的优化思路和展望 (17)六、参考文献 (18)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1.1设计任务设计出红旗B70的汽车雨刮器。

雨刮器的速度自定。

1.2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；我的设计题目是: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1.5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。

1.3 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0.01~0.015mm。

刮片运动时，必须克服干摩擦（摩擦系数0.8~2.5，随相对湿度而定）和湿摩擦（系数0.1~0.6，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2.1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。

2.2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。