【正文】 轎車(chē)雨刮器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 虛擬樣機(jī)技術(shù)虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，它足一種基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。這些數(shù)字模型即虛擬樣機(jī)(virtual prototype)，將不同工程領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)模型結(jié)臺(tái)在一起，它從外觀、功能和行為上模擬真實(shí)產(chǎn)品．支持并行工程方法學(xué)。虛擬樣機(jī)技術(shù)涉及多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)，是基于先進(jìn)的建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真技術(shù)、信息管理技術(shù)、交互式用戶(hù)界面技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù)[21]。虛擬樣機(jī)技術(shù)是在CAx(如CAD、CAM、CAE等)／DFx(如DFA、DFM等)技術(shù)基礎(chǔ)卜的發(fā)展，它進(jìn)一步融合信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)仿真技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)全生命周期、全系統(tǒng)、并對(duì)它們進(jìn)行綜合管理，從系統(tǒng)的層面來(lái)分析復(fù)雜系統(tǒng)，支持“由上至下”的復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式。虛擬樣機(jī)技術(shù)不僅是計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程領(lǐng)域的成功應(yīng)用，更是一種全新的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念。一方面與傳統(tǒng)的仿真分析相比，傳統(tǒng)的仿真一般是針對(duì)單個(gè)子系統(tǒng)的仿真，而虛擬樣機(jī)技術(shù)則是強(qiáng)調(diào)整體的優(yōu)化，它通過(guò)虛擬整機(jī)與虛擬環(huán)境的耦合，對(duì)產(chǎn)品多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，直到獲得最優(yōu)的整機(jī)性能。另一方面，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法是一個(gè)串行的過(guò)程，各子系統(tǒng)（如：整機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等）的設(shè)計(jì)都是獨(dú)立的，忽略了各子系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)交互與協(xié)同求解，因此設(shè)計(jì)的不足往往到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的后期才被發(fā)現(xiàn)，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以快速地建立包括控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)的多體動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)，可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，把系統(tǒng)的測(cè)試分析作為整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)。 虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展近年來(lái)，虛擬樣機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)獲得重大進(jìn)展，已經(jīng)具備處理日益復(fù)雜的工程問(wèn)題的能力，被廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)制造業(yè)、工程機(jī)械、航天航空業(yè)、國(guó)防工業(yè)及通用機(jī)械制造業(yè)等不同領(lǐng)域中。世界著名的制造公司在生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中廣泛地應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，波音飛機(jī)公司777飛機(jī)的設(shè)計(jì)就是采用虛擬開(kāi)發(fā)技術(shù)的典型實(shí)例，開(kāi)發(fā)周期從通常的8午減少到5年，設(shè)計(jì)、裝機(jī)、測(cè)試均是在計(jì)算機(jī)中模擬完成．初步做到無(wú)紙?jiān)O(shè)計(jì)，保證了一次試制成功。其它如在克萊斯勒公司，已常采用虛擬產(chǎn)品建模。在福特汽車(chē)公司，虛擬分析樣機(jī)已很普遍。Motorola也正在研究和利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行2l世紀(jì)商業(yè)和DoD的軍用移動(dòng)分布式無(wú)線全球通訊系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研制，以減低開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。虛擬樣機(jī)技術(shù)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)可擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴(lài)，體現(xiàn)了一種全新的研發(fā)模式，它在工程領(lǐng)域的迅速發(fā)展，必將給企業(yè)帶來(lái)重大的影響。虛擬產(chǎn)品的銷(xiāo)售。虛擬樣機(jī)技術(shù)和柔性制造技術(shù)已經(jīng)使虛擬產(chǎn)品銷(xiāo)售成為可能，即企業(yè)先通過(guò)虛擬樣機(jī)找到客戶(hù)，再組織生產(chǎn)。因此企業(yè)在產(chǎn)品制造和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面更具靈活性。企業(yè)間的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。產(chǎn)品的數(shù)字化使企業(yè)能夠通過(guò)Internet進(jìn)行產(chǎn)品信息的快速交流，克服單個(gè)企業(yè)資源的局限性，將具有開(kāi)發(fā)某種新產(chǎn)品所需的知識(shí)和技術(shù)的不同組織或企業(yè)組成一個(gè)臨時(shí)的企業(yè)聯(lián)盟，即企業(yè)間的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，以適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求和激烈競(jìng)爭(zhēng)。 設(shè)計(jì)的目的意義本設(shè)計(jì)的目的，是根據(jù)當(dāng)前的先進(jìn)設(shè)計(jì)理論，通過(guò)所學(xué)知識(shí)，并利用Pro/E軟件平臺(tái)，對(duì)雨刮器做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，力求使刮刷面積進(jìn)一步增大，使得司機(jī)在任何時(shí)候都有一個(gè)清晰的視野，提高汽車(chē)行駛安全性。 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與解決的主要問(wèn)題 研究的基本內(nèi)容雨刮器總成含有電動(dòng)機(jī)、減速器、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、刮水片總成等。本設(shè)計(jì)要求進(jìn)行捷達(dá)轎車(chē)雨刮器部件尺寸的設(shè)計(jì)，求解刮掃面積等；要選擇電機(jī)的型號(hào)，分析雨刮器的控制電路及間歇電路，分析電機(jī)的自動(dòng)回位裝置，確定雨刮器的硬件的尺寸等，求解雨刮器的刮掃面積，利用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，獲得運(yùn)動(dòng)的軌跡和速度，并運(yùn)用Pro/E繪出三維模型。 擬解決的主要問(wèn)題解決問(wèn)題：（1）分析雨刮器電子間歇控制電路；（2）分析雨刮器的自動(dòng)回位裝置；（3）確定雨刮器的控制方式；（4）優(yōu)化雨刮器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；（5）確定刮刷區(qū)域，并計(jì)算最大刮刷面積；（6）實(shí)現(xiàn)雨刮器的運(yùn)動(dòng)仿真；（7）最終實(shí)現(xiàn)三維模型建立(Pro/E)。解決方法：（1）分析比較不同車(chē)型的控制電路及間歇控制電路，選擇其中一種；（2）分析其他車(chē)型的自動(dòng)回位裝置，選擇合適的；（3）比較分析不同雨刮器的控制方式，選擇一種；（4）分析比較其他車(chē)型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，選擇合適的優(yōu)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；（5）查閱參考資料中求解雨刮器的算法；（6）學(xué)習(xí)ADAMS軟件，實(shí)現(xiàn)雨刮器的運(yùn)動(dòng)仿真；（7）學(xué)習(xí)Pro/E軟件，建立雨刮器的三維模型。第2章 轎車(chē)雨刮器 引言汽車(chē)風(fēng)窗玻璃上時(shí)常會(huì)附著雨雪和塵土，如果不及時(shí)擦拭干凈，將會(huì)影響駕駛員的視線，對(duì)行車(chē)安全帶來(lái)很大不利。為了確保擋風(fēng)玻璃清潔明亮，汽車(chē)上都裝有風(fēng)窗雨刮器。其功能是將玻璃上的雨水、塵埃、污垢刮凈，以獲得清晰的視野，保證行車(chē)安全。汽車(chē)雨刮器，是一個(gè)很小卻又不容忽視的汽車(chē)部件，它能擦亮汽車(chē)的“雙眼”，使司機(jī)的視線更加清晰。汽車(chē)雨刮器是用來(lái)清掃汽車(chē)風(fēng)窗玻璃上的雨雪和塵埃的裝置，一旦它失去作用，將直接影響到司機(jī)雨天駕駛視野的清晰度。雨刮器看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是從驅(qū)動(dòng)電機(jī)到最終的刮刀的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)動(dòng)方式都決定雨刮器的性能。雨刮器雖然是汽車(chē)的附件，但很多汽車(chē)制造企業(yè)將雨刮器列為汽車(chē)的安全部件, 并將雨刮器的一些功能特性(如刮刷頻率)列為安全特性,由此可見(jiàn)，雨刮器與汽車(chē)的安全性能有著緊密的關(guān)系，是我們不容忽視的汽車(chē)部件。目前國(guó)內(nèi)外的雨刮器都不能消除刮掃死角，本次設(shè)計(jì)也不能完全消除刮掃死角，但力求刮掃面積增大，使司機(jī)可以盡量有最寬闊的視野。 汽車(chē)雨刮器的研究現(xiàn)狀 雨刮器總成含有電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、掛水片總成等。當(dāng)司機(jī)按下雨刮器的開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動(dòng)擺臂，擺臂帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動(dòng)，最后由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)雨刮片刮掃擋風(fēng)玻璃。雨刮器的種類(lèi)很多, 按安裝位置分, 有頂置、底置、側(cè)置、前后置和內(nèi)外置等。按雨刮范圍分, 有局部雨刮、整體雨刮、單面雨刮和雙面雨刮。按運(yùn)動(dòng)方式分, 有四桿機(jī)構(gòu)左右擺動(dòng)式、導(dǎo)軌式直線和弧線運(yùn)動(dòng)式。按制作材料分,有普通黑膠體雨刮器、透明塑料體雨刮器和磁性體雨刮器。目前,車(chē)輛上廣泛使用的是曲柄連桿機(jī)構(gòu)黑膠體雨刮器。國(guó)外對(duì)汽車(chē)電動(dòng)雨刮器的性能要求：耐久性能美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦（1）總成耐久試驗(yàn) （2）刮片耐久試驗(yàn) （3）橡膠片耐久試驗(yàn) 日本標(biāo)準(zhǔn)1976年JISD5710推薦（1）橡膠片耐久試驗(yàn)（2）總成耐久試驗(yàn) 試驗(yàn)后搖臂的壓力變化和試驗(yàn)前相比應(yīng)在15%以?xún)?nèi), 搖臂和刮片的各部分不應(yīng)有明顯的松弛、松動(dòng)（配合、間隙等）或其他有害缺陷的產(chǎn)生。強(qiáng)度性能美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦在刮動(dòng)過(guò)程中阻擋搖臂15秒，試驗(yàn)后應(yīng)仍能正常工作。刮刷性能美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦耐久試驗(yàn) 試驗(yàn)后刷凈性能仍應(yīng)達(dá)到75%。刮動(dòng)頻率（1）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 刮動(dòng)周期 120秒（2）法國(guó)文獻(xiàn)介紹 刮動(dòng)頻率 1240次/分（3）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 間隔 3秒較普遍（4）英國(guó)文獻(xiàn)介紹 適應(yīng)極細(xì)雨時(shí)用, 頻率和間歇均能獨(dú)立控制。（5）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 傾盆大雨時(shí)的刮刷頻率可高達(dá)80次/分,高于上述頻率則雨刮將在風(fēng)窗玻璃水而上浮掠而過(guò), 破壞刮水性能。（6）根據(jù)JB303381規(guī)定，高頻刮拭頻率為次/分，低頻為次/分。頻率之差10次/分接觸面壓力（1）日本文獻(xiàn)介紹 刮片對(duì)風(fēng)窗玻璃的壓力 1015克/公分。（2）日本文獻(xiàn)介紹 接觸面壓力 低速 10克/公分 高速車(chē) 15克/公分（3）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 汽車(chē)速度大于60哩/時(shí), 則刮片將受到空氣的浮力而降低刮刷性能（4）日本文獻(xiàn)介紹 在汽車(chē)速度為100公里/時(shí), 400毫米長(zhǎng)的刮片受到200克的空氣浮力, 使刮刷效果惡化, 此時(shí)為了改善其刮刷性能, 最低需要400克的壓力。橡膠片與摩擦系數(shù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦（1）耐久試驗(yàn) （2）化學(xué)試驗(yàn) 日本標(biāo)準(zhǔn)1976年JISD5710推薦 耐久試驗(yàn) 工作溫度范圍美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1975年SAEJ903b推薦（1）工作溫度范圍 55士3℃一 （2）高溫試驗(yàn) 溫度 55士3℃ 最高速連續(xù)工作1/2小時(shí)（3）低溫試驗(yàn) 溫度 30士5℃ 最高速連續(xù)工作1/2小時(shí)法國(guó)文獻(xiàn)介紹 工作溫度范圍 30℃ 80℃聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)效率與擺角日本文獻(xiàn)介紹 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)效率 8085% 刮刷角度 ≯110186。如超過(guò)此限度, 則尺寸誤差變得敏感、且易越過(guò)死點(diǎn), 致使效率下降。刮動(dòng)扭矩日本文獻(xiàn)的介紹 刮動(dòng)扭矩大于50公斤 厘米隨著風(fēng)窗玻璃的大型化, 刮片長(zhǎng)度大于280毫米的越來(lái)越多, 刮動(dòng)扭矩也隨著增大, 超過(guò)了50公斤 厘來(lái)。刮動(dòng)電流 法國(guó)文獻(xiàn)介紹 刮動(dòng)電流 國(guó)外對(duì)雨刮器的設(shè)計(jì)要求都有了明確并且高標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[4]。而我國(guó)現(xiàn)階段的雨刮器發(fā)展現(xiàn)狀是新產(chǎn)品喜憂(yōu)參半, 老產(chǎn)品一統(tǒng)天下。（1）新產(chǎn)品喜憂(yōu)參半。由于冬季車(chē)輛內(nèi)外溫差大,常常在車(chē)內(nèi)擋風(fēng)玻璃上結(jié)有很厚的一層冰霜, 必須使用熱水布反復(fù)擦除才能保證正常的視覺(jué)效果, 于是發(fā)明了雙面雨刮器。雙面雨刮器的不足是, 外雨刮片是車(chē)外物體, 內(nèi)雨刮片與其一起聯(lián)動(dòng), 容易分散駕駛員注意力而引起視覺(jué)疲勞, 危害行車(chē)安全。通過(guò)改進(jìn), 把內(nèi)雨刮片改成磁條式的, 無(wú)機(jī)械聯(lián)動(dòng), 需要時(shí)貼上, 用完后取下, 很方便。但是實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)磁性大小很難控制, 更麻煩的是加大磁場(chǎng)作用效果時(shí), 干擾車(chē)內(nèi)電子設(shè)備, 用手機(jī)做測(cè)試, 通話質(zhì)量差, 甚至車(chē)內(nèi)收放音設(shè)備無(wú)法正常工作。局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷, 小范圍雨刮后視覺(jué)效果差, 影響駕駛員對(duì)前方全景的正確判斷。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn), 把雨刮片的曲線(圓周)往復(fù)運(yùn)動(dòng)改成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng), 雨刮面積加大。但是設(shè)計(jì)者把被雨刮的玻璃假想成直面矩形平板式, 而目前擋風(fēng)玻璃更多的是流線圓弧形等形狀, 直線整體雨刮在弧形玻璃上無(wú)法安裝。傳統(tǒng)雨刮片的材料是黑膠體, 技術(shù)人員把它改成透明狀, 增強(qiáng)了視覺(jué)感光效果。在具體測(cè)試時(shí), 遇到雨天夜晚行車(chē), 打開(kāi)雨刮設(shè)備, 各類(lèi)光源被透明雨刮片折射后與透明棒形成新的“ 發(fā)光棒” , 司機(jī)原本可遠(yuǎn)距離觀察, 這時(shí)卻被發(fā)光棒來(lái)回運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的發(fā)光“ 墻面”遮掩而眩目。（2）老產(chǎn)品一統(tǒng)天下。我國(guó)車(chē)輛工業(yè)近年來(lái)快速發(fā)展, 但是雨刮器作為一種附件, 其開(kāi)發(fā)一直得不到應(yīng)有的重視。一方面是用戶(hù)的使用和思維習(xí)慣, 另一方面是新產(chǎn)品的完備性和推廣價(jià)值不高。接受和認(rèn)可新型雨刮器要有一個(gè)過(guò)程, 真正的強(qiáng)適應(yīng)性雨刮器開(kāi)發(fā)出來(lái), 一定會(huì)是中國(guó)制造的一大特色。普通雨刮器經(jīng)久不衰, 除了沒(méi)有可靠的替代品之外, 另一個(gè)很重要的原因就是其質(zhì)量穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低和易于維修。而前幾種新型雨刮器要么處于試驗(yàn)階段,要么質(zhì)量不穩(wěn)定, 制造商不敢投入太多的資金搞推廣[4]。由于以上種種原因，我國(guó)廣泛應(yīng)用的雨刮器一直沒(méi)有新的改進(jìn)與進(jìn)展。因此我國(guó)現(xiàn)階段的目標(biāo)因該是在一定的技術(shù)要求下，改進(jìn)老產(chǎn)品的不足，結(jié)合其他新產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出新型的，刮掃面積大的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的雨刮器。 刮水電機(jī) 刮水電機(jī)型號(hào)的編制方法根據(jù)《GB48311984電機(jī)產(chǎn)品型號(hào)編制方法》中規(guī)定，電機(jī)產(chǎn)品型號(hào)由產(chǎn)品代號(hào)、規(guī)格代號(hào)、特殊環(huán)境代號(hào)和補(bǔ)充代號(hào)等四部分按以上順序組成。[5]。 電機(jī)產(chǎn)品代號(hào)序號(hào)電機(jī)類(lèi)型代號(hào)1異步電動(dòng)機(jī)（籠型及繞線轉(zhuǎn)子型）Y2同步電動(dòng)機(jī)T3同步發(fā)電機(jī)（除汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)外）TF4直流電動(dòng)機(jī)Z ZD5直流發(fā)電機(jī)ZF6汽輪發(fā)電機(jī)QF7水輪發(fā)電機(jī)SF8測(cè)功機(jī)C9交流換向器電動(dòng)機(jī)H10潛水電泵Q11紡織用電機(jī)F 主要系列產(chǎn)品的規(guī)格代號(hào)序號(hào)系列產(chǎn)品規(guī) 格 代 號(hào)1小型異步電動(dòng)機(jī)中心高（mm）機(jī)座長(zhǎng)度（字母代號(hào)）鐵心長(zhǎng)度（數(shù)字代號(hào)）極數(shù)2大型異步電動(dòng)機(jī)中心高（mm）鐵心長(zhǎng)度（數(shù)字代號(hào)）極數(shù)3小型同步電機(jī)中心高（mm）機(jī)座長(zhǎng)度（字母代號(hào)）鐵心長(zhǎng)度（數(shù)字代號(hào)）極數(shù)4中大型同步電機(jī)中心高（mm）鐵心長(zhǎng)度（數(shù)字代號(hào)）極數(shù)5小型直流電機(jī)中心高（mm）機(jī)座長(zhǎng)度（字母代號(hào)）6中型直流電機(jī)中心高（mm）或機(jī)座號(hào)（數(shù)字代號(hào)）鐵心長(zhǎng)度（數(shù)字代號(hào)）電流等級(jí)（數(shù)字代號(hào)）7大型直流電機(jī)電樞鐵芯外徑（mm）鐵心長(zhǎng)度（mm）8汽輪發(fā)電機(jī)功率（MW）極數(shù)9中小型水輪發(fā)電機(jī)功率（kw）極數(shù)/定子鐵芯外徑（mm）10大型