汽车雨刷器的设计 -陈楠.pdf-资料库

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目录第一章绪论 ........................................................................................ 4 第二章整体结构 .................................................................................... 5 2.1 功能说明 ................................................................................... 5 2.2 对雨刷部分加以研究 .................................................................. 6 2.3 机械的设计思想 ........................................................................ 6 2.4 基本要求 .................................................................................... 7 2.5 雨刷器工作系统对机械传动的要求 ........................................... 8 2.6 雨刷器概述 ................................................................................ 8 2.6.1 雨刷器对系统的技术要求 ............................................................ 9 2.7 雨刷器执行元件的说明 .............................................................. 9 2.7.1 直流电动机的分类 ...................................................................... 9 2.7.2 直流电动机的基本结构及工作原理 ............................................ 10 2.8 雨刷器的工作原理 .................................................................... 11 第三章系统控制 ...................................................................................13 3.1 调速系统控制杆 ........................................................................13 3.1.1 速度控制 .................................................................................... 13 3.1.2 使用位置 .................................................................................... 13 3.1.3 电动机 ........................................................................................ 13 3.1.4 齿轮传动 .................................................................................... 13 第四章对整体尺寸的设计和材料参数的计算 .......................................15 4.1 刮水器的机构简介及工作原理 ..................................................15 4.2 原始数据 ...................................................................................15 4.3 雨刷器机构相关数据的计算及分析 .........................................15 4.4 加速度，速度多边形的计算与分析 ..........................................16 4.5 刮刷面积的计算 .......................................................................19 总体结会 ................................................................................................21 附录 1 .....................................................................................................22 参考文献 ................................................................................................24 -2-

摘要本材料介绍可调行程雨刷器的设计过程，机械传动和电机的选配；系统控制由以下几部分硬件构成；电源、直流电动机、电源、速度控制杆。对以上几个部分的雨刷器简单设计分析关键词：机械传动直流电动机、控制系统、速度控制系统、 -3-

第一章绪论此材料介绍汽车雨刷器的设计过程和应用。直流 12v 电压引入雨刷器，也是当今的自动化要求越来越高，对于它的速度也有着不一样的选择。对它的连续工作也越来越高。对于汽车雨刷器来说，对于人们在雨中开车解决了很多麻烦和问题。如果汽车没有雨刷器在下雨行车中，就会给司机造成非常大的危险和麻烦。雨刷器这项技术是自动化科学中与产业部门最紧密、服务最为广泛的一个。自从世界的第一辆汽车的制造出来，雨刷器就被聪明的人们用在了这辆汽车上。到了现在的这个时代，雨刷器也不断的在创新往更好的方面在发展。如今的雨刷器不仅仅用于在汽车上面了，有些人家把这项技术用与在自己家里的门窗。对于住在比较高的楼层里的人家，在打扫外面窗户卫生的时候就非常的危险。如果安装了这项技术在给人们打扫外面窗户时就解决了这的这项麻烦而又危险的事情，给人的安全得到了很好的保证。雨刷器现在被汽车普遍使用，使得现代控制理论逐渐工程化、实用化；各种雨刷器元件与线路向着集成化、数字化、功能化、模块化、智能化，以便于计算机控制的方向发展；雨刷器的可靠性设计及其半自诊断技术伴随着系统功能、性能以及复杂化程度的升级而受到人们的普遍关注。虽然，目前有关雨刷器技术的书籍出版很多，但是单从实用角度出发反映现代雨刷器技术的书籍尚不多见。现代雨刷器的运动控制包括进给驱动、电动机驱动及位置控制。驱动性能及位置控制系统的性能很大程度上解解决了以前的麻烦。由于直流电动机具有良好的运行性能，特别是新型电力电子器件、脉宽调制技术的进一步发展，使得直流电动机的性能大大提高，应用越来越广泛。而现在的新一代汽车雨刷器产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。 -4-

第二章整体结构 2.1 功能说明汽车雨刷器是一个由多个单元构成，为了保证它在工作中的稳定和方便。其主要结构系统分为以下几类：一、直流 12v 电动机二、速度控制三、调速系统控制杆四、位置检测部分以上的四部分构成汽车雨刷器的整体系统。总体结构以及连接方式，如下结构图（ 1－ 1）所示：雨刷器结构图调速系统控制杆调速系统控制杆速度控制直流电动机汽车雨刷器位置检测从以上四个部分的安排结构，可以看出整个雨刷器的整体结构，以及各自的主要功能。 1.调速系统控制杆主要是对于调速系统输出以及执行过程的各个步骤的显示功能。起到调节的目的。 2.直流电动机主要是控制它的正转运动，从而实现雨刷器的从左向右移动的目的。 3.雨刷器的速度控制雨刷器的速度控制主要是根据下雨的大小来控制雨刷器的运动速度。如：慢，中快，快。 4.汽车雨刷器当电动机和速度控制发出信号时，雨刷器就开始工作，当速度控制发出不同的速度时，雨刷器就以不同的速度来进行工作。 5.位置检测位置检测是检测雨刷器的移动准确性。位置检测也是一个反馈系统，构 -5-

成一个封闭的反馈系统。 2.2 对雨刷部分加以研究通过这两周的研究和查阅资料，我已经更加理解其中的原理，能把这雨刷的挂刷面积实现可调也不是很好想，翻了很多的书籍，最后在《汽车构造》上发现转向横拉杆的原理可以把摆杆的部分改装，借此实现运动角度的变化，达到挂刷面积改变的目的，以下是简图。 2.3 机械的设计思想概括地讲，汽车雨刷器为一个机电一体化机械系统，机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：静态设计和动态设计。三个部分、及基本要求。静态设计是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。该方案只是一个初步的轮廓，包括系统主要零、部件的种类，各部件之间的联接方式，系统的控制方式，所需能源方式等。有了初步设计方案后，开始着手按技术要求设计系统的各组成部件的结构、运动关系及参数；零件的材料、结构、执行元件（如电机）的参数、功率及过载能力的验算；相关元、部件的选择。以上称为稳态设计。稳态设计保证了系统的静态特性要求。动态设计是研究系统在频率域的特性，是借助静态设计的系统结构，通过建立系统组成各环节的数学模型和推导出系统整体的传递函数，利用半自动控制理论的方法求得该系统的频率特性（幅频特性和相频特性）。系统的 -6-

频率特性体现了系统对不同频率信号的反应，决定了系统的稳定性、最大工作频率和抗干扰能力。静态设计是忽略了系统自身运动因素和干扰因素的影响状态下进行的产品设计，对于雨刷器的静态设计就能够满足设计要求。环境干扰和系统自身的结构及运动因素对系统产生的影响，因此必须通过调节各个环节的相关参数，改变系统的动态特性以保证系统的功能要求。动态分析与设计过程往往会改变前期的部分设计方案，有时甚至会推翻整个方案，要求重新进行静态设计。主要包括如下三大部分机构 1.传动机构雨刷器系统中的传动机构不仅仅是调节速度的变换器，而是已成为系统的一部分，它要根据控制的要求进行选择设计，以满足整个系统良好的控制性能。因此传动机构除了要满足要求，而且还要满足小型、轻量、和较高可靠性的要求。 2.导向机构导向机构的作用是支承和导向，为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障，一般指导轨、轴承等。 3.执行机构执行机构是用以完成操作任务的直接装置。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。一般要求它具有较高的灵敏度，良好的重复性和可靠性。使传统的作为动力源的电动机发展为具有动力、变速与执行等多重功能的支流电动机，从而大大地简化了传动和执行机构。除以上三部分外，机电一体化系统的机械部分通常还包括机座、支架、壳体等。 2.4 基本要求机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。 1.快速响应机电一体化系统的快速响应即是要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔。这样系统才能精确地完成任务，且控制系统也才能及时根据机械系统的运行情况得到信息，下达指令，使其准确地完成任务。 2.良好的稳定性 -7-

机电一体化系统要求其机械装置在外界干扰的作用下依然能够正常稳定的工作。既系统抵御外界环境的影响和抗干扰能力强。为确保机械系统的上述特性，在设计中通常提出低摩擦、低惯量。但雨刷器要增大摩擦。此外机械系统还要求具有体积小、重量轻、高可靠性和寿命长等特点。 2.5 雨刷器工作系统对机械传动的要求机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是转变速度的变换器，并可通过机构变换实现对输出的速度进行不同速度调节。在汽车雨刷器中，直流电动机的变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当传统电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。由于汽车雨刷器对速度响应指标要求很高，因此机电一体化系统中的机械传动装置不仅仅是解决电机与负载间的力矩匹配问题。而更重要的是为了提高系统的性能。为了提高机械系统的性能，要求机械传动部件转动惯量小、抗振性好、间隙小，并满足小型、轻量、低噪声和高可靠性等要求。在工作中，受机械部件以及传动比的性能的约束，最快速度也不超过 2 次 /秒 .因为 ,从电动机的传动到工作台的传动 ,电机中间有关齿轮的传动速度 ,是以降低移动速度的 ,保证在移动中能有良好的平稳性 . 机械系统中存在着许多间隙，如齿轮传动间隙，螺旋传动间隙等。这些间隙对系统性能有很大影响。 2.6 雨刷器概述雨刷器是一种能够根据输入的指令信号进行工作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的半自动控制系统。绝大部分机电一体化系统都具有较多功能，机电一体化系统中的伺服控制是为执行机构按设计要求实现运动而提供控制和动力的重要环节。雨刷器的控制系统的结构、类型繁多，但从半自动控制理论的角度来分析控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。如图 1-2 给出了系统组成原理框。输入比较元件控制元件被控对象输出 1-2 系统组成原理框图。 1.比较环节是将输入的指令信号与系统的信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节。 -8-

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