1 目 录 目目 录录.1 摘摘 要要.1 第一章第一章 汽车雨刮器设计的价值及意义汽车雨刮器设计的价值及意义.3 第二章第二章 汽车雨刮器机构的原理汽车雨刮器机构的原理.4 2.1 雨刮器的运作原理4 2.2 工作原理图5 2.3 性能与技术要求7 第三章第三章 设计方案确定设计方案确定.9 第四章第四章 分析设计及计算分析设计及计算.11 4.1 电机的参数11 4.2 连杆机构分析11 第五章第五章 雨刮器的使用方法雨刮器的使用方法.15 第六章第六章 本次设计心得体会本次设计心得体会.17 6.1 设计总结17 6.2 设计展望17 参考文献参考文献.19 2 摘要摘要 汽车雨刮器是用来清扫汽车风窗玻璃上的雨雪和尘埃的装置，是汽车不可缺少 的重要部件。很多汽车制造企业将雨刮器列为汽车的安全部件,并将雨刮器的一些功 能特性(如刮刷频率)列为安全特性,其目的是要求雨刮器在工作时既能及时刮清汽车 风窗玻璃上雨雪杂物,又不能影响驾驶员的视线；除此以外,汽车雨刮器在停止状态 还有一个关键功能要求自动复位功能,即雨刮器在停止工作时，雨刮器的刮刷子系统 (由刮杆和刮片组成)自动停止在汽车风窗玻璃下沿的规定区域，其目的也是为了不 阻挡驾驶员的视线。 关键词：雨刮器；功能；自动复位；安全性 3 一一汽车雨刮器设计的价值及意义汽车雨刮器设计的价值及意义 最早的雨刮器是由一个摇臂与夹有橡皮刮片的臂组成，由司机手工操作。后来 为了看位的需要，在左右两侧都装上了刮水臂，用连杆连接，成为手动双刮水片， 也就是今天汽车雨刮器的原始型。 后来的雨刮器用气压差来代替人力，称为真空雨刮器。用一根管子接到发动机， 利用发动机的真空度来驱动雨刮器里面的活塞，推动摇臂转动，雨刮器就可以动作 了。40 年代初期，汽车上陆续安装了电动雨刮器取代真空雨刮器。不过，直到 80 年代初，我国一些客车和货车仍然使用真空雨刮器。现在，汽车已经全部使用电动 雨刮器了。 雨刮器看似简单，实际上构造并不简单，雨刮器总成含有电动机、减速机、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增扭作用驱动摇臂，摇臂带动四连杆机构，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。 雨刮器是汽车本身系统的重要组成部分之一，关系到汽车雨天行车安全性。据 统计，全世界雨天行车 7%的交通事故是由驾驶员手动操作雨刮器引起的。当司机关 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，当雨刮臂停在挡风玻璃下的适当位 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、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。 雨刮臂是重要的安全件。它必须能有效的清楚雨水、雪和污垢；能在高温（摄 氏零上 80 度）和低温（摄氏零下 30 度）下工作；能抗酸、碱、盐等有害物质腐蚀。 使用寿命达到 15 万次挂刷循环。 4 二二汽车雨刮器机构的原理汽车雨刮器机构的原理 2.12.1 雨刮器的运作原理雨刮器的运作原理 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，安装在前挡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。 雨刮器电机采用 3 刷结构以方便调速。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冲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钮，设有低速、高速、间歇 三个档位。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 挡风玻璃。洗涤器系统是目前汽车上很普遍的装置，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 小的射流喷向挡风玻璃，配合雨刮器起到清洁挡风玻璃的作用。 除了前挡风玻璃雨刮器外，许多乘用车还装置了后玻璃窗雨刮器，驾车者雨天 能看到后面的东西。有些高级乘用车上的前照灯也安装有类似雨刮器的清洁装置。 后玻璃窗雨刮器和前照灯清洁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挡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。 目前国内应用比较普遍的雨刮器形式总共有四种，分别为同向刮刷、对刮、单 臂可控刮刷和普通单臂刮刷。前 2 种根据电机数目不同，可分为单电机驱动和双电 机驱动。其中具备私服功能的双电机的对刮模式是目前比较先进的刮刷方式。 5 传统雨刮器有如下特点： 1) 雨刮采用对刮和同向刮刷方式布置，这使得刮刷面积增大了 10%，刮刷时 盲区进一步减少。 2) 雨刮片更符合空气动力学特性。在关闭雨刮器的状态下，雨刮将完全收进 雨刮槽内，这样就减少了空气阻力。 3) 雨刮片的空气动力学部件在车辆高速状态下的下压力更强，避免了下压力 不强造成的刮刷不干净现象。 4) 雨刮器采用双电机设计左右雨刮间不存在机械连接，减少了噪声，同时也 节省了布置空间。 5) 伺服系统能在雨刮片接近上刮刷位置时自动降低刮刷速度进而达到上刮刷 位置，此时电机反转则雨刮向相反方向刮刷，这样大大降低了刷片突然反 转造成的噪声。 6) 对于普通单臂刮刷式雨刮器而言，结构最简单，成本最低，但刮刷面积不 够大是其最大缺点。 7) 对于单臂可控刮刷式雨刮器而言，刮刷面积最大是其最大优点，但其结构 和控制方式较复杂，使用频率较低。 2.22.2 工作原理图工作原理图 2.2.1 雨刮器的工作原理图如下所示 6 2.2.2 各档控制原理图下面作简单介绍： 1) 低速档控制 把组合开关的刮水手柄打到“I”档，电流从蓄电池正极熔断器共用电刷电 枢绕组低速电刷开关触点搭铁。 2) 高速档控制 把组合开关的刮水手柄打到“II”档，电流从蓄电池正极熔断器共用电刷 电枢绕组高速电刷开关触点搭铁。 7 3) 自动复位控制 电流从蓄电池正极熔断器共用电刷电枢绕组低速电刷开关触点触点 臂 5铜环 9搭铁。 4) 间歇运动控制 当组合开关的刮水手柄打到间歇档时，间歇刮水控制器开始工作，定时接通低速 刮水继电器，刮水器以间歇形式刮水，工作电路与低速电路相同。 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 电功能使雨刮器按一定周期刮扫。 2.32.3 性能与技术要求性能与技术要求 2.3.12.3.1 性能要求性能要求 序号项目技术标准要求 1刮刷面积至少覆盖 A 区域的 98%，B 区域的 80% 2刮水频率 高频45 次/min，低频20 次/min 且45 次/min，高低 频之差15 次/min。 3刮片复位刮水器关闭，刮片自动返回至初始位置。 4压紧力曲刮0.12N/cm，平刮0.09N/cm。 5刮刷效果 初期：整个刮刷范围内充分干净，不出现任何挂刷痕迹； ：整个刮刷范围内充分干净，不出现任何挂刷痕 4 50 10 迹； ：允许局部出现模糊状刮痕。 4 100 10 8 6刮片耐久性次 4 50 10 2.3.22.3.2 各国技术要求各国技术要求 国标 GB15085EEC78-318美国国家标准 刮水器刮刷频率 高频45 次/min， 低频20 次/min 且 45 次/min。 高低频之差15 次 /min。 高频45 次/min， 低频10 次/min 且 55 次/min。 高低频之差15 次 /min.。 高频45 次/min， 低频20 次/min 高低频之差15 次 /min 刮水器的固定此项空白 刮片的固定结构和 固定方法应当保证 能够从风挡玻璃外 表面拆下刮片以便 于手动清洗。 此项空白 此外，刮水器还应经过以下试验： 1.高低温试验：即刮水器在-4080温度条件下应能正常工作，金属件的油漆层 和塑料喷涂层应无皱缩和起层现象。 2.耐久性试验：刮水器经此刮刷循环后，应扔符合相关规定。刮水器（除胶 4 50 10 条外）经次刮刷循环后，应仍具有工作能力，刮杆对刮片压紧力的变化率 4 150 10 应在 15%以内，各零部件不得有明显松动或其他异常现象出现；胶条耐久性不应 低于次。 4 50 10 3.其他还应经过高低温交变试验、电机连杆耐久性试验及洗涤器耐久性检测。 9 三三设计方案确定设计方案确定 系统总方案：电动机传动系统执行机构 初选三种方案，如下： 方案一：电动机带动皮带轮转动，皮带轮电动铰链四杆机构完成转动到摆动运动 形式的改变。 方案二：电动机带动齿轮机构，齿轮的减速增拒后，有曲柄摇杆机构把转动运动 转变成摆动运动。 10 方案三：电动机带动涡轮蜗杆完成转动，涡轮蜗杆的转动带动曲柄摇杆机构摆动， 完成运动。 由于电机的转速较大，如果用第一种和第二种方案则造成齿轮机构庞大，不符合 汽车设备轻便的要求；如果用混合轮系则造成机构复杂，安装维修，麻烦，并且设备 昂贵。综合比较采用第三种方案。 对于第三种方案，可以有 0 极位角，和有极位角度两种设计，对实际情况，为 了使安装简便，使用有小角度的极位角设置，本课题方案采用小角度极位角设置。 11 四四分析设计及计算分析设计及计算 2.12.1 电机的参数电机的参数 由电机的转速选择涡轮蜗杆可以计算出涡轮蜗杆的比为 i=w1/w2=1000/30 =33.3, 以此作为涡轮蜗杆选用参数。 2.22.2 连杆机构分析连杆机构分析 连杆的结构图如下： 4.2.1 机构的合理性 表 1 设计数据 内容曲柄摇杆机构设计及运动分析曲柄摇杆机构动态静力分 析 符号 1 nK a 1 xc 4 G 4 S J 1 M 单位r/minmmN 2 mkg mmN 数据301.0812039.995107.6740150.01500 12 系统的要求为摇杆摆动角度为 120，设摇杆的长度为 40mm，如上图右边建立基 准。设连架杆的长度为 b，主动杆的长度为 a，从动杆的长度为 c，机架的长度为 d。 设 d=107.67， 四杆机构必须符合的条件为： ab ac ad a+bc+d a+cb+d a+db+c 所以设置的机构可以按设定的轨迹做运动。 4.2.2 分析机构的急回特性 当机构运动到右极限位置时，主动杆与机架的夹角： A=arctan(c*sin30/(d+c*cos30)=8 当机构运动到左极限位置是，主动杆