1786_汽車觀后鏡刮水及清洗系統(tǒng)設(shè)計

1786_汽車觀后鏡刮水及清洗系統(tǒng)設(shè)計,汽車,觀后鏡刮水,清洗,系統(tǒng),設(shè)計 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11. 引言1.1 汽車后視鏡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀作為最主要的現(xiàn)代化交通工具之一，汽車在人類日常生活中扮演著越來越重要的角色。人們對于汽車的安全性要求也越來越高。汽車要安全運行，與駕駛員接受信息正確確與否、信息輸入裝置的多少和快慢有著重要影響。汽車在行駛過程中，有 80%的信息是靠視覺得到的，確保良好的視野是預(yù)防汽車事故的必要條件，所謂的視野是駕駛員行車時的視線范圍。一般情況下，按視野獲得的方式可分為直接視野和間接視野，直接視野就是駕駛員在駕駛位置時，直接透過前風(fēng)窗玻璃、車門玻璃和后風(fēng)窗玻璃所能直接、清晰地看到的道路的范圍大小。間接視野即駕駛員通過內(nèi)外后視鏡看到的車輛后方情況的清晰圖像，圖像所反映的范圍即為得到的視野。后視鏡是駕駛員間接視野的主要保證，因而后視鏡的合理布置和表面的清潔時提高汽車主動安全性的重要因素之一。通過對國內(nèi)外后視鏡刮水器材料的收集與整理，總結(jié)出目前國內(nèi)外后視鏡刮水器的主要有如下幾種形式：將一根伸縮桿套入導(dǎo)桿內(nèi)并與導(dǎo)桿滑動連接，在伸縮桿的一側(cè)軸向連接一排水撥，在導(dǎo)桿上設(shè)有凹槽和水撥對應(yīng)連接。該裝置與后視鏡連接后，可形成來回轉(zhuǎn)動、左右來回及上下來回?fù)芩?，使得清潔到位，收取時便于隱藏。將直流電機通過齒輪組連接轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂連接雨刮板在后視鏡上擺動，從而實現(xiàn)將后視鏡上的雨水或水汽刮掉。將兩個電磁鐵對置安裝在刮臂兩側(cè)，每個電磁鐵能產(chǎn)生相反方向磁力線。將兩個電磁鐵能使兩個活動鐵芯同時做相向或相背運動的激磁繞組并聯(lián)成一組。并聯(lián)后的兩組激磁繞組與繼電器的兩個靜觸點連接，動觸點和振蕩器通過開關(guān)與電源相接。繼電器磁化線圈受振蕩器控制。刮臂安裝在刮臂軸上。刮片插接在刮臂上且停止位置由掛接在刮臂頂端的回位彈簧控制。兩個電磁鐵中的兩個活動鐵芯通過連桿分別接于刮臂軸兩側(cè)對稱處的刮臂上。刮水器裝于安裝底板上。通過電磁使刮臂來回移動，從而實現(xiàn)將后視鏡上的雨水或水汽刮掉。一種刮水器是由動力、減速箱、曲柄和刮水桿構(gòu)成，利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱減速帶動曲拐作圓周運動，使與之活動連接的刮水桿往復(fù)擺動，將掛在倒后鏡上的水珠刮掉。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21.2 后視鏡刮水器研究的目的和意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已成為人們出行的必備的交通工具。在汽車行駛過程中，為了確保司機能可以看到汽車后方、側(cè)方和下方，在各種汽車的外部都裝有一種可以用來反映汽車后方、側(cè)方和下方的的情況，使駕駛者可以間接的看清楚這些位置的情況的鏡子——汽車后視鏡?？僧?dāng)司機在霧天或雨天行駛時，由于霧氣造成的后視鏡鏡面的積霧、冬天積霜或雨水侵襲會造成司機對側(cè)后方的視線不清，從而使駕駛員在行車時很難通過后視鏡看清情況，特別是駕駛大型車輛需左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、變道、倒車等情況時，影響了行車安全。此時駕駛員需伸出車窗外進行清潔鏡面表面，這樣極不方便，又是暫時措施，霧氣及雨水又會馬上使之模糊不清。因此，為了功能上的完備，駕駛的安全性及操作的方便性，必須采用各種裝置，當(dāng)產(chǎn)生上述情況時，駕駛員就可方便地開啟這種裝置，解除不必要的后顧之憂。1.3 課題來源隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已成為人們出行的必備的交通工具。在汽車行駛過程中，為了確保司機能可以看到汽車后方、側(cè)方和下方，在各種汽車的外部都裝有一種可以用來反映汽車后方、側(cè)方和下方的的情況，使駕駛者可以間接的看清楚這些位置情況的鏡子——汽車后視鏡。可當(dāng)司機在霧天或雨天行駛時，由于霧氣造成的后視鏡鏡面的積霧、冬天積霜或雨水侵襲會造成司機對側(cè)后方的視線不清，從而使駕駛員在行車時很難通過后視鏡看清情況，特別是駕駛大型車輛需左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、變道、倒車等情況時，影響了行車安全。此時駕駛員需伸出車窗外進行清潔鏡面表面，這樣極不方便，又是暫時措施，霧氣及雨水又會馬上使之模糊不清。因此，為了功能上的完備，駕駛的安全性及操作的方便性，必須采用各種裝置，當(dāng)產(chǎn)生上述情況時，駕駛員就可方便地開啟這種裝置，解除不必要的后顧之憂。本課題是針對已有的后視鏡刮水器的基礎(chǔ)上設(shè)計一個更簡單、更實用的刮水器，憑借啟動雨刷傳動裝置以驅(qū)動雨刷刮除后視鏡鏡面上的水氣，以使鏡面保持明亮，可供車輛駕駛清楚觀看到后視鏡內(nèi)反映的景象，以確保行車安全。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32. 后視鏡刮水器及清洗系統(tǒng)的方案設(shè)計2.1 概述后視鏡作為汽車行駛過程中一個必不可少工具，其作用與否，直接關(guān)系到駕駛員接受信息時的正確與否、信息輸入的多少。2.2 方案設(shè)計2.2.1 設(shè)計方案的確定本課題是在已有的設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計一個更簡單、更方便的刮水器。通過翻閱大量資料和專利，最終設(shè)計出以下三種方案：方案一：此方案采用的是與前擋風(fēng)玻璃的傳動原理相同的。該刮水器由動力、減速箱、曲柄和刮水桿構(gòu)成，利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速箱減速帶動曲拐作圓周運動，使與之活動連接的刮水桿往復(fù)擺動，將掛在后視鏡上的水珠刮掉。方案二：此方案的刮水器由動力、鏈、鏈輪和刮水桿構(gòu)成。利用動力轉(zhuǎn)動，經(jīng)鏈輪傳動，帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，使與之連接的刮水桿往復(fù)擺動，從而將后視鏡上的水珠刮掉。方案三：本方案提供了一種汽車后視鏡的雨刷裝置，通過傳動組帶動雨刷以刮除后視鏡所沾附的水滴等污物。其中傳動組分別固設(shè)于后視鏡的內(nèi)部空間內(nèi)，各傳動組包括有一電動機、兩組嚙合的齒輪、移動座、固定架，其中銜接桿上方與雨刷連接，電動機的軸心帶動主動傳動輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其嚙合的從動輪旋轉(zhuǎn)，從動輪旋轉(zhuǎn)帶動螺桿的旋轉(zhuǎn)，螺桿的正逆方向旋轉(zhuǎn)時，使其上的螺母帶動雨刮器來回移動，固定架的兩側(cè)各設(shè)有感測組件—位置傳感器。來實現(xiàn)螺桿的正反轉(zhuǎn)。以上三種方案中，方案一采用的是曲柄搖桿結(jié)構(gòu)，對空間范圍要求很大，并已有設(shè)計出來，所以不以采用；方案二中需采用鏈接結(jié)構(gòu)，傳動精度不高，所以也不以采用，所以最終確定以第三種方案進行設(shè)計。2.2.2 驅(qū)動方式的選擇由于永磁式電動機體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，本刮水器的選用電機驅(qū)動方式，選用永磁式電動機。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 42.2.3 確定傳動方式在機械的傳動中，其傳動方式主要有：摩擦傳動、鏈條傳動，齒輪傳動、皮帶傳動、蝸輪蝸桿傳動、棘輪傳動、曲軸連桿傳動、氣動傳動、液壓傳動、鋼絲索傳動（電梯中應(yīng)用最廣）、聯(lián)軸器傳動、花鍵傳動等。 對于本刮水器的傳動方式，由于對于刮水器需傳遞準(zhǔn)確的傳動比，且傳遞運動需準(zhǔn)確可靠、傳動效率高,使用壽命長，因此采用兩對齒輪傳動的傳動方式來進行傳動。2.2.4 確定螺桿長度和螺母的移動范圍本刮水器是根據(jù)大眾后視鏡的大小做為參考來進行設(shè)計的。因此，本刮水器的螺桿長度等于后視鏡的長度，根據(jù)螺桿所在位置及后視鏡的長度，確定螺桿的長度為 165mm，螺母的移動范圍為 135.5mm。2.2.5 確定清洗裝置方案后視鏡的清洗裝置與刮水裝置配合使用，可以使汽車后視鏡的玻璃刮水器更好地完成刮水工作，并獲得更好的刮水效果。為了更方便及使刮水器結(jié)構(gòu)更簡單，本后視鏡的刮水器的清洗裝置利用前擋風(fēng)玻璃的清洗裝置的清洗液及其驅(qū)動裝置，從前擋風(fēng)玻璃的清洗裝置中引出一根管子來作為后視鏡的清洗裝置，這樣不僅降低成本、更使整個刮水器的結(jié)構(gòu)變得簡單。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 53. 后視鏡傳動機構(gòu)設(shè)計3.1 電動機的選擇3.1.1 刮水電動機功率選擇已知汽車使用電壓為 12V,本刮水器所要求的電流為 2.4A，因此，刮水電動機的功率為： 28.W.41IUP????3.1.2 確定電動機的轉(zhuǎn)速已知刮水片的行程為 135.5mm，由《汽車風(fēng)窗玻璃電動刮水器技術(shù)條件》中規(guī)定：刮水器最低刮刷頻率不應(yīng)低于 20 次／min；最高刮刷頻率不應(yīng)低于 45 次／min。對于本刮水器，其刮刷頻率選為：22 次/min。所以螺母的移動速度為： m/s，故螺桿的轉(zhuǎn)速為： 025.7.213t???Svmin/606rpn?已知齒輪的傳動比為 3，則 min/75032rd????由表 35.2-24[4]選取馬達的型號：J-ZYT（SZ）-PX ，其參數(shù)如表 3-1 所示表 3-1 馬達參數(shù)型號 電壓/V 轉(zhuǎn)速r/min轉(zhuǎn)矩mN m?功率/WJ-ZYT（ SZ）-PX 12 750 65 403.2 齒輪的設(shè)計3.2.1 選擇齒輪類型、材料及精度等級1）按雨刮器的傳動要求，選用直齒圓柱齒輪傳動。2）考慮雨刮器傳遞功率不大，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲、以及能在無潤滑狀態(tài)下正常工作，所以齒輪的材料選牌號為 PA（MC 尼龍) [1]，小齒輪硬度為21HBS,大齒輪硬度為 14HBS。3）雨刮器為一般傳動，速度不高，由表 3-2 選用 7 級精度。4) 選小齒輪的齒數(shù)為 18，大齒輪的齒數(shù)為 。?1Z45183Z2??南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6表 3-2 各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍 [1]注：主傳動齒輪或重要齒輪傳動，靠上限選； 輔助齒輪傳動或一般齒輪傳動，居中或靠下限選擇。3.2.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計由設(shè)計計算公式（10-9a) [1]進行計算，即3211 )][(2. HEt ZdkTd?????式中：K——載荷系數(shù)；T1——齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；——齒寬系數(shù)（數(shù)值參看表 3-3）；d?——齒數(shù)比；?——彈性影響系數(shù)， ，數(shù)值參看表 10-6[1]。eZ21MPa（1）確定公式內(nèi)的各計算參數(shù)1) 試選載荷系數(shù) 3.1?tk2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNn ??????3.5097504.9P05.9T3113) 由表 3-3 選取齒寬系數(shù) 。8.?d表 3-3 圓柱齒輪的齒寬系數(shù) [1]d?機 器 名 稱 精度等級 機 器 名 稱 精度等級汽輪機 3 ~ 6 拖拉機 6 ~ 8切削機床 3 ~ 8 通用減速器 6 ~ 8航空發(fā)動機 4 ~ 8 鍛壓機床 6 ~ 9輕型汽車 5 ~ 8 起重機 7 ~ 10載重汽車 7 ~ 9 農(nóng)機 8 ~ 11南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7裝置狀況 兩支承相對小齒輪對稱布置 兩支承相對小齒 輪做非對稱布置 懸臂布置d?0.9~1.4 (1.2~1.9) 0.7~1.15 (1.1~1.65) 0.4~0.6說明：1) 大小齒輪皆為硬齒面時， 應(yīng)取小值，否則取大值；d?2) 括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪；3) 機床中的齒輪，若傳遞功率不大時， 可小到 0.2；4) 非金屬齒輪可取， =0.5-1.2。d?4) 由式 10-6[1]計算材料的彈性影響系數(shù)MPa50)]178.0()1785.0[(14.3)]1()[(Z 4422 ?????????????e5) 查得夾布塑料的接觸疲勞許用應(yīng)力[ ]=110MPa[1]。H?（2）計算1）計算小齒輪分度圓直徑 ，代人[ ]td1 mZdkTHEt 17.405318.05932.)][(13. 2??????? ）（???2）計算圓周速度m/s56.1067.4754.3106???nv?3）計算齒寬 mdt ..81???b4）計算齒寬與齒高之比模數(shù) mm79.018.4zm齒高 h8.125.???3768.1b5）計算載荷系數(shù)根據(jù) m/s , 7 級精度 ， 由圖 3-1 查的動載系數(shù)5.0?v 05.1?vk直齒輪， 1?FHk南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8由表 10-4[1]用插值法求得精度為 7 級，小齒輪相對支撐非對稱布置時，。28.1??Hk由 ， 查圖 10-13[1]得 ，故載荷系數(shù)376hb28.1??Hk24.1??Fk3.8.05.???HVAk6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a) [1]得mkdt 31.4.17.4331???7) 計算模數(shù) zm9.018.圖 3-1 動載荷系數(shù) 值vk3.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計由式（10-5) [1]得彎曲強度的計算公式為 )][(231FSadYzKTm???式中：K——載荷系數(shù)；T1——齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 10 20 30 40 50v(m/s)十分精密的齒輪裝置10 8 7 6 Kv 9 圖 10-13 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù) K Fβ南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9——齒寬系數(shù)（數(shù)值參看表 3-3）；d?——齒輪齒數(shù)；1Z——齒形系數(shù)（數(shù)值參看表 3-4）；FaY——載荷作用于齒頂時的應(yīng)力校正系數(shù)（數(shù)值參看表 3-4）。s(1) 確定公式中的參數(shù)1）查得膠布橡膠的彎曲疲勞許用應(yīng)力[ ]=50MPa[1]。F?2）計算載荷系數(shù) K 30.124.05.1??????FAkvk3）查取齒形系數(shù)由表 3-4 查得 .,9.21??FFY表 3-4 齒形系數(shù) YFa 及應(yīng)力校正系數(shù) YSaZ(Zv) 17 18 19 20 21 22 YFa 2.97 2.91 2.85 2.8 2.76 2.72 YSa 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.5723 24 25 26 27 28 292.69 2.65 2.62 2.60 2.57 2.55 2.531.575 1.58 1.59 1.595 1.60 1.61 1.6230 35 40 45 50 60 702.52 2.45 2.40 2.35 2.32 2.28 2.241.625 1.65 1.67 1.68 1.70 1.73 1.7580 90 100 150 2002.22 2.20 2.18 2.14 2.121.77 1.78 1.79 1.83 1.865注：1)基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為 α =20? 、h*a=1、C*=0.25 、ρ =0.38m (m-模數(shù))2)對內(nèi)齒輪：當(dāng) α =20? 、 h*a=1、C*=0.25 、ρ =0.15m 時，齒形系數(shù)：YFa =2.053 ; 應(yīng)力校正系數(shù)：YSa =2.65。4）查取應(yīng)力校正系數(shù)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10由表 3-4 查得 71.Y,53.1sa2sa?5）計算大、小齒輪的 ][SF?0.8951.329][YSa1F???..7a2F小齒輪的數(shù)值大。（2）設(shè)計計算mm7.089.18.0352)][(32312 ???? ）（FSadYzKTm??對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 0.77 并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m =0.8，按接觸強度算的分度圓直徑 ，md31.4?算出小齒輪齒數(shù)，取 1918.034mz1??d大齒輪齒數(shù) 75193Z2??這樣設(shè)計的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。3.2.4 幾何尺寸計算（1）計算大、小齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑mmZd2.1598.0???8.6)()1a1 ??（m213.f ????）（）（d4578.02???Z.47).a ??（）（m6322f2 ????）（）（（2）惰輪的計算南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11由于所選電動機的直徑大于兩齒輪的中心距，所以在中間增加一個齒輪，其尺寸如下： mZd4058.3???6.41)2.2a ???（）（m38..3f3 ??）（）（計算齒寬 mdb16.258.01????取 , ， 。2B34B33.3 軸的設(shè)計3.3.1 輸出軸的設(shè)計計算由于輸出軸主要承受扭矩，所以按扭轉(zhuǎn)強度進行計算。（1）求輸出軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2p2n2T已知輸入軸的功率為 Kw，其中軸承、圓柱齒輪的傳動效率分別為3104??0.98、0.95。所以有：kw323212 108.59.8???????pmin/50rn mN???.2501.9509T322（2）求作用在齒輪上的力齒輪所承受的力可按下式進行計算： dFt?(3-1)?antr?costn因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 mmzd6.4578.02???由式 3-1 計算得: Nd28.596.4132TFt ??.10tanantr??南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12N08.63cos2.59Ftn???（3）確定軸的最小直徑軸的最小直徑的計算可按式（15-2）來計算。選取軸的材料為 45 鋼。根據(jù)表3-5，取 ，由式 15-2[1]得 126A0?mnpd 57.620138.5332min ???取 d（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上零件的定位，固定和裝配刮水器中可將齒輪安排在后視鏡左側(cè)，相對兩軸承不對稱分布，齒輪右面由軸肩定位，左面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以套筒定位，并采用過渡配合固定。3.3.2 輸入軸的設(shè)計由于輸入軸主要承受的也是扭矩，所以也按扭轉(zhuǎn)強度進行計算。（1）求輸入軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩1p1n1Tkw304???pmin/751rn mN????3.509714950p9T31（2） 求作用在齒輪上的力因已知高速級小齒輪的分度圓直徑為 mmzd2.1598.02???由式 3-1 計算得 Nd02.67.1539TF2t ??39.4tanantr??.0cos.tn?（3）確定軸的最小直徑南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13選取軸的材料為 45 鋼，根據(jù)表 3-5，取 ，由式 15-2[1]得 126A0?mnpAd74.50142633310min ???取 d表 3-5 軸常用材料的[τT]值和 A0 值軸的材料 Q235-A、 20Q275、 35 (1Cr18Ni9Ti) 4540Cr、35SiMn、38SiMnMo 、3Cr13 [τT] / MPa 15 ~ 25 20 ~ 35 25 ~ 45 35 ~ 55A0 149 ~ 126 135 ~ 112 126 ~ 103 112 ~ 97注：1）表中[τT] 值是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。2）在下述情況時， [τT] 取較大值， A0 取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)；反之，[τT] 取較小值， A0 取較大值。3.3.3 中間軸的設(shè)計(1.)求中間軸上的功率已知輸入軸的功率為 Kw，其中圓柱齒輪的傳動效率為 0.95。所以3104??有：，kwP333895.104?????min/267rin m????N3.127850T333(2.)求作用在齒輪上的力南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14已知惰輪的分度圓直徑為：mZd4058.3???由式 3-1 計算得 Nd67.340.12TF3t ??1.2tan.an0tr??5.2cos60tn?(3.)由式 15-2[1]確定軸的最小直徑，取 10mmmnpAd4.62851036330min ???3.4 軸承的設(shè)計軸承的選擇一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置并參考同類型的相應(yīng)軸承以后,按國家規(guī)定的軸承標(biāo)準(zhǔn)選定,再進行其使用壽命的驗算。軸承的名義壽命 L（以 106轉(zhuǎn)為單位）:（3-2）式中 C——軸承的額定載荷或承載容量，N，根據(jù)選定的軸承型號查軸承手冊；P——軸承的當(dāng)量動載荷，N；ε——軸承壽命指數(shù)，對球軸承 ε=3；對圓柱滾子軸承取 ε=10/3。L 與 Lh之間的換算關(guān)系為L=60nLh/106 （3-3）式中 n——軸承的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。3.4.1 中間軸軸承的設(shè)計由輸入軸的最小直徑試選軸承，由表 20.6-1 選擇其型號為 61900，對所選軸承進行驗算1.計算軸承的軸向載荷 1aF=F= =1aFN?5.3.0??其中， 為雨刮片與鏡面的摩擦系數(shù)，其值為 0.3； 為雨刮片對鏡面的壓力，N其值可參考《汽車風(fēng)窗玻璃電機刮水器技術(shù)條件》中的 4.4.4。2. 求中間軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩3p3n3T南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15kw443 103895.10????????Pp式中， 為齒輪傳動的效率，其值根據(jù)表 1[7]選取為 0.95。min/263.7513rin m?????N3.12785039P90T333. 求作用在齒輪上的力已知齒輪的分度圓直徑為mmd401.Z3???由式 3-1 計算 Nd67.340.12TF3t ??1.2tan.an0tr??5.2cos60tn?4. 求比值06.17.235r?Fa5.計算軸承的當(dāng)量動載荷當(dāng)量動載荷 P( )的一般計算公式為arP或（3-4） aYXP??r式中，X、Y 分別為徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值見表 3-6。可在實際中，在許多支撐中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡力、慣性力等，這些因素很難從理論上精確計算。為了計及這些影響，可對當(dāng)量動載荷乘上一個根據(jù)經(jīng)驗而定的載荷系數(shù) ，其值參見表 3-7。故實際計算時，軸承的當(dāng)量動載pf荷應(yīng)為：表 3-6 徑向動載荷系數(shù) X 和軸向動載荷系數(shù) Y軸承類型相對軸向載荷 Fa / Fr ≤ e Fa / Fr >e名稱 代號 Fa/C0 X Y X Ye調(diào)心球軸承 10000 ---- ---- 1 (Y1) 0.65 (Y2)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16調(diào)心滾子軸承 20000 ---- ---- 1 (Y1) 0.67 (Y2)深溝球軸承 600000.0250.0400.0700.1300.2500.5001 0 0.562.01.81.61.41.21.00.220.240.270.310.370.44續(xù)表 3-6角接觸球軸承 70000C0.0150.0290.0580.0870.1200.1700.2900.4400.5801 0 0.441.471.401.301.231.291.121.021.001.000.380.400.430.460.470.500.550.560.56（3-5）)(atpYFXfP??軸承的靜載荷的一般計算公式為（3-6）0SC?式中， 為軸承靜強度安全系數(shù)。 的選擇可參考表 3-8； 為當(dāng)量靜0S0P載荷，其計算公式為：（3-7）a0r0FYXP??式中， 分別為當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值可、參考表 3-7。 按照表 3-9，選取 ，取2.1~0?pf .?pf南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17由表 3-7 選取 ，分別為 0.6、0.5，則由式 3-7 計算當(dāng)量靜載荷 ，0YX、 0P為 2.451.79.6FPa0r0 ?????由表 3-8 選取靜強度安全系數(shù) 為 0.5，則根據(jù)公式 3-6 有0S2.4.5SC0??則 ,因此判斷系數(shù) e>0.44,則有 。71./Fa?eFta?按照表 3-6，選取 X=1，Y=0，則由式 3-5 計算得： NYXfPatp 95.6)109.5(2.)( ????查得，61900 軸承應(yīng)有的基本額定動載荷為 1300N表 3-7 徑向載荷系數(shù) 和軸向載荷系數(shù)0X0Y單列軸承 雙列軸承軸承類型 000X0深溝球軸承 0.6 0.5 0.6 0.5角接觸球軸承01520305400.50.460.420.380.330.290.260.2210.920.840.760.660.580.520.44調(diào)心球軸承 0.5 0.22cot?1 0.44cot?調(diào)心滾子軸承 0.5 0.22cot 1 0.44cot圓錐滾子軸承 0.5 0.22cot 1 0.44cot注：對于中間接觸角的值，用線性插值法求取。表 3-8 靜強度安全系數(shù) [1]0S旋轉(zhuǎn)條件 載荷條件 0使用條件 0S連續(xù)旋轉(zhuǎn)軸承 普通載荷 1~2 高精度旋轉(zhuǎn)場合 1.5~2.5南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18沖擊載荷 2~3 振動沖擊場合 1.2~2.5普通載荷 0.5 普通旋轉(zhuǎn)精場合 1.0~1.2不連續(xù)及做擺動運動的軸承沖擊及不均勻載荷 1~1.5允許有變形量 0.3~1.0表 3-9 載荷系數(shù) fP載荷性質(zhì) 無沖擊或輕微沖擊 中等沖擊 強烈沖擊fP 1.0 ~ 1.2 1.2 ~ 1.8 1.8 ~ 3.06.計算軸承的壽命 hPCnLh 8366 10.95.102801?????????????????根據(jù)表 3-10，此軸承合格表3-10 推薦的軸承預(yù)期計算壽命 L’h 機 器 類 型 L’h /h不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備 300 ~ 3000短時間或間斷使用的機械，中斷時不致引起嚴(yán)重后果 3000 ~ 8000 間斷使用的機械，中斷使用后果嚴(yán)重 8000 ~ 12000每天 8h 工作的機械 （利用率不高） 12000 ~ 20000 每天 24h 連續(xù)工作的機械 40000 ~ 600003.4.2 輸出軸軸承的設(shè)計由輸出軸的最小直徑根據(jù)表 20.6-1 試選軸承，其型號為 618/7，對所選軸承進行驗算1.計算軸承的軸向載荷 1aF=F=1.5N1aF2.計算軸承的徑向載荷求輸出軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2p2n2Tkw32105.6???pmin/rn南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19mNn?????3.194250.3695p950T3123.求作用在齒輪上的力因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為mmzd6.4578.02???由式 15-2[1] 得 Nd15.6.4392TFt ??26.0tanantr??7.2cos.0tn?4.求比值 67.02.51r?Fa5.計算軸承的當(dāng)量動載荷根據(jù)式 3-5 )(atpYFXfP??按照表 3-8， ，取2.1~0.?pf由表 3-7 選取 ，分別為 0.6、0.5，則由式 3-7 計算當(dāng)量靜載荷、 0P09.45.7.6FXPa0r0 ????由表 3-8 選取靜強度安全系數(shù) 為 0.5，則根據(jù)公式 3-6 有0S2.4.95SC0??則 ,因此判斷系數(shù) e>0.44,則有 。73.1/Fa?eFta?按照表 3-7，選取 X=1，Y=0，則 NYXfPap 68.)510.(2.)r( ????查得，618/7 軸承應(yīng)有的基本額定動載荷為 550N6.計算軸承的壽命 hPCnLh 7366 102.8.5020101?????????????????根據(jù)表 3-10，此軸承合格。3.5 螺桿、螺母的設(shè)計根據(jù)刮水器的運動要求和條件，由表 3-11、表 3-12 選取螺桿的材料為 45南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20鋼，螺母材料為耐磨鑄鐵。由表 3-13 計算螺桿的許用壓力為：取 90Mpa Mpas71~853~???螺母許用彎曲應(yīng)力為： 取 50Mpa Pb54許用切應(yīng)力為： p0?由于刮水器的運動速度較低，所以由表 3-14 選取 取MPap8~6?7MPa。表 3-11 螺桿材料及其選用螺桿材料 熱處理 應(yīng)用45、50、Y40Mn輕載、低速、精度不高的傳動。45正火 170~200HBS調(diào)質(zhì) 220~250HBS40Cr、40CrMn調(diào)質(zhì) 230~280HBS低溫回火65Mn 表面淬火、低溫回火45~50HRC中等精度的一般傳動。T10、T12球化調(diào) 200~230HBS淬火、低溫回 56~60HRC20CrMnTi 滲碳、高頻淬火56~60HRC有較高的耐磨性，用于精度較高的主要傳動。CrWMn9Mn2V淬火、低溫回火55~60HRC38CrMoAl 氮化、氮化層深0.45~0.6mm 850HV耐磨性高，有較好的尺寸穩(wěn)定性，用于精密傳動。表 3-12 螺母材料及選用材料 特點和應(yīng)用南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21ZCuSn10Zn2ZCuSn10Pb1ZCuSn5Pb5Zn5和鋼制螺桿配合，摩擦系數(shù)低，有較好的抗交合能力和耐磨性；但強度稍低。適用于輕載、中高速傳動精度高的傳動。ZQAl10Fe3ZQAl10Fe3Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3和鋼制螺桿配合，摩擦系數(shù)較低，強度高，抗膠合能力較低。適用于重載，低速傳動。35 球墨鑄鐵螺旋副的摩擦系數(shù)較高，強度高，用于重載調(diào)整螺旋。耐磨鑄鐵 強度高，用于低速、輕載傳動。表 3-13 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力許用應(yīng)力/Mpa螺旋副材料 ][?][b?][?螺桿 鋼 5~3s青銅 40~60 30~40鑄鐵 45~55 40螺母鋼 （ 1.0~1.2） ][?0.6 ][表 3-14 螺旋傳動的許用壓強 pP螺紋副材料 速度范圍/m/s 許用壓強 /MpapP鋼—青銅低速0.2518~2511~187~101~2螺紋副材料 速度范圍/m/s 許用壓強 /MpapP鋼—耐磨鑄鐵 0.1~0.2 6~8鋼—鑄鐵 4.0。sSsS sS—螺桿的臨界載荷；根據(jù)螺桿的柔度 的值的大小來計算， 。crFs?il???s此處 為螺桿的長度系數(shù)，見表 3-15,； 為螺桿的工作長度，mm； 為螺桿危?l i險截面的慣量半徑，mm，其計算公式為 = 。AIi?41d臨界載荷可按歐拉公式進行計算，即 2cr)(EIFl???式中：E—螺桿材料的拉壓彈性模量，MPa，E= MPa；5106.2?I—螺桿危險截面的慣性量，I= , 。64d?m所以有：I= =64d?20.983.14??4則： =2cr)(EIFl?20.596)16.5(.0.2??>47.39.0Scrs ??sS所以合格。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25表 3-15 螺桿的長度系數(shù) ?端部支撐情況 長度系數(shù) ?端部支撐情況 長度系數(shù) ?兩端固定一端固定，一端不完全固定一端鉸支，一端部完全固定0.500.600.70兩端部完全固定兩端鉸支一端固定，一端自由0.751.002.00圖 3-2 螺旋副受力圖 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 264. 后視鏡刮水及清洗系統(tǒng)的控制電路設(shè)計4.1 概述汽車在雨天或雪天行駛時，后視鏡容易被雨水或雪花遮蓋，在泥濘道路上行駛時，行駛中的灰塵等會弄臟后視鏡玻璃，影響駕駛員的視線。為此，汽車上必須裝有后視鏡的刮水器和清洗器，以確保行車安全。要想讓刮水器及清洗器按預(yù)定的時間和動作來運行，就必須通過電路來進行控制。后視鏡的刮水及清洗系統(tǒng)控制電路的設(shè)計是后視鏡設(shè)計中的最后一項任務(wù)，其需滿足的要求為：當(dāng)汽車在雨天行駛過程中，能通過控制電動機來帶動雨刮片的來回移動，從而將后視鏡上的雨水刮掉；當(dāng)汽車在正常行駛過程中，當(dāng)鏡面有灰塵時，可以先打開清洗裝置，然后將其表面的清洗液刮除。4.2 電路組成本后視鏡的刮水及清洗系統(tǒng)電機的控制線路由刮蓄電池、水器開關(guān)、保險絲、繼電器、行程開關(guān)、刮水電機、洗滌電機等組成。其具體電路圖及名稱如南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 27圖 4-1 和表 4-1 所示。圖 4-1 后視鏡的刮水及清洗系統(tǒng)電機的控制線路表 4-1 電器分配表名稱 符號 屬性 名稱 符號 屬性刮水電動機 M1 光電開關(guān) 2 SQ2清洗電動機 M2 接觸器 1 KM1熔斷器 1 FR1 接觸器 2 KM2熔斷器 2 FR2 接觸器 3 KM3開關(guān) 2 SB2 常開 接觸器 4 KM4開關(guān) 3 SB3 常開 時間繼電器 1 KT1 3 秒光電開關(guān) 1 SQ1 時間繼電器 KT2 10 秒4.3 刮水器往復(fù)運動電路設(shè)計刮水器的往復(fù)運動是指當(dāng)汽車在雨天或雪天行駛時，需使雨刮片來回的在鏡面上移動，從而實現(xiàn)連續(xù)的刮水動作。本刮水器的往復(fù)運動電路如圖 4-1 所示，其原理為：當(dāng)汽車在雨天或雪天行駛時，按下開關(guān) SB2,接觸器 KM1 動作，電流經(jīng)熔斷器 FR、接觸器開關(guān) KM1 帶動刮水電機轉(zhuǎn)動；當(dāng)刮水片刮到最左邊時，碰到光電開關(guān) SQ2，則接觸器 KM2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28閉合,與此同時，接觸器 KM2 斷開，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)刮水片行駛到最右邊時，碰到光電開關(guān) SQ1，則此時接觸器 KM1 閉合，KM2 斷開，電動機正轉(zhuǎn)，以此類推。通過電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)雨刮片的來回移動，從而實現(xiàn)連續(xù)刮水的動作。4.4 清洗電路原理設(shè)計清洗裝置是指汽車在風(fēng)沙或塵土較多的環(huán)境中行駛時，會由于灰塵落在擋風(fēng)玻璃上而影響駕駛員的視線。因此必須在汽車的刮水系統(tǒng)中安裝一個清洗裝置，必要時向擋風(fēng)玻璃噴水或?qū)Ｓ们逑匆海ū狈降貐^(qū)冬季不宜用水，以免凍裂儲液罐或輸液管），在雨刷器的配合下，保持擋風(fēng)玻璃潔凈。本刮水器的清洗裝置的電路如圖 4-1 所示，其原理為：當(dāng)汽車后視鏡玻璃鏡面上有灰塵時，按下開關(guān) SB3，清洗電機啟動，帶動液壓泵轉(zhuǎn)動，將清洗液經(jīng)輸水管送到噴水噴頭，經(jīng)噴頭加壓，噴到鏡面上；當(dāng)噴水噴完 3 秒后，時間繼電器動作，清洗電動機關(guān)閉，刮水電動機動作，從而將玻璃上的清洗液刮掉，經(jīng) 10 后，刮水電動機停止轉(zhuǎn)動，清洗完成。4.5 刮水片自動復(fù)位電路設(shè)計刮水片的自動復(fù)位裝置是指，當(dāng)電動機在停止后，能按照設(shè)計者的意愿，回到規(guī)定的原點，或停到相應(yīng)的位置的裝置。圖 4-2 為刮水器的自動復(fù)位裝置，此設(shè)備具有自動復(fù)位的功能，下面分析其工作過程。當(dāng)把刮水器開關(guān)撥到“0”擋時，如果刮水片沒有停到規(guī)定的位置，由于點與銅環(huán)相接觸，如圖 3-2b）所示，則電流繼續(xù)流入電樞，其電路為蓄電池正極電源開關(guān) 熔斷絲 電刷 B3 電樞繞組 電刷 B1 接線柱② 接觸片 接線柱① 觸點臂 銅環(huán) 搭鐵 蓄電池負(fù)極。由此可以看出，電動機仍以低速運轉(zhuǎn)直至渦輪旋轉(zhuǎn)到圖 3-1a）所示的特定位置，電路中斷。由于電樞的運動慣性，電機不能立即停止，此時，電動機以南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 29發(fā)電的方式運行。因此電樞繞組通過觸臂與銅環(huán)接觸而短路，電樞繞組將產(chǎn)生強大的制動力矩，電動機迅速停止運轉(zhuǎn)，使刮水片復(fù)位到后視鏡的一邊。圖 4-2 刮水器自動復(fù)位裝置南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30圖 4-3 自動復(fù)位電路如圖 4-3 所示，當(dāng)開關(guān) SB4 斷開時，圖 4-2 中的控制電路斷開，圖 4-3 中的控制電路閉合，當(dāng)自動復(fù)位裝置處于圖中所示位置時，KM5 接通，則電動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，當(dāng)自動復(fù)位裝置運動到圖 4-2（b）所示位置時，控制電路斷電，雨刮器停止運動，如將該位置作為刮水器的復(fù)位點，則刮水器在每次工作結(jié)束時可停到該點。5. 參考文獻[1] 濮良貴，紀(jì)名剛主編. 機械設(shè)計. 第八版. 北京：高等教育出版社，2006.5[2] 周建平主編. 汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修. 北京：人民交通出版社，2005.8[3] 成大先主編. 機械設(shè)計手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11[4] 機械設(shè)計手冊編委會主編. 機械設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8[5] 劉鴻文主編. 材料力學(xué). 第 4 版. 北京：高等教育出版社，2004.1[6] 龐國星主編. 工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2005.8[7] 龔溎義主編. 機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書. 北京：高等教育出版社，1990.4[8] 孫恒，陳作模主編. 機械原理. 北京：高等教育出版社，2000[9] G. 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