乘用車雨刮器結(jié)構(gòu)設(shè)計【含三維CATIA、說明書、開題報告】
本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告論 文 題 目: 乘用車雨刮器結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué) 院: 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 、 班 級: 學(xué) 生 姓 名: 年 12月 23日 填畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告要求開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié),又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文(設(shè)計)的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化,特制定本要求。一、選題依據(jù)1. 論文(設(shè)計)題目及研究領(lǐng)域;2. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值;3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1.重點解決的問題;2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路);3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果。三、論文(設(shè)計)工作安排1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));2. 論文(設(shè)計)進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料,并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合,形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通順, 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。五、其他要求1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文(設(shè)計)工作開始后的前四周內(nèi)完成;2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過;3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生,須重做或補做合格后,方能繼續(xù)論文(設(shè)計)工作,否則不允許參加答辯;4. 開題報告通過后,原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師;5. 開題報告的內(nèi)容,要求打印并裝訂成冊(部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上,但封面需按統(tǒng)一格式打印)。7一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域汽車零部件設(shè)計2、論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值雨刮器屬汽車附件,用于消除擋風(fēng)玻璃、后窗玻璃及大燈玻璃上的雨雪、灰塵和泥水等,以保證玻璃透明清晰,是汽車安全行駛的重要零部件。通過本課題的研究工作, 能夠提高分析問題的能力和計算機應(yīng)用能力,有利于將理論知識與實際工程問題聯(lián)系起來。進一步加深對專業(yè)知識的理解 ,經(jīng)過本課題的研究工作,為今后走入工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢國外汽車工業(yè)發(fā)達的國家發(fā)布了雨刮器的性能標(biāo)準(zhǔn)要求,對于雨刮器都有明確并且高標(biāo)準(zhǔn)的要求。如美國的 SAEJ903b 和日本的 JISD5510 都規(guī)定了雨刮器的耐久性能。SAEJ903b 還規(guī)定了雨刮的強度性能以及掛刷性能要求以及試驗方法;英國,法國也都相關(guān)的規(guī)定刮刷頻率,接觸面壓力,摩擦系數(shù)和工作溫度等等。國外整車廠與設(shè)計公司還涉及設(shè)計了雨刮器試驗平臺,可以測試雨刮器的擺角與聯(lián)動效率,和刮動扭矩等等,通過該平臺,可以按照各個標(biāo)準(zhǔn)進行相關(guān)的測試,并通過淋雨試驗來測試實際的工作效果。三維建模以及虛擬樣機的使用,使得國外的雨刮設(shè)計更加貼近擋風(fēng)玻璃, 實現(xiàn)更大的掛掃范圍。我國對汽車的研究開發(fā)落后西方發(fā)達國家二十年,雖然通過以市場化技術(shù)的策略得以引進西方技術(shù)彌補自身不足,但還需要進一步的發(fā)展。局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷,小范圍雨刮后視覺效果差,影響駕駛員對前方全景的判斷,經(jīng)過不斷改進, 把雨刮片的曲線由圓周往復(fù)運動修改為直線往復(fù)運動,雨刮的工作面積加大,但是由于前擋風(fēng)玻璃微弧面設(shè)計,難以安裝。2010 年,王遠帆等人為了更準(zhǔn)確地研究具六連桿機構(gòu)的運動行為,在 catia 中完成連桿機械結(jié)構(gòu)建模,并通過 DMU 模塊進行了運動仿真分析。2010 年,司雯雯,司亮等人利用 matlab 軟件中的 Simulink 模塊,建立了雨刮器的模型,該模型包括了電動機、減速機、連桿機構(gòu)等等,實現(xiàn)了汽車雨刮器的運動仿真。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的黃煌,結(jié)合當(dāng)時汽車產(chǎn)品電控發(fā)展趨勢,開發(fā)了基于 LIN 總線的控制的雨刮電機的策略,成功的使國產(chǎn)汽車行業(yè)開始意識到電控系統(tǒng)對于汽車未來發(fā)展的意義,并開始大力推進汽車電控系統(tǒng)研究與應(yīng)用。雨刮器發(fā)展的趨勢目前國內(nèi)外雨刮器設(shè)計都存在不能消除的掛掃死角,或者刮掃不干凈的現(xiàn)象,但是隨著終端客戶越來越重視安全以及駕乘感受的大環(huán)境下,更多更復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計將會被應(yīng)用于雨刮器設(shè)計,同時汽車電子電控的進一步的深入研究,在雨刮器的結(jié)構(gòu)上改為多段設(shè)計,每一段都有單獨的電機操縱,以適應(yīng)不同曲面弧度的擋風(fēng)玻璃, 消除死角。電控系統(tǒng)越來越穩(wěn)定,帶磁條的雙面雨刮器,其對電控系統(tǒng)的干擾將會被屏蔽,被大規(guī)模使用在現(xiàn)代汽車上,增加刮刷正壓力,刮刷更干凈。隨著玻璃生產(chǎn)技術(shù)以及對光學(xué)研究的深入,透明的雨刮器將最終可以避免形成透明的發(fā)光棒,還給司機一個最大的駕駛視野。而三維建模與虛擬樣機的應(yīng)用可以加快設(shè)計的進度與周期, 平臺化的試驗臺的建設(shè)也會增多,新產(chǎn)品迭代速度將會將會加快。總之具有的缺陷都將會被慢慢改善,消除死角,增加干凈度,消除黑色都是指日可待。二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1.重點解決的問題1) 查閱相關(guān)車廂的資料,確定基本尺寸參數(shù);2) 計算雨刮器中曲柄搖桿機構(gòu)的主要尺寸;3) 應(yīng)用 CATIA 軟件進行各零件的三維建模、裝配設(shè)計;4) 用 CATIA 軟件的 DMU 模塊對雨刮器的運動進行仿真分析、校核;5) 繪制設(shè)計圖紙,編制設(shè)計說明書2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)1)查閱文獻以及相關(guān)資料,了解研究課題的意義和發(fā)展趨勢;2) 分析了解雨刮器結(jié)構(gòu),計算雨刮器尺寸;3) 對計算結(jié)果進行校核;4)利用 catia 軟件繪制三維模型。3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果1) 理論成果:通過畢業(yè)設(shè)計,深入了解汽車雨刮器的結(jié)構(gòu)型式,工作原理,設(shè)計出合理的雨刮器;2) 三維模型:包括各個單體零件的詳細建模以及整個雨刮器的裝配模型3) 設(shè)計說明書:設(shè)計說明書 1 份(一萬字)包括課題背景、意義、理論預(yù)期取得的成果(1)設(shè)計圖紙一套(總工作量達 3 張 A0 圖紙); (2)設(shè)計說明書;(3)與課題相關(guān)的一篇外文翻譯(3000 字以上)。三、論文(設(shè)計)工作安排1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));1) 調(diào)研奇瑞 SUV 車型的 A 柱、發(fā)罩等基礎(chǔ)數(shù)據(jù);2) 雨刮器的尺寸設(shè)計,理論計算;3) 對各零件進行三維建模、裝配設(shè)計;2. 論文(設(shè)計)進度計劃第一周:通過查閱文獻,了解設(shè)計選題,與指導(dǎo)教師溝通理解任務(wù)書的內(nèi)容; 第二周:審題,查閱資料,寫文獻綜述;第三周:開題報告;第四周:修改開題報告,并進行開題答辯; 第五、六、七周:設(shè)計雨刮器的總體方案;第八周:整理前期工作,并進行中期檢查,翻譯外文文獻 1 篇; 第九、十周:雨刮器的參數(shù)計算;第十一、十二周:校核計算是否滿足要求;第十三、十四周:繪制裝配圖和零件圖,撰寫設(shè)計說明書;第十五、十六周:完善設(shè)計說明書,整理設(shè)計資料,準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。四、需要閱讀的參考文獻1賀理. 機車雨刮器控制器的設(shè)計與實現(xiàn)D.湖南工業(yè)大學(xué),2011. 2徐寶智. 汽車雨刮器總成檢具的設(shè)計J. 科技尚品,2016,01:12.3徐正. 一款重卡雨刮器的設(shè)計與實現(xiàn)J. 科技資訊,2016,17:53-54. 4宋凱,楊合利. 汽車智能雨刮器的設(shè)計J. 河北農(nóng)機,2016,10:30-31.5 陳玉萍. 基于單片機的汽車智能雨刮器設(shè)計與研究J. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2013,0 2:59-60+62.6 張洪波. 挖掘機雨刮器智能控制電路設(shè)計J. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015,05:13. 7高鵬宇,高飛. 重卡雨刮器淋雨試驗臺車輛雨刮器性能檢測設(shè)備的設(shè)計開發(fā)J. 汽車實用技術(shù),2015,08:81-82.8徐寶智. 一種汽車雨刮器搖臂部件鉚接工裝的設(shè)計J. 科學(xué)家,2016,05:190. 9劉政,曾雷. 新型雨刮器的設(shè)計與應(yīng)用J. 企業(yè)技術(shù)開發(fā),2012,Z1:49-50. 10王遠,劉學(xué)淵,于曉華,王應(yīng)彪. 農(nóng)用三輪車雨刮器曲柄切斷模出料機構(gòu)的改進設(shè)計J. 模具技術(shù),2012,06:19-21.11 Hsu B.S,Ling S.F. Windshield Wiper System DesignJInternational Journal of Vehicle Design,2010,11(1):6378.12 Chin Y.K,Kade A,Kovalik J.Graham,DElectronic windshield wiper system Control and SensitivityJ.Int.J.OfVehicle Design,2012,12(2):183196. 13李增剛.ADAMS 入門詳解與實例M.北京:國防工業(yè)出版社,2012.04.14 John Fenton.Windshield Wiper System with AdamsJ.Middle East Journal of Scientific Research, 2014.15 王遠帆.基于 Catia DMU 的六連桿仿真J.上海黃浦農(nóng)業(yè)機械廠,2010.16 司雯雯,基于 Simulink 的汽車雨刮器運動仿真分析J.武漢理工大學(xué)學(xué)報, 2010.09.17 黃煌.基于 LIN 和 USB 總線的雨刮電機控制系統(tǒng)的研制J.吉林大學(xué)學(xué)報, 2012.09.附:文獻綜述文獻綜述1 引言下雨的時候,大車小車前檔風(fēng)玻璃上的雨刮器就會齊齊動作,兩只雨刮片以固定的轉(zhuǎn)軸柱為中心作擺動,將前檔風(fēng)玻璃的雨水刮去,還司機一個有效的視野。雨刮器看似簡單,實際上構(gòu)造并不簡單。雨刮器總成含有電動機、減速器、四連桿機構(gòu)、刮水臂心軸、刮水片總成等。當(dāng)司機按下雨刮器的開關(guān)時,電動機啟動,電動機的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動擺臂,擺臂帶動四連桿機構(gòu),四連桿機構(gòu)帶動安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動,最后由轉(zhuǎn)軸帶動雨刮片刮掃擋風(fēng)玻璃。雨刮器的種類很多, 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;按運動方式分, 有四桿機構(gòu)左右擺動式、導(dǎo)軌式直線和弧線運動式;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,車輛上廣泛使用的是曲柄連桿機構(gòu)黑膠體雨刮器。隨著三維建模技術(shù)以及虛擬樣機的不斷普及和發(fā)展,利用其運動仿真功能設(shè)計汽車零部件已經(jīng)成為主流,有效的提高零部件設(shè)計的精度與實用性,極大的縮短研發(fā)周期,降低了試驗制造的成本。以下主要分析了雨刮器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,以及與之相關(guān)三維建模虛擬樣機運動仿真等方面的進展,為本次畢業(yè)設(shè)計提供參考。2 國外研究現(xiàn)狀國外汽車設(shè)計和性能開發(fā)研究起步相對較早,對于整車任何一個零部件的設(shè)計細節(jié)方面的重視度遠超國內(nèi)。在設(shè)計方法上,大量借用了計算機輔助的方式,是的零件得到最大程度的優(yōu)化,將設(shè)計成本降至最低,也極大的縮短開發(fā)所需要的時間。目前汽車工業(yè)發(fā)達的國家發(fā)布了雨刮器的性能標(biāo)準(zhǔn)要求,對于雨刮器都有明確并且高標(biāo)準(zhǔn)的要求。如美國的 SAEJ903b 和日本的 JISD5510 都規(guī)定了雨刮器的耐久性能。SAEJ903b 還規(guī)定了雨刮的強度性能以及掛刷性能要求以及試驗方法;英國,法國也都相關(guān)的規(guī)定刮刷頻率,接觸面壓力,摩擦系數(shù)和工作溫度等等11。1991 年,Kovalik J.Graham 教授設(shè)計了雨刮器試驗平臺,可以測試雨刮器的擺角與聯(lián)動效率,和刮動扭矩等等,通過該平臺,可以按照各個標(biāo)準(zhǔn)進行相關(guān)的測試,并通過淋雨試驗來測試實際的工作效果,該平臺的建立可以說是雨刮器發(fā)展的跨越性節(jié)點之一。1998 年,德國大眾公司,利用控制器控制雨刮器的運動,實現(xiàn)了雨刮器的電控, 實現(xiàn)了雨刮的自動復(fù)位操作,并通過 LIN 線傳輸雨刮器的運動狀態(tài)實時位置,如今更是將這些通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到 CAN 網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)信息的共享,便于其他控制系統(tǒng)使用12。1982 年,Dassault System 公司發(fā)布了首個面向汽車產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計 CAD 軟件Catia,這款設(shè)計系統(tǒng)的問市為汽車及機械設(shè)計開發(fā)的自動化打下了夯實的現(xiàn)實基礎(chǔ), 將理論研究提升到現(xiàn)實應(yīng)用水平,自此飛機、汽車、船舶等機械制造工業(yè)的開發(fā)設(shè)計制造開始廣泛應(yīng)用參數(shù)化以及變量化和運動仿真的技術(shù),并不斷發(fā)展進步,其造的經(jīng)濟效益也不斷提高。Adams 是由美國 MSCSoftware 公司開發(fā)的機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件,被廣泛地應(yīng)用在汽車制造業(yè)、工程機械、航天航空業(yè)、國防工業(yè)及通用機械制造業(yè)等不同領(lǐng)域中。國外在利用各種三維軟件建立模型的基礎(chǔ)上,將模型導(dǎo)入 Adams,完成了多個汽車復(fù)雜運動零部件的運動仿真分析13。2005 年,John Fenton 通過將雨刮模型導(dǎo)入 Adams 進行仿真,在弧面設(shè)計的防風(fēng)玻璃上實現(xiàn)了很大的刮掃面積,同時減少了試驗次數(shù),節(jié)約了成本,并將雨刮雨刮器的運動過程更為直接的展現(xiàn)在了工程師的眼前。因此國外目前包括雨刮器在內(nèi)的運動部件在干涉跳躍間隙方面都做的十分好14。3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對汽車的研究開發(fā)落后西方發(fā)達國家而是,雖然通過以市場化技術(shù)的策略得以引進西方技術(shù)彌補自身不足,但還需要進一步的發(fā)展。由于冬季車輛內(nèi)外溫差大,擋風(fēng)玻璃上有很厚的霜,必須是使用熱水擦拭才能保證正常的視覺效果,于是發(fā)明了雙面雨刮器。但是雙面雨刮器的不足在于,外雨刮片是車外物體,內(nèi)雨刮片與其一起聯(lián)動,容易分散駕駛員的注意力引起視覺疲勞,危害行車安全。通過改進,把內(nèi)雨刮片改為皮磁條式的,無機械聯(lián)動 ,需要時貼上,不需要時去下。但是實際使用中發(fā)現(xiàn)磁性很難控制,容易干擾車墊電子設(shè)備工作。局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷,小范圍雨刮后視覺效果差,影響駕駛員對前方全景的判斷,經(jīng)過不斷改進,把雨刮片的曲線由圓周往復(fù)運動修改為直線往復(fù)運動, 雨刮的工作面積加大,但是由于前擋風(fēng)玻璃微弧面設(shè)計,難以安裝。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, 增強了視覺感光效果。在具體測試時, 遇到雨天夜晚行車, 打開雨刮設(shè)備, 各類光源被透明雨刮片折射后與透明棒形成新的“ 發(fā)光棒” , 司機原本可遠距離觀察, 這時卻被發(fā)光棒來回運動構(gòu)成的發(fā)光“ 墻面”遮掩而眩目。普通雨刮器經(jīng)久不衰,出了沒有可靠的替代品之外,另一個很重要的原因就是其質(zhì)量穩(wěn)定,故障率低,易于維修。雨刮器作為汽車的附件,盡管作用很大必不可少但是附加值低,因此供應(yīng)商改進的動力不足。在理論研究當(dāng)面,國內(nèi)的工程師取得十分可喜的進展。2010 年,王遠帆等人為了更準(zhǔn)確地研究具六連桿機構(gòu)的運動行為,在 catia 中完成連桿機械結(jié)構(gòu)建模,并通過 DMU 模塊進行了運動仿真分析。因此可以借助三維軟件對雨刮器的運動進行仿真模擬,設(shè)計出可可靠合理的雨刮器15。2010 年,司雯雯,司亮等人利用 matlab 軟件中的 Simulink 模塊,建立了雨刮器的模型,該模型包括了電動機、減速機、連桿機構(gòu)等等,實現(xiàn)了汽車雨刮器的運動仿真6。2002 年,哈爾濱工業(yè)大學(xué)的黃煌,結(jié)合當(dāng)時汽車產(chǎn)品電控發(fā)展趨勢,開發(fā)了基于LIN 總線的控制的雨刮電機的策略,成功的使國產(chǎn)汽車行業(yè)開始意識到電控系統(tǒng)對于汽車未來發(fā)展的意義,并開始大力推進汽車電控系統(tǒng)研究與應(yīng)用17。4 未來發(fā)展趨勢與本文設(shè)計雨刮器雖然是汽車的附件,但是也是絕對不可缺少的安全汽車安全部件。許多整車廠商將雨刮器的一些功能特性(如雨刮頻率)等等列為安全特性,由此可見雨刮器是我們不容忽視的安全部件。隨著國產(chǎn)汽車行業(yè)越來越成熟,雨刮器也將受到更多的重視,國內(nèi)雨刮器將迎來快速的研究發(fā)展。隨著整車電氣控制越來越多,尤其是涉及安全的部件,基本都會被置于電子系統(tǒng)的監(jiān)控之下,雨刮器進一步的電子化,通過單片機進行控制,并在整車網(wǎng)絡(luò)占有一席之地也是在勢不可擋。目前國內(nèi)外雨刮器設(shè)計都存在不能消除的掛掃死角,本次設(shè)計先運用機械原理的知識計算出初步的四連桿機構(gòu)的尺寸,希望借助三維建模技術(shù),繪制雨刮器的 3D 模型,并利用 catia 的 DMU 模塊進行簡單的運動軌跡模擬,析觀察是否有干涉現(xiàn)象。在完成干涉檢驗之后,確定適合的尺寸,再利用 Catia 建立精確的模型。最后導(dǎo)入 Adams 進行聯(lián)合運動仿真,力求增大刮掃面積,給駕駛員盡可能大的最寬闊的視野。
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