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院－系：工学院机械系专业：机械工程及自动化年级： 2011级学生姓名：张万兵学号： 201101030209指导教师：王海生2013年8月目录一.设计题目 (1)1.1课程设计目的和任务 (1)1.2课程设计内容与基本要求 (2)1.3机构简介 .................................................. 错误！未定义书签。
1.4参考数据 (5)1.5设计要求 (5)二. 设计方案比较 (6)2.1设计方案一 (6)2.2设计方案二 (7)2.3设计方案三 (8)2.4最终设计方案 .......................................... 错误！未定义书签。
三.虚拟样机实体建模与仿真 ......................... 错误！未定义书签。
3.1ADAMS/V IEW 的样机建模 .................. 错误！未定义书签。
四.虚拟样机仿真结果分析 (10)4.1滑块水平位移仿真曲线 (10)4.2块水平运动速度仿真曲线 (10)4.3滑块水平运动加速度仿真曲线 (11)4.4带刮片摆杆角速度仿真曲线 (11)4.5带刮片白杆角速度仿真曲线 (11)五. 课程设计总结 (12)5.1机械原理课程设计总结 (12)5.2设计过程 (13)5.3设计展望 (14)5.4设计工作分工表 (15)5.5参考文献 (15)一．题目：汽车风扇刮水器1.1课程设计目的和任务机械原理课程设计能够培养机械类专业学生创新能力，是学生综合运用机械原理课程所学理论知识和技能解决实际问题，获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节。
机械原理课程设计教学所要达到的目的是：1、培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用机械原理课程的理论知识，并结合生产实际来分析和解决工程问题的能力。
2、通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算，让学生对机构设计有一个较完整的概念。
单元五 舒适和安全装置 课题一 刮水器的作用、组成及其工作原理 由现在人们的追求和重视导入本单元一、刮水器的作用、组成 简单介绍安全装置在汽车上的应用1、刮水器的作用 除去挡风玻璃上的水、雪及沙尘，保证在不良天气时驾驶员仍具有良好的视线。
简单介绍2、刮水器的类型真空式、气动式和电动式3种。
详细介绍刮水器的组成3、刮水器的组成工作过程： 电动机旋转，带动蜗轮蜗杆减速机构，使与蜗轮轴相连的摇臂带着两侧拉杆做往复运动，拉杆则通过摆杆带着左、右刷架作往复摆动，橡皮雨刷便刷去风窗玻璃上的雨水、雪和尘污。
重点讲解二、刮水器的工作原理1、刮水器电动机 1、5-刮片架 2、4、6-摆杆 3、7、8-拉杆 9-蜗轮 10-蜗杆 11-电动机 12底板 1—电枢 2—永久磁铁磁极 3—蜗杆 4—蜗轮 5—自动停位滑片图1 刮水器的结构图2 刮水电动机解剖图刮水电动机的调速原理图3 双速永磁式刮水电动机的分解图1-平垫圈 2-O形圈 3-减速器壳 4-弹簧 5-复位开关顶杆 6-输出齿轮和轴7-惰轮和蜗轮 8-减速器盖 9-放在凸轮表面的部分 10复位开关的定位板 11-长螺钉12-电动机外壳和磁铁总成13-电枢 14-三个电刷的安装位置和复位开关总成15-复位开关顶杆及其与开关联动的销子 16-弹簧垫圈 17-输出臂（1）调速原理直流电动机的转速公式为n = ( U - Ia·Ra )/K·Z·φ式中： n—电动机的转速；U—电动机端电压；Ia—电枢绕组中的电流；Ra—电枢绕组的电阻；K—常数；Z—正、负电刷间串联的导体数；Φ—磁极磁通；刮水电动机通常采用改变两电刷串联的导体数来进行调整，电刷B3为高低速公用电刷，B1用于低速，B2用于高速，B1和B2相差60度。
电枢采用对称叠绕式。
（2）三刷式电动机变速原理图4 双速永磁式刮水电动机变速原理图分析清楚永磁式电动机一般采用三刷式电动机。
任务7 汽车刮水器及清洗器构造与检修6 风窗刮水器及洗涤装置6.1 风窗刮水器6.1.1风窗刮水器的组成和工作原理6.1.1.1 刮水器的组成 如图2－87所示：电动刮水器主要由直流电动机、蜗轮箱、曲柄、连杆、摆杆、摆臂和刮水片等组成。
一般电动机和蜗杆箱结合成一体组成刮水器电机总成。
曲柄、连杆和摆杆等杆件可以把蜗轮的旋转运动转变为摆臂的往复摆动，使摆臂上的刮水片实现刮水动作。
课件图2－87 刮水器的组成6.1.1.2 刮水电动机的结构和工作原理 一般刮水电动机有绕线式和永磁式两种。
绕线式刮水电动机的磁极绕有励磁绕组，通电流时产生磁场，而永磁式刮水电机的磁极用永久磁铁制成。
永磁式电动机体积小、质量轻、结构简单，使用广泛。
永磁雨刮电动机的结构如图2－88所示，主要由外壳及磁铁总成、电枢、电刷安装板及复位开关、输出齿轮及蜗轮、输出臂等组成，通电时电枢转动，经蜗轮和输出齿轮及输出轴后，把动力传给输出臂。
图2－88永磁式雨刮电动机的结构为了满足实际的使用需要，雨刮电动机有低速刮水和高速刮水两个档位，且在任意时刻刮水结束后刮水片应能自动回到挡风玻璃最下端。
下面分别就这两个问题进行讨论。
（1）绕线式刮水电动机的变速原理 绕线式刮水电动机可通过改变磁场强度来实现变速，改变磁场强度的方法可以通过改变励磁电路中电流的大小来实现。
实际使用的绕线刮水器的开关控制励磁电路中电阻的大小来变化其转速，此处不进行理论分析。
（2）永磁式刮水电动机的变速原理 永磁式刮水电动机是利用三个电刷来改变正、负电刷之间串联线圈的个数实现变速的，如图2－89所示。
其原理是：刮水电动机工作时，在电枢内同时产生反电势，其方向与电枢电流的方向相反。
如要使电枢旋转，外加电压必须克服反电势的作用。
当电动机转速升高时，反电势增高，只有当外加电压等于反电势时，电枢的转速才能稳定。
a)低速旋转； （b）高速旋转； （C）电刷的布置图2－89 永磁式刮水电动机的变速原理三刷永磁式刮水电动机工作时，电枢绕组产生的反电势的方向如图3中箭头所示。
汽车刮水器的工作原理是怎样的？引言概述：汽车刮水器是车辆上常见的雨天行车辅助装置，它能够匡助驾驶员清除挡风玻璃上的雨水，保证驾驶视野的清晰度和安全性。
本文将详细介绍汽车刮水器的工作原理。
一、刮水器的结构组成1.1 刮水片：刮水器的核心部件，通常由橡胶制成，具有良好的弹性和耐磨性，能够贴合挡风玻璃表面，并迅速将雨水刮除。
1.2 刮水臂：连接刮水片和马达的零件，通过马达的驱动，使刮水片来回摆动，刮除挡风玻璃上的雨水。
1.3 马达：刮水器的动力源，通常采用直流电动机，通过电流的控制来驱动刮水臂的运动。
二、刮水器的工作原理2.1 原理概述：刮水器的工作原理基于刮水片与挡风玻璃之间的磨擦力和刮水臂的来回摆动。
2.2 磨擦力作用：刮水片贴合在挡风玻璃上，通过与玻璃表面的磨擦力，将雨水刮除。
2.3 刮水臂运动：马达带动刮水臂来回摆动，使刮水片沿着挡风玻璃上下挪移，刮除雨水。
三、刮水器的工作模式3.1 常速模式：在正常雨天行驶时，刮水器以常速运行，刮水臂的来回摆动频率保持一致，以清除挡风玻璃上的雨水。
3.2 高速模式：在暴雨或者雨量较大的情况下，刮水器会切换到高速模式，刮水臂的来回摆动频率加快，以适应更多的雨水。
3.3 雨感模式：部份高级车型的刮水器配备了雨感传感器，能够根据雨滴密度自动调节刮水臂的运动频率，提供更加智能的刮水效果。
四、刮水器的维护保养4.1 刮水片的更换：刮水片是易损件，时常需要更换，普通建议每6个月更换一次，以保证刮水效果。
4.2 清洁挡风玻璃：定期清洁挡风玻璃，去除灰尘和污垢，可以减少刮水器的磨损，延长使用寿命。
4.3 检查刮水臂的固定：刮水臂松动会导致刮水片无法正常贴合挡风玻璃，因此需要定期检查刮水臂的固定情况，确保其稳固性。
总结：汽车刮水器通过刮水片与挡风玻璃之间的磨擦力和刮水臂的来回摆动，能够有效地清除挡风玻璃上的雨水，保证驾驶员的视野清晰。
在日常使用中，我们需要定期更换刮水片、清洁挡风玻璃，并检查刮水臂的固定情况，以确保刮水器的正常工作和使用寿命。
机动车辆风挡刮水器的工作原理及功能解析在我们日常生活中，机动车辆是我们不可或缺的交通工具。
在各种恶劣天气条件下，如雨、雪、雾等，机动车的行驶安全性会受到很大的影响。
而风挡刮水器作为车辆雨刮系统中的关键组成部分，起到了关键的作用。
本文将就机动车辆风挡刮水器的工作原理及功能进行解析。
一、工作原理机动车辆风挡刮水器的工作原理主要是通过电动马达驱动刮水臂的运动，使刮水臂上的橡胶片能够贴合在前风挡上，并进行来回移动。
刮水臂与前风挡之间夹着的橡胶片，就是我们常说的雨刮片。
当风挡刮水器工作时，电动马达将转动能量传递给刮水臂，刮水臂再通过控制杆的连杆机构，带动雨刮片在前风挡上刮动。
这样，雨刮片能够将雨水顺利地从前风挡上擦拭掉。
二、功能解析1. 清除雨水机动车辆风挡刮水器的主要功能就是清除雨水，确保驾驶员在雨天行驶时能够清晰地看到前方道路。
刮水臂刮动的过程中，雨刮片会与前风挡产生摩擦，将雨水从风挡上擦拭掉，从而提升驾驶员的视野。
这对于行车安全至关重要，尤其是在大雨或暴雨天气下。
2. 清除其他杂物除了雨水外，机动车辆风挡刮水器还能够清除其他的杂物，如飞溅的泥浆、昆虫、沙尘等。
这些杂物可能会阻碍驾驶员的视线，影响驾驶安全。
风挡刮水器的工作能够迅速而有效地清除这些杂物，确保驾驶员获得清晰的视野。
3. 预防风挡刮伤风挡刮水器在清除雨水和其他杂物的同时，也起到了保护前风挡免受刮伤的作用。
当雨刮片在前风挡上刮动时，橡胶片的柔软性能让其与前风挡紧密贴合，并减少了对风挡表面的摩擦力。
这样一来，在使用过程中，雨刮片的刮动不会对风挡造成明显的损坏。
4. 快速除霜除了雨刮功能，机动车辆风挡刮水器还可以用于除霜作业。
在雾凇、霜冻等情况下，风挡会结冰，影响驾驶员的视线。
此时，刮水器的功能就能发挥出来。
通过刮动风挡上的冰雪，刮水器能帮助驾驶员迅速除去结冰的风挡，恢复良好的视野。
5. 提升驾驶舒适性机动车辆风挡刮水器的设计还考虑到了驾驶员的舒适性。
风挡刮水器系统的整体设计与实现随着汽车行业的不断发展，风挡刮水器系统在车辆上的应用越来越广泛。
风挡刮水器是一种常见的雨刷装置，用于清除风挡上的雨水，保障驾驶人的安全视野。
在这篇文章中，我将为大家介绍风挡刮水器系统的整体设计与实现。
一、风挡刮水器系统的组成部分风挡刮水器系统由电机、传动装置、刮水臂和刮水片组成。
1. 电机：风挡刮水器系统的核心部分，负责驱动刮水臂进行来回运动。
电机通常采用直流电动机，其转速和扭矩通过电路控制器来调节。
2. 传动装置：将电机的运动转化为刮水臂的线性运动。
传动装置通常由减速机构、连杆和滑块组成。
3. 刮水臂：安装在车辆风挡上，负责携带刮水片进行刮水操作。
刮水臂通常由铝合金或钢材制成，具有较好的强度和耐腐蚀性能。
4. 刮水片：接触风挡表面进行刮水的部件。
刮水片采用橡胶材质，能够有效地清除雨水并保持风挡的清洁。
二、风挡刮水器系统的工作原理风挡刮水器系统的工作原理相对简单，主要分为两个步骤：刮水和喷水。
1. 刮水：当刮水器系统开启时，电机通过传动装置驱动刮水臂进行来回运动，刮水臂上的刮水片紧贴风挡，并在连续的刮动中清除风挡上的水迹。
刮水臂的运动方式可以是直角式、弧形式或匀速式，具体取决于车辆设计和使用情况。
2. 喷水：刮水器系统通常配备喷水装置，喷水器通常位于刮水片上方，在刮水过程中向风挡喷洒清洁液体，帮助刮水片更好地清洗风挡。
喷水装置通常由液体储存罐、泵和喷嘴组成。
三、风挡刮水器系统的技术要求在设计和实现风挡刮水器系统时，需要满足以下技术要求：1. 刮水效果：刮水片的材质选择和设计要能够确保高效而且低噪音地清除雨水，保持驾驶人的良好视野。
刮水臂的设计要能够适应不同车辆型号和风挡曲率，确保刮水片与风挡之间的充分接触。
2. 高速运行：风挡刮水器系统在高速行驶时必须能够保持稳定的工作，刮水片不能因为风压而丧失刮水效果。
传动装置和刮水臂的设计要能够承受大风压和较高的刮水速度。
3. 耐用性：风挡刮水器系统需要经受各种恶劣天气条件的考验，材料的选择和制造工艺要能够保证系统的耐用性和抗腐蚀能力。
基于Matlab／SimMechanics的汽车风窗刮水器建模与仿真
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为了保证汽车在雨雪天有良好的视野，各种车辆均配有刮水器，他利用连杆机构将电机连续的旋转运动转化为刮片的往复刮刷运动。
由于刮水器在工作过程中是动态的，运动关系较为复杂，要确定其合理的连杆长度和固定点位置，在平面图上要经过反复运算和校核，工作量较大，效率低。
为了在短周期内设计出合格的产品，满足客户的要求和增加市场竞争力，设计者通过Matlab／SimMe-chanics仿真建模环境提供的良好的人机交互图形界面，建立产品模型，对刮水器进行虚拟设计和动态仿真分析，并及时对设计进行改进和优化。
1 SimMechanics简介
SimMechanics机械系统建模与仿真集成于Simulink之中，是进行控制器和对象系统跨领域／学科的研究分析模块集。
SimMechanic s为多体动力机械系统及其控制系统提供了直观有效的建模分析手段，一切工作均在Simulink环境中完成。
他提供了大量对应实际系统的元件，如：刚体、铰链、约束、坐标系统、作动器和传感器等。
使用这些模块可以方便地建立复杂图形化机械系统模型，进行机械系统的单独分析或与任何Simulink设计的控制器及其他动态系统相连进行综合仿真。
他扩展了Simulink的建模能力，利用他做出的模型仍能与传统Simulink模块所建立的模型相融合。
SimMechanics系统包含有刚体模块组(Bodies)，运动铰模块组(J oins)，约束与驱动模块组(Constraints&Driver)，传感器与作动器模块组(Seneors&Actuators)，力单元模块组(Force Elements)等，各模块组中所包涵的模块及其功能详见文献[3]。
2 创建刮水器机构的仿真模型
2.1 刮水器机构简图及工作原理
刮水器一般分为对刮和顺刮两种形式。
如图1所示是顺刮式刮水器的机构简图，包括连杆、刮臂、刮片等。
刮水电机以30 r／min
的速度单向连续转动，刮臂作左右往复摆动，且左右摆动的速度相同。
已知初始设计参数为曲柄lAB=60 mm，连杆LBC=LBC1=200 mm，固定点位置水平方向lAD=lAD1=200 mm，刮臂摆角φ=120°，刮片的工作阻力矩如图2所示。
左右刮臂和刮片的重心分别为S1和S，质量m =1.530 6 kg，lD1S1=lDS=100 mm。
观察刮臂的运动情况，分析运动副A须加的力矩及运动副D的运动情况。
2.2 创建刮水器机构SimMechanics模型
根据机构简图，用SimMechanics中提供的模块，先绘制出固定机架，用刚体模块组中的Ground模块来表示，然后从Joints模块组中复制Revolute模块，构造出第一个转动副A，依此类推，就可以将所需的模块都复制到此模型窗口中，复制完模块后，将这些模块托放到合适的位置，依照机构简图将他们依次连接起来，可对各模块的名称进行编辑修改。
对每一个模块均需设置参数，双击杆件模块可以得到参数设置对话框，需要输入的刚体参数有：杆的质量、惯量矩阵、刚体坐标和质心位置，各杆具体参数见表1。
参数的设置可以通过直接输入和变量输入两种方法，具体内容可参见参考文献[2，5]。
电动机的单向转动由普通Simulink的一级信号控制模块图3所示子系统来完成，通过运动副作动器(Joint Actuator)输入，其有效参数为角位移、角速度和角加速度；刮水刷的工作阻力矩可由工作阻力矩控制模块(图4)输
入给RevoluteD，该子系统的输入为RevoluteD的角速度。
建立的刮水器机构SimMechanics模型如图5所示。
3 配置和运行模型
3.1 配置SimMechanical Environment
打开“SimMechanical Environment”对话框，选择“Paramete rs”选项卡，设置“analysis type"’为Forward dynamics；选择“Visualition'’选项卡，勾选“Drawmachine in initialstate”和“Animate machine during simulation"选项，设置“Draw mach ine using”为Matlab Graphics，“Representbodies as”为Conv ex hulls，“Update machine”为When diagram changes。
3.2 检测运动和运行模型
SimMechanics为机械系统提供了多种仿真／分析方式：正向动力学分析——求解机械系统在给定激励下的响应；逆向动力学分析——求解机械系统按给定运动结果时所需的力和力矩；运动学分析——在约束条件下求解系统中的位移、速度和加速度，并做一致性检查；线性化分析——可求得系统在指定小扰动或初始状态下的线性化模型，以分析系统响应性能；平衡点分析——可以确定稳态平衡点，供系统分析和线性化使用。
用户可以根据自己的需要，在同样的基本组合结构下，对一个模型创建多个版本，连接不同的Sensors和Actua tors模块以及不同的配置。
本文对刮水器进行正向动力学分析(Forw ard dynamics)。
SimMechanics输出的运动学参数和动力学参数都通过各种传感器模块输出。
SimMechanics中的传感器模块有3种：
(1) 构件传感器(BodySensor)：传递构件的运动，可以将构件的位置、速度、加速度、角速度、角加速度等量以数值或图示的形式反
馈。
(2) 铰接剐传感器(JointSensor)：传递铰接副的运动和力，可以传递铰接副的运动、相对力和扭矩以及驱动铰接副运动所需的力和扭矩、反作用力和扭矩等量。
(3) 约束及驱动传感器(Constraint&DrivetSensor)：传递约束反力，可以传递由于约束及驱动块的作用而产生的反作用力和扭矩。
用户根据需要选择不同的传感器输出所需的参数。
要分析运动副A须加的力矩及运动副D的运动情况。
如图5所示须在RevolutD和R evolutA上接传感器JointSensor，并进行参数设置，然后通过显示器输出结果。
运动副A及电动机输出轴力矩(N?m)信号如图6所示，刮臂的角位移(rad)，角速度(rad／s)及角加速度(rad／s2)信号如图7所示。
仿真结果的显示是SimMechanics程序的一个特色，既可以用Ma tlab自身的图形和SimMechanics的示波器以及XY Graph显示仿真结果，还可以依赖虚拟现实工具箱，对仿真的机构进行动画显示。
为了观察刮臂的运动情况，通过前面对Visualition选项卡的配置，运
行时对输出机构进行动画显示。
图8所示为刮水器的实时图片。
在仿真的过程中，随时可以停止仿真，修改各模块参数，进行优化设计。
4 结语
应用Matlab／SimMechanics的虚拟模拟功能不但提高了设计效率，而且整个设计过程模拟现实状态，可以及时发现设计缺陷，将试制过程中的失误降至最低，取得了良好的效果，提高了设计效率和设计水平。
杆类机构、齿轮机构等其他类似机构均可以使用同样的方法进行动力分析，并利用虚拟现实工具箱对所设计的机构进行动画显示以达到运动干涉检查的目的。
与其他通过编程实现的仿真方法相比，此方法简单易行，他具有系统建模方便直观，仿真功能强大，自动模型分析等优势，不需要编程，可很好地对机械系统的各种运动动力进行分析。
在此基础上与Simulink的其他模块相结合，可以为自动控制系统提供更为有效的设计手段。
感谢读者推荐！。
