机械原理课程设计汽车风窗刮水器

机电工程系课程设计说明书专业：机械电子工程课程：机械原理课程设计姓名：廖聪学号：2015143227班级：15级机械电子工程2班时间：2017. 06. 26～2017. 06. 30目录设计任务书 (1)第一章机械方案的设计与选择 (3)1.1 功能要求 (3)1.2 机械方案的设计与选择 (3)第二章机构结构设计 (6)2.1 原始数据 (6)2.2 图解法设计机构 (6)2.3 解析法设计机构 (7)第三章机械系统运动简图绘制 (8)3.1选定比例尺 (8)3.2运动简图绘制 (8)第四章解析法运动分析 (9)4.1 建立机构位置方程 (9)4.2位置方程求解（消元法） (9)4.3位置方程求解（几何法） (11)4.4 建立速度方程并求解 (12)4.5 建立加速度方程并求解 (12)4.6 运动分析程序 (13)第五章图解法运动分析 (13)5.1 选取分析位置 (13)5.2 分析位置机构运动简图绘制 (13)5.3 速度分析 (14)5.4 加速度分析 (15)第六章计算机编程 (16)6.1 交互界面设计 (16)6.2 数据输入有效性检验 (17)6.3 主程序设计 (17)6.4 结束退出程序设计 (20)总结 (21)设计任务书一、设计任务汽车风窗刮水器机构二、课程设计的目的1、进一步巩固和加深我们所学的理论知识，并将它们应用于实际机构的分析研究和设计中，培养我们分析问题、解决问题的能力。

2、使我们得到机械运动方案设计的完整训练，并具有机构选型、组合以及确定传动方案的能力，培养我们开发和创新机械产品的能力。

3、使我们对于机械的运动学分析和设计有一较完整和系统的概念。

4、进一步提高我们的设计计算、分析、绘图、表达和使用技术资料的能力。

三、原始条件1、工作条件（1）曲柄AB由电机通过减速器带动单向转动；（2）刮水器左右摆动角 ；（3）刮水器左右平均速度相等，无急回特性；2、精度与误差要求摆角允许误差：±5%3、原始数据：本设计小组为第3组数据。

三、各部分传到机构的选型
四、机械传动方案
经过小组成员讨论分析，对于汽车风窗刮水器的方案设计，我们提供了三种可以选择的方案。

传动方案一：采用连续回转、涡轮蜗杆、齿轮齿条、凸轮滑块等机构来实现雨刮臂刮水的目的。

传动方案二：采用连续回转、涡轮摇臂、凸轮滑块等机构来实现雨刮臂刮水的目的。

传动方案三：采用连续回转、涡轮摇臂、凸轮滑块等机构来实现雨刮臂刮水的
目的。

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摆杆复位装置（凸轮滑块）
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摆杆复位装置的作用是当汽车风窗刮水器电动机出现故障而无法提供电能时使刮水片恢复到初始位置。

汽车风扇刮水器设计方案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。

3、训练学生收集和运用设计资料以及计算、制图和数据处理及误差分析的能力，并在此基础上利用计算机基础理论知识，初步掌握编制计算机程序并在计算机上计算来解决机构设计问题的基本技能。

机械原理课程设计教学的任务是：机械原理课程设计通常选择一般用途的机构为题目，根据已知机械的工作要求，对机构进行选型与组合，设计出几种机构方案，并对其加以比较和确定，然后对所选定方案中的机构进行运动和动力分析，确定出最优的机构参数，绘制机构运动性能曲线。

1.2课程设计容和基本要求机械原理课程设计是在机械原理课程完成后集中进行的教学环节，它是在教师指导下由学生独立完成的。

每个学生都应明确课程设计的任务和要求，拟定设计计划，保证设计进度、设计质量，按时完成课程。

在设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计工作。

要求设计态度严肃认真、一丝不苟，反对不求甚解，这样才能确保课程设计达到教学基本要求，并在设计思想、方法和技能等方面得到良好的训练和提高。

1)机械原理课程设计步骤（1）机构运动方案设计。

即根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定机构方案；（2）设计上述各机构。

根据选定的方案采用各机构，如凸轮机构、连杆机构、齿轮机构、间歇运动机构及其组合机构等，即具体机构的尺度综合，求出机构的主要尺寸；（3）根据上面求得的尺寸，按比例画出全部机构的运动简图及运动循环图；（4）据此对上述机构进行运动分析，并进行基于ADAMS软件的机构建模与运动仿真。

《机械原理》课程设计计算说明书矿业技术学院机械专业 2 班设计者：王会东指导老师：苏猛老师完成日期： 2015 年 06 月 03日辽宁工程技术大学目录一.设计题目...............................1 课程设计简介................................2 课程设计内容................................3选定方案与计算...............................二课程设计总结...........................4 机械原理课程设计总结........................1雨刮器简介汽车雨刮器的一般结构原理图如下，雨刮器的动力源来自于电动机，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，其输出轴带动四杆机构，通过四杆机构把连续的旋转运动转变左右摆动的运动。

电动机雨刷器结构原理图2设计内容本次要做的雨刮器的机构设计，说实在的，对于雨刮器，这个题材真的太不起眼了，好像也不太受关注，目前市场上，雨刮器的结构基本上千篇一律，大同小异。

所以雨刮器设计形成了一个体系，首先应明确设计的任务与要求，拟定设计计划，保证设计进度、设计质量，按时完成。

在设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计工作。

要求设计态度严肃认真、一丝不苟，反对不求甚解，这样才能确保设计达到基本要求，并在设计思想、方法和技能等方面得到良好的训练和提高。

（1）机构运动方案设计。

即根据给定的原理数据和工艺要求，构思并选定机构方案。

（2）设计各机构。

根据选定的方案采用各机构。

（3）根据已选定好的设计方案，求出各机构的主要尺寸。

（4）根据上面求得的尺寸，按比例画出全部机构的运动简图和部分零件的简图；据此对上述机构进行运动分析。

目录一．设计任务书 (1)1.1刮水器的功用 (1)1.2 刮水器的机构简介及运动原理 (1)1.3刮水器的运动简图 (2)二．设计数据 (2)三．刮水器机构相关数据的计算及分析 (3)3.1 计算极位夹角 (3)3.2 计算ＢＣ的长度 (3)3.3 计算AB杆和ＣＤ杆的关系 (4)四.加速度，速度多边形的计算分析 (4)4.1 方案一的速度加速度分析： (7)4.2 方案二速度和加速度分析： (9)五.动态静力分析 (9)5.1对两方案进行受力分析 (9)六. ＭＡＤ仿真建模分析速度与加速度 (10)６.１仿真运动轨迹 (13)６.２分析速度与加速度图线 (14)七.心得体会 (15)八．参考文献 (16)一．设计任务书1.1刮水器的功用为了保证汽车在雪雨天有良好的视野，各种车辆均配有刮水器，它利用连杆运动机构将电机连续旋转运动化为刮片的往复挂刷运动，清除车窗上的水滴或污垢，保持清晰的视野。

1.2 刮水器的机构简介及运动原理汽车风窗刮水器是利用汽车刮水的驱动装置，如运动简图所示：风窗刮水器工作时，由电动机带动齿轮装置1-2，传至曲柄摇杆装置2＇-3-4，将电动机单向连续转动，转化为刷片4做往复摆动，其左右摆动的平均速度相同。

1.3刮水器的运动简图二．设计数据设计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n1k φL AB x L DS4Ｇ4ＪS4Ｍ1单位r∕min（°）mm mm mm Ｎ㎞·㎡Ｎ·㎜数据30 1 120 60 180 100 １５０．０１５００30 1 120 ８０180 100 １５０．０１５００三．刮水器机构相关数据的计算及分析3.1 计算极位夹角 θ=180 (k-1)(k+1) ∴θ=0°可见该机构无急回作用，可以达到摆臂左右摆动速度相同的要求。

3.2 计算ＢＣ的长度∵L AE =180㎜, L AB =60㎜，且L AB =L CE,∴L BC =180㎜ 3.3 计算AB 杆和ＣＤ杆的关系 ∵cos30˚=CE/CD=23AB ∴CD=332AB四.加速度，速度多边形的计算分析4.1 方案一的速度加速度分析： 如下图所示速度与加速度多边形如下p 'b 'c ''c 'mm LAB60=在左极限位置, 由已知条件可得:W L VAB AB B⨯=60m/s π230(÷⨯=）WAB∴anc =L W AB AB ⨯2=0.592m ²/s选取比例尺μv =0.01(m/s)/mm,μa =0.1(m ²/s)/mm 由理论力学公式得:0,=+=VV V V CBCBC, s m V BC /188.0=∵a a a a tbc nBC B C ++= ，∴s m LL V a BC BC BC n BC /195.022=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= ∴a a a n BC n Bt C +=︒⨯30sin s m a t C /573.12= s m a C /573.1p`c`2au =⨯=在右极限位置：速度与加速度多边形如下∵0,=+=V V V V C BC B C ∴s m V BC /188.0=∵0,=++=a a a a a nC t BC n BCB C an B=L W ABAB ⨯2=/s 0.592m 2,0=a nC∴s m L L V a BC BC BC n BC /195.022=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= 由加速度分析图可得a a a n B nBC tC =+︒⨯60cos, s m a t C /792.02=s m a C /792.0p`c`2au =⨯=4.2 方案二速度和加速度分析：速度与加速度多边形如下 p 'b 'c ''c 'L AB =80mm在左极限位置, 由已知条件可得:W L VAB AB B⨯=60m/s π230(÷⨯=）WAB∴anc =L W AB AB ⨯2=0.789m ²/s选取比例尺μv =0.01(m/s)/mm,μa =0.1(m ²/s)/mm 由理论力学公式得∵0,=+=V V V V C BC B C ∴s m V BC /251.0=∵0,=++=a a a a a n C t BC n BCB C ∴s m L LV a BC BCBC nBC /350.022=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= ∵a a a n B n BC tC =+︒⨯60cos ，∴s m a t C /278.22= s m a C /278.2p`c`2au =⨯= 在右极限位置：速度与加速度多边形如下∵0,=+=V V V V C BC B C ， ∴s m V BC /251.0=∵0,=++=a a a a a n C t BC n BCB Cs m L L V a BC BC BC n BC /350.022=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= 由加速度分析图可得a a a n B n BC t C =+︒⨯60cos ，s m o a t C /878.2=s m a C /878.0p`c`2a u =⨯= 五.动态静力分析5.1对两方案进行受力分析惯性力F S4=G/g ×a C =15÷9.8×1.573=2.408N惯性力矩ＭＳ４＝ＪＳ４×a C =０.５＊１.５７３＝０.７８７Ｎ·ｍ对方案二，同理可得惯性力F S4=G/g ×a C =15÷9.8×２.２７８＝３.４８７Ｎ惯性力矩ＭＳ４＝ＪＳ４×a C =０.５×２.２７８＝１.１３９Ｎ·ｍ由功用要求分析可得，应选取惯性力及惯性力矩较小，对杆件冲击力较小的方案一六.ＭＡＤ仿真建模分析速度与加速度６.１仿真运动轨迹６.２分析速度与加速度图线方案一方案二加速度比较方案一方案二由图分析可得：方案一的在两极限位置的速度差较方案二的小，且方案一的加速度比方案二的要小。

. . . .. .. .机械原理课程设计说明书设计题目：汽车风窗刮水器机构设计与分析学院：班级：设计者：指导老师：时间：目录一、机构简介及设计数据31.1机构简介及设计数据错误!未定义书签。

1.2设计容3二、刮水器机构相关数据的计算及分析错误!未定义书签。

2.1机构尺寸、即为家教、传动角的计算错误!未定义书签。

2.2加速度，速度多边形的计算与分析错误!未定义书签。

2.3曲柄摇杆机构动态静力分析13三、课程设计总结153.1机械原理课程设计总结153.2收获与感想153.3参考文献15一．机构简介及设计数据1.1机构简介与设计数据（1）机构简介汽车风窗刮水器是用于汽车刮水刷的驱动装置。

如图1- (a)所示，风窗刮水器工作时，由电动机带动齿轮装置1-2，传至曲柄摇杆装置2'-3-4。

电动机单向连续转动，刮水杆4作左右往复摆动，要求左右摆动的平均速度相同。

其中，刮水刷的工作阻力矩如图1- (b)所示。

图1 汽车风窗刮水器（a ）机动示意图；（b ）工作阻力矩曲线（2）设计数据设计参考数据见表1所示表1 设计数据容 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 1nKϕAB l 1x 4DS L 4G 4S J 1M单位 r/min()︒mmN2m kg ⋅ mm N ⋅数据30112060180100150.015001.2设计容（1）对曲柄摇杆机构进行运动分析。

作机构12个位置的运动速度和加速度线图，构件4的角速度与角加速度线图。

（2）对曲柄摇杆机构进行动态静力分析。

确定机构一个位置的各个运动副反力及应加于曲柄上的的平衡力矩。

二．刮水器机构相关数据的计算及分析2.1机构尺寸、极位夹角、传动角的计算（1）L BC=180mm（2）极位夹角θ=180 (k-1)(k+1) ∴θ=0°可见该机构无急回作用，可以达到摆臂左右摆动速度相同的要求。

（3）传动角r′=arcos(b^2+c^2-{(d-a)}^2)/2bcr1′=180 - arcos(b^2+c^2-{(d-a)}^2)/2bc计算得r′= r1′=302.2加速度，速度多边形的计算与分析1.由已知条件可得：V B=W AB×L ABW AB=30π/60 m/sL AB=60 mm∴V AB=0.188 m/s∴a B=W AB²×L AB=0.592 m²/s选比例尺：μv=V B/pb=9.42 (m/s)/mμa=a B/p`b`=29.5(m²/s)/m理论力学公式：V C=V B+V BCa C=a B+ a CB^n+a CB^t2.机构12个位置的速度、加速度线图和位置图（1）由图1的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0V BC=0.188m/sa C^n=0a BC^n=0.197m/s²a C =p`c`*μa=1.6225m/s²（2）由图2的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C=0.139 m/sa C^n=0.280m/s²a BC^n=0.018m/s²a C =p`c`*μa=0.472m/s²（3）由图3的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.149 m/sV BC=0.031m/sa C^n=0.319m/s²a BC^n=0.005m/s²a C =p`c`*μa=0.59m/s²（4）由图4的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V BC=0m/sa C^n=0.513m/s²a BC^n=0m/s²a C =p`c`*μa=0.56m/s²（5）由图5的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.194 m/sV BC=0.016m/sa C^n=0540m/s²a BC^n=0.002m/s²a C =p`c`*μa=0.53m/s²（6）由图6的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.155 m/sV BC=0.026m/sa C^n=0.349m/s²a BC^n=0.004m/s²a C =p`c`*μa=0.68m/s²（7）由图7的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0 m/sV BC=0.188m/sa C^n=0m/s²a BC^n=0.197m/s²a C =p`c`*μa= 0.91m/s²（8）由图8的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.116 m/sV BC=0.226m/sa C^n=0.196m/s²a BC^n=0.284m/s²a C =p`c`*μa=0.15m/s²（9）由图9的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.119 m/sV BC=0.188m/sa C^n=0.118m/s²a BC^n=0.197m/s²a C =p`c`*μa=0.24m/s²（10）由图10的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.188 m/sV BC=0m/sa C^n=0.512m/s²a BC^n=0m/s²a C =p`c`*μa=0.47m/s²（11）由图11的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.232 m/sV BC=0.148m/sa C^n=0.780m/s²a BC^n=0.121m/s²a C =p`c`*μa=0.97m/s²（12）由图12的速度多边形及加速度多边形，根据比例尺得到：V C =0.221 m/sV BC=0.312m/sa C^n=0.708m/s²a BC^n=0.542m/s²a C =p`c`*μa=1.09m/s²由计算数据及电脑辅助程序可得转动副B、C、S4的各个运动曲线：（1）运动副C的位移、速度、加速度曲线：（2）运动副B的位移、速度、加速度曲线:（3）运动副S4的位移、速度、加速度曲线：2.3曲柄摇杆机构动态静力分析（1）通过计算机辅助程序可以得到动态静力分析计算结果：转动副A、B、C的受力矢量端图为：转动副D的受力矢量端图为：（2）应加于曲柄上的平衡力矩为：三、课程设计总结3.1机械原理课程设计总结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。

机械原理课程设计雨刷器一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握雨刷器的基本机械原理，包括齿轮传动、连杆机构和电机驱动等；2. 学习并了解雨刷器各部件的功能及相互之间的关系；3. 掌握雨刷器的设计原则和步骤，能运用相关知识对其进行分析和改进。

技能目标：1. 培养学生运用机械原理解决实际问题的能力，能运用所学知识设计简单的雨刷器；2. 提高学生的动手操作能力，通过小组合作完成雨刷器的组装和测试；3. 培养学生运用CAD等软件绘制雨刷器零部件图纸的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械原理的热爱和兴趣，激发其创新意识；2. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与表达能力；3. 增强学生的环保意识，使其认识到机械设计在节能环保方面的重要性。

本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力和创新能力。

通过雨刷器的设计与制作，使学生在掌握基本机械原理的基础上，培养解决实际问题的能力。

同时，注重培养学生的团队协作精神和环保意识，使其成为具有综合素质的机械设计人才。

二、教学内容1. 理论知识：- 齿轮传动原理及其在雨刷器中的应用；- 连杆机构原理及其在雨刷器中的应用；- 电机驱动原理及其在雨刷器中的应用；- 雨刷器各部件的结构与功能。

2. 实践操作：- 雨刷器设计原则与步骤；- 小组合作进行雨刷器设计；- 利用CAD软件绘制雨刷器零部件图纸；- 雨刷器的组装与测试。

3. 教学大纲安排：- 理论知识部分（2课时）：讲解齿轮传动、连杆机构、电机驱动等基本原理，分析雨刷器各部件结构与功能；- 实践操作部分（3课时）：引导学生运用理论知识进行雨刷器设计，小组合作完成设计、绘图、组装和测试；- 总结与评价（1课时）：对学生的设计作品进行展示、评价，总结课程收获。

教学内容依据课程目标和学科特点进行选择和组织，注重科学性和系统性。

教学过程中，教师需结合教材相关章节，指导学生循序渐进地掌握雨刷器设计的相关知识，提高学生的实践操作能力。

机械原理课程设计雨刮一、教学目标本课程旨在通过研究“雨刮”的机械原理，让学生掌握以下知识目标：1.了解雨刮系统的基本构成和工作原理。

2.理解机械系统中摩擦、传动和能量转换的基本概念。

3.学习机械设计中的力学原理，如牛顿运动定律和摩擦力等。

4.培养学生运用机械原理分析和解决问题的能力。

5.能够运用所学生理解并绘制简单的机械系统图。

6.动手操作能力，通过实验理解并验证机械原理。

情感态度价值观目标：1.培养学生对机械设计和创新的兴趣，增强工程思维。

2.培养学生勇于探索、实事求是的态度，面对机械问题能够坚持不懈。

二、教学内容本节课的教学内容围绕“雨刮”的机械原理展开，教学大纲安排如下：1.导言：介绍雨刮系统在日常生活中的重要性及其机械原理的普遍应用。

2.机械原理基础知识：回顾牛顿运动定律、摩擦力等基本概念。

3.雨刮系统构成：讲解雨刮的主要组成部分及其功能。

4.工作原理分析：通过图纸和模型分析雨刮的机械传动过程。

5.实际案例研究：讨论其他类似机械系统的设计与应用。

6.实验操作：分组进行雨刮机制的模型制作和测试，验证所学生理论。

三、教学方法为提高学生对机械原理的理解和兴趣，将采用以下教学方法：1.讲授法：用于讲解基本概念和理论框架。

2.案例分析法：通过分析具体案例，让学生了解理论在实际中的应用。

3.实验法：通过动手实验，加深对机械原理的理解和记忆。

4.分组讨论法：鼓励学生相互交流想法，培养团队协作能力。

四、教学资源为实现教学目标，将利用以下教学资源：1.教材和参考书：提供理论知识的基础阅读材料。

2.多媒体资料：包括视频、动画等，用于形象展示雨刮的工作原理。

3.实验设备：包括雨刮模型和必要的工具，用于实验操作和验证。

4.网络资源：提供额外的学习材料和案例研究，供有兴趣深入了解的学生自学。

五、教学评估为全面评估学生对“雨刮”机械原理课程的掌握情况，将采取以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与度、提问和小组讨论等方式评估学生的积极性。