40汽车观后镜刮水及清洗系统的设计

-1-1引言1.1汽车后视镜的国内外研究现状作为最主要的现代化交通工具之一，汽车在人类日常生活中扮演着越来越重要的角色。人们对于汽车的安全性要求也越来越高。汽车要安全运行，与驾驶员接受信息正确确与否、信息输入装置的多少和快慢有着重要影响。汽车在行驶过程中，有80%的信息是靠视觉得到的，确保良好的视野是预防汽车事故的必要条件，所谓的视野是驾驶员行车时的视线范围。一般情况下，按视野获得的方式可分为直接视野和间接视野，直接视野就是驾驶员在驾驶位置时，直接透过前风窗玻璃、车门玻璃和后风窗玻璃所能直接、清晰地看到的道路的范围大小。间接视野即驾驶员通过内外后视镜看到的车辆后方情况的清晰图像，图像所反映的范围即为得到的视野。后视镜是驾驶员间接视野的主要保证，因而后视镜的合理布置和表面的清洁时提高汽车主动安全性的重要因素之一。通过对国内外后视镜刮水器材料的收集与整理，总结出目前国内外后视镜刮水器的主要有如下几种形式：1.将一根伸缩杆套入导杆内并与导杆滑动连接，在伸缩杆的一侧轴向连接一排水拨，在导杆上设有凹槽和水拨对应连接。该装置与后视镜连接后，可形成来回转动、左右来回及上下来回拨水，使得清洁到位，收取时便于隐藏。2.将直流电机通过齿轮组连接转臂，转臂连接雨刮板在后视镜上摆动，从而实现将后视镜上的雨水或水汽刮掉。3.将两个电磁铁对置安装在刮臂两侧，每个电磁铁能产生相反方向磁力线。将两个电磁铁能使两个活动铁芯同时做相向或相背运动的激磁绕组并联成一组。并联后的两组激磁绕组与继电器的两个静触点连接，动触点和振荡器通过开关与电源相接。继电器磁化线圈受振荡器控制。刮臂安装在刮臂轴上。刮片插接在刮臂上且停止位置由挂接在刮臂顶端的回位弹簧控制。两个电磁铁中的两个活动铁芯通过连杆分别接于刮臂轴两侧对称处的刮臂上。刮水器装于安装底板上。通过电磁使刮臂来回移动，从而实现将后视镜上的雨水或水汽刮掉。-2-4.一种刮水器是由动力、减速箱、曲柄和刮水杆构成，利用动力转动，经减速箱减速带动曲拐作圆周运动，使与之活动连接的刮水杆往复摆动，将挂在倒后镜上的水珠刮掉。1.2后视镜刮水器研究的目的和意义随着现代科学技术的迅猛发展和人们生活水平的提高，汽车已成为人们出行的必备的交通工具。在汽车行驶过程中，为了确保司机能可以看到汽车后方、侧方和下方，在各种汽车的外部都装有一种可以用来反映汽车后方、侧方和下方的的情况，使驾驶者可以间接的看清楚这些位置的情况的镜子——汽车后视镜。可当司机在雾天或雨天行驶时，由于雾气造成的后视镜镜面的积雾、冬天积霜或雨水侵袭会造成司机对侧后方的视线不清，从而使驾驶员在行车时很难通过后视镜看清情况，特别是驾驶大型车辆需左转弯、右转弯、变道、倒车等情况时，影响了行车安全。此时驾驶员需伸出车窗外进行清洁镜面表面，这样极不方便，又是暂时措施，雾气及雨水又会马上使之模糊不清。因此，为了功能上的完备，驾驶的安全性及操作的方便性，必须采用各种装置，当产生上述情况时，驾驶员就可方便地开启这种装置，解除不必要的后顾之忧。本课题是针对已有的后视镜刮水器的基础上设计一个更简单、更实用的刮水器，凭借启动雨刷传动装置以驱动雨刷刮除后视镜镜面上的水气，以使镜面保持明亮，可供车辆驾驶清楚观看到后视镜内反映的景象，以确保行车安全。-3-2设计任务书2.1设计题目汽车观后镜刮水及清洗系统的设计。2.2传动布置方案在机械的传动中，其传动方式主要有：摩擦传动、链条传动，齿轮传动、皮带传动、蜗轮蜗杆传动、棘轮传动、曲轴连杆传动、气动传动、液压传动、钢丝索传动、联轴器传动、花键传动等。对于本刮水器的传动方式，由于对于刮水器需传递准确的传动比，且传递运动需准确可靠、传动效率高,使用寿命长，因此采用两对齿轮传动的传动方式来进行传动。2.3确定螺杆长度和螺母的移动范围本刮水器是根据大众后视镜的大小做为参考来进行设计的。因此，本刮水器的螺杆长度等于后视镜的长度，根据螺杆所在位置及后视镜的长度，确定螺杆的长度为165mm，螺母的移动范围为135.5mm。2.4设计内容及设计要求设计内容：包括传动方案的设计和拟定、传动零件主要参数和尺寸的确定、分析和选定主要机械部件、装配图工作图的绘制、零件图的设计和绘制、编写设计说明书。设计要求：工程绘图量不少于折合成图幅为A0号的图纸3张；设计说明书的字数不少于1.5万字；查阅文献15篇以上，翻译与课题有关的外文资料。2.5进度安排2011年3月19日：洛阳一拖实习2011年3月27日：上交任务书2011年4月3日：完成第一稿2011年5月3日：完成第二稿2011年6月1日：完成定稿-4-3设计计算说明书3.1电动机的选择3.1.1刮水电动机功率选择已知汽车使用电压为12V,本刮水器所要求的电流为2.4A，因此，刮水电动机的功率为：28.8W2.412IUP3.1.2确定电动机的转速已知刮水片的行程为135.5mm，由《汽车风窗玻璃电动刮水器技术条件》中规定：刮水器最低刮刷频率不应低于20次／min；最高刮刷频率不应低于45次／min。对于本刮水器，其刮刷频率选为：22次/min。所以螺母的移动速度为：025.0272.25.135tSvm/s，故螺杆的转速为：min/25061000025.06060rpvn已知齿轮的传动比为3，则min/7503250rinnd由表35.2-24[4]选取马达的型号：J-ZYT（SZ）-PX，其参数如表3-1所示表3-1马达参数型号电压/V转速r/min转矩mNm功率/WJ-ZYT（SZ）-PX1275065403.2齿轮的设计3.2.1选择齿轮类型、材料及精度等级1）按雨刮器的传动要求，选用直齿圆柱齿轮传动。2）考虑雨刮器传递功率不大，但要求传动平稳、低噪声、以及能在无润滑状态下正常工作，所以齿轮的材料选牌号为PA（MC尼龙)，小齿轮硬度为21HBS,大齿轮硬度为14HBS。3）雨刮器为一般传动，速度不高，由表3-2选用7级精度。4)选小齿轮的齿数为1Z18，大齿轮的齿数为45183Z2。-5-表3-2各类机器所用齿轮传动的精度等级范围[1]注：主传动齿轮或重要齿轮传动，靠上限选；辅助齿轮传动或一般齿轮传动，居中或靠下限选择。3.2.2按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式（10-9a)[1]进行计算，即3211)][(132.2etdkTd式中：K——载荷系数；T1——齿轮传递的转矩；d——齿宽系数（数值参看表3-3）；——齿数比；eZ——弹性影响系数，21MPa，数值参看表10-6[1]。（1）确定公式内的各计算参数1)试选载荷系数3.1tk2)计算小齿轮传递的转矩mmNn33.5097501040105.95P105.95T3511513)由表3-3选取齿宽系数8.0d。表3-3圆柱齿轮的齿宽系数d[1]装置状况两支承相对小齿轮对称布置两支承相对小齿轮做非对称布置悬臂布置d0.9~1.4(1.2~1.9)0.7~1.15(1.1~1.65)0.4~0.6机器名称精度等级机器名称精度等级汽轮机3~6拖拉机6~8切削机床3~8通用减速器6~8航空发动机4~8锻压机床6~9轻型汽车5~8起重机7~10载重汽车7~9农机8~11-6-说明：1)大小齿轮皆为硬齿面时，d应取小值，否则取大值；2)括号内的数值用于人字齿轮；3)机床中的齿轮，若传递功率不大时，d可小到0.2；4)非金属齿轮可取，d=0.5-1.2。4)由式10-6[1]计算材料的弹性影响系数50)]10785.05.01()10785.05.01[(14.31)]1()1[(1Z44221212eMPa5)查得夹布塑料的接触疲劳许用应力[H]=110MPa[1]。（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径td1，代人[H]mmZdkTdHEt17.14110503138.033.5093.132.2)][(132.2323211）（2）计算圆周速度56.010006017.1475014.3100060ndvm/s3）计算齿宽mmdtd34.1117.148.01b4）计算齿宽与齿高之比模数79.01817.1411zdmmm齿高mmmh78.179.025.225.237.678.134.11hb5）计算载荷系数根据55.0vm/s,7级精度，由图3-1查的动载系数05.1vk直齿轮，1FHkk由表10-4[1]用插值法求得精度为7级，小齿轮相对支撑非对称布置时，28.1Hk。-7-由37.6hb，28.1Hk查图10-13[1]得24.1Fk，故载荷系数34.128.1105.11HHVAkkkkk6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a)[1]得mmkkddt31.143.134.117.1433117)计算模数mmzdm79.01831.1411图3-1动载荷系数vk值3.2.3按齿根弯曲强度设计由式（10-5)[1]得弯曲强度的计算公式为)][(23112FSaFadYYzKTm式中：K——载荷系数；T1——齿轮传递的转矩；d——齿宽系数（数值参看表3-3）；1Z——齿轮齿数；FaY——齿形系数（数值参看表3-4）；1.81.61.41.21.001020304050v(m/s)十分精密的齿轮装置1876Kv9-8-Ysa——载荷作用于齿顶时的应力校正系数（数值参看表3-4）。(1)确定公式中的参数1）查得胶布橡胶的弯曲疲劳许用应力[F]=50MPa[1]。2）计算载荷系数K30.124.1105.11FFAkkvkkk3）查取齿形系数由表3-4查得30.2,91.221FFYY表3-4齿形系数YFa及应力校正系数YSaZ(Zv)171819202122YFa2.972.912.852.82.762.72YSa1.521.531.541.551.561.57232425262728292.692.652.622.602.572.552.531.5751.581.591.5951.601.611.62303540455060702.522.452.402.352.322.282.241.6251.651.671.681.701.731.7580901001502002.222.202.182.142.121.771.781.791.831.865注：1)基准齿形的参数为α=20□、h*a=1、C*=0.25、ρ=0.38m(m-模数)2)对内齿轮：当α=20□、h*a=1、C*=0.25、ρ=0.15m时，齿形系数：YFa=2.053;应力校正系数：YSa=2.65。4）查取应力校正系数由表3-4查得71.1Y,53.1Ysa2sa15）计算大、小齿轮的][YYSaFaF0.089501.532.91][YYSa1Fa1F-9-08.0501.712.30][YYSa2Fa2F小齿轮的数值大。（2）设计计算77.0089.0188.033.50930.12)][(2323112）（FSaFadYYzKTmmm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数0.77并圆整为标准值m=0.8，按接触强度算的分度圆直径mmd31.141，算出小齿轮齿数188.031.14mz11d，取19大齿轮齿数75193Z2这样设计的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.2.4几何尺寸计算（1）计算大、小齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径mmmZd2.15198.011mmZmd8.16)