奇瑞a21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器的改進(jìn)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器的改進(jìn)設(shè)計(jì)</p><p>　　Redesign of front windshield wipers of Chery A21</p><p>　　學(xué)院名稱： 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：機(jī)械制

2、造及自動(dòng)化019班</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： </p><p><b>　　2005年6月</b></p><p>　　奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器的改進(jìn)

3、設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要 自1990年波音777全數(shù)字化樣機(jī)誕生以來(lái)，虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和虛擬樣機(jī)技術(shù)成為現(xiàn)代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)新技術(shù)領(lǐng)域的亮點(diǎn)。在全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的形勢(shì)下，虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和虛擬樣機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為現(xiàn)代企業(yè)解決TQCSE的難題找到一條新的道路。</p><p>　　本文以改進(jìn)奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器的原有設(shè)計(jì)為主要目的，采用大型三維設(shè)計(jì)軟件CATIA V5完成了對(duì)雨

4、刮器系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，并利用CATIA V5強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)功能完成了相關(guān)車(chē)身部件的重設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，建立了雨刮器機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一方面利用了CATIA軟件對(duì)雨刮系統(tǒng)及相關(guān)車(chē)身部件的靜態(tài)干涉分析,另一方面還通過(guò)數(shù)據(jù)接口將模型導(dǎo)入到機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS中，完成了對(duì)雨刮系統(tǒng)及相關(guān)車(chē)身部件的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)干涉分析，實(shí)現(xiàn)了CAD軟件與CAE軟件的協(xié)同設(shè)

5、計(jì)過(guò)程，并為數(shù)字化模型的干涉檢測(cè)找到了一條新的途徑。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬樣機(jī)技術(shù)，協(xié)同設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)干涉分析，ADAMS</p><p>　　Redesign of front windshield wipers of Chery A21</p><p>　　Abstract Since 1990，the digital prototype of

6、Boeing 777 came up, virtual productdevelopment and virtual prototype techniques become the modern product development new trend. Turn the gradually vigorous situation of development, the market competition in the global

7、economic trend, the technical emergence of virtual product development and virtual prototype finds out a new road to deal with that the modern business enterprise solves the TQCSE.</p><p>　　The purpose of th

8、is paper is to improve the original design of the front windshield wipers of Chery A21 by adopting CATIA V5, building the virtual prototype of windshield wipers mechanical system.</p><p>　　In designing proce

9、ss, we have implented the static state interference analysis by CATIA V5 as well as dynamic state by ADAMS to achieve the goal of Collaborative Design.</p><p>　　Key Words：Virtual Prototype Technology Colla

10、borative Design dynamic interference analysis，ADAMS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ……………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)…………………………………………………………….. 1

11、</p><p>　　1.2 本論文的目的及意義……………………………………………………… 2</p><p>　　1.3 本論文的安排…………………………………………………………… 2</p><p>　　第二章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)概述………………………………………………3</p><p>　　2.1 三維CAD建模技術(shù)理論概述………

12、…………………………………… 3</p><p>　　2.2 三維CAD軟件概述……………………………………………………… 3</p><p>　　2.2.1 CATIA V5軟件簡(jiǎn)介………………………………………………3</p><p>　　2.2.2 Unigraphics軟件簡(jiǎn)介……………………………………………… 4</p><p&g

13、t;　　2.3 三維CAD軟件之間的數(shù)據(jù)交換 ………………………………………… 4</p><p>　　第三章 虛擬樣機(jī)技術(shù)及相關(guān)軟件概述…………………………………………6</p><p>　　3.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述………………………………………………………6</p><p>　　3.2 ADAMS軟件概述………………………………………………………7<

14、;/p><p>　　3.3 基于ADAMS的虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)流程……………………………………8</p><p>　　3.4 本章小結(jié)………………………………………………………………… 9</p><p>　　第四章 奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器改進(jìn)設(shè)計(jì)………………………………10</p><p>　　4.1 引言………………………………………

15、……………………………10</p><p>　　4.2 汽車(chē)風(fēng)窗雨刮器概述…………………………………………………10</p><p>　　4.3 相關(guān)車(chē)身部件概述………………………………………………………11</p><p>　　4.4 雨刮器原有設(shè)計(jì)的分析…………………………………………………13</p><p>　　4.5 雨刮器及

16、相關(guān)車(chē)身部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)……………………………………13</p><p>　　4.5.1 雨刮器改型設(shè)計(jì)及位置設(shè)計(jì)………………………………………13</p><p>　　4.5.2 相關(guān)車(chē)身部件的設(shè)計(jì)……………………………………………23</p><p>　　4.6 雨刮器的干涉分析………………………………………………………25</p><p

17、>　　4.7 本章小結(jié)………………………………………………………………31</p><p>　　第五章 總結(jié)……………………………………………………………………32</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………33</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………34</

18、p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)</b></p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)VP（Virtual Prototyping Technology）是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，利用先進(jìn)的CAD技術(shù)建立與物理樣機(jī)一致的數(shù)字化模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿

19、真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。</p><p>　　在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，為了驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常要制造物理樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，往往有些試驗(yàn)是破壞性的。當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，又要重新修改設(shè)計(jì)并再用樣機(jī)驗(yàn)證，這樣反反復(fù)復(fù)幾個(gè)循環(huán)下來(lái)，產(chǎn)品才能達(dá)到預(yù)期的性能要求，整個(gè)過(guò)程是漫長(zhǎng)的，尤其對(duì)于像汽車(chē)這類復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)周期有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十個(gè)月。很多產(chǎn)品為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化，物理樣機(jī)的

20、試驗(yàn)往往被忽略，導(dǎo)致產(chǎn)品在上市時(shí)就存在很多缺陷。在目前的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)背景下，基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程嚴(yán)重制約了產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本的降低及對(duì)市場(chǎng)的占有。</p><p>　　在利用虛擬樣機(jī)技術(shù)的過(guò)程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員首先利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建立零部件的數(shù)字模型，再利用數(shù)字模型提供的物理信息和幾何信息，在計(jì)算機(jī)上定義零部件間的連接關(guān)系并對(duì)其進(jìn)行虛擬裝配，從而獲得產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的日益完善，對(duì)產(chǎn)品數(shù)字

21、模型的仿真分析逐漸成為可能?，F(xiàn)在，利用系統(tǒng)級(jí)仿真軟件可以真實(shí)模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，并可以對(duì)樣機(jī)在多種實(shí)際工況下的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行仿真分析，從而在設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)并修改設(shè)計(jì)缺陷；同時(shí)通過(guò)仿真多種不同的方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)方案時(shí)才制造物理樣機(jī)[1]。</p><p>　　通過(guò)人機(jī)交互作用，虛擬樣機(jī)技術(shù)允許產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員采用多種方式表達(dá)和實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)意圖，最大限度地發(fā)揮人的創(chuàng)造力和想象力，并在一個(gè)多維信

22、息環(huán)境下完成產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、修改、定型、裝配、測(cè)試，從而從根本上保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。虛擬樣機(jī)技術(shù)在不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量的前提下，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和成本的最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用無(wú)疑將會(huì)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的未來(lái)發(fā)展產(chǎn)生重大的深遠(yuǎn)影響。</p><p><b>　　本論文的目的及意義</b></p><p>　　本論文的目的，是根據(jù)

23、當(dāng)前的先進(jìn)設(shè)計(jì)理論，利用CAD技術(shù)的發(fā)展成果，通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用對(duì)奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器的原有設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，完成新方案的結(jié)構(gòu)布置、運(yùn)動(dòng)分析，并對(duì)原有的車(chē)身做出必要的修改。</p><p>　　本課題難度一般，課題來(lái)源于實(shí)際，但卻采用了多種設(shè)計(jì)方法，希望借此課題推動(dòng)虛擬樣機(jī)技術(shù)在中國(guó)制造業(yè)中的運(yùn)用，同時(shí)也為提高汽車(chē)零部件的設(shè)計(jì)水平作一些有意義的探索。</p><p><b>

24、;　　本論文的安排</b></p><p>　　本論文主要進(jìn)行以下工作：</p><p>　　對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的CAD技術(shù)進(jìn)行分析；</p><p>　　對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)及其工程實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究；</p><p>　　對(duì)奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器的原有設(shè)計(jì)進(jìn)行分析；</p><p>　　對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)

25、行改進(jìn)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用多種分析手段；</p><p>　　第二章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)概述</p><p>　　2.1 三維CAD建模技術(shù)發(fā)展概述</p><p>　　三維建模技術(shù)自上世紀(jì)70年代以來(lái)，經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。一般以建模方法不同分為幾何建模和特征建模兩種，幾何建模又可分為線框建模、曲面建模、實(shí)體建模。特征建模技術(shù)從一研制就是面向工程應(yīng)用

26、的，它將工程應(yīng)用中零部件的形狀信息（如凸臺(tái)、孔、槽、倒角、圓角、尺寸）、精度信息（如尺寸公差、粗糙度）、技術(shù)信息（如技術(shù)要求、零件性能）、材料信息（材料規(guī)格、熱處理方式、表面處理方式）和裝配信息（如裝配基準(zhǔn)、裝配關(guān)系）等用幾何建模來(lái)表達(dá)，每一種信息都用專門(mén)的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。以往多數(shù)CAD軟件一般都采用單一的建模技術(shù)，這在一定程度上限制了軟件的應(yīng)用范圍。從目前大型CAD軟件的發(fā)展趨勢(shì)看，綜合了多種建模技術(shù)的混合建模技術(shù)正越來(lái)越多的被軟件開(kāi)發(fā)商

27、青睞，也為工程界廣泛接受。目前市場(chǎng)上典型的混合建模軟件有CATIA、Unigraphics等。采用混合建模技術(shù)能夠很好地發(fā)揮各種建模技術(shù)的特長(zhǎng)，大大提高了設(shè)計(jì)速度，減少了建模周期。</p><p>　　2.2 三維CAD設(shè)計(jì)軟件概述</p><p>　　2.2.1 CATIA V5軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　CATIA是由Dassault System公司開(kāi)發(fā)的一

28、套CAD/CAE/CAM一體化軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、造船、機(jī)械制造、電子電器、消費(fèi)品行業(yè)，包括了從大型的波音747飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能已得到各行業(yè)的認(rèn)可，特別是波音飛機(jī)公司使用CATIA完成了整個(gè)波音777的電子裝配，更是確立了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位。</p><p>　　CATIA

29、V5是Dassault System公司協(xié)同IBM公司基于Windows核心重新開(kāi)發(fā)的新一代高端CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)。圍繞數(shù)字化產(chǎn)品和電子商務(wù)集成概念進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的CATIA V5版本，可為數(shù)字化企業(yè)建立一個(gè)針對(duì)產(chǎn)品整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程的工作環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，可以對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)方面進(jìn)行仿真，并能夠?qū)崿F(xiàn)工程人員和非工程人員之間的電子通信。產(chǎn)品整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程包括概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個(gè)生命周期中

30、的使用和維護(hù)。</p><p>　　CATIA V5主要功能模塊包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊，機(jī)械設(shè)計(jì)模塊，曲面造型模塊，有限元分析模塊，工廠設(shè)計(jì)模塊，NC加工模塊，電子樣機(jī)模塊，設(shè)備與系統(tǒng)工程模塊，人機(jī)工程設(shè)計(jì)和分析模塊等，各個(gè)模塊都具有強(qiáng)大的功能。在機(jī)械設(shè)計(jì)模塊中，有專門(mén)的航空鈑金件設(shè)計(jì)模塊；強(qiáng)大的曲面造型能力是CATIA V5尤為值得稱道的地方，該模塊中有專門(mén)針對(duì)汽車(chē)車(chē)身A級(jí)曲面(即曲面曲率三階可導(dǎo))設(shè)計(jì)的模塊，其采

31、用獨(dú)有的逼真造型、自由曲面相關(guān)性造型和設(shè)計(jì)意圖捕捉等曲面造型技術(shù)，可生成和構(gòu)造優(yōu)美、環(huán)保的轎車(chē)車(chē)身外形，大大提高了A級(jí)曲面設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)效率，將A級(jí)曲面整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程提高到一個(gè)新的水平[2]。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)模塊中的零件設(shè)計(jì)(Part Design)、裝配件設(shè)計(jì)(Assembly Design)、線架構(gòu)與曲面設(shè)計(jì)(Wireframe and Surface Des

32、ign)，曲面造型模塊中的自由風(fēng)格曲面造型、優(yōu)化及截面線設(shè)計(jì)(FreeStyle Shaper, Optimizer & Profiler)、創(chuàng)成式曲面外形設(shè)計(jì)與優(yōu)化(Generative Shape Design & Optimizer)。</p><p>　　2.2.2 Unigraphics軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG)是由世界著名的

33、Unigraphics Solutions(UGS)公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAE/CAM一體化軟件，其集成了世界一流的設(shè)計(jì)、工程制造系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于通用機(jī)械、模具。汽車(chē)及航空航天領(lǐng)域。</p><p>　　由于UG軟件進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)較早，國(guó)標(biāo)化工作開(kāi)展地比較好，故在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，將利用UG進(jìn)行出圖。</p><p>　　2.3 三維CAD軟件之間的數(shù)據(jù)交換</p><p&g

34、t;　　這里主要討論一下CATIA與其它軟件間的數(shù)據(jù)交換。CATIA支持Solidworks、SolidEdge、Parasolid、ACIS、DXF三維、Inventor和VDA-FS格式的文件以直接接口的方式導(dǎo)入，對(duì)于Pro/E、UG、Ideas只能由間接接口方式導(dǎo)入。間接接口方式也就是通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的中間格式來(lái)轉(zhuǎn)換文件。下面簡(jiǎn)單介紹一下幾種常見(jiàn)的中間轉(zhuǎn)換格式。</p><p><b>　　IGES格

35、式</b></p><p>　　初始圖形交換規(guī)范（IGES：Initial Graphics Exchange Specification）是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和工業(yè)界于1975年共同制定并實(shí)施的。目前CATIA V5所提供的IGES接口可以幫助多個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)并存的制造企業(yè)通過(guò)IGES中性數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該實(shí)用程序支持IGES V5.3版本，并具有IGES元素名字和CATIA V5幾何元素標(biāo)

36、識(shí)之間的名字匹配管理功能，能夠處理3D線架元素、曲面和剪載曲面元素、等距偏置曲線、表皮和表皮邊界、二次曲線和顏色。轉(zhuǎn)換完成后，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)HTML格式轉(zhuǎn)換報(bào)告。設(shè)計(jì)人員可以在兩個(gè)完全不同的系統(tǒng)之間直接進(jìn)行可靠的雙向數(shù)據(jù)交換，也可以自動(dòng)存取IGES文件。</p><p><b>　　STEP格式</b></p><p>　　產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(STEP：Standar

37、d for the Exchange of Product Model Data)是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所屬技術(shù)委員會(huì)TC184（工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)）下的“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)外部表示”(External Representation of Product Model Data)分委會(huì)SC4所制定的國(guó)際統(tǒng)一CAD數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。CATIA V5配備的STEP核心接口能自動(dòng)識(shí)別STEP文件類型，支持幾何體和裝配結(jié)構(gòu)，并能夠輸入、輸出拓?fù)潢P(guān)系（如實(shí)

38、體、殼體類零件）。允許設(shè)計(jì)人員交互式地以STEP AP203和STEP AP214數(shù)據(jù)格式讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。</p><p>　　對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于雨刮系統(tǒng)原始數(shù)模是UG格式，需要輸入到CATIA中進(jìn)行處理。通過(guò)實(shí)際轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)，利用IGES格式導(dǎo)入CATIA軟件后原先一些大的曲面被分割為數(shù)以千計(jì)的曲面，原先的實(shí)體特征均被曲面特征代替，故處理起來(lái)比較繁瑣，工作量很大；同時(shí)通過(guò)IGES轉(zhuǎn)換后，文件變大，導(dǎo)致CATIA加載的

39、速度較慢。采用STEP格式可以保持原先實(shí)體的特征，一些曲面特征轉(zhuǎn)換后也能被很好的識(shí)別，文件大小也沒(méi)有發(fā)生顯著變化，但是STEP格式導(dǎo)入CATIA的模型一般都被識(shí)別為一個(gè)整體，這給模型的編輯帶來(lái)了不便。因此，對(duì)于一些車(chē)身部件，一般都采用IGES進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再利用CATIA軟件的曲面縫合功能，能獲得與原始表面幾乎相同的曲面。而對(duì)于一些實(shí)體特征較多的部件，一般都采用STEP格式轉(zhuǎn)換，這樣保證模型特征能很好地被識(shí)別。</p><

40、;p>　　由于各種輔助設(shè)計(jì)軟件都各有特點(diǎn)，建模方式多種多樣，通過(guò)采用各種軟件的長(zhǎng)處能夠加快設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的速度，而不同的企業(yè)大多用的是不同的CAD/CAM系統(tǒng)，這些因素導(dǎo)致了模型數(shù)據(jù)交換頻繁進(jìn)行，數(shù)據(jù)可能在轉(zhuǎn)換過(guò)程中丟失。如何處理好模型轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題將是各制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化過(guò)程中所面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。</p><p>　　第三章 虛擬樣機(jī)技術(shù)及相關(guān)軟件概述</p><p>　　3.1

41、 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述</p><p>　　傳統(tǒng)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)通常要經(jīng)過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制、試驗(yàn)檢驗(yàn)、改進(jìn)定型和批量生產(chǎn)幾個(gè)階段。以往由于技術(shù)的限制，在設(shè)計(jì)階段獲得的產(chǎn)品信息極為有限，設(shè)計(jì)人員對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的評(píng)估很有限，很難保證設(shè)計(jì)中沒(méi)有差錯(cuò)。為減少設(shè)計(jì)失誤所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于像汽車(chē)之類的復(fù)雜產(chǎn)品， 一般需要建立一個(gè)等同于真實(shí)產(chǎn)品的物理樣機(jī)，以最大程度地獲得產(chǎn)品的信息，從而更好地避免或消除產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段潛在的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。但復(fù)

42、雜產(chǎn)品的物理樣機(jī)一般都造價(jià)高昂，而且耗時(shí)長(zhǎng)久。在傳統(tǒng)的串行開(kāi)發(fā)流程上，一旦位于開(kāi)發(fā)流程前端的步驟稍有改動(dòng)，將導(dǎo)致物理樣機(jī)的重建，隨即使得設(shè)計(jì)成本的增加和開(kāi)發(fā)周期的延長(zhǎng)。面對(duì)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)代企業(yè)要保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，就必須在最短的時(shí)間里設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出新產(chǎn)品，從最大程度上滿足顧客對(duì)產(chǎn)品的需求。因此，如何克服物理樣機(jī)上述的缺點(diǎn)，成了現(xiàn)代企業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的耽誤之急。在這種形式下，虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其目的是取代物理樣機(jī)，降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)

43、發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。</p><p>　　虛擬樣機(jī)是由分布的、不同工具開(kāi)發(fā)的、甚至異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體，其主要包括：產(chǎn)品的CAD模型、產(chǎn)品的外觀表示模型、產(chǎn)品的功能和性能仿真模型、產(chǎn)品的各種分析模型(可制造性、可裝配性等)、產(chǎn)品的使用和維護(hù)模型以及環(huán)境模型等。借助虛擬樣機(jī)，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)成熟的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，模擬真實(shí)環(huán)境下產(chǎn)品的各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，并能根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。目前虛擬樣機(jī)系統(tǒng)

44、的建立主要通過(guò)建立系統(tǒng)整體架構(gòu)，以網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，將當(dāng)前的工程CAD軟件、仿真軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和工具集成起來(lái)。多家工程軟件供應(yīng)商開(kāi)發(fā)了支持虛擬樣機(jī)的專業(yè)軟件，如有限元分析領(lǐng)域的NASTRAN、MARC、ADINA、ABAQUS及ANSYS等；多體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的ADAMS、DADS、EULER及RecurDyn等；控制分析領(lǐng)域的MATLAB、Matrix X、EASY5等；電子電路領(lǐng)域的PROTEL、ORCAD、PSPICE、EWB等

45、，以及其他領(lǐng)域的大量商品化仿真軟件。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，主要應(yīng)用了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS[10]。</p><p>　　3.2 ADAMS軟件概述</p><p>　　ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件是由美國(guó)MDI公司(現(xiàn)以被MSC.Software公司收購(gòu))開(kāi)發(fā)的機(jī)械

46、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真還可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等[7]。</p><p>　　ADAMS軟件由核心

47、模塊、功能擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)模塊及工具箱模塊組成。核心模塊主要包括ADAMS/View(界面模塊)、ADAMS/Solver(求解器模塊)、ADAMS/PostProcessor(后處理模塊)。功能擴(kuò)展模塊包括ADAMS/Insight(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊)、ADAMS/Vibration(振動(dòng)分析模塊)、ADAMS/Durability(耐用性分析模塊)、ADAMS/Hydraulics(液壓系統(tǒng)模塊)、ADAMS/Animat

48、ion(高速動(dòng)畫(huà)模塊)、ADAMS/Linear(系統(tǒng)模態(tài)分析模塊)、ADAMS/AutoFlex(自動(dòng)化彈性體模塊)等。接口模塊包括ADAMS/Exchange(圖形接口模塊)、ADAMS/Controls(控制模塊)、ADAMS/Flex(彈性分析模塊)、SimDesigner(CATIA V5專業(yè)接口)等，專業(yè)模塊包括ADAMS/Car(汽車(chē)模塊)、ADAMS/Rail(鐵道模塊)等。工具箱模塊主要供用戶二次開(kāi)發(fā)用，用戶可以根據(jù)需

49、要自行開(kāi)發(fā)，增加更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)仿真功能[10]。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了ADAMS/View和ADAMS/PostProcessor兩個(gè)模塊，下面簡(jiǎn)要介紹一下這兩個(gè)模塊。</p><p>　　ADAMS/View是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它提供了豐富的零件幾何圖形庫(kù)、約束庫(kù)和力/力矩庫(kù)，并且支持布爾運(yùn)算，采用Parasolid作為實(shí)體建模的內(nèi)核，支持FORTRAN 7

50、7和FORTRAN 90中的所有函數(shù)。在ADAMS/View中，用戶利用Table Editor，可像用EXCEL軟件一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)；同時(shí)提供了Plot Browser和Function Builder工具包，用于曲線圖的顯示和方程式的建立；還具有設(shè)計(jì)研究、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化功能，可使用戶方便地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　ADAMS/PostProcessor模塊用于輸出高性能的動(dòng)畫(huà)和各種數(shù)據(jù)曲線，還

51、可以進(jìn)行曲線編輯和數(shù)字信號(hào)處理，使用戶可以方便快捷地觀察和研究ADAMS的仿真結(jié)果。</p><p>　　3.3 基于ADAMS的虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)流程</p><p>　　采用ADAMS軟件進(jìn)行虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)的流程如圖1所示[7]。</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　3.4 本章小

52、結(jié)</b></p><p>　　本章簡(jiǎn)要介紹了虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生及其內(nèi)涵及各學(xué)科領(lǐng)域的仿真軟件，并主要介紹了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS，詳細(xì)列舉了基于ADAMS軟件的虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)流程。</p><p>　　第四章 奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器改進(jìn)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 引言</b></p>&l

53、t;p>　　汽車(chē)風(fēng)窗玻璃上時(shí)常會(huì)附著雨雪和塵土，如果不及時(shí)擦拭干凈的話，將會(huì)影響駕駛員的視線，對(duì)行車(chē)安全帶來(lái)很大不利。為了確保擋風(fēng)玻璃清潔明亮，汽車(chē)上都裝有風(fēng)窗雨刮器。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)原有雨刮系統(tǒng)的改進(jìn)，通過(guò)運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)原有雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法作一次改進(jìn)。</p><p>　　4.2 汽車(chē)風(fēng)窗雨刮器概述</p><p>　　汽車(chē)風(fēng)窗雨刮器主要由三部分組成：驅(qū)動(dòng)裝置、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、雨刮

54、裝置。整個(gè)系統(tǒng)由電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、刮桿、刮片等所構(gòu)成。</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)裝置</b></p><p>　　風(fēng)窗雨刮器的驅(qū)動(dòng)方式有氣動(dòng)式、液動(dòng)式和電動(dòng)式三種形式。其中，電動(dòng)風(fēng)窗雨刮器適合各種環(huán)境條件，因此應(yīng)用廣泛。轎車(chē)風(fēng)窗雨刮器多為雙速刮刷的雨刮器，刮刷有低速和高速兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方式。同時(shí)，雨刮器帶有自動(dòng)復(fù)位裝置。當(dāng)在任意位置切斷雨刮器電動(dòng)機(jī)電路使之停止工作時(shí)，

55、刮臂和刮片均能自動(dòng)停在擋風(fēng)玻璃的下面，保障駕駛員最佳視線。</p><p><b>　　聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)雨刮器聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同，刮片在風(fēng)窗</p><p>　　玻璃上的刮刷方式可分為同向刮刷式(圖1中c、d)和反向刮刷式(圖1中a、b)，同向刮刷式是刮片刮臂工作時(shí)同時(shí)向同一方向擺動(dòng)，反向刮刷式是刮片刮臂工作時(shí)同時(shí)做反方向

56、的擺動(dòng)。從視野、風(fēng)向阻力和結(jié)構(gòu)等方面來(lái)說(shuō)，同向刮刷式較好，因而采用較多。</p><p>　　雨刮器聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)有鋼索式(圖1中d)和連桿式(圖1中a、b、c)兩種型式。連桿機(jī)構(gòu)具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)各連桿之間的連接多采用球形接頭。</p><p><b>　　雨刮裝置</b></p><p>　　刮臂和刮片為雨刮器

57、外露部分，刮臂帶動(dòng)刮片除去風(fēng)窗玻璃上的雨雪灰塵。</p><p>　　刮片可分為平面刮片(圖2)和曲面刮片。轎車(chē)擋風(fēng)玻璃基本上都為曲面，所以普遍采用曲面刮片。</p><p>　　刮臂的結(jié)構(gòu)如圖3所示，雨刮臂頂端與雨刮軸固定，止動(dòng)桿通過(guò)銷(xiāo)軸與頂端鉸接，擺桿彈簧將擺桿拉緊，由此產(chǎn)生雨刮壓力。雨刮臂頂端與雨刮軸的連接方式有兩種，一種是用細(xì)齒花鍵連接，此種方法裝配簡(jiǎn)便，但不能微調(diào)；另一種是用錐形

58、頭連接，使用較廣泛[3]。</p><p>　　4.3 相關(guān)車(chē)身部件概述</p><p>　　整個(gè)雨刮系統(tǒng)是安裝在水槽總成(如圖4所示)中，水槽總成位于前圍板(圖中未顯示)的上方，是一個(gè)呈凹槽形的半封閉空間，其主要功能是收集前擋風(fēng)玻璃下瀉的雨水，通過(guò)兩側(cè)的排水孔排出車(chē)外；作為轎車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口；用于放置各種電氣線束；凹槽形結(jié)構(gòu)增強(qiáng)車(chē)身橫向剛度，有助于避免或減少車(chē)輛在遭到側(cè)面撞擊時(shí)的碰撞損

59、傷，提高轎車(chē)的安全性。</p><p>　　整個(gè)水槽總成由五部分組成：前風(fēng)擋下橫梁、內(nèi)加強(qiáng)板本體、水槽本體、發(fā)蓋鉸鏈安裝板本體及各種支架。各部分通過(guò)焊接固定在一起。水槽總成上方裝有帶有方形格柵的塑料裝飾板(圖中未顯示)。</p><p>　　下面簡(jiǎn)要介紹一下各部分的功能：</p><p>　　1. 前風(fēng)擋下橫梁 主要作為前風(fēng)擋玻璃的下安裝面。</p>

60、;<p>　　2. 內(nèi)加強(qiáng)板本體 對(duì)前風(fēng)擋下橫梁和前風(fēng)擋玻璃起支撐作用。同時(shí)，其上焊有儀表板、制動(dòng)踏板、離合器踏板等部件的安裝和支撐支架；如圖4所示在其右側(cè)有空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口，為避免水流進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)口位置要高出內(nèi)加強(qiáng)板本體底部15～20mm。整個(gè)內(nèi)加強(qiáng)板底部一般被設(shè)計(jì)成中間高兩邊低的結(jié)構(gòu)，這樣有利于排水。</p><p>　　3. 水槽本體 與內(nèi)加強(qiáng)板焊接在一起，組成凹形水槽。同時(shí)

61、，其又與前圍板以及前地板焊接在一起形成一道隔板,將發(fā)動(dòng)機(jī)艙與駕駛室隔開(kāi)，防止氣味進(jìn)入駕駛室，起隔音、隔熱、隔振動(dòng)的作用。</p><p>　　4. 發(fā)蓋鉸鏈安裝板本體 作為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鉸鏈的安裝板。</p><p>　　5. 各種支架 內(nèi)加強(qiáng)板本體中間的一些支架用于加強(qiáng)其強(qiáng)度；內(nèi)加強(qiáng)板本體與水槽本體之間還有一些支撐支架用于提高兩者的連接強(qiáng)度。還包括其它焊接固定在內(nèi)加強(qiáng)板本體、前風(fēng)擋

62、下橫梁上的安裝支架。</p><p>　　在整個(gè)水槽總成的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　　a. 水槽本體與內(nèi)加強(qiáng)板本體之間的配合關(guān)系，應(yīng)保證對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的密封；</p><p>　　b．注意雨刮器的安裝位置，減少噪音傳入車(chē)內(nèi)；</p><p>　　c．結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)采取對(duì)撞車(chē)有安全保護(hù)作用的強(qiáng)化措施；</p><

63、p>　　d．合理設(shè)計(jì)流水槽，使得流入或吸入的雨水能沿流水槽排出；</p><p>　　e. 設(shè)計(jì)內(nèi)加強(qiáng)板本體時(shí)，應(yīng)考慮左置方向盤(pán)與右置方向盤(pán)的通用性；</p><p>　　f．各部件之間的焊點(diǎn)應(yīng)合理布置，便于焊接；</p><p>　　g．各沖壓件應(yīng)注意保持一定的沖壓方向。</p><p>　　4.4 雨刮器原有設(shè)計(jì)的分析</p&

64、gt;<p>　　奇瑞A21轎車(chē)前風(fēng)窗雨刮器原有設(shè)計(jì)(如圖5所示)，雨刮電機(jī)處于整個(gè)機(jī)構(gòu)的右側(cè)，其所處的位置正好位于空調(diào)進(jìn)風(fēng)口附近，這對(duì)轎車(chē)的通風(fēng)是不利的。雨刮電機(jī)通過(guò)中間一根很長(zhǎng)的連桿來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)顯得很不緊湊，占用空間也較多，同時(shí)這也帶來(lái)了拆裝上的不便。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)雨刮系統(tǒng)是通過(guò)很多安裝點(diǎn)與車(chē)身相連，這不僅增加了車(chē)身焊裝的工作量，對(duì)整個(gè)車(chē)身的降噪也是不利的。</p><p><

65、;b>　　圖 6</b></p><p>　　故根據(jù)現(xiàn)有的空間，可將雨刮電機(jī)改為中置式的，這樣能使整個(gè)機(jī)構(gòu)更為緊湊。</p><p>　　4.5 雨刮器及相關(guān)車(chē)身部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.5.1 雨刮器的改型設(shè)計(jì)及位置布置</p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。</p><p>

66、<b>　　圖 7</b></p><p><b>　　視野校核</b></p><p>　　雨刮器設(shè)計(jì)的第一步是確定雨刮器轉(zhuǎn)軸的位置，雨刮轉(zhuǎn)軸位置的布置決定了雨刮器刮刷面積的大小。雨刮器的刮刷面積直接影響行車(chē)安全。刮刷面積的確定一般有兩種方法：SAE眼橢圓法和EEC視點(diǎn)法。根據(jù)改型設(shè)計(jì)的要求，可選用原有設(shè)計(jì)的雨刮轉(zhuǎn)軸位置，但必須校核其刮刷面積是

67、否符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(即根據(jù)EEC視點(diǎn)法)。</p><p>　　1、根據(jù)GB/T11563-1995(汽車(chē)H點(diǎn)確定程序)確定汽車(chē)的R點(diǎn)。R點(diǎn)(即乘坐基準(zhǔn)點(diǎn)),是指制造廠規(guī)定的設(shè)計(jì)H點(diǎn)。H點(diǎn)是指三維H點(diǎn)裝置(圖7)的軀干和大腿的鉸接中心，它位于此裝置的兩側(cè)H點(diǎn)標(biāo)記鈕(圖7中13所指)間的裝置的中心線上。根據(jù)原有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，奇瑞A21轎車(chē)的R點(diǎn)三維直角坐標(biāo)為(1365,-357.5,305.3)(單位：mm，下同)。&

68、lt;/p><p>　　2、根據(jù)GB11562-1994(汽車(chē)駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法)確定V點(diǎn)。V點(diǎn)是表征駕駛員眼睛位置的點(diǎn)，它與通過(guò)駕駛員乘坐位置中心線的縱向平面、R點(diǎn)及設(shè)計(jì)座椅靠背角有關(guān)。此點(diǎn)用于檢查汽車(chē)視野是否符合要求。通常用V1、V2兩點(diǎn)來(lái)表示V點(diǎn)的不同位置(如圖8所示座椅靠背角為25°時(shí)V點(diǎn)的確定)。根據(jù)V點(diǎn)確定方法，分別計(jì)算出當(dāng)設(shè)計(jì)座椅靠背角為25°時(shí)V1點(diǎn)坐標(biāo)為(68,-5,6

69、65)，V2點(diǎn)坐標(biāo)為(68,-5,589)。</p><p>　　3、根據(jù)GB11556-1994(汽車(chē)風(fēng)窗玻璃除霜系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法)確定A、B和A/區(qū)域。A區(qū)域(圖9)是指從V點(diǎn)(即V1和V2點(diǎn))按一定方向和角度向前延伸的四個(gè)平面與風(fēng)窗玻璃外表面相交的交線所封閉的面積。A/區(qū)域是以汽車(chē)縱向中間平面為基準(zhǔn)面，與A區(qū)域相對(duì)稱的區(qū)域。B區(qū)域(圖10)類同上述確定方法[6]。</p><p&

70、gt;<b>　　圖 10</b></p><p>　　注：(1) 汽車(chē)縱向?qū)ΨQ平面的跡線</p><p>　　(2) 經(jīng)過(guò)R點(diǎn)的縱向鉛錘平面跡線</p><p>　　(3) 經(jīng)過(guò)V1、V2點(diǎn)的縱向鉛錘平面跡線</p><p><b>　　圖 11</b></p><p>　

71、　按照GB11556-1994和GB/T11565-1989(轎車(chē)風(fēng)窗玻璃刮水器刮刷面積)規(guī)定的技術(shù)要求，雨刮器的刮刷面積不得小于A區(qū)域的98%，B區(qū)域的80%。圖11所示是在CATIA軟件中將以上各點(diǎn)及各區(qū)域建模出的情況。應(yīng)用CATIA中測(cè)量工具，可以準(zhǔn)</p><p><b>　　圖 12</b></p><p>　　確地測(cè)出A、B區(qū)域的面積分別為0.117m2、

72、0.602 m2。</p><p>　　4、根據(jù)原有設(shè)計(jì)雨刮轉(zhuǎn)軸的位置，確定刮刷區(qū)域的大小。應(yīng)用CATIA軟件線架構(gòu)與曲面模塊構(gòu)建出左右兩個(gè)扇形刮刷區(qū)域(如圖12所示)。</p><p><b>　　圖 13</b></p><p>　　通過(guò)CATIA軟件內(nèi)的測(cè)量工具可以獲得A區(qū)和B區(qū)實(shí)際刮到的面積分別為0.117mm2、0.532 mm2，分

73、別占A、B區(qū)域面積的100%和88%，已經(jīng)符合國(guó)標(biāo)要求。</p><p>　　故可以采用原有設(shè)計(jì)的雨刮轉(zhuǎn)軸位置。</p><p><b>　　雨刮器刮刷頻率選擇</b></p><p>　　雨刮刮刷頻率過(guò)高或者過(guò)低，都會(huì)影響刮水效果。根據(jù)JB3033-81選擇高速刮刷</p><p>　　頻率為65次/分，低速刮刷頻率為

74、45次/分。</p><p><b>　　雨刮電機(jī)選擇</b></p><p>　　轎車(chē)風(fēng)窗刮水器電機(jī)基本上都采用雙速直流鐵氧體永磁電機(jī)[4]。</p><p>　　根據(jù)已有數(shù)據(jù)，刮臂對(duì)風(fēng)窗玻璃的每米壓力為15N，而刮臂長(zhǎng)度為0.5m,</p><p>　　故雨刮對(duì)玻璃的壓力F為7.5N[5]。</p>&

75、lt;p>　　電動(dòng)機(jī)負(fù)荷按如下公式計(jì)算：</p><p>　　式中：n——刮片數(shù)；</p><p>　　μ——刮片膠條與玻璃的摩擦系數(shù)(取1.0～1.2)；</p><p>　　F——雨刮對(duì)玻璃的壓力；</p><p><b>　　L——雨刮臂長(zhǎng)度。</b></p><p><b>

76、;　　故電動(dòng)機(jī)負(fù)荷為</b></p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的公稱力矩的經(jīng)驗(yàn)公式為：</p><p>　　式中：K1——連桿的傳遞系數(shù)(取0.8～1.0)；</p><p>　　K2——電壓下降時(shí)轉(zhuǎn)矩減小比(取0.7)；</p><p>

77、;　　——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)摩擦等因素造成的力矩?fù)p失(雙刮片時(shí)為1，三刮片時(shí)為1.5)。</p><p>　　故電動(dòng)機(jī)的公稱力矩為</p><p>　　以計(jì)算所得的公稱力矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作為電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)，選擇合適的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)已有雨刮電機(jī)的參數(shù)，選擇型號(hào)為ZD1530的雨刮電機(jī)，其基本參數(shù)為：</p><p>　　空載電流：低速≤2.0A，高速≤2.5A；</p>

78、;<p>　　負(fù)載電流：低速≤6.5A，高速≤7.5A；</p><p>　　額定轉(zhuǎn)矩：5.780 N · m</p><p>　　制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：28.42 N · m</p><p>　　四、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及電機(jī)位置的布置</p><p>　　整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)(如圖13所示)，是由曲柄、左連桿、右連桿、左搖臂、右搖臂

79、等</p><p><b>　　圖 14</b></p><p>　　桿件組成。曲柄一端與蝸輪蝸桿減速器的輸出軸固連，曲柄另一端有兩個(gè)直徑相同的球頭，球頭與連桿的端部的球窩組成球鉸。由于雨刮左右轉(zhuǎn)軸存在一定的角度，采用球鉸運(yùn)動(dòng)副可以使機(jī)構(gòu)被過(guò)約束。設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，已知的參數(shù)有左右轉(zhuǎn)軸的位置，左右搖臂也可以采用原有設(shè)計(jì)，左右搖臂的兩個(gè)極限狀態(tài)亦可知，曲柄也采用原有設(shè)計(jì)，

80、主要需要確定電機(jī)的位置，連桿的參數(shù)、形狀及固定桿的參數(shù)、形狀。</p><p>　　1、布置電機(jī)的位置。電機(jī)的位置由原有設(shè)計(jì)的偏置式改為中置式，電機(jī)位置的移動(dòng)必須考慮對(duì)現(xiàn)有水槽空間的利用；同時(shí)在切入深度較小的情況下，可以考慮向內(nèi)加強(qiáng)板本體后面(或水槽本體前面)切入一定的深度。經(jīng)試移動(dòng)發(fā)現(xiàn)，水槽本體前面所剩空間不多(如圖14所示),圖中電機(jī)前方有一鼓包，鼓包所圍出的空間是為真空助力器所留，因真空助力器占空間較大，移

81、動(dòng)一下會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的部件重新布置，故電機(jī)偏向內(nèi)加強(qiáng)板本體一側(cè)布置。根據(jù)移動(dòng)電機(jī)的情況發(fā)現(xiàn)，電機(jī)不可避免地切入內(nèi)加強(qiáng)板本體?？紤]沖壓件的設(shè)計(jì)要求，在改進(jìn)內(nèi)加強(qiáng)板本體時(shí)，盡可能減少電機(jī)的切入深度；同時(shí)，設(shè)計(jì)鼓包結(jié)構(gòu)時(shí)須注意與內(nèi)加強(qiáng)板本體原有的沖模方向保持一致。電機(jī)的位置布置還必須考慮連桿的連接。</p><p>　　2、連桿的確定。左右連桿的長(zhǎng)度一般近似相等，連桿兩端的連接均采用球鉸。根據(jù)電機(jī)的大致位置及單側(cè)

82、搖臂的一個(gè)極限位置先大致確定一根連桿的狀態(tài)。在使用CATIA軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用自上而下關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的方式(在設(shè)計(jì)一個(gè)部件的時(shí)候，其某些特征是引用所在裝配體內(nèi)的其他部件的某個(gè)特征為參照，兩者發(fā)生幾何關(guān)聯(lián)，當(dāng)被引用部件的相關(guān)特征發(fā)生改變時(shí)，引用部件的關(guān)聯(lián)特征也發(fā)生改變)。連桿的球窩與搖臂上固結(jié)的球頭發(fā)生關(guān)聯(lián)，而連桿的桿體部分又根據(jù)球頭而設(shè)計(jì)。當(dāng)連桿任意一端的球頭位置發(fā)生改變時(shí)，連桿的長(zhǎng)度也發(fā)生相應(yīng)變化。兩根連桿與曲柄接觸的地方為關(guān)聯(lián)點(diǎn)，當(dāng)拖動(dòng)

83、電機(jī)或曲柄的位置時(shí)，兩根連桿可始終保持與曲柄的球鉸結(jié)構(gòu)，而相應(yīng)的桿長(zhǎng)發(fā)生變化。在設(shè)計(jì)連桿的同時(shí)，可隨時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析以確認(rèn)連桿結(jié)構(gòu)滿足刮刷要求(本文將下一節(jié)論述運(yùn)動(dòng)分析的具體做法)，同時(shí)還需注意連桿結(jié)構(gòu)不與車(chē)身部件發(fā)生干涉。下面對(duì)連桿機(jī)構(gòu)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)可以作為兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別校核。主要需要校核的參數(shù)有：</p><p>　　(1)、各桿長(zhǎng)度是否符合曲柄最短，且曲柄與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于另二桿長(zhǎng)度之

84、和</p><p><b>　　的原則；</b></p><p>　　(2)、保證機(jī)構(gòu)無(wú)急回現(xiàn)象，即搖臂行程速度變化系數(shù)K≤1.05；</p><p>　　(3)、最小傳動(dòng)角＞35°。</p><p>　　對(duì)右曲柄連桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)CATIA軟件的測(cè)量，各設(shè)計(jì)參數(shù)分別是曲柄工作長(zhǎng)度L1=40mm，右連桿工作長(zhǎng)度L2

85、=256mm，右搖臂工作長(zhǎng)度L3=53mm，減速器輸出軸中心到雨刮右轉(zhuǎn)軸的距離在右曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作平面投影長(zhǎng)度L4=255mm。由此可知，曲柄為最短桿，曲柄與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和(296mm)小于另二桿長(zhǎng)度之和(308mm)。</p><p><b>　　極位角</b></p><p>　　則搖臂行程速度變化系數(shù)</p><p>　　故右曲柄連桿機(jī)構(gòu)

86、無(wú)急回現(xiàn)象。</p><p><b>　　最小傳動(dòng)角</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　對(duì)左曲柄連桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)CATIA軟件的測(cè)量，各設(shè)計(jì)參數(shù)分別是左連桿工作長(zhǎng)度</p><p>　　L5=274mm，左搖臂工作長(zhǎng)度L6=61mm，減速器輸出軸中心到雨刮左轉(zhuǎn)

87、軸的距離在左曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作平面投影長(zhǎng)度L7=281mm。由此可知，曲柄為最短桿，曲柄與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和(321mm)小于另二桿長(zhǎng)度之和(335mm)。</p><p><b>　　極位角</b></p><p>　　則搖臂行程速度變化系數(shù)</p><p>　　故左曲柄連桿機(jī)構(gòu)無(wú)急回現(xiàn)象。</p><p><b>

88、;　　最小傳動(dòng)角 </b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　此處左右兩根連桿桿長(zhǎng)并不完全相等，如圖16所示電機(jī)最終所處的位置接近整個(gè)水槽總成的最窄處，電機(jī)現(xiàn)在偏離兩雨刮轉(zhuǎn)軸正中間大約10mm，但這樣布置的好處是：電機(jī)所在位置盡量減少了其切入內(nèi)加強(qiáng)板本體的深度，鼓包結(jié)構(gòu)也注意避讓了制動(dòng)踏板的安裝點(diǎn)；電機(jī)沒(méi)有切入水槽本

89、體，僅影響內(nèi)加強(qiáng)板本體，盡量縮小影響面。根據(jù)以上各項(xiàng)校核，按此設(shè)計(jì)的連桿機(jī)構(gòu)符合使用要求。</p><p><b>　　圖 16</b></p><p>　　3、固定桿的確定。固定桿兩端各有一個(gè)與雨刮轉(zhuǎn)軸相配合的長(zhǎng)圓柱孔，這樣根據(jù)雨刮轉(zhuǎn)軸就可以首先確定固定桿兩端的結(jié)構(gòu)。固定桿一般是由管料根據(jù)雨刮系統(tǒng)的布置彎制成的。在CATIA軟件里，通過(guò)線架構(gòu)與曲面設(shè)計(jì)模塊可以先確定

90、固定桿的脊線，再用掃掠(一定形狀的截面按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)獲得的特征)的方法獲得桿的形狀。如圖16所示，固定桿中間折了兩下，主要是為了避讓水槽本體的鼓包結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)采用CATIA軟件，可以將固定桿設(shè)計(jì)成只在一個(gè)平面內(nèi)發(fā)生彎折，這樣既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)又減少了生產(chǎn)中的工作量。固定桿左右各有一個(gè)安裝點(diǎn)，固定板上左右各有一個(gè)耳板結(jié)構(gòu)與之配合。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)直接采用原有安裝點(diǎn)，耳板結(jié)構(gòu)也根據(jù)安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)。</p><p>　

91、　至此，雨刮器的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本完成。</p><p>　　4.5.2 相關(guān)車(chē)身部件的設(shè)計(jì)</p><p>　　此次雨刮器改進(jìn)設(shè)計(jì)主要涉及下面幾個(gè)車(chē)身零件的設(shè)計(jì)：前風(fēng)擋下橫梁、內(nèi)加強(qiáng)</p><p>　　板本體、水槽本體的改進(jìn)設(shè)計(jì)，電機(jī)安裝板的重新設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　車(chē)身部件的特點(diǎn)</b></p&g

92、t;<p>　　轎車(chē)車(chē)身一般由大約400件沖壓件焊接而成，其中大型沖壓件有20余種，包括</p><p>　　前圍后圍骨架等結(jié)構(gòu)件以及發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板、頂蓋等大型覆蓋件。轎車(chē)車(chē)身的沖壓件，特別是車(chē)身的大型覆蓋件，基本上都是空間曲面，而且形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，故在用CATIA設(shè)計(jì)車(chē)身時(shí)，所有車(chē)身部件均處于同一直角坐標(biāo)系下，所有部件建模均在空間中進(jìn)行，這與一般機(jī)械產(chǎn)品建模有很大區(qū)別，建模難度較大。在設(shè)計(jì)

93、車(chē)身沖壓件時(shí)，必須確定一個(gè)沖模方向，所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都必須考慮是否符合沖模方向。</p><p>　　前風(fēng)擋下橫梁、內(nèi)加強(qiáng)板本體、水槽本體的改進(jìn)設(shè)計(jì)</p><p>　　下圖所示為前風(fēng)擋下橫梁、內(nèi)加強(qiáng)板本體、水槽本體的原有設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　圖 17</b></p><p>　　根據(jù)電機(jī)的布置和連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

94、，對(duì)上述各件作了改進(jìn)。主要有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1)、考慮左搖臂的旋轉(zhuǎn)空間，去掉圖17中6處前風(fēng)擋下橫梁的耳板，又基于對(duì)稱性原則，將與6處關(guān)于汽車(chē)縱向中間平面對(duì)稱的另一處耳板(1處)也去掉；</p><p>　　(2)、考慮右搖臂的旋轉(zhuǎn)空間，去掉圖17中3處前風(fēng)擋下橫梁的耳板；</p><p>　　(3)、考慮曲柄的旋轉(zhuǎn)空間，去掉圖17中4處前風(fēng)擋下橫

95、梁的耳板，又基于對(duì)稱性原則，將與4處關(guān)于汽車(chē)縱向中間平面對(duì)稱的另一處耳板(2處)也去掉；</p><p>　　(4)、由于雨刮電機(jī)中置，原先電機(jī)控制線路從圖17中8處的孔進(jìn)，現(xiàn)改為從圖17中7處的孔進(jìn)。故水槽本體在沖壓時(shí)，8處不再?zèng)_孔，改在7處沖孔；</p><p>　　(5)、圖17中5處由于電機(jī)切入內(nèi)加強(qiáng)板本體，需設(shè)計(jì)一鼓包結(jié)構(gòu)。</p><p>　　如圖18所

96、示為改進(jìn)后的設(shè)計(jì)，以上改進(jìn)設(shè)計(jì)主要應(yīng)用CATIA軟件的自由風(fēng)格曲面造型、優(yōu)化及截面線設(shè)計(jì)模塊及創(chuàng)成式曲面外形設(shè)計(jì)與優(yōu)化模塊。</p><p><b>　　圖 18</b></p><p>　　3、電機(jī)安裝板的重新設(shè)計(jì)</p><p>　　電機(jī)安裝板是本次設(shè)計(jì)中比較難建模的一個(gè)件，總計(jì)195個(gè)特征。下面就建模時(shí)比較關(guān)鍵的幾點(diǎn)作一說(shuō)明。</p

97、><p>　　(1)、確定沖模方向。如圖19所示，由于電機(jī)依靠三個(gè)安裝點(diǎn)固定在電機(jī)安裝板上，且電機(jī)輸出軸垂直于安裝平面，故選擇電機(jī)輸出軸軸線方向?yàn)闆_模方向；</p><p>　　(2)、電機(jī)安裝板一般都固定在連桿機(jī)構(gòu)的固定桿上。固定方法有兩種：徑向凸點(diǎn)焊和邊緣燒焊。對(duì)于這種跨越固定桿的沖壓件，一般采用凸點(diǎn)焊，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能增大接觸面積，同時(shí)接觸部分的形狀應(yīng)盡可能與桿的外表面保持一致，這樣便于

98、施焊。</p><p>　　(3)、電機(jī)安裝板應(yīng)當(dāng)有一定的截面形狀變化，以提高其抗彎和抗扭剛度；</p><p>　　(4)、為減少雨刮電機(jī)的噪聲傳入車(chē)內(nèi)，在電機(jī)固定板與車(chē)身件連接的地方都應(yīng)使用橡膠墊；</p><p>　　(5)、電機(jī)安裝板設(shè)計(jì)中應(yīng)保證工件彎曲半徑大于板材料的最小彎曲半徑，若工件彎曲半徑小于板材料的最小彎曲半徑，則應(yīng)進(jìn)行兩次彎曲；</p>

99、;<p>　　(6)、適當(dāng)?shù)卦陔姍C(jī)安裝板彎曲的地方布置加強(qiáng)筋以增加彎曲變形區(qū)的剛度和塑性變形程度；</p><p>　　(7)、電機(jī)安裝板不應(yīng)與其它件存在干涉。</p><p><b>　　圖 19</b></p><p>　　4.6 雨刮器的干涉分析</p><p>　　干涉分析主要是檢驗(yàn)組成裝配體的零部

100、件幾何體之間是否發(fā)生重疊現(xiàn)象。雨刮器的干涉分析主要包括兩部分，一是在CATIA軟件中的靜態(tài)干涉分析，主要是雨刮機(jī)構(gòu)本身的干涉分析；二是在ADAMS軟件中的動(dòng)態(tài)干涉分析，主要是雨刮系統(tǒng)與車(chē)身其它件的干涉分析。</p><p>　　CATIA軟件裝配體設(shè)計(jì)模塊中的靜態(tài)干涉檢查功能可以完成重合情況分析、干涉情況分析、間隙分析及自定義干涉分析等四種類型的干涉分析，并可以針對(duì)兩個(gè)部件之間、單件與多個(gè)部件之間、所有部件之間等

101、三種不同接觸情況。此處主要是針對(duì)雨刮機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，各部件間的干涉情況做出分析。由圖20可以看到在CATIA軟件中對(duì)雨刮系統(tǒng)所有部件的重合和干涉分析情況。通過(guò)建模過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行的靜態(tài)干涉分析，可以使模型更接近實(shí)際情況。以上靜態(tài)干涉分析最終必須檢查出沒(méi)有干涉，才能保證下面的動(dòng)態(tài)干涉分析的有效性。</p><p>　　下面重點(diǎn)論述一下在ADAMS軟件對(duì)雨刮系統(tǒng)與車(chē)身部件間的動(dòng)態(tài)干涉分析。主要由以下幾個(gè)步驟：建立運(yùn)

102、動(dòng)學(xué)模型；模型數(shù)據(jù)傳遞；施加約束副和驅(qū)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)仿真及動(dòng)態(tài)干涉分析。</p><p>　　建立雨刮系統(tǒng)與前風(fēng)擋下橫梁的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型</p><p>　　在CATIA中完成雨刮系統(tǒng)與前風(fēng)擋下橫梁建模(如圖21)，并檢查所有部件沒(méi)有靜態(tài)干涉。</p><p><b>　　圖 21</b></p><p><b>　　二

103、、模型數(shù)據(jù)傳遞</b></p><p>　　通過(guò)CATIA與ADAMS的接口軟件MSC.SimDesigner for CATIA V5中的Gateway模塊，可以將CATIA的模型導(dǎo)入ADAMS中。</p><p>　　三、施加約束副和驅(qū)動(dòng)</p><p>　　模型導(dǎo)入ADAMS后，先設(shè)置大地坐標(biāo)系Z軸的負(fù)向(-Global Z)為重力方向(與CATI

104、A中的重力方向一致)，重力大小為9806.65mm/s2。然后給各部件加上相應(yīng)的約束副(表1)。</p><p><b>　　表 1</b></p><p>　　考慮零件相同，上表并未區(qū)分連桿、刮臂、轉(zhuǎn)軸、搖臂等的左右件。根據(jù)ADAMS</p><p>　　的假設(shè)，所有在仿真過(guò)程中相對(duì)靜止的部件均設(shè)置為與大地固定連結(jié)。刮片設(shè)置為與刮臂固定連結(jié)，

105、刮臂和搖臂均設(shè)置為與轉(zhuǎn)軸固定連結(jié)，以保證符合原有的刮刷區(qū)域。這次動(dòng)態(tài)干涉分析主要是對(duì)雨刮系統(tǒng)與前風(fēng)擋下橫梁的動(dòng)態(tài)干涉情況進(jìn)行分析，若沒(méi)有干涉則檢查間隙情況。前風(fēng)擋下橫梁主要作為分析參考部件，故也被設(shè)置為與大地固定連結(jié)。</p><p>　　約束副施加完以后，對(duì)曲柄與電機(jī)之間的圓柱副添加驅(qū)動(dòng)，設(shè)置其轉(zhuǎn)速為每秒轉(zhuǎn)動(dòng)360度，相當(dāng)于雨刮器處于高頻工作狀態(tài)(刮刷頻率為60次/分)。</p><p&g

106、t;<b>　　圖 22</b></p><p>　　四、模型的運(yùn)動(dòng)仿真及動(dòng)態(tài)干涉分析</p><p>　　完成雨刮系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立后，執(zhí)行仿真。設(shè)置仿真中止時(shí)間(End Time)為</p><p>　　2秒，仿真工作步(Step)為240步。圖22、23分別為起始位置和Time=0.5s時(shí)雨刮器的狀態(tài)。</p><p

107、><b>　　圖 22</b></p><p>　　下面進(jìn)入ADAMS軟件的分析后處理模塊(ADAMS/PostProcessor),利用其中的間隙計(jì)算功能對(duì)需要進(jìn)行干涉分析的零件進(jìn)行定義。由運(yùn)動(dòng)仿真的情況看，主要有以下幾處地方需要進(jìn)行干涉分析：左搖臂與前風(fēng)擋下橫梁；曲柄連桿鉸接點(diǎn)與前風(fēng)擋下橫梁；右搖臂與前風(fēng)擋下橫梁。</p><p>　　ADAMS/PostP

108、rocessor的間隙計(jì)算功能有兩種計(jì)算法：多邊形計(jì)算法(圖25)和頂點(diǎn)計(jì)算法(圖26)。一般從其它軟件導(dǎo)入ADAMS的幾何體，其原有表面都被用有限數(shù)量個(gè)三角形平面所代替。多邊形計(jì)算法是計(jì)算兩個(gè)屬于不同幾何體的三角形平面之間的最小距離來(lái)獲得間隙值，這種計(jì)算法比較精確但耗時(shí)較多。頂點(diǎn)計(jì)算法是計(jì)算兩個(gè)屬于不同幾何體的三角形平面的頂點(diǎn)來(lái)獲得間隙值，這種計(jì)算法不如多邊形計(jì)算法精確但計(jì)算時(shí)間較短。本次分析采用多邊形計(jì)算法，以獲得一個(gè)較為精確的結(jié)果

109、[11]。</p><p>　　圖 23 圖 24</p><p>　　表2所示為動(dòng)態(tài)分析的名稱及相應(yīng)零件。</p><p><b>　　表 2</b></p><p>　　圖26所示為雨刮系統(tǒng)與前風(fēng)擋下橫梁動(dòng)態(tài)干涉分析示意圖。圖中三根黃線分別代表Clearance 1、Clearance 2、C

110、learance 3。</p><p><b>　　圖 25</b></p><p>　　分析結(jié)果曲線如圖27、28、29所示。圖27為右搖臂與前風(fēng)擋下橫梁的分析結(jié)果，圖28為左搖臂與前風(fēng)擋下橫梁的分析結(jié)果，圖29為曲柄與前風(fēng)擋下橫梁的分析結(jié)果。</p><p><b>　　圖 26</b></p><