机场候机楼电气火灾监控系统的应用.docx

摘?要：

汽车雨刷器是雨天安全行驶的首要保障，鉴于此，针对某一汽车前窗尺寸，结合雨刷器的基本构造及运行原理，对汽车雨刷器各部分构件进行尺寸设计计算，并在SolidWorks建模环境中得到虚拟样机，借助SolidWorks中的Motion模块完成运动仿真，经运行模拟，两个雨刷器之间无运动干涉，证实结构具备合理性，能够满足雨天行车要求，且雨刮片质心速度运动曲线、质心加速度运动曲线、质心角速度运动曲线、质心角加速度运动曲线呈现周期变化。

关键词：

汽车雨刷器；三维模型；运动仿真；周期变化

?0?

引言

1903年发明了手动雨刷器，并不断改进完善，注册了专利；1962年，根据人的生理特征发明了电动间歇雨刷器，即眨眼雨刷，并展开了历时33年的维权之争，最终胜诉。如今，沈阳工业大学利用Matlab中的SimMechanics模块对雨刷器进行了运动仿真，为结构优化和改善提供参考；王昕灿等人[2]优化了雨刷器结构，扩大了雨刮面积，并利用ADAMS完成了运动仿真。雨刷器自始至终服务于广大驾驶者，而雨刷器的结构及性能能从根本上影响行车安全，所以，致力于雨刷器结构的设计与完善具有现实意义。

SolidWorks作为一款三维建模软件，因具备操作简易、功能强大的优势在工业设计中得到广泛应用，其内置模块Motion能够对机构运动进行仿真。雨刷器总成由雨刷电机、减速器、铰链四杆机构、雨刮臂及雨刮片等组成，本文基于SolidWorks对汽车雨刷器进行结构设计与运动仿真，为工程实践与应用提供相应的理论参考。

?1?

雨刷器结构设计及三维建模

1.1

设计要求

对某型号汽车的车窗尺寸进行测量，为140cm×75cm，该尺寸在汽车领域较为普遍，具有一定的设计研究意义。雨刷器运动应平稳、不卡顿，具有一定周期性，且为保证驾驶员清晰的视野范围，国家发布了相应的标准。标准规定是从驾驶员位置和视角考虑的，前车窗玻璃上擦净的区域A、B分别为98%、80%，具体如图1所示。

雨刮片目前已标准化，考虑到互换性与更换便捷性的因素，雨刷器尺寸结构设计时应尽量采用标准雨刮片。

在雨刷器挂刷的一个周期内，起刮前，雨量较大，应保证较高的雨刷速度，保持驾驶员前方视野明朗；回刮时，雨量较小，可适当降低雨刷器速度，进一步刮净雨水，需设置急回运动满足要求，且急回运动能保证较高的工作效率。

1.2

尺寸综合及三维建模

为便于控制雨刷器转速，雨刷器采用雨刷电机驱动，其结构原理为雨刷电机经蜗轮蜗杆减速器，利用连杆将运动传递给刮臂，故选用曲柄摇杆机构，需满足杆长条件，即最短杆与最长杆之和小于等于其余两杆，且最短杆为连架杆。根据玻璃尺寸，设定曲柄摇杆机构机架的长度为210mm，为保证较大的挂刷角，且使其具备急回特性，得到曲柄摇杆机构的两极限位置，其中曲柄长68mm，连杆280mm，摇杆150mm，如图2所示。

如图2所示，极位夹角为机构处于两个极限位置时曲柄之间的夹角，根据余弦定理求极位夹角θ为：

行程速比系数为：

根据正弦定理可知，摆角Ψ=85°＞80°。根据上述计算，该尺寸下的雨刷器具备急回特性，且摆角达到85°，挂刷面积较大，尺寸的设计与选定具备合理性。

对于雨刮臂尺寸的确定，为满足互换性要求，尽量采用标准雨刮臂，雨刮臂标准尺寸有250、280、330、350、380、400、425、450、475、500、530、550、560、600、630、650、670、700mm。前车窗宽度750cm，预留雨刮片的尺寸，选定两雨刮臂的尺寸为400mm与500mm。最终根据雨刮臂及车窗的尺寸，参照相应的国标，选定雨刮片为14in（35cm）与26in（65cm），分别对应副驾与主驾驶员的视野。

雨刷器分为对刮与顺刮，鉴于人机工程考虑，且为保证两雨刷器能协调运动，充分保障主驾驶员的视线，本文采用顺刮方式，通过平行四边形机构控制两雨刷器同步运动。前车窗长为140cm，为避免机构与车体发生冲撞，平行四边形右铰链与玻璃右侧留有50mm余量，并设定两机架之间的长度为650mm。雨刷电机选用永磁直流电机，便于实现转速调节。综合上述尺寸及结构，基于三维建模软件在SolidWorks中得到雨刷器结构简图，如图3所示。

?2?

运动仿真及结果分析

2.1

模型的导入及计算过程

Motion作为SolidWorks的一个高性能内部插件，具有简化约束过程的优势，能够对复杂机械系统进行运动学及动力学仿真，从而得知其结构系统是否会发生干涉，并可得到相应的速度曲线、加速度曲线、角速度曲线等输出，以便进行更深入的记录与分析，为研究人员进行结构改善与优化提供有力参考。本文借助SolidWorksMotion完成运动仿真及数据输出的整体过程，如图4所示。

2.2

曲线生成与分析

在SolidWorksM