轎車雨刮器的設(shè)計(jì)

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目 錄第 1 章 轎車雨刮器 .11.1 引言 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 汽車雨刮器的研究現(xiàn)狀 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.3 雨刮器 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41.3.1 雨刮的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41.3.2 雨刮品質(zhì)的評(píng)價(jià) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51.3.3 刮水器傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????71.4 雨刮器相關(guān)參數(shù)的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????71.4.1 雨刮器尺寸初定 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????71.4.2 曲柄搖桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9第 2 章 ADAMS 建模分析 122.1 ADAMS 功能簡(jiǎn)介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????122.2 基于 ADAMS 虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)流程 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????132.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)改進(jìn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????142.4 新模型建立 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????142.5 本章小結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16第 3 章 Pro/E 模型的建立與裝配 .173.1 三維 CAD 建模技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用 ?????????????????????????????????????????????????????????????173.2 零件模型的建立 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????183.3 零件模型的裝配 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????223.4 本章小結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24第 4 章 模擬仿真 .254.1 將 Pro/E 裝配模型導(dǎo)入 ADAMS 中 ????????????????????????????????????????????????????????????????????254.2 給 Pro/E 裝配模型施加約束 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????274.3 給 Pro/E 裝配模型施加力和驅(qū)動(dòng)進(jìn)行仿真 ????????????????????????????????????????????????????????284.4 繪制出仿真數(shù)據(jù)分析圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????314.5 利用函數(shù)控制雨刮器進(jìn)行間歇刮水 ???????????????????????????????????????????????????????????????????414.6 雨刮器刮掃面積的分析計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????424.7 本章小結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43結(jié) 論 .44參考文獻(xiàn) .451第 1 章 轎車雨刮器1.1 引言汽車風(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，將會(huì)影響駕駛員的視線，對(duì)行車安全帶來(lái)很大不利。為了確保擋風(fēng)玻璃清潔明亮，汽車上都裝有風(fēng)窗雨刮器。其功能是將玻璃上的雨水、塵埃、污垢刮凈，以獲得清晰的視野，保證行車安全。汽車雨刮器，是一個(gè)很小卻又不容忽視的汽車部件，它能擦亮汽車的“雙眼”，使司機(jī)的視線更加清晰。汽車雨刮器是用來(lái)清掃汽車風(fēng)窗玻璃上的雨雪和塵埃的裝置，一旦它失去作用，將直接影響到司機(jī)雨天駕駛視野的清晰度。雨刮器看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是從驅(qū)動(dòng)電機(jī)到最終的刮刀的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)動(dòng)方式都決定雨刮器的性能。雨刮器雖然是汽車的附件，但很多汽車制造企業(yè)將雨刮器列為汽車的安全部件, 并將雨刮器的一些功能特性(如刮刷頻率)列為安全特性 ,由此可見(jiàn)，雨刮器與汽車的安全性能有著緊密的關(guān)系，是我們不容忽視的汽車部件。目前國(guó)內(nèi)外的雨刮器都不能消除刮掃死角，本次設(shè)計(jì)也不能完全消除刮掃死角，但力求刮掃面積增大，使司機(jī)可以盡量有最寬闊的視野。1.2 汽車雨刮器的研究現(xiàn)狀 雨刮器總成含有電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、掛水片總成等。當(dāng)司機(jī)按下雨刮器的開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動(dòng)擺臂，擺臂帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動(dòng)，最后由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)雨刮片刮掃擋風(fēng)玻璃。雨刮器的種類很多, 按安裝位置分, 有頂置、底置、側(cè)置、前后置和內(nèi)外置等;按雨刮范圍分, 有局部雨刮、整體雨刮、單面雨刮和雙面雨刮;按運(yùn)動(dòng)方式分, 有四桿機(jī)構(gòu)左右擺動(dòng)式、導(dǎo)軌式直線和弧線運(yùn)動(dòng)式;按制作材料分,有普通黑膠體雨刮器、透明塑料體雨刮器和磁性體雨刮器。目前,車輛上廣泛使用的是曲柄連桿機(jī)構(gòu)黑膠體雨刮器。國(guó)外對(duì)汽車電動(dòng)雨刮器的性能要求：1、耐久性能2美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 1975 年 SAEJ903b 推薦（1）總成耐久試驗(yàn) （2）刮片耐久試驗(yàn) （3）橡膠片耐久試驗(yàn) 日本標(biāo)準(zhǔn) 1976 年 JISD5710 推薦（1）橡膠片耐久試驗(yàn)（2）總成耐久試驗(yàn) 試驗(yàn)后搖臂的壓力變化和試驗(yàn)前相比應(yīng)在 15%以內(nèi), 搖臂和刮片的各部分不應(yīng)有明顯的松弛、松動(dòng)（配合、間隙等）或其他有害缺陷的產(chǎn)生。2、強(qiáng)度性能美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 1975 年 SAEJ903b 推薦在刮動(dòng)過(guò)程中阻擋搖臂 15 秒，試驗(yàn)后應(yīng)仍能正常工作。3、刮刷性能美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 1975 年 SAEJ903b 推薦耐久試驗(yàn) 試驗(yàn)后刷凈性能仍應(yīng)達(dá)到 75%。4、刮動(dòng)頻率（1）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 刮動(dòng)周期 1--20 秒（2）法國(guó)文獻(xiàn)介紹 刮動(dòng)頻率 12--40 次/分（3）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 間隔 3 秒較普遍（4）英國(guó)文獻(xiàn)介紹 適應(yīng)極細(xì)雨時(shí)用, 頻率和間歇均能獨(dú)立控制。（5）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 傾盆大雨時(shí)的刮刷頻率可高達(dá) 80 次/分,高于上述頻率則雨刮將在風(fēng)窗玻璃水而上浮掠而過(guò), 破壞刮水性能。（6）根據(jù) JB3033-81 規(guī)定，高頻刮拭頻率為 次/ 分，低頻為 次/分。頻71465??10245??率之差10 次 /分5、接觸面壓力（1）日本文獻(xiàn)介紹 刮片對(duì)風(fēng)窗玻璃的壓力 10--15 克/公分。（2）日本文獻(xiàn)介紹 接觸面壓力 低速 10 克/公分 高速車 15 克/公分（3）美國(guó)文獻(xiàn)介紹 汽車速度大于 60 哩/時(shí), 則刮片將受到空氣的浮力而降低刮刷性能3（4）日本文獻(xiàn)介紹 在汽車速度為 100 公里/時(shí), 400 毫米長(zhǎng)的刮片受到 200 克的空氣浮力, 使刮刷效果惡化, 此時(shí)為了改善其刮刷性能, 最低需要 400 克的壓力。6、橡膠片與摩擦系數(shù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 1975 年 SAEJ903b 推薦（1）耐久試驗(yàn) （2）化學(xué)試驗(yàn) 日本標(biāo)準(zhǔn) 1976 年 JISD5710 推薦 耐久試驗(yàn) 7、工作溫度范圍美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 1975 年 SAEJ903b 推薦（1）工作溫度范圍 55 士 3℃一 （2）高溫試驗(yàn) 溫度 55 士 3℃ 最高速連續(xù)工作 1/2 小時(shí)（3）低溫試驗(yàn) 溫度 -30 士 5℃ 最高速連續(xù)工作 1/2 小時(shí)法國(guó)文獻(xiàn)介紹 工作溫度范圍 -30℃-- 80℃8、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)效率與擺角日本文獻(xiàn)介紹 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)效率 80--85% 刮刷角度 ≯110o如超過(guò)此限度, 則尺寸誤差變得敏感、且易越過(guò)死點(diǎn), 致使效率下降。9、刮動(dòng)扭矩日本文獻(xiàn)的介紹 刮動(dòng)扭矩大于 50 公斤· 厘米隨著風(fēng)窗玻璃的大型化 , 刮片長(zhǎng)度大于 280 毫米的越來(lái)越多, 刮動(dòng)扭矩也隨著增大, 超過(guò)了 50 公斤· 厘來(lái)。10、刮動(dòng)電流 法國(guó)文獻(xiàn)介紹 刮動(dòng)電流 0.1 安培國(guó)外對(duì)雨刮器的設(shè)計(jì)要求都有了明確并且高標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 [4]。而我國(guó)現(xiàn)階段的雨刮器發(fā)展現(xiàn)狀是新產(chǎn)品喜憂參半, 老產(chǎn)品一統(tǒng)天下。（1）新產(chǎn)品喜憂參半。由于冬季車輛內(nèi)外溫差大,常常在車內(nèi)擋風(fēng)玻璃上結(jié)有很厚的一層冰霜, 必須使用熱水布反復(fù)擦除才能保證正常的視覺(jué)效果, 于是發(fā)明了雙面雨刮器。雙面雨刮器的不足是, 外雨刮片是車外物體 , 內(nèi)雨刮片與其一起聯(lián)動(dòng), 容易分散駕駛員注意力而引起視覺(jué)疲勞, 危害行車安全。通過(guò)改進(jìn), 把內(nèi)雨刮片改成磁條4式的, 無(wú)機(jī)械聯(lián)動(dòng), 需要時(shí)貼上, 用完后取下, 很方便。但是實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)磁性大小很難控制, 更麻煩的是加大磁場(chǎng)作用效果時(shí) , 干擾車內(nèi)電子設(shè)備, 用手機(jī)做測(cè)試, 通話質(zhì)量差, 甚至車內(nèi)收放音設(shè)備無(wú)法正常工作。局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷, 小范圍雨刮后視覺(jué)效果差, 影響駕駛員對(duì)前方全景的正確判斷。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn), 把雨刮片的曲線(圓周)往復(fù)運(yùn)動(dòng)改成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng), 雨刮面積加大。但是設(shè)計(jì)者把被雨刮的玻璃假想成直面矩形平板式, 而目前擋風(fēng)玻璃更多的是流線圓弧形等形狀, 直線整體雨刮在弧形玻璃上無(wú)法安裝。傳統(tǒng)雨刮片的材料是黑膠體, 技術(shù)人員把它改成透明狀, 增強(qiáng)了視覺(jué)感光效果。在具體測(cè)試時(shí), 遇到雨天夜晚行車 , 打開(kāi)雨刮設(shè)備 , 各類光源被透明雨刮片折射后與透明棒形成新的“ 發(fā)光棒” , 司機(jī)原本可遠(yuǎn)距離觀察, 這時(shí)卻被發(fā)光棒來(lái)回運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的發(fā)光“ 墻面”遮掩而眩目。（2）老產(chǎn)品一統(tǒng)天下。我國(guó)車輛工業(yè)近年來(lái)快速發(fā)展, 但是雨刮器作為一種附件, 其開(kāi)發(fā)一直得不到應(yīng)有的重視。一方面是用戶的使用和思維習(xí)慣, 另一方面是新產(chǎn)品的完備性和推廣價(jià)值不高。接受和認(rèn)可新型雨刮器要有一個(gè)過(guò)程, 真正的強(qiáng)適應(yīng)性雨刮器開(kāi)發(fā)出來(lái), 一定會(huì)是中國(guó)制造的一大特色。普通雨刮器經(jīng)久不衰, 除了沒(méi)有可靠的替代品之外, 另一個(gè)很重要的原因就是其質(zhì)量穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低和易于維修。而前幾種新型雨刮器要么處于試驗(yàn)階段,要么質(zhì)量不穩(wěn)定, 制造商不敢投入太多的資金搞推廣 [4]。由于以上種種原因，我國(guó)廣泛應(yīng)用的雨刮器一直沒(méi)有新的改進(jìn)與進(jìn)展。因此我國(guó)現(xiàn)階段的目標(biāo)因該是在一定的技術(shù)要求下，改進(jìn)老產(chǎn)品的不足，結(jié)合其他新產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出新型的，刮掃面積大的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的雨刮器。1.3 雨刮器雨刮器的作用是使刮水器系統(tǒng)達(dá)到其最終目的——有效地刮凈風(fēng)擋玻璃上刮拭范圍內(nèi)的雨水和塵埃，它是整個(gè)刮水系統(tǒng)效果好否的關(guān)鍵部件。1.3.1 雨刮的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雨刮分刮桿和刮片兩個(gè)部分，如圖 1.1 所示。刮桿部分是有接頭、刮桿臂、刮桿等零件組成的一個(gè)剛性桿件。接頭用以與傳動(dòng)軸輸出端相連接，刮臂等零件鉸接在接頭的轉(zhuǎn)軸銷上，在彈簧的作用下產(chǎn)生合適的壓力 p 給刮片中心，是指與風(fēng)擋玻璃吻合5后進(jìn)行工作。刮片部分是有橋架、膠條、卡簧、簧片等零件組成。主橋與副橋、簧片所夾持的膠條與橋腳、主橋軸心與刮桿聯(lián)接部分都合適地鉸接著，以保證與風(fēng)擋玻璃間具有正確吻合后進(jìn)行刮拭工作。刮片的橋架多少是刮片長(zhǎng)度和風(fēng)檔玻璃的曲率而定的，膠條簧片組成的端部?jī)H與橋架端部的一個(gè)橋腳固定，其余均可在橋腳間移動(dòng)，藉此保證膠條的曲線隨著風(fēng)擋玻璃的曲率變化而變化。圖 1.1 雨刮結(jié)構(gòu)1.3.2 雨刮品質(zhì)的評(píng)價(jià)雨刮的品質(zhì)是最終反映刮拭效果的關(guān)鍵，一般分下面幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)判。（1）外觀質(zhì)量雨刮表面必須經(jīng)防眩目處理，以防強(qiáng)光的反射造成對(duì)方駕駛員刺眼。一般在金屬件表面噴涂黑色無(wú)光或半光的環(huán)氧塑料，噴涂層應(yīng)與基體有較強(qiáng)的結(jié)合，在零件的棱角處觀察不應(yīng)有剝落或漏噴，噴涂面應(yīng)平整，光潔，不得有擦痕、起泡、掛料、堆積等疵病。（2）裝配質(zhì)量雨刮的各鉸接部位均應(yīng)靈活但又不可過(guò)份松動(dòng)，非鉸接中心軸線處的兩平面間不應(yīng)有明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)存在，例如接頭與主體、刮片與鉸接座等。刮片的橋架之間鉸接同上一樣，橋架腳與膠條的保持部應(yīng)移動(dòng)靈活，對(duì)刮片進(jìn)行曲率變化，其反應(yīng)應(yīng)靈敏，釋放外力后能迅速還原。刮桿對(duì)刮片的壓力應(yīng)合理。一般對(duì)曲刮來(lái)講，刮片每米長(zhǎng)應(yīng)有（12～16）克的力，測(cè)力的方法如圖 1.2 所示。6圖 1.2 刮桿對(duì)刮片的壓力測(cè)量（3）膠條的材料與質(zhì)量刮片的刮拭性能及耐用度最終是反映在膠條上的。一般膠條是用合成膠及氯丁膠制成，它應(yīng)能在（+60～40 ） 環(huán)境中耐一年以上的老化壽命，并保持一定的彈性恢C?復(fù)性能。硬度在邵爾氏（58～62）度，在自然狀態(tài)下應(yīng)平直，兩側(cè)無(wú)彎曲波。如圖2.9 所示。工作時(shí)下壓的姿態(tài)應(yīng)合理（圖 1.3） ，膠條工作部表面應(yīng)光滑，棱角清晰，膠條刃口應(yīng)平直（圖 1.4） 。若表面進(jìn)行氯化或石墨化處理則工作效果更好。圖 1.3 膠條自然狀態(tài)圖1-兩側(cè)不應(yīng)有波紋形； 2-刃口部；3-工作部；4- 頸部；5-保持部圖 1.4 膠條工作狀態(tài)圖7刃口好 刃口差 圖 1.4 膠條刃口圖 1.3.3 刮水器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)刮水器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸種類變化繁多，無(wú)統(tǒng)一的型號(hào)編制，因?yàn)樗膶Ｓ眯暂^強(qiáng)。其外形、安裝尺寸、刮拭角等尺寸參數(shù)基本上是由汽車制造廠根據(jù)汽車前圍的大小、高低及布置空間等要求而確定的。因此，習(xí)慣上對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的稱呼是根據(jù)車型而定的。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由一至三組曲柄搖桿機(jī)構(gòu)及雙搖桿機(jī)構(gòu)組成，如圖 1.5 所示。圖 1.5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖四連桿機(jī)構(gòu)的桿件一般由管材或槽鋼制成。桿件間的鉸接點(diǎn)均是球形關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，以彌補(bǔ)桿件運(yùn)動(dòng)平面在制造和安裝上的誤差，球鉸節(jié)的外套由高能工程塑料制成，因此具有吸收沖擊和減少噪音、防止鉸接點(diǎn)咬死等優(yōu)點(diǎn)。在工作時(shí)運(yùn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)，裝配維修時(shí)由于是靠零件的彈性過(guò)盈進(jìn)行軸向定位的，故不用專用工具即可方便拆卸 [10]。1.4 雨刮器相關(guān)參數(shù)的選擇1.4.1 雨刮器尺寸初定初定車窗面積、刮片長(zhǎng)度及刮掃角度如下：8圖 車窗面積及雨刮初步設(shè)計(jì)圖圖 車窗面積及雨刮初步設(shè)計(jì)尺寸圖根據(jù)已知轎車實(shí)際條件，初選雨刮器的右刮片長(zhǎng)度為 350mm，左刮片長(zhǎng)度為400mm。曲柄與左搖桿之間的距離為 250mm，曲柄與右搖桿之間的距離為 200mm。初定左搖桿為 60mm。初定刮片刮掃角度為 85 度。91.4.2 曲柄搖桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)左雨刮曲柄搖桿機(jī)構(gòu)計(jì)算圖設(shè)曲柄長(zhǎng)度為 a，左連桿長(zhǎng)度為 b。當(dāng)左搖桿運(yùn)動(dòng)到 D 位置時(shí)，AD=b-a，當(dāng)左搖桿運(yùn)動(dòng)到 E 位置時(shí)，AE=a+b所以 AE-AD=a+b-b+a=2a由圖可知 AD=AB,AE-AD=BE=2a測(cè)量出圖中 BE 的長(zhǎng)度為 70mm，則曲柄長(zhǎng)度為 35mm，左連桿長(zhǎng)度為 230mm。圖 右雨刮曲柄搖桿機(jī)構(gòu)計(jì)算圖由三角形余弦定理 得2abccos????40AB7)(C2cos165????1040ABC2cos82????解得：AB=70mmBC=200mm所以右搖桿為 70mm，右連桿為 235mm。根據(jù)曲柄搖桿各桿長(zhǎng)度必須滿足以下條件，如圖 2.17 所示。中1ACD?()BACD???2+中所以有：ADBC??A（2.1）將公式兩兩相加，化簡(jiǎn)可得：ABC?D（2.2）圖 四連桿機(jī)構(gòu)根據(jù)以上計(jì)算，初選左右曲柄搖桿的尺寸，如圖 2.18 所示。11圖 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)由上圖可知此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有整轉(zhuǎn)副，曲柄為 CF。12第 2 章 ADAMS 建模分析2.1 ADAMS 功能簡(jiǎn)介機(jī)械系統(tǒng)分析軟件 ADAMS 是世界上應(yīng)用廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件。它是有美國(guó)學(xué)者蔡斯等人利用多剛體動(dòng)力學(xué)理論，選取系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)剛體質(zhì)心在慣性參考系中的三個(gè)直角坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標(biāo)編制的計(jì)算程序。ADAMS 軟件應(yīng)用了解決剛性積分問(wèn)題的方法，并采用稀疏矩陣技術(shù)提高了計(jì)算效率。用戶利用 ADAMS 軟件可以建立和測(cè)試虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上仿真分析復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能。目前 ADAMS 軟件在汽車和航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用 ADAMS 軟件，用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的幾何模型。該模型可以是在 ADAMS 軟件中直接建造的簡(jiǎn)化幾何模型，也可以是從其他 CAD 軟件中轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力和力矩及運(yùn)動(dòng)激勵(lì)；最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試，得到實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)仿真。機(jī)械系統(tǒng)分析軟件 ADAMS 使用交互式圖形環(huán)境和部件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，用堆積木式方法建立三維機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)化模型并通過(guò)對(duì)其運(yùn)動(dòng)性能的仿真分析和比較來(lái)研究“虛擬樣機(jī)”可供選擇的設(shè)計(jì)方案。ADAMS 仿真可用于估計(jì)機(jī)械系統(tǒng)性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的載荷輸入。ADAMS 的核心仿真軟件包有交互式圖形環(huán)境 ADAMS/View 和仿真求解器 ADAMS/Solver。還有建模用集成用、顯示用、擴(kuò)展模塊。ADAMS 軟件包括 3 個(gè)最基本的解題程序模塊： ADAMS/View（界面模塊） 、ADAMS/Slover（求解器）和 ADAMS/Postprocessor（后處理） 。另外還有一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用的附加程序模塊，例如：ADAMS/Car（轎車模塊） 、ADAMS/Rail （機(jī)車模塊） 、ADAMS/Driver（駕駛員模塊） 、ADAMS/Tire（輪胎模塊） 、ADAMS/Linear（線性模塊） 、ADAMS/Flex（柔性模塊） 、 ADAMS/Control（控制模塊） 、 ADAMS/FEA （有限元模塊） 、 ADAMS/Hydraulics（液壓模塊） 、 ADAMS/Exchange（接口模塊） 、Mechanism/Fro（與 Pro/Engineer 的接口模塊） 、ADAMS/Animation（高速動(dòng)畫(huà)模塊）等。132.2 基于 ADAMS 虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)流程· 幾何建?！?施加運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)約束· 施加載荷樣機(jī)建模仿真分析· 設(shè)置測(cè)量和仿真輸出· 進(jìn)行仿真分析· 回放仿真結(jié)果· 繪制仿真結(jié)果曲線驗(yàn)證仿真分析結(jié)果· 輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)· 添加實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線精制樣機(jī)模型· 增加摩擦力· 定義柔性物體和連接· 改進(jìn)載荷函數(shù)· 定義控制與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致?迭代設(shè)計(jì)· 設(shè)置可變參數(shù)點(diǎn)· 定義設(shè)計(jì)變量否 是優(yōu)化設(shè)計(jì)· 進(jìn)行主要設(shè)計(jì)影響因素研究· 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究· 進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)研究自動(dòng)化設(shè)計(jì)· 創(chuàng)建用戶自定義界面· 創(chuàng)建用戶自定義對(duì)話框· 記錄和重現(xiàn)仿真過(guò)程基于 ADAMS 虛擬技術(shù)開(kāi)發(fā)流程142.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)改進(jìn)根據(jù)上一章節(jié)中所計(jì)算出的曲柄搖桿的尺寸在 ADAMS 中建模，結(jié)果發(fā)現(xiàn)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)不能完全運(yùn)轉(zhuǎn)到位，并且刮片之間發(fā)生了干涉，因此在 ADAMS 中進(jìn)行了改進(jìn)，再次建立模型。改進(jìn)后的尺寸如圖 2.1。圖 2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)并且確定右刮片長(zhǎng) 350mm，左刮片長(zhǎng) 400mm。2.4 新模型建立在 ADAMS 下，根據(jù)重新定好的尺寸，利用點(diǎn)工具，建立曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)如圖 2.2圖 2.2 各點(diǎn)所在位置視圖利用桿工具，連接各點(diǎn)，建立各個(gè)桿。如圖 2.3 所示。15圖 2.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖根據(jù)要求，把各桿用鉸接和鎖定約束，在搖桿上加一個(gè)電機(jī)的，使搖桿可以轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示。如圖 2.4 所示圖 2.4 約束圖完成 ADAMS 模型建立，初步仿真不干涉，如圖 2.5 所示。16圖 2.5 完成模型圖2.5 本章小結(jié)本章對(duì) ADAMS 的發(fā)展以及基本功能進(jìn)行了概述，并運(yùn)用 ADAMS 軟件對(duì)雨刮器的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步干涉檢驗(yàn)，從而更加準(zhǔn)確的確定了雨刮器曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的尺寸，以便接下來(lái)實(shí)現(xiàn) Pro/E 建模。 17第 3 章 Pro/E 模型的建立與裝配3.1 三維 CAD 建模技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用汽車行業(yè)是 CAD 技術(shù)最先應(yīng)用的領(lǐng)域之一，國(guó)外一些著名的汽車公司很早就自行開(kāi)發(fā) CAD 軟件。到現(xiàn)在，CAD 技術(shù)幾乎被所有汽車公司所采用，可以說(shuō) CAD 技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助工程分析）的應(yīng)用水平，已經(jīng)成為評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)水平的重要指標(biāo)。在我國(guó)，汽車企業(yè)一直都作為國(guó)家和地方的利稅大戶，同時(shí)也是 CAD 技術(shù)應(yīng)用的先鋒。CAD 技術(shù)在企業(yè)中的成功應(yīng)用，不僅帶來(lái)了企業(yè)技術(shù)上的創(chuàng)新，同時(shí)帶動(dòng)了企業(yè)經(jīng)營(yíng)、管理舊模式的變革。因此，它對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新技術(shù)的興起，以及汽車工業(yè)提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力等方面，起到了巨大的推動(dòng)作用。傳統(tǒng)的汽車車身設(shè)計(jì)方法的整個(gè)過(guò)程是基于手工設(shè)計(jì)完成的，其特點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程是通過(guò)實(shí)物、模型、圖紙、樣板等來(lái)傳遞信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)逐步代替人腦承擔(dān)起復(fù)雜的計(jì)算和分析，同時(shí)引進(jìn) CAD 等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，幫助工程師們拋掉傳統(tǒng)的手工方式，既方便設(shè)計(jì)，又能改善設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期。因此，國(guó)外著名汽車公司都不惜花巨資實(shí)施 CAD 技術(shù)，一方面加快新車型上市的速度滿足復(fù)雜多變的市場(chǎng)需求，另一方面節(jié)省開(kāi)發(fā)成本，向消費(fèi)者提供物美價(jià)廉、物超所值的產(chǎn)品，從而提高自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在 CAD 技術(shù)發(fā)展初期，美國(guó)通用公司就自主研發(fā)以設(shè)計(jì)車身為目標(biāo)的 DAC—1系統(tǒng)，來(lái)分析和綜合車身的三維曲線設(shè)計(jì)。到上世紀(jì) 90 年代初，美國(guó)通用汽車公司選中 UG 作為全公司的 CAD/CAE/CAM/CIM 主導(dǎo)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，公司已100%采用 CAD 來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，并取消了中間過(guò)程，使計(jì)算機(jī)與制造終端直接相連，最終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。我國(guó)從上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始研究和推廣 CAD，使得 CAD 技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，并從中取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。到目前為止，國(guó)內(nèi)大型制造型企業(yè)如汽車企業(yè)已普遍實(shí)施了 CAD 系統(tǒng)，取代手工作業(yè)，一些大型汽車企業(yè)的 CAD 應(yīng)用水平也接近國(guó)際先進(jìn)水平。但由于我國(guó) CAD 軟件自主研發(fā)術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在巨大的差距，國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)和公司推出的 CAD 系列軟件得不到更廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)18占有率低，尤其在 CAD 系統(tǒng)集成方面還是剛剛起步。隨著我國(guó)市場(chǎng)化程度的加深，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，迫使汽車企業(yè)必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、管理、銷售模式，來(lái)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)應(yīng)變能力?？梢哉f(shuō)，實(shí)施 CAD 系統(tǒng)是最有效的方式之一。CAD 技術(shù)對(duì)于中國(guó)汽車企業(yè)的重要性是不言而喻的。盡管在 2002 年，中國(guó)汽車行業(yè)發(fā)生“井噴 ”，一時(shí)間汽車成為和手機(jī)、房子一樣炙手可熱的商品，中國(guó)汽車業(yè)就此迎來(lái)了發(fā)展的大好時(shí)機(jī)。同時(shí)，國(guó)外汽車企業(yè)看到了中國(guó)廣闊的汽車市場(chǎng)，紛紛在華投資建廠，而國(guó)內(nèi)的汽車公司趁機(jī)和國(guó)外公司合資，以為可以借助外國(guó)公司先進(jìn)的技術(shù)來(lái)提高自身的研發(fā)能力，可實(shí)際上事與愿違。外國(guó)公司并不愿意把先進(jìn)的技術(shù)介紹給中國(guó)的公司，中國(guó)公司始終充當(dāng)著 OEM 的角色，僅僅是外國(guó)公司在中國(guó)的制造基地，汽車研發(fā)水平仍難有所提高。在 2006 年，國(guó)家將按照對(duì) WTO 的承諾取消汽車進(jìn)口配額。步入 21 世紀(jì)的中國(guó)汽車工業(yè)將受到來(lái)自跨國(guó)汽車公司的巨大生存壓力，以及數(shù)字化和產(chǎn)品、技術(shù)不斷創(chuàng)新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，全面應(yīng)用 CAD 技術(shù)是中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展過(guò)程中的必由之路，應(yīng)納入到各個(gè)汽車企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略中 [13]。 3.2 零件模型的建立根據(jù)已知長(zhǎng)度建立四連桿機(jī)構(gòu)的曲柄（圖 3.1） ，左搖桿（圖 3.2） ，右搖桿（圖3.3） ，左連桿（圖 3.4） ，右連桿（圖 3.5） 。圖 3.1 曲柄19圖 3.2 左搖桿圖 3.3 右搖桿圖 3.4 左連桿20圖 3.5 右連桿根據(jù)已知建立雨刮臂下部（圖 3.6） ，中部（圖 3.7） ，上部（圖 3.8、圖 3.9） 。圖 4.6 刮臂下部圖 3.7 刮臂中部21圖 3.8 左刮臂上部圖 3.9 右刮臂上部建立卡扣（圖 3.10） ，刮片（圖 3.11、圖 3.12） ，彈簧（圖 3.13） 。圖 3.10 卡扣圖 3.11 左刮片22圖 3.12 右刮片圖 3.13 彈簧3.3 零件模型的裝配裝配曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖 3.14。圖 3.14 四連桿裝配雨刷刮臂下部裝配（圖 3.15） ，裝配雨刮臂中部（圖 3.16） ，完成上部裝配（圖 3.17） 。23圖 3.15 裝配刮臂下部圖 3.16 裝配刮臂中部圖 3.17 裝配刮臂上部雨刮臂卡扣裝配（圖 3.18） ，刮片的裝配（圖 3.19） ，彈簧的裝配（圖 3.20） ，完成裝配（圖 3.21） 。圖 3.18 裝配雨刮臂卡扣24圖 3.19 裝配刮片圖 3.20 彈簧裝配圖 3.21 裝配完成3.4 本章小結(jié)本章對(duì)三維 CAD 建模技術(shù)在汽車行業(yè)上的應(yīng)用做了概述，并對(duì) Pro/E 的發(fā)展和功能以及優(yōu)點(diǎn)等做了介紹。運(yùn)用 Pro/E 對(duì)雨刮器各零件進(jìn)行建模，并對(duì)雨刮器按照規(guī)定要求進(jìn)行裝配。25第 4 章 模擬仿真4.1 將 Pro/E 裝配模型導(dǎo)入 ADAMS 中在現(xiàn)代科技的發(fā)展和研發(fā)進(jìn)程中，由美國(guó) MDI 公司研發(fā)的動(dòng)力學(xué)仿真軟ADAMS 能進(jìn)行復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真分析，在虛擬樣機(jī)中起著強(qiáng)大的作用。然而其在建模方面也有極大的缺陷，與其它三維軟件，例如 Pro/E，UG ，Solideworks 在建模方面有著較大的差異。消除在三維建模軟件中的模型幾何形狀和質(zhì)量特性的誤差，在 ADAMS 中較準(zhǔn)確的進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。本設(shè)計(jì)以在美國(guó) PTC 公司推出的Pro/E 軟件中建模，通過(guò) ADAMS 軟件公司 MDI 公司開(kāi)發(fā)的 MECHANISH/Pro(Pro/E接口) 接口模塊，使二者采用無(wú)縫連接的方式，不需要退出 Pro/E 應(yīng)用環(huán)境，就可以將裝配完畢的總成根據(jù)其運(yùn)動(dòng)關(guān)系定義為機(jī)械系統(tǒng)模型，進(jìn)行定義剛體和施加約束后，將模型導(dǎo)入到 ADAMS/view 中，以便進(jìn)行全面的動(dòng)力學(xué)分析。將 Pro/E 中的雨刮器模型導(dǎo)入 ADAMS 軟件中，如圖 4.1 和圖 4.2。圖 4.1 雨刮器模型26圖 4.2 雨刮器實(shí)體模型給零件設(shè)置材料如圖 4.3。圖 4.3 雨刮器設(shè)置材料后的模型274.2 給 Pro/E 裝配模型施加約束給雨刮器模型施加約束，如固定副、轉(zhuǎn)動(dòng)副、平面副，如圖 5.4 和圖 5.5。圖 4.4 雨刮器加約束后的模型圖 4.5 雨刮器加約束后的實(shí)體模型284.3 給 Pro/E 裝配模型施加力和驅(qū)動(dòng)進(jìn)行仿真對(duì)于雙速電動(dòng)機(jī)高檔位的工作轉(zhuǎn)矩一般為標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的 10%，低檔位的轉(zhuǎn)矩一般為標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的 15%。根據(jù)電機(jī)性能計(jì)算所求出的高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 1.875N，低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩為 1.25N。高速時(shí)的摩擦系數(shù)取 0.28，低速時(shí)的摩擦系數(shù)取 0.8。在 ADAMS 中給模型加上轉(zhuǎn)矩，并將改變模型顏色如圖 4.6。圖 4.6 加轉(zhuǎn)矩后的實(shí)體模型由仿真結(jié)果可知所加轉(zhuǎn)矩可以帶動(dòng)雨刮器正常工作，如下圖數(shù)據(jù)分析。對(duì)左雨刷刮片質(zhì)心在 x、y、z 軸上運(yùn)動(dòng)的速度曲線進(jìn)行分析，所以由圖可知，左刮片在 x 軸正方向上運(yùn)動(dòng)的最大速度為 5.8m/s，在 x 軸負(fù)方向上運(yùn)動(dòng)的最大速度為 3.8m/s；在 y 軸正方向上運(yùn)動(dòng)的最大速度為 2.5m/s，在 y 軸負(fù)方向上運(yùn)動(dòng)的最大速度為 2.6m/s；在 z軸上的運(yùn)動(dòng)速度為 0；合速度最大值為 5.8m/s，最小為 2.5m/s，如圖 4.7 所示。