本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目： 乘用車雨刮器結(jié)構(gòu)設(shè)計學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、 班 級： 學 生 姓 名：
年 12 月 23 日 填
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。
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一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域
汽車零部件設(shè)計
2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應用價值
雨刮器屬汽車附件，用于消除擋風玻璃、后窗玻璃及大燈玻璃上的雨雪、灰塵和泥水等,以保證玻璃透明清晰，是汽車安全行駛的重要零部件。通過本課題的研究工作， 能夠提高分析問題的能力和計算機應用能力，有利于將理論知識與實際工程問題聯(lián)系起來。進一步加深對專業(yè)知識的理解 ，經(jīng)過本課題的研究工作，為今后走入工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
國外汽車工業(yè)發(fā)達的國家發(fā)布了雨刮器的性能標準要求，對于雨刮器都有明確并且高標準的要求。如美國的 SAEJ903b 和日本的 JISD5510 都規(guī)定了雨刮器的耐久性能。SAEJ903b 還規(guī)定了雨刮的強度性能以及掛刷性能要求以及試驗方法；英國，法國也都相關(guān)的規(guī)定刮刷頻率，接觸面壓力，摩擦系數(shù)和工作溫度等等。國外整車廠與設(shè)計公司還涉及設(shè)計了雨刮器試驗平臺，可以測試雨刮器的擺角與聯(lián)動效率，和刮動扭矩等等，通過該平臺，可以按照各個標準進行相關(guān)的測試，并通過淋雨試驗來測試實際的工作效果。三維建模以及虛擬樣機的使用，使得國外的雨刮設(shè)計更加貼近擋風玻璃， 實現(xiàn)更大的掛掃范圍。
我國對汽車的研究開發(fā)落后西方發(fā)達國家二十年，雖然通過以市場化技術(shù)的策略得以引進西方技術(shù)彌補自身不足，但還需要進一步的發(fā)展。局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷，小范圍雨刮后視覺效果差，影響駕駛員對前方全景的判斷，經(jīng)過不斷改進， 把雨刮片的曲線由圓周往復運動修改為直線往復運動，雨刮的工作面積加大，但是由于前擋風玻璃微弧面設(shè)計，難以安裝。2010 年，王遠帆等人為了更準確地研究具六連桿機構(gòu)的運動行為,在 catia 中完成連桿機械結(jié)構(gòu)建模,并通過 DMU 模塊進行了運動仿真分析。2010 年，司雯雯，司亮等人利用 matlab 軟件中的 Simulink 模塊，建立了雨刮器的模型，該模型包括了電動機、減速機、連桿機構(gòu)等等，實現(xiàn)了汽車雨刮器的運動仿真。哈爾濱工業(yè)大學的黃煌，結(jié)合當時汽車產(chǎn)品電控發(fā)展趨勢，開發(fā)了基于 LIN 總線的控制的雨刮電機的策略，成功的使國產(chǎn)汽車行業(yè)開始意識到電控系統(tǒng)對于汽車未來發(fā)展的意義，并開始大力推進汽車電控系統(tǒng)研究與應用。
雨刮器發(fā)展的趨勢
目前國內(nèi)外雨刮器設(shè)計都存在不能消除的掛掃死角，或者刮掃不干凈的現(xiàn)象，但是隨著終端客戶越來越重視安全以及駕乘感受的大環(huán)境下，更多更復雜的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計將會被應用于雨刮器設(shè)計，同時汽車電子電控的進一步的深入研究，在雨刮器的結(jié)構(gòu)上改為多段設(shè)計，每一段都有單獨的電機操縱，以適應不同曲面弧度的擋風玻璃， 消除死角。電控系統(tǒng)越來越穩(wěn)定，帶磁條的雙面雨刮器，其對電控系統(tǒng)的干擾將會被屏蔽，被大規(guī)模使用在現(xiàn)代汽車上，增加刮刷正壓力，刮刷更干凈。隨著玻璃生產(chǎn)技術(shù)以及對光學研究的深入，透明的雨刮器將最終可以避免形成透明的發(fā)光棒，還給司機一個最大的駕駛視野。而三維建模與虛擬樣機的應用可以加快設(shè)計的進度與周期， 平臺化的試驗臺的建設(shè)也會增多，新產(chǎn)品迭代速度將會將會加快?？傊哂械娜毕荻紝宦纳?，消除死角，增加干凈度，消除黑色都是指日可待。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題
1） 查閱相關(guān)車廂的資料，確定基本尺寸參數(shù)；
2） 計算雨刮器中曲柄搖桿機構(gòu)的主要尺寸；
3） 應用 CATIA 軟件進行各零件的三維建模、裝配設(shè)計；
4） 用 CATIA 軟件的 DMU 模塊對雨刮器的運動進行仿真分析、校核；
5） 繪制設(shè)計圖紙，編制設(shè)計說明書
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
1）查閱文獻以及相關(guān)資料，了解研究課題的意義和發(fā)展趨勢；
2) 分析了解雨刮器結(jié)構(gòu)，計算雨刮器尺寸；
3) 對計算結(jié)果進行校核；
4）利用 catia 軟件繪制三維模型。
3. 本論文（設(shè)計）預期取得的成果
1) 理論成果：通過畢業(yè)設(shè)計，深入了解汽車雨刮器的結(jié)構(gòu)型式，工作原理，設(shè)計出合理的雨刮器；
2) 三維模型：包括各個單體零件的詳細建模以及整個雨刮器的裝配模型
3) 設(shè)計說明書：設(shè)計說明書 1 份（一萬字）包括課題背景、意義、理論預期取得的成果
(1)設(shè)計圖紙一套（總工作量達 3 張 A0 圖紙）； (2)設(shè)計說明書；
(3)與課題相關(guān)的一篇外文翻譯（3000 字以上）。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
1） 調(diào)研奇瑞 SUV 車型的 A 柱、發(fā)罩等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
2） 雨刮器的尺寸設(shè)計，理論計算；
3） 對各零件進行三維建模、裝配設(shè)計；
2. 論文（設(shè)計）進度計劃
第一周：通過查閱文獻，了解設(shè)計選題，與指導教師溝通理解任務書的內(nèi)容； 第二周：審題，查閱資料，寫文獻綜述；
第三周：開題報告；
第四周：修改開題報告，并進行開題答辯； 第五、六、七周：設(shè)計雨刮器的總體方案；
第八周：整理前期工作，并進行中期檢查，翻譯外文文獻 1 篇； 第九、十周：雨刮器的參數(shù)計算；
第十一、十二周：校核計算是否滿足要求；
第十三、十四周：繪制裝配圖和零件圖，撰寫設(shè)計說明書；
第十五、十六周：完善設(shè)計說明書，整理設(shè)計資料，準備畢業(yè)答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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[5] 陳玉萍. 基于單片機的汽車智能雨刮器設(shè)計與研究[J]. 數(shù)字技術(shù)與應用,2013,0 2:59-60+62.
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[8]徐寶智. 一種汽車雨刮器搖臂部件鉚接工裝的設(shè)計[J]. 科學家,2016,05:190. [9]劉政,曾雷. 新型雨刮器的設(shè)計與應用[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā),2012,Z1:49-50. [10]王遠,劉學淵,于曉華,王應彪. 農(nóng)用三輪車雨刮器曲柄切斷模出料機構(gòu)的改進設(shè)計[J]. 模具技術(shù),2012,06:19-21.
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[15] 王遠帆.基于 Catia DMU 的六連桿仿真[J].上海黃浦農(nóng)業(yè)機械廠，2010.
[16] 司雯雯，基于 Simulink 的汽車雨刮器運動仿真分析[J].武漢理工大學學報， 2010.09.
[17] 黃煌.基于 LIN 和 USB 總線的雨刮電機控制系統(tǒng)的研制[J].吉林大學學報， 2012.09.
附：文獻綜述
文獻綜述
1 引言
下雨的時候，大車小車前檔風玻璃上的雨刮器就會齊齊動作，兩只雨刮片以固定的轉(zhuǎn)軸柱為中心作擺動，將前檔風玻璃的雨水刮去，還司機一個有效的視野。雨刮器看似簡單，實際上構(gòu)造并不簡單。雨刮器總成含有電動機、減速器、四連桿機構(gòu)、刮水臂心軸、刮水片總成等。當司機按下雨刮器的開關(guān)時，電動機啟動，電動機的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動擺臂，擺臂帶動四連桿機構(gòu)，四連桿機構(gòu)帶動安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動，最后由轉(zhuǎn)軸帶動雨刮片刮掃擋風玻璃。
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;按運動方式分, 有四桿機構(gòu)左右擺動式、導軌式直線和弧線運動式;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構(gòu)黑膠體雨刮器。
隨著三維建模技術(shù)以及虛擬樣機的不斷普及和發(fā)展，利用其運動仿真功能設(shè)計汽車零部件已經(jīng)成為主流，有效的提高零部件設(shè)計的精度與實用性，極大的縮短研發(fā)周期，降低了試驗制造的成本。以下主要分析了雨刮器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及與之相關(guān)三維建模虛擬樣機運動仿真等方面的進展，為本次畢業(yè)設(shè)計提供參考。
2 國外研究現(xiàn)狀
國外汽車設(shè)計和性能開發(fā)研究起步相對較早，對于整車任何一個零部件的設(shè)計細節(jié)方面的重視度遠超國內(nèi)。在設(shè)計方法上，大量借用了計算機輔助的方式，是的零件得到最大程度的優(yōu)化，將設(shè)計成本降至最低，也極大的縮短開發(fā)所需要的時間。
目前汽車工業(yè)發(fā)達的國家發(fā)布了雨刮器的性能標準要求，對于雨刮器都有明確并且高標準的要求。如美國的 SAEJ903b 和日本的 JISD5510 都規(guī)定了雨刮器的耐久性能。SAEJ903b 還規(guī)定了雨刮的強度性能以及掛刷性能要求以及試驗方法；英國，法國也都相關(guān)的規(guī)定刮刷頻率，接觸面壓力，摩擦系數(shù)和工作溫度等等[11]。
1991 年，Kovalik J.Graham 教授設(shè)計了雨刮器試驗平臺，可以測試雨刮器的擺角與聯(lián)動效率，和刮動扭矩等等，通過該平臺，可以按照各個標準進行相關(guān)的測試，
并通過淋雨試驗來測試實際的工作效果，該平臺的建立可以說是雨刮器發(fā)展的跨越性節(jié)點之一。
1998 年，德國大眾公司，利用控制器控制雨刮器的運動，實現(xiàn)了雨刮器的電控， 實現(xiàn)了雨刮的自動復位操作，并通過 LIN 線傳輸雨刮器的運動狀態(tài)實時位置，如今更是將這些通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到 CAN 網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)信息的共享，便于其他控制系統(tǒng)使用[12]。
1982 年，Dassault System 公司發(fā)布了首個面向汽車產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計 CAD 軟件Catia，這款設(shè)計系統(tǒng)的問市為汽車及機械設(shè)計開發(fā)的自動化打下了夯實的現(xiàn)實基礎(chǔ)， 將理論研究提升到現(xiàn)實應用水平，自此飛機、汽車、船舶等機械制造工業(yè)的開發(fā)設(shè)計制造開始廣泛應用參數(shù)化以及變量化和運動仿真的技術(shù)，并不斷發(fā)展進步，其造的經(jīng)濟效益也不斷提高。
Adams 是由美國 MSCSoftware 公司開發(fā)的機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件，被廣泛地應用在汽車制造業(yè)、工程機械、航天航空業(yè)、國防工業(yè)及通用機械制造業(yè)等不同領(lǐng)域中。國外在利用各種三維軟件建立模型的基礎(chǔ)上，將模型導入 Adams，完成了多個汽車復雜運動零部件的運動仿真分析[13]。
2005 年，John Fenton 通過將雨刮模型導入 Adams 進行仿真，在弧面設(shè)計的防風玻璃上實現(xiàn)了很大的刮掃面積，同時減少了試驗次數(shù)，節(jié)約了成本，并將雨刮雨刮器的運動過程更為直接的展現(xiàn)在了工程師的眼前。因此國外目前包括雨刮器在內(nèi)的運動部件在干涉跳躍間隙方面都做的十分好[14]。
3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國對汽車的研究開發(fā)落后西方發(fā)達國家而是，雖然通過以市場化技術(shù)的策略得以引進西方技術(shù)彌補自身不足，但還需要進一步的發(fā)展。
由于冬季車輛內(nèi)外溫差大，擋風玻璃上有很厚的霜，必須是使用熱水擦拭才能保證正常的視覺效果，于是發(fā)明了雙面雨刮器。但是雙面雨刮器的不足在于，外雨刮片是車外物體，內(nèi)雨刮片與其一起聯(lián)動，容易分散駕駛員的注意力引起視覺疲勞，危害行車安全。通過改進，把內(nèi)雨刮片改為皮磁條式的，無機械聯(lián)動 ，需要時貼上，不需要時去下。但是實際使用中發(fā)現(xiàn)磁性很難控制，容易干擾車墊電子設(shè)備工作。
局部雨刮一直是現(xiàn)用雨刮器的缺陷，小范圍雨刮后視覺效果差，影響駕駛員對前方全景的判斷，經(jīng)過不斷改進，把雨刮片的曲線由圓周往復運動修改為直線往復運動， 雨刮的工作面積加大，但是由于前擋風玻璃微弧面設(shè)計，難以安裝。
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, 增強了視覺感光效果。在具體測試時, 遇到雨天夜晚行車, 打開雨刮設(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” , 司機原本可遠距離觀察, 這時卻被發(fā)光棒來回運動構(gòu)成的發(fā)光“ 墻面”遮掩而眩目。
普通雨刮器經(jīng)久不衰，出了沒有可靠的替代品之外，另一個很重要的原因就是其質(zhì)量穩(wěn)定，故障率低，易于維修。雨刮器作為汽車的附件，盡管作用很大必不可少但是附加值低，因此供應商改進的動力不足。
在理論研究當面，國內(nèi)的工程師取得十分可喜的進展。
2010 年，王遠帆等人為了更準確地研究具六連桿機構(gòu)的運動行為,在 catia 中完成連桿機械結(jié)構(gòu)建模,并通過 DMU 模塊進行了運動仿真分析。因此可以借助三維軟件對雨刮器的運動進行仿真模擬，設(shè)計出可可靠合理的雨刮器[15]。
2010 年，司雯雯，司亮等人利用 matlab 軟件中的 Simulink 模塊，建立了雨刮器的模型，該模型包括了電動機、減速機、連桿機構(gòu)等等，實現(xiàn)了汽車雨刮器的運動仿真[6]。
2002 年，哈爾濱工業(yè)大學的黃煌，結(jié)合當時汽車產(chǎn)品電控發(fā)展趨勢，開發(fā)了基于LIN 總線的控制的雨刮電機的策略，成功的使國產(chǎn)汽車行業(yè)開始意識到電控系統(tǒng)對于汽車未來發(fā)展的意義，并開始大力推進汽車電控系統(tǒng)研究與應用[17]。
4 未來發(fā)展趨勢與本文設(shè)計
雨刮器雖然是汽車的附件，但是也是絕對不可缺少的安全汽車安全部件。許多整車廠商將雨刮器的一些功能特性（如雨刮頻率）等等列為安全特性，由此可見雨刮器是我們不容忽視的安全部件。隨著國產(chǎn)汽車行業(yè)越來越成熟，雨刮器也將受到更多的重視，國內(nèi)雨刮器將迎來快速的研究發(fā)展。
隨著整車電氣控制越來越多，尤其是涉及安全的部件，基本都會被置于電子系統(tǒng)的監(jiān)控之下，雨刮器進一步的電子化，通過單片機進行控制，并在整車網(wǎng)絡(luò)占有一席之地也是在勢不可擋。
目前國內(nèi)外雨刮器設(shè)計都存在不能消除的掛掃死角，本次設(shè)計先運用機械原理的知識計算出初步的四連桿機構(gòu)的尺寸，希望借助三維建模技術(shù)，繪制雨刮器的 3D 模型，并利用 catia 的 DMU 模塊進行簡單的運動軌跡模擬，析觀察是否有干涉現(xiàn)象。在完成干涉檢驗之后，確定適合的尺寸，再利用 Catia 建立精確的模型。最后導入 Adams 進行聯(lián)合運動仿真，力求增大刮掃面積，給駕駛員盡可能大的最寬闊的視野。