汽車風(fēng)窗刮水器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

..機(jī)電工程系課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)專業(yè)：機(jī)械電子工程課程：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)XX：廖聰學(xué)號(hào)：2015143227班級(jí)：15級(jí)機(jī)械電子工程2班時(shí)間：2017.06.26～2017.06.30..目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1第一章機(jī)械方案的設(shè)計(jì)與選擇11.1功能要求11.2機(jī)械方案的設(shè)計(jì)與選擇1第二章機(jī)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)12.1原始數(shù)據(jù)12.2圖解法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)12.3解析法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)1第三章機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制13.1選定比例尺13.2運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制1第四章解析法運(yùn)動(dòng)分析14.1建立機(jī)構(gòu)位置方程14.2位置方程求解〔消元法〕14.3位置方程求解〔幾何法〕14.4建立速度方程并求解124.5建立加速度方程并求解14.6運(yùn)動(dòng)分析程序13第五章圖解法運(yùn)動(dòng)分析15.1選取分析位置15.2分析位置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制15.3速度分析145.4加速度分析15第六章計(jì)算機(jī)編程166.1交互界面設(shè)計(jì)166.2數(shù)據(jù)輸入有效性檢驗(yàn)176.3主程序設(shè)計(jì)176.4完畢退出程序設(shè)計(jì)20總結(jié)1..設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)任務(wù)汽車風(fēng)窗刮水器機(jī)構(gòu)二、課程設(shè)計(jì)的目的1、進(jìn)一步穩(wěn)固和加深我們所學(xué)的理論知識(shí)，并將它們應(yīng)用于實(shí)際機(jī)構(gòu)的分析研究和設(shè)計(jì)中，培養(yǎng)我們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。2、使我們得到機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的完整訓(xùn)練，并具有機(jī)構(gòu)選型、組合以及確定傳動(dòng)方案的能力，培養(yǎng)我們開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力。3、使我們對(duì)于機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和設(shè)計(jì)有一較完整和系統(tǒng)的概念。4、進(jìn)一步提高我們的設(shè)計(jì)計(jì)算、分析、繪圖、表達(dá)和使用技術(shù)資料的能力。三、原始條件1、工作條件〔1〕曲柄AB由電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)單向轉(zhuǎn)動(dòng)；〔2〕刮水器左右擺動(dòng)角QUOTE；〔3〕刮水器左右平均速度相等，無(wú)急回特性；2、精度與誤差要求擺角允許誤差：±5%3、原始數(shù)據(jù)：組數(shù)曲柄轉(zhuǎn)速Q(mào)UOTE120r/min60mm120°225r/min60mm120°330r/min60mm120°430r/min65mm120°本設(shè)計(jì)小組為第3組數(shù)據(jù)。四、任務(wù)圖示圖1汽車風(fēng)窗刮水器機(jī)構(gòu)五、要求〔1〕針對(duì)題目查閱、收集和研究與設(shè)計(jì)容相關(guān)的參考文獻(xiàn)與資料，在功能分析的根底上，擬定出至少兩種機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案；進(jìn)展分析比照、評(píng)價(jià)選優(yōu)，確定設(shè)計(jì)方案；〔2〕機(jī)械系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)和有關(guān)構(gòu)造參數(shù)確實(shí)定?！?〕繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖?！?〕用解析法對(duì)主體機(jī)構(gòu)各位置〔一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)〕進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析，繪制主體機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)線圖；用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法對(duì)主體機(jī)構(gòu)某一位置進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析，并將結(jié)果與解析法比擬?！?〕編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。第一章機(jī)械方案的設(shè)計(jì)與選擇1.1功能要求根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求和汽車風(fēng)窗刮水器機(jī)構(gòu)的工作實(shí)際，確定刮水器機(jī)械系統(tǒng)的功能要求?！?〕曲柄AB由電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)單向轉(zhuǎn)動(dòng)；〔2〕刮水器左右擺動(dòng)角QUOTE；〔3〕刮水器左右平均速度相等，無(wú)急回特性；刮水器的啟動(dòng)與停頓由控制系統(tǒng)控制，不在本課程設(shè)計(jì)圍。1.2機(jī)械方案的設(shè)計(jì)與選擇1、方案1：圖2方案1構(gòu)造草圖對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沒(méi)有急回特性，但從動(dòng)件作滑塊來(lái)回直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，需要將其轉(zhuǎn)化為往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，為此，方案1主要包括以下兩組機(jī)構(gòu)：〔1〕對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由主動(dòng)件AB桿、連桿BC、滑塊3和機(jī)架組成?；瑝K的兩個(gè)極限位置為C1和C2。〔2〕移動(dòng)轉(zhuǎn)塊導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由移動(dòng)轉(zhuǎn)塊4、擺桿5組成，其中轉(zhuǎn)塊與滑塊4通過(guò)活動(dòng)鉸鏈相連，跟隨構(gòu)件4作平動(dòng)，同時(shí)也作轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)擺桿5來(lái)回?cái)[動(dòng)。特點(diǎn)分析：〔1〕傳動(dòng)角分析圖3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角分析圖一般曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角分析見(jiàn)圖，最小值為QUOTE處，圖中最高點(diǎn)本方案第一機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，偏心距，QUOTE，可見(jiàn)，對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角可以通過(guò)曲柄和連桿的長(zhǎng)度來(lái)控制，容易滿足最小傳動(dòng)角的要求。不計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿4與擺桿5之間的摩擦，第二機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角始終為90°，傳動(dòng)性能較好?！?〕構(gòu)造分析方案1需要設(shè)置尺寸較大的滑軌，給構(gòu)件3定向，加工復(fù)雜?！?〕受力與功率分析方案1中，滑塊3與機(jī)架導(dǎo)軌之間、擺桿與移動(dòng)轉(zhuǎn)塊之間可能存在嚴(yán)重的摩擦，使功率損耗嚴(yán)重，增加潤(rùn)滑系統(tǒng)那么會(huì)顯著增加開(kāi)發(fā)和使用本錢。如果移動(dòng)副之間過(guò)臟或出現(xiàn)卡滯，甚至造成損壞電機(jī)的嚴(yán)重后果?？傊?，方案1具有傳動(dòng)性能較好，最小傳動(dòng)角容易控制的優(yōu)點(diǎn)；但機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，摩擦損耗大，可靠性較差等缺點(diǎn)。2、方案2圖4方案2構(gòu)造草圖方案2由曲柄1、連桿2,、擺桿3、機(jī)架組成，構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，擺桿3的鉸鏈中心在曲柄中心上方，曲柄鉸鏈中心A與連桿BC的C點(diǎn)兩個(gè)極限位置共線，顯然，該機(jī)構(gòu)極位夾角QUOTE，那么機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。特點(diǎn)分析：〔1〕該方案全部采用轉(zhuǎn)動(dòng)副，只要滿足傳動(dòng)角要求，功率消耗較小。〔2〕該方案采用轉(zhuǎn)動(dòng)副，構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，滿足汽車惡劣氣候條件〔工作在雨雪天氣〕下工作的要求?！?〕該方案擺桿CD段處于轉(zhuǎn)動(dòng)副D點(diǎn)下端，尺寸較小，而工作段在上端，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造緊湊。3、方案確定通過(guò)兩種方案的特點(diǎn)分析，綜合考慮機(jī)構(gòu)的使用要求、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等因素，確定本設(shè)計(jì)采用方案2。計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果第二章機(jī)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)2.1原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)：圖5圖解法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)2.2圖解法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)建立如圖坐標(biāo)系QUOTE在QUOTE的延長(zhǎng)線上選取一點(diǎn)A作為曲柄固定鉸鏈中心，設(shè)QUOTE，那么根據(jù)"機(jī)械原理"公式5-11由圖示可知：所以2.3解析法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)圖6解析法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)QUOTE中，QUOTE中，將QUOTE帶入上式得由于方程有無(wú)窮多解，含兩個(gè)未知數(shù)，可假定一個(gè)QUOTE，再求解QUOTE。為了與圖解法比擬設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)QUOTE的長(zhǎng)度為圖解法的求解結(jié)果：根據(jù)公式求解那么根據(jù)圖5，求出第三章機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制3.1選定比例尺本方案選取QUOTE3.2運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制〔1〕建立坐標(biāo)系QUOTE，以下按比例尺作圖〔2〕根據(jù)QUOTE，在QUOTE軸正方向確定D點(diǎn)鉸鏈中心〔3〕根據(jù)QUOTE，在QUOTE軸正方向確定A點(diǎn)鉸鏈中心〔4〕根據(jù)QUOTE，以A點(diǎn)為圓心，AB為半徑畫圓，與QUOTE軸交點(diǎn)分別為QUOTE和QUOTE?！?〕根據(jù)QUOTE，以D點(diǎn)分別作與QUOTE軸成60°的斜線，交QUOTE軸分別為QUOTE和QUOTE。圖9本方案機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制第四章解析法運(yùn)動(dòng)分析4.1建立機(jī)構(gòu)位置方程按照一般曲柄搖桿機(jī)構(gòu)建立機(jī)構(gòu)位置方程：圖10曲柄搖桿機(jī)構(gòu)位置矢量〔1〕原點(diǎn)通過(guò)??，??軸沿機(jī)架????方向，建立如圖直角坐標(biāo)系QUOTE。〔2〕建立封閉矢量環(huán)如圖〔3〕建立矢量投影位置方程給定QUOTE，那么變量為QUOTE和QUOTE4.2位置方程求解〔消元法〕上式方程可變?yōu)樯鲜絻蛇吰椒较嗉酉UOTE設(shè)；QUOTE那么方程為：將帶入上式，解出同理解得QUOTE表達(dá)式中負(fù)號(hào)代表下列圖所示位置，由于四桿機(jī)構(gòu)為平面四桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況不可能出現(xiàn)此情況，所以：圖11位置方程的假根4.3位置方程求解〔幾何法〕圖12位置方程的幾何法求解因?yàn)樗匀切蜝CD中，可求出QUOTE因?yàn)樗燥@然，采用幾何法求解過(guò)程，運(yùn)算相對(duì)簡(jiǎn)單。4.4建立速度方程并求解對(duì)位置方程求導(dǎo)得速度方程：變換后得：兩式相加消去QUOTE同理可得用矩陣形式表示，那么為4.5建立加速度方程并求解對(duì)速度方程求導(dǎo)得加速度方程〔QUOTE〕：采用消去法可求出QUOTE和QUOTE。用矩陣形式表示，那么為4.6運(yùn)動(dòng)分析程序根據(jù)位置、速度、加速度方程編制運(yùn)動(dòng)分析程序，程序源文件見(jiàn)第六章。選取QUOTE作為分析位置，得出第五章圖解法運(yùn)動(dòng)分析5.1選取分析位置可以任選一位置進(jìn)展圖解法運(yùn)動(dòng)分析，并與解析法的結(jié)果進(jìn)展比擬。我們選取QUOTE作為分析位置。5.2分析位置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制圖13分析位置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖〔1〕選取QUOTE〔2〕根據(jù)QUOTE確定AD鉸鏈中心〔3〕根據(jù)QUOTE和QUOTE確定鉸鏈B的位置〔4〕以B為圓心，以QUOTE為半徑畫圓弧，以D為圓心，以QUOTE為半徑畫圓弧，兩圓弧的交點(diǎn)為鉸鏈C的位置5.3速度分析矢量方程：QUOTE圖14圖解法速度分析選擇一點(diǎn)QUOTE為極點(diǎn)，根據(jù)速度比例尺作矢量QUOTE代表QUOTE〔QUOTE〕；過(guò)QUOTE作垂直于BC的射線；過(guò)QUOTE作垂直于CD的射線；兩射線交于QUOTE。QUOTE代表C點(diǎn)絕對(duì)速度值；代表C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的速度值。計(jì)算QUOTE和QUOTE與解析法結(jié)果相比擬，可以看出，求得的結(jié)果與解析法根本一致，由于作圖難免帶來(lái)誤差，圖解法的精度相對(duì)較低。5.4加速度分析矢量方程：即QUOTE大小QUOTE？QUOTEQUOTE"方向∥DC⊥DC∥AB∥BC⊥BC圖15圖解法加速度分析〔1〕選擇一極點(diǎn)QUOTE，根據(jù)加速度比例尺作矢量QUOTE代表QUOTE〔QUOTE〕,方向?yàn)槠叫杏贏B；〔2〕以QUOTE開(kāi)場(chǎng)作QUOTE矢量，大小為QUOTE，方向平行于BC；〔3〕以QUOTE開(kāi)場(chǎng)作一射線，方向垂直于BC；〔4〕以QUOTE開(kāi)場(chǎng)作矢量QUOTE代表QUOTE〔QUOTE〕,方向?yàn)槠叫杏贑D；〔5〕以QUOTE開(kāi)場(chǎng)作一射線，方向垂直于CD；〔6〕兩射線交點(diǎn)為QUOTE；與解析法結(jié)果相比擬，可以看出，求得的結(jié)果與解析法根本一致，由于作圖難免帶來(lái)誤差，圖解法的精度相對(duì)較低。第六章計(jì)算機(jī)編程機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的解析法結(jié)果利用Matlab編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)算。6.1交互界面設(shè)計(jì)利用Matlab設(shè)計(jì)GUI界面圖16軟件界面設(shè)計(jì)左側(cè)為參數(shù)輸入系列控件，參數(shù)監(jiān)控用于輸入QUOTE的角度值，并觀察對(duì)應(yīng)QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE的結(jié)果。右側(cè)為QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE曲線觀察axes控件。6.2數(shù)據(jù)輸入有效性檢驗(yàn)參數(shù)輸入系列控件輸入值必須為數(shù)值型，如果為字符型，那么需要提示用戶重新輸入。在相應(yīng)回調(diào)函數(shù)callback中輸入以下代碼：user_entry=str2double(get(hObject,'String'))ifisnan(user_entry)errordlg('請(qǐng)輸入數(shù)值','你輸入錯(cuò)誤...')end6.3主程序設(shè)計(jì)主程序在"開(kāi)場(chǎng)計(jì)算〞按鈕的回調(diào)函數(shù)中編寫，將QUOTE按照1度遞增求取360個(gè)位置的速度、加速度特征值。主程序如下：hd=pi/180;du=180/pi;globalomega1l1l2l3l4;%獲取控件數(shù)據(jù)l1=str2double(get(handles.L1VALUE,'String'));l2=str2double(get(handles.L2VALUE,'String'));l3=str2double(get(handles.L3VALUE,'String'));l4=str2double(get(handles.L4VALUE,'String'));%下面為選擇QUOTEpopup_sel_index=get(handles.W1VALUE,'Value');switchpopup_sel_indexcase1omega1=20;case2omega1=25;case3omega1=30;case4omega1=35;case5omega1=40;case6omega1=45;end%計(jì)算鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)位移，角速度，角加速度f(wàn)orn1=1:361phi1(n1)=(n1-1)*hd;Lbd=sqrt(l4*l4+l1*l1-2*l4*l1*cos(phi1(n1)));sita1=asin((l1/Lbd)*sin(phi1(n1)));sita2=acos((-l2*l2+l3*l3+Lbd*Lbd)/(2*l3*Lbd));ifsita2<0sita2=sita2*pi;endphi3(n1)=pi-sita1-sita2;%計(jì)算l3角位移phi2(n1)=asin((l3*sin(phi3(n1))-l1*sin(phi1(n1)))/l2);%計(jì)算l2角位移A=[-l2*sin(phi2(n1)),l3*sin(phi3(n1));l2*cos(phi2(n1)),-l3*cos(phi3(n1))];B=[l1*sin(phi1(n1));-l1*cos(phi1(n1))];omega=A\(omega1*B);omega2(n1)=omega(1);omega3(n1)=omega(2);%計(jì)算角速度A=[-l2*sin(phi2(n1)),l3*sin(phi3(n1));l2*cos(phi2(n1)),-l3*cos(phi3(n1))];B=omega1*omega1*[l1*cos(phi1(n1));l1*sin(phi1(n1))];C=[l2*omega2(n1)*cos(phi2(n1)),-l3*omega3(n1)*cos(phi3(n1));l2*omega2(n1)*sin(phi2(n1)),-l3*omega3(n1)*sin(phi3(n1))];alpha=A\(C*omega+B);alpha2(n1)=alpha(1);alpha3(n1)=alpha(2);%計(jì)算角加速度End%繪圖，轉(zhuǎn)換為度、弧度/秒、弧度/平方秒axes(handles.axes5);plot(phi2*du)axes(handles.axes6);plot(phi3*du)axes(handles.axes1);plot(omega2*2*pi/60)axes(handles.axes2);plot(omega3*2*pi/60)axes(handles.axes3);plot(alpha2*2*pi/3600)axes(handles.axes4);plot(alpha3*2*pi/3600)%繪圖%關(guān)鍵數(shù)據(jù)觀察，轉(zhuǎn)換為度、弧度/秒、弧度/平方秒set(handles.edit2,'String',roundn(omega2(91)*2*pi/60,-4))guidata(hObject,handles);set(handles.edit3,'String',roundn(alpha2(91)*2*pi/3600,-4))guidata(hObject,handles);set(handles.edit4,'String',roundn(omega3(91)*2*pi/60,-4))guidata(hObject,handles);set(handles.edit5,'String',roundn(alpha3(91)*2*pi/3600,-4))guidata(hObject,handles);%關(guān)鍵數(shù)據(jù)觀察6.4完畢退出程序設(shè)計(jì)在回調(diào)函數(shù)中，輸入以下代碼：selection=questdlg(['Close'get(handles.figure1,'Na