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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目羚羊汽車?yán)K輪式電動(dòng)玻璃升降器的總體設(shè)計(jì) 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 高級(jí)工程師 2011 年 4 月 25 日 羊汽車?yán)K輪式電動(dòng)玻璃升降器的總體設(shè)計(jì) 摘 要 畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題基本分為三大類，即工藝工裝設(shè)計(jì)類、組合機(jī)床設(shè)計(jì)類和計(jì)算機(jī)課 題類。本課題所涉及的是第一類，設(shè)計(jì)任務(wù)為繩輪式汽車玻璃升降器的設(shè)計(jì)，有電機(jī)輸 出動(dòng)力帶動(dòng)鋼絲繩完成玻璃的上升和下降的工作循環(huán)。 車門玻璃升降器作為車門附件，其作用是保證車門玻璃平穩(wěn)升降、門窗能隨時(shí)并順 利地開啟和關(guān)閉，并能使玻璃停留在任意位置，不隨外力作用或汽車的顛簸而上下跳動(dòng)。 因此要求玻璃升降器結(jié)構(gòu)可靠、操縱輕便省力，并需有防止玻璃升降器倒轉(zhuǎn)的制動(dòng)裝置。 隨著汽車的不斷改進(jìn)和發(fā)展，玻璃升降器也由簡(jiǎn)單的絲桿式、單臂式逐漸發(fā)展為今天的 電動(dòng)式。電動(dòng)玻璃升降器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，操縱方便省力，被現(xiàn)代轎車普遍采用。它可以 在副儀表板上布置控制開關(guān)，也可以在各自的車門上單獨(dú)設(shè)置開關(guān)，分別操作。駕駛員 可以在自己的位置上通過控制開關(guān)開閉任一車門玻璃，提高了轎車的舒適性和方便性。 本次設(shè)計(jì)主要包括升降器的基本分類和工作原理的介紹，主要針對(duì)繩輪式汽車玻璃 升降器進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括電機(jī)、鋼絲繩等主要部件的選擇及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算分析。共完成 圖紙近 6 張，基本完成老師所交給的任務(wù)。 關(guān)鍵詞：車窗； 車門； 升降器； 繩輪。 Abstract Graduation subject is divided into three basic categories, namely technology and equipment and design, and machine tool design and computer classes subject category. Involved in this project is the first class, the design task for the ropes wheeled vehicle lifter design, with the motor output power driven rope up and down the glass to complete the work cycle. Door window regulator for door accessories, door glass, whose role is to ensure a smooth landing, doors and windows ready and open and close smoothly, and allows the glass to stay in any position, not with external force or the car bumps up and down beat. Therefore requested glass lifter reliable structure, manipulation of light and effort, and the need to prevent lifter reverse braking device. With the continuous improvement and development of the car, the glass elevator from simple screw type, single-arm the gradual development of today's electric. Electric window regulator simple, reliable, easy to manipulate effort, commonly used by modern cars. It can be arranged in the dashboard control switch, vice, can also be set separately on each door switch operation, respectively. The driver position in their own control switch through any door opening and closing of glass and improve the car's comfort and convenience. This design includes a hoist and working principle of the basic classification of the introduction, mainly for automotive glass elevator rope wheel design, including motors, wire rope and other major components of the selection and calculation of motion analysis system. Completed a total of nearly 12 drawings, the basic completion of the tasks assigned by teachers. Key words: window; doors; window lifter; rope round. 目 錄 1 引言 ...................................................................................................................................................................1 1.1 課題來源及意義 .........................................................................................................................................1 1.2 電動(dòng)車窗歷史及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................................................1 2 繩輪式玻璃升降器設(shè)計(jì)的原理和內(nèi)容 ...........................................................................................................3 2.1 車窗升降器的分類和基本工作原理 .........................................................................................................3 2.2 本文主要研究?jī)?nèi)容 .....................................................................................................................................4 3 羚羊汽車玻璃升降 器的前期設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 ...........................................................................................................5 3.1 玻璃升降器要求 .........................................................................................................................................5 3.2 玻璃升降器的組成 .....................................................................................................................................5 3.3 玻璃升降器的功能要求 .............................................................................................................................6 3.4 繩輪式玻璃升降器的設(shè)計(jì)特點(diǎn) .................................................................................................................6 3.5 繩輪式玻璃升降器的布置 .........................................................................................................................7 4 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 ...............................................................................................................................................8 4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 .........................................................................................................................................8 4.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) ..............................................................................................................................................8 4.1.2 設(shè)計(jì)原則 ..............................................................................................................................................8 4.1.3 基本設(shè)計(jì)思想 ......................................................................................................................................8 4.1.4 玻璃質(zhì)量及曲率的選取及確定 ..........................................................................................................9 4.1.5 鋼絲繩的選取 ......................................................................................................................................9 4.1.6 前門滑道 ............................................................................................................................................10 4.1.7 電機(jī)罩 ................................................................................................................................................10 4.1.8 拉索 ....................................................................................................................................................11 4.1.9 電動(dòng)玻璃升降器總成圖和運(yùn)動(dòng)過程 ................................................................................................11 4.1.10 電機(jī)的選擇 ......................................................................................................................................12 4.1.11 基本參數(shù) ..........................................................................................................................................16 4.1.12 運(yùn)動(dòng)計(jì)算 .........................................................................................................................................16 4.2 計(jì)算總結(jié) ...................................................................................................................................................17 5 結(jié)論 .................................................................................................................................................................18 5.1 全文總結(jié) ...................................................................................................................................................18 5.2 存在的問題和對(duì)未來的展望 ...................................................................................................................19 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................................................20 致 謝 .............................................................................................................................................................21 1 引言 1.1 課題來源及意義 汽車門窗不但要保證駕駛員有足夠的視角, 以安全駕駛和行車；同時(shí)為滿足乘坐舒適 的需要，玻璃的位置需要調(diào)整,因而玻璃調(diào)整的范圍與操縱的靈活方便就成為重要的性能 指標(biāo)。保證汽車玻璃靈活調(diào)整的機(jī)構(gòu)就是玻璃升降器，它也是汽車安全和舒適性的一個(gè) 重要部件。本課題來源于昌河鈴木汽車生產(chǎn)實(shí)踐。 1.2 電動(dòng)車窗歷史及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)于 1981 年推行了 JB2882-81《載重汽車用玻璃升降器技術(shù)條件 》標(biāo)準(zhǔn) [1]，在此標(biāo) 準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)汽車玻璃升降器的制造使用及檢測(cè)情況，并參照國(guó)際上有關(guān)的先 進(jìn)技術(shù)指標(biāo)及數(shù)據(jù)，修改制訂了汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T29026-91《汽車用玻璃升降器試驗(yàn)方 法》 [11]和 QC/T29027-91《 汽車用玻璃升降器技術(shù)條件 》 [10]，并于 1991 年頒布實(shí)施，該標(biāo) 準(zhǔn)對(duì)于汽車玻璃升降器的基本技術(shù)性能及測(cè)試方法作了明確的規(guī)定。由于目前我國(guó)大量 使用的主要為臂式玻璃升降器，其它類型特別是柔式玻璃升降器尚缺乏有關(guān)的技術(shù)資料 和技術(shù)數(shù)據(jù)，故上述標(biāo)準(zhǔn)僅適用于臂式玻璃升降器，其他類型亦可參照?qǐng)?zhí)行。由于臂式 玻璃升降器制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，目前我國(guó) 80%左右的汽車玻璃升降器采用臂式 玻璃升降器。而柔式玻璃升降器從平穩(wěn)性、運(yùn)動(dòng)阻力來說大大優(yōu)于前者，結(jié)構(gòu)更緊湊， 且安裝和布置都較為方便，但目前我國(guó)關(guān)于柔式升降器尚無正式的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。柔式玻璃 升降器在世界各種中高端車輛特別是轎車上已被大量采用，是一種比較先進(jìn)的玻璃升降 器。近來國(guó)內(nèi)的引進(jìn)汽車產(chǎn)品，如北京汽車玻璃升降器長(zhǎng)南汽隨車工具廠、四川汽車廠 附件廠等完成了有關(guān)軟軸式玻璃升降器的生產(chǎn)工藝的技術(shù)開發(fā)（引進(jìn)） ，可提供國(guó)產(chǎn)化產(chǎn) 品。隨著其批量化生產(chǎn)水平的提高，亦可用于代替臂式玻璃升降器。由于汽車結(jié)構(gòu)布局 設(shè)計(jì)、制造成本、制造技術(shù)的要求，手推拉式的車窗調(diào)整機(jī)構(gòu)仍為許多車輛采用。目前 臂式及手動(dòng)玻璃升降器為主要適用類型，柔式玻璃升降器的應(yīng)用尚限于引進(jìn)車型，而電 動(dòng)式玻璃升降器應(yīng)用較少。電動(dòng)玻璃升降器在國(guó)外中高檔車上應(yīng)用已很普遍，由于其結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、成本高、且國(guó)內(nèi)小型電機(jī)產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，故目前在我國(guó)汽車產(chǎn)品紅應(yīng)用尚少。 可以預(yù)見隨著我國(guó)汽車設(shè)計(jì)、制造水平的提高，電動(dòng)玻璃升降器將越來越多地應(yīng)用于汽 車產(chǎn)品。 1.2.2 演變歷史 國(guó)外搖窗電機(jī)起源于 60 年代末 70 年代初，第一代產(chǎn)品體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無防 水設(shè)計(jì)， 70 年代初期開始在一些中高檔轎車上配置。第二代產(chǎn)品較第一代產(chǎn)品在體積上 大為減小，同時(shí)增加了排水孔，70 年代末起開始大規(guī)模配置，其改進(jìn)型至今尚占有一部 分市場(chǎng)份額，我國(guó) 90 年代初期引入裝車的產(chǎn)品大多為此代產(chǎn)品。第三代產(chǎn)品于 80 年代 末 90 年代初投放市場(chǎng)，其特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊，使用透氣膜技術(shù)，防水性能優(yōu)越，電機(jī)性能 穩(wěn)定、可靠，使用壽命長(zhǎng)，為 90 年代主流產(chǎn)品，至今仍占據(jù)市場(chǎng)主要份額。第四代產(chǎn)品 于 90 年代末投放市場(chǎng)，由于大量采用新材料新工藝，其部件結(jié)構(gòu)趨向于一體化，體積進(jìn) 一步減小，重量大大降低，并可根據(jù)需要配置防夾電子模塊，在國(guó)外正開始取代第三代 電機(jī)。國(guó)外研制的第五代超小型電機(jī)，在 2006 年投放市場(chǎng)。 2 繩輪式玻璃升降器設(shè)計(jì)的原理和內(nèi)容 2.1 車窗升降器的分類和基本工作原理 新頒布的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T29027-91《汽車用玻璃升降器技術(shù)條件 》中對(duì)于玻璃升 降器是這樣定義的：“玻璃升降器是指按一定的驅(qū)動(dòng)方式將汽車車窗玻璃沿玻璃倒槽升 起或下降，并能停留在任意位置的裝置” 。 [10]主要應(yīng)用于汽車側(cè)面玻璃的升降，在車門附 件系統(tǒng)中，車門玻璃及玻璃升降器是占有空間最大的部件，也是最重要的一個(gè)子系統(tǒng)， 有著獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？紤]到一些特殊的玻璃調(diào)整裝置（如某些轎車可調(diào)開 度的三角玻璃、太陽頂窗等） ，似乎應(yīng)稱其為玻璃調(diào)整器才更為確切。在國(guó)外汽車行業(yè)的 有關(guān)技術(shù)資料中，玻璃升降器的用詞為 window regulator 其意即玻璃調(diào)整器，或許由于玻 璃的位置調(diào)整多位上下運(yùn)動(dòng)，故通稱為玻璃升降器。 汽車玻璃升降器通?？捎腥缦路诸悾?按傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分 臂式玻璃升降器 單臂式升降器 雙臂式升降器 交叉臂式升降器 平行臂式升降器 柔式玻璃升降器 繩輪式升降器 帶式升降器 軟軸式升降器 絲杠式玻璃升降 器 手動(dòng)式玻璃升降器 電動(dòng)式玻璃升降器 液動(dòng)式玻璃升降器 圖 1 汽車玻璃升降器的分類 玻璃升降器主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)和平衡機(jī)構(gòu)等幾大部分組成。根 據(jù)機(jī)械升降機(jī)構(gòu)的不同工作原理，電動(dòng)玻璃升降器可分為三種型式：繩輪式、臂式、軟 軸式。一般而論，繩輪式電動(dòng)玻璃升降器可用于各種圓弧玻璃的車型中，但由于安裝空 間要求較大，目前主要用于玻璃圓弧較小的中高檔轎車和高檔面包車中； 叉臂式電動(dòng)玻 璃升降器主要用于玻璃圓弧較大的載貨汽車、面包車及中低檔轎車中；軟軸式電動(dòng)玻璃 升降器可用于各種玻璃圓弧的車型中， 但運(yùn)行噪聲較大， 目前主要用于玻璃圓弧適中 的面包車及中低檔轎車中。從技術(shù)成熟程度、工藝成熟程度、運(yùn)行噪聲、可靠性、通用 性和經(jīng)濟(jì)性來分析這幾種結(jié)構(gòu)，一般廣為接受的結(jié)論如下表 表 1 三種機(jī)構(gòu)的電動(dòng)玻璃升降器的綜合比較 比較項(xiàng)目 繩輪式 （交叉）臂式 軟軸式 技術(shù)成熟度 √ √ — 工藝成熟度 √ √ — 運(yùn)行噪聲 √ — — 可靠性 √ √ √ 通用性 √ — √ 安裝空間要求 — √ √ 經(jīng)濟(jì)性 √ √ — 各種玻璃升降器均需通過某種形式的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃運(yùn)動(dòng)位置的調(diào)整。對(duì)于 玻璃為上下運(yùn)動(dòng)的玻璃升降器而言, 當(dāng)玻璃上升時(shí), 通過該機(jī)構(gòu)將玻璃提升至需要的位置; 而玻璃下降時(shí), 則可依靠玻璃自身的重力作為動(dòng)力, 此時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要起限位及減緩作用。 但由于實(shí)際上玻璃下降運(yùn)動(dòng)過程中需克服與密封件 (導(dǎo)槽、封口膠條等) 間的摩擦及傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)中的阻力等, 因此玻璃升降器也起一部分驅(qū)動(dòng)作用, 以保證車窗玻璃的穩(wěn)定移動(dòng)。電 動(dòng)玻璃升降器便于實(shí)現(xiàn)玻璃的各種運(yùn)動(dòng)方式 (升降或轉(zhuǎn)動(dòng)), 操縱簡(jiǎn)捷, 而且有利于操作自 動(dòng)化, 已越來越多地應(yīng)用在各種中高檔車輛上。 2.2 本文主要研究?jī)?nèi)容 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是羚羊汽車電動(dòng)玻璃升降器總體設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)過程包括對(duì)電機(jī)的選擇、 鋼絲繩的選擇及系統(tǒng)的傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)，然后確定基本參數(shù)，并根據(jù)玻璃的行程計(jì)算玻璃 上升和下降的速度和上升和下降時(shí)分別所需要的時(shí)間；最后對(duì)升降器的效率進(jìn)行分析計(jì) 算。通過以上步驟完成玻璃上升和下降的整個(gè)循環(huán)過程。 3 羚羊汽車玻璃升降器的前期設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 3.1 玻璃升降器要求 1．根據(jù)主機(jī)廠對(duì)升降器工作穩(wěn)定性和適應(yīng)性的要求，結(jié)構(gòu)型式采用繩輪式結(jié)構(gòu)。 2．選用西門子電機(jī)。 3．應(yīng)滿足昌河鈴木車門玻璃升降器的要求，升降器的工作行程為 470±10㎜。 4．升降器壽命應(yīng)不低于 QC/T636-2000 汽車電動(dòng)玻璃升降器企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 15000 次循環(huán)的要 求 [6]。 5．升降器的外觀和性能應(yīng)達(dá)到和優(yōu)于 QC/T636-2000 汽車電動(dòng)玻璃升降器的相關(guān)指標(biāo)。 3.2 玻璃升降器的組成 繩輪式玻璃升降器 繩輪式玻璃升降器總成主要由導(dǎo)軌（滑道） 、夾持玻璃的托槽、固定支架、滑動(dòng)器（滑 塊） 、導(dǎo)向滑輪（塊） 、鋼絲繩等組成。根據(jù)其所用的滑道數(shù)目又可以分為單滑道式 玻璃升降器和雙滑道玻璃升降器。如下圖所示。 繩輪式結(jié)構(gòu)由滑動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)支撐的滑塊 在滑道上移動(dòng)， 滑塊由撓性鋼絲繩連接。鋼絲繩的張力在所容許量和工作狀態(tài)下用彈簧 保持。玻璃安裝在滑動(dòng)塊上。 這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，運(yùn)行順暢，噪音小，成本 低，易于安裝布置，適用于大曲率弧形升降面的轎車車門上。相對(duì)來說，雙滑道式玻璃 升降器的運(yùn)行更平穩(wěn)，尤其是對(duì)無框車門系統(tǒng)。玻璃重力能用平衡彈簧抵消，使上升 和 下降的驅(qū)動(dòng)扭矩近似相等。 繩輪式玻璃升降器可以采用手動(dòng)或電動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式 圖 2 繩輪式玻璃升降器（左：?jiǎn)位?右：雙滑道） 3.3 玻璃升降器的功能要求 玻璃升降器是調(diào)節(jié)門窗玻璃開度大小的部件， 它確保門窗玻璃的順利開啟和關(guān)閉， 并可以保持在任意位置。因此，具有以下主要功能和使用要求： 1.操作方便省力，在最大載荷工作條件下，搖手柄力矩不應(yīng)大于 2N.m； 2.機(jī)構(gòu)可靠，升降平順，無沖擊和阻滯現(xiàn)象，無輾軋聲，并應(yīng)有鎖止機(jī)構(gòu)，防止向下壓玻 璃時(shí)，發(fā)生逆轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 3.足夠的強(qiáng)度和剛度，至少各個(gè)部件不能有扭曲和阻礙運(yùn)動(dòng)的變形； 4.壽命長(zhǎng)。 3.4 繩輪式玻璃升降器的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 繩輪式玻璃升降器的索具一般為易彎的鋼絲鉸合線， 通過設(shè)在內(nèi)板上的工藝孔來張 緊。索具纏繞固定在鋼絲卷上。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪帶動(dòng)鋼絲卷牽拉鋼索，玻璃托架開 始運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)玻璃的升降。鋼索的松緊度可以通過鋼絲卷調(diào)節(jié)。 對(duì)于某些轎車尤其是跑車的前門玻璃曲率較大，玻璃運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生弧形升降面。 這時(shí)就 要通過不產(chǎn)生偏向載荷的合適的滑道設(shè)計(jì)來適應(yīng)各種形狀的車門玻璃以及不同的玻璃運(yùn) 動(dòng)式，包括螺旋式。但是，螺旋式滑道結(jié)構(gòu)增加工裝和結(jié)構(gòu)件成本并導(dǎo)致質(zhì)量控制方法 復(fù)雜。 滑道和它安裝到車門上的方法可用于增加車門內(nèi)板的剛度。 薄的車內(nèi)板在升降器負(fù) 荷下變形明顯且在電動(dòng)系統(tǒng)中特別顯著。 單滑道系統(tǒng)通常易于安裝，在門內(nèi)板內(nèi)需要相對(duì)小的通道。單滑道系統(tǒng)可能要求緊 繃的鋼絲繩彎曲，特別對(duì)手動(dòng)型式，造成較高的鋼絲繩摩擦力，反向彎曲必須避免，因 為這會(huì)降低相當(dāng)多的疲勞壽命。除了成本，相對(duì)于雙滑道系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是重量輕和較好的 運(yùn)輸功效。 雙滑道可以提供較好的穩(wěn)定性，尤其對(duì)于寬玻璃或無車框門系統(tǒng)，但要求較大的裝 配口，也需要對(duì)滑道排列的控制更嚴(yán)格，以確保前后滑動(dòng)塊的位置不產(chǎn)生沖突。為解決 這個(gè)問題，可以使一個(gè)滑塊在前后方向上有更高的自由度。 雙滑道系統(tǒng)通常對(duì)鋼絲繩的走向要求不太嚴(yán)格， 從而降低由于張緊鋼絲繩的急彎曲 而產(chǎn)生的摩擦力。由于同樣的因素，鋼絲繩的耐久性通常較好。雙滑道不利方面是成本、 重量和運(yùn)輸方面。 如果需要，繩輪式系統(tǒng)可以配有可調(diào)整的上止點(diǎn)，以允許門結(jié)構(gòu)的變化，尤其對(duì)于 無車框車門。對(duì)于有車框的車門升降器的行程設(shè)計(jì)得大一點(diǎn)。 與交叉臂結(jié)構(gòu)的正弦特性相比， 繩輪式系統(tǒng)的機(jī)械優(yōu)勢(shì)和速比在整個(gè)玻璃行程中是 不變的。在整個(gè)搖動(dòng)過程中，給手動(dòng)一致的感覺。 繩輪式玻璃升降器中許多不受玻璃曲率影響的零部件可用在通用設(shè)計(jì)。 此外，在繩輪式玻璃升降器機(jī)構(gòu)中，鋼絲繩的拉力作用線相對(duì)玻璃重心理想的情況 應(yīng)與泥槽和密封力所產(chǎn)生的扭矩平衡，但實(shí)際情況這很難做到。由于玻璃在密封條和泥 槽中作用長(zhǎng)度的改變， 以及車門內(nèi)結(jié)構(gòu)和密封質(zhì)量的變化等原因，不是所有的力在整個(gè) 玻璃行程中是常數(shù)。 3.5 繩輪式玻璃升降器的布置 在車門及其附件設(shè)計(jì)中，車門玻璃及玻璃升降器是占有空間最大的部件，也是最重 要的一個(gè)子系統(tǒng)。如圖所示，為雙滑道繩輪式玻璃升降器的真實(shí)數(shù)字化模型和它在車門 中的布置位置。 圖 3 雙滑道繩輪式玻璃升降器的布置 4 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 4.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 1．羚羊車門三維數(shù)模 2．依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)： （1）QC/T636-2000 汽車電動(dòng)玻璃升降器。 （2）PF-60007A 電動(dòng)玻璃升降器總成技術(shù)條件。 [12] （3）SORC31-XBD001-A_ 玻璃升降器總成產(chǎn)品描述報(bào)告。 [13] 4.1.2 設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)玻璃升降器時(shí)，要求升降平順，工作可靠，無沖擊和阻滯現(xiàn)象，五碾軋聲；操 作輕便省力；具有防止手壓時(shí)玻璃升降器發(fā)生逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)。同時(shí)要求整個(gè)玻璃升降 器系統(tǒng)中，玻璃以及玻璃升降器導(dǎo)軌的匹配合理。 4.1.3 基本設(shè)計(jì)思想 1.結(jié)構(gòu)形式選擇 根據(jù)升降器真實(shí)數(shù)模，現(xiàn)前門采用繩輪式雙滑道結(jié)構(gòu)。 2.升降器的受力分析 在下面的示例中，W 是玻璃的重量，是常量， Fa 和 Fb 分別是前、后滑槽對(duì)玻璃 的阻力，對(duì)全滑槽類型是常量，但對(duì)部分滑槽類型是變量，F(xiàn)c 是窗口下端密封條對(duì)玻璃 運(yùn)動(dòng)的阻力， 它不僅是變量而且它的真實(shí)位置隨著玻璃的上升而移向前部，由于密封阻 力的變化鋼絲繩拉力 P 也是個(gè)變量。由于阻力多為變量不便于分析計(jì)算所以取行業(yè)規(guī)范 的通常經(jīng)驗(yàn)值。 圖 4 繩輪式玻璃升降器運(yùn)動(dòng)受力圖 4.1.4 玻璃質(zhì)量及滑道曲率的選取及確定 車窗玻璃現(xiàn)在普遍采用安全鋼化玻璃，厚度為 3.0-3.5mm。隨著人們審美觀的不斷提 高，對(duì)整體車型造型要求也越來越高，為了與整體造型風(fēng)格相匹配，車門玻璃由以往的 單曲率漸變?yōu)殡p曲率。但為了滿足工藝要求，設(shè)計(jì)階段玻璃最小曲率半徑 R 最好能大于 1000mm。避免因工藝難度太大導(dǎo)致的制造成本增加、產(chǎn)品合格率降低。 [2] 玻璃的曲率為 1178mm，滑道的曲率和玻璃是一個(gè)同心圓，所以升降器滑道曲率也為 1178mm 車窗玻璃的厚度 L=3mm 車窗玻璃的密度為 ρ=2.5g/cm 3 車窗玻璃的面積為 S=4160cm2 通過以上數(shù)據(jù)確定車窗的質(zhì)量 m=S×L×ρ=3120g 4.1.5 鋼絲繩的選取 1.根據(jù)汽車玻璃升降器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC-T 636-2000 鋼絲繩的選取條件為 [8]： (1)拉線用鋼絲繩為航空用鋼絲繩,外徑為 Φ1.5 mm, 6×7+IWS(中間股),既為 7×7 股。 (2)鋼絲公稱直徑為 φ0.17mm, 允許偏差±0.01，不圓度不大于 0.01。 (3)鋼絲用材料應(yīng)符合 GB699 的規(guī)定，其硫磷含量各不大于 0.03%。 (4)鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度不小于 1960Mpa。 (5)鋼絲表面的鋅層重量不小于 15g/m2。 (6)鋼絲表面的鍍鋅層均勻、連續(xù)、無裂紋和剝落現(xiàn)象。 (7)鋼絲表面不得有裂紋、竹節(jié)、起刺和傷痕等到缺陷。 2.鋼絲的力學(xué)性能： (1)鋼絲繩的最小破斷拉力為 1.99KN。 (2)鋼繩在受力為最小破斷拉力的 60%之后，其彈性伸長(zhǎng)率不大于 0.9%，永久伸長(zhǎng)率不大 于 0.2%.；經(jīng) 50000 次模擬車門升降循環(huán)后，永久伸長(zhǎng)率不大于 0.1%。 4.1.6 前門滑道 形狀如圖示，料厚: 1.5mm；材料:冷軋板?；篱L(zhǎng)度 485mm，滑道曲率 R1178 滑道 內(nèi)寬 16.5mm，料厚 1.5mm。兩滑道間的平行距離由車門裝卡孔確定。根據(jù)行業(yè)規(guī)范滑道 的摩擦阻力通常為經(jīng)驗(yàn)值：G 2=3.92N/100mm 圖 5 前門滑道 4.1.7 電機(jī)罩 形狀如圖示，出口角度 114°,左右件對(duì)稱，材料：聚甲醛(黑色) 圖 6 電機(jī)罩 4.1.8 拉索 （1）下拉索：形狀如圖示。材料為航空用鋼絲繩。鋼絲繩直徑 φ1.5mm，鋼絲繩長(zhǎng)度 946.3mm，敷管長(zhǎng)度 203mm，導(dǎo)向管長(zhǎng)度 34mm。 圖 7 下拉索 （2）上拉索：形狀如圖示。材料為航空用鋼絲繩。鋼絲繩直徑 φ1.5mm，鋼絲繩長(zhǎng)度 995mm，敷管長(zhǎng)度 418mm，導(dǎo)向管長(zhǎng)度 30.5mm。 圖 8 上拉索 （3）過渡拉索：形狀如圖示。材料為航空用鋼絲繩。鋼絲繩直徑 φ1.5mm，鋼絲繩長(zhǎng)度 1146mm，敷管長(zhǎng)度 513mm，導(dǎo)向管長(zhǎng)度 30.5mm。 圖 9 過度拉索 4.1.9 電動(dòng)玻璃升降器總成圖和運(yùn)動(dòng)過程 鋼絲繩 敷管導(dǎo)向管 調(diào)節(jié)塊 緩沖彈簧鉚接頭 鋼絲繩 導(dǎo)向管 敷管 鉚接頭 緩沖彈簧 鉚接頭 調(diào)節(jié)塊 鋼絲繩敷管 圖 10 升降器總成 1 右前-滑道玻璃托架總成 2 后滑道及滑輪鉚接總成 3 羚羊電動(dòng)前門上拉索總成 4 電動(dòng)前門過度拉索總成 5 前滑 道及滑輪鉚接總成 6 電機(jī)罩總成 7 羚羊用西門子 B 型電機(jī) 8 左前 -滑道玻璃托架總成 9 自攻螺釘 10 羚羊電動(dòng)前 門下拉索總成 11 緩沖塊 運(yùn)動(dòng)過程分析： （1）下降過程：電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為下降過程。下降前兩拉索的狀態(tài)為:上拉索纏繞在電 機(jī)輪上，下拉索處于未纏繞狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)開始后上拉索脫離纏繞，下拉索開始纏繞，形成 滑塊的下降過程。 （2）上升過程：電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為上升過程。上升前兩拉索的狀態(tài)為：下拉索纏繞在 電機(jī)輪上，上拉索處于未纏繞狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)開始后下拉索脫離纏繞，上拉索開始纏繞，形 成滑塊的下降過程。 4.1.10 電機(jī)的選擇 電機(jī)扭矩的計(jì)算： 根據(jù)基本參數(shù)得系統(tǒng)總載荷為玻璃重量及滑道阻力之合： 。12F??（ ） （玻璃重量 F1、滑道最大阻力 F2=G2×S、 S 為玻璃行程）3.9104859GN????1 .6mg?2?（ ） 所需電機(jī)的扭矩 /60%Mr（ ） 計(jì)算過程： 前門電機(jī)扭矩： /60%(49.2510).6207MFr Nm????（ ） 根據(jù)以上扭矩的計(jì)算，故采用西門子電機(jī)（如下圖） 圖 11 西門子電機(jī) 電機(jī)齒輪齒數(shù)的確定： 西門子電機(jī)的電機(jī)齒輪齒數(shù)有 32 齒和 8 齒兩種，由于 8 齒齒輪在裝配嚙合時(shí)需要時(shí) 間較長(zhǎng)，為了提高生產(chǎn)效率故采用 32 齒電機(jī)齒輪。電機(jī)輪半徑 r=25mm。 電機(jī)參數(shù)： 扭矩 M1=1.0Nm 時(shí)，轉(zhuǎn)速 n1=60-90rpm,電流 I≤ 5.5A，扭矩 M2=3.5Nm 時(shí)，轉(zhuǎn)速 n2=45-70rpm,電流 I≤ 10A，扭矩 Mk=8.0-13.0Nm 時(shí)，堵轉(zhuǎn)電流 Ik≤ 28A 表 2 電機(jī)基本性能 模數(shù) 1.75 壓力角 20 度 齒數(shù)（一周齒數(shù)） 32 周節(jié) 4 變位系數(shù) +0.45 齒頂圓 φ19.07mm 齒根圓 Φ11.49mm 公法線長(zhǎng)度 8.484 最小受力扭矩 50Nm 圖 12 西門子左右電機(jī)性能曲線 電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性計(jì)算： 玻璃升降器電動(dòng)機(jī)為永磁直流電機(jī)，永磁直流電機(jī)屬于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其固有機(jī)械特 性為： (1) [5]02NaEETNNURnnTC???????? 式中 ，為理想空載轉(zhuǎn)速； 常數(shù)，為固有機(jī)械特性的斜率； 是電0NEnC??2aETN?? aR 樞回路電阻； 稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，只與結(jié)構(gòu)有關(guān)； 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，也與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)；TC 為每極磁通，單位為 ；n 為電樞轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；額定電壓 的單位為 V；N Wb NU 電磁轉(zhuǎn)矩 T 的單位為 Nm。電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 和轉(zhuǎn)矩常數(shù) 都決定于電機(jī)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，對(duì)于ET 一臺(tái)已制造好的電機(jī)， 和 都是固定的常數(shù)。ECT 額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降為： (2)0NNn????A 圖 13 電機(jī)的固有機(jī)械特性圖 一般情況下，由于電樞回路電阻 Ra 很小，斜率 β N 很小，額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降落 ΔnN 很小， 因此， 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性是一條下降不多的直線， 如圖所示。 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條極為重要的特性，它與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的配合將決定電力拖動(dòng)系 統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和過渡過程。由于該特性為一條直線，只要確定兩點(diǎn)，就可以畫出該機(jī)械 特性直線。通常選擇兩個(gè)特殊點(diǎn)即理想空載點(diǎn)（即 n=n0， T=0）和額定工作點(diǎn)（即 n=nN ， T=TN）來確定固有特性直線。 下面估算玻璃升降器電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程： 參照 《汽車用門窗升降器電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》 提供的數(shù)據(jù)。 設(shè)電機(jī)中蝸輪蝸桿的傳 動(dòng)效率為 0.4，空載點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速 80r/min，蝸輪蝸桿減速比 72，則空載點(diǎn)電樞轉(zhuǎn)速為：0872560(/min)nr?? 額定點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速 52r/min，額定點(diǎn)電樞轉(zhuǎn)速為： 34(/i)N 額定點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 2000N·mm，額定點(diǎn)電樞轉(zhuǎn)矩為： 2069.()7TNm???A 將以上各式代入（2） ，得: ,.3(/in)Nr? 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為： (3)576029.T?? 其函數(shù)圖形與 x 軸正向約成 92o 的角， 可見玻璃升降器電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性很軟，輕 微的載荷波動(dòng)都會(huì)造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的劇烈變化。因而保證載荷盡量平穩(wěn)而對(duì)玻璃升降器 結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化也非常有意義。 4.1.11 基本參數(shù) （1）玻璃質(zhì)量： 3.12kg （2）滑道摩擦阻力：G 2=3.92N/100mm（經(jīng)驗(yàn)值） （4）行程：S=485mm （5）機(jī)械部分機(jī)械效率：60% 4.1.12 運(yùn)動(dòng)計(jì)算 1.根據(jù)電機(jī)的扭矩特性，當(dāng)電機(jī)承受 3.74Nm 的扭矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為 n = 78.3rpm。 故玻璃上升時(shí)間為: 2485(2)78.3604upTSЛrns???????? 2.玻璃下降時(shí)間： 當(dāng)玻璃下降時(shí)電機(jī)承受的扭矩為 2.53Nm，根據(jù)電機(jī)的扭矩特性，電機(jī)轉(zhuǎn)速為 n=61rpm。 故玻璃下降時(shí)間為 Tup = S÷2Л r×n=485÷(2Л ×25)×61÷60=3.1S 玻璃升降速度： 根據(jù)上述計(jì)算得： 上升平均速度： / 48512.3/upupVSTms??? 下降平均速度： /4853.16./downdownSs 3. 升降器的工作效率： 羚羊轎車蓄電池電壓為 12V， 起動(dòng)機(jī)額定電壓為 13.5V，因此要求電動(dòng)玻璃升降器 額定電壓為 13.5V， 工作電壓為 10-16V， 工作電流＜10A， 起動(dòng)電流＜25A， 堵轉(zhuǎn)電 流＜30A， 上升載荷為)49.6N， 下降載荷為 11.6N。根據(jù)下面公式可以計(jì)算出升降器 上升時(shí)的工作效率： FZ=UIt??A升（ ）（ ） 式中 為升降器上升是的工作效率； 為升降器上升時(shí)的負(fù)荷； 為玻璃上升時(shí)的?升 ZA 極限距離；U 為升降器電機(jī)接線柱處的電壓；I 為玻璃上升時(shí)電機(jī)的平均電流； 為玻璃t 上升的時(shí)間。 由于羚羊轎車 F=49.6NZ0.485mU=12VI5A升 ； ； ； 代如數(shù)據(jù)得： ??49.60851.%()????2 4.2 計(jì)算總結(jié) 根據(jù)上述計(jì)算得：該設(shè)計(jì)符合電動(dòng)玻璃升降器總成技術(shù)條件。 5 結(jié)論 5.1 全文總結(jié) 隨著社會(huì)的發(fā)展汽車逐漸成為了人們出行必不可少的交通工具，汽車也逐漸走進(jìn)了 欠佳萬戶。電動(dòng)汽車玻璃升降器為人們提供了很大的方便，使之成為了汽車必不可少的 一部分，而且隨著人們對(duì)方便性、安全性要求的提高，電動(dòng)玻璃升降器必將取代手動(dòng)玻 璃升降器。電動(dòng)玻璃升降器在國(guó)外中高檔車上應(yīng)用已很普遍，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、 且國(guó)內(nèi)小型電機(jī)產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，故目前在我國(guó)汽車產(chǎn)品應(yīng)用尚少。但可以預(yù)見隨著我 國(guó)汽車設(shè)計(jì)、制造水平的提高，電動(dòng)玻璃升降器將越來越多地應(yīng)用于汽車產(chǎn)品。車門玻 璃升降器作為車門附件，其作用是保證車門玻璃平穩(wěn)升降、門窗能隨時(shí)并順利地開啟和 關(guān)閉，并能使玻璃停留在任意位置，不隨外力作用或汽車的顛簸而上下跳動(dòng)。因此要求 玻璃升降器結(jié)構(gòu)可靠、操縱輕便省力，并需有防止玻璃升降器倒轉(zhuǎn)的制動(dòng)裝置。隨著汽 車的不斷改進(jìn)和發(fā)展，玻璃升降器也由簡(jiǎn)單的絲桿式、單臂式逐漸發(fā)展為今天的電動(dòng)式。 電動(dòng)玻璃升降器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，操縱方便省力，被現(xiàn)代轎車普遍采用。它可以在副儀表 板上布置控制開關(guān)，也可以在各自的車門上單獨(dú)設(shè)置開關(guān)，分別操作。駕駛員可以在自 己的位置上通過控制開關(guān)開閉任一車門玻璃，提高了轎車的舒適性和方便性。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完 整的羚羊汽車?yán)K輪式玻璃設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合 鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文 獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌 控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐 富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看 到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各 種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種零件的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué) 會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從不同的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了 新的要求，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我提前了解了這些知識(shí)，這是很珍貴的。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的 頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能 力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。 順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專 業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，無論給機(jī)械系統(tǒng)還是電路系統(tǒng)，我都采用了一些新的技術(shù)和機(jī) 械部件他們有著很多的優(yōu)越性但也存在一定的不足，這新不足在一定程度上限制了我們 的創(chuàng)造力?？蛇@些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動(dòng)力，只有發(fā)現(xiàn)問題面 對(duì)問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更 會(huì)關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭(zhēng)取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識(shí)，更好的為祖國(guó) 的四化服務(wù)。 5.2 存在的問題和對(duì)未來的展望 目前我國(guó)汽車玻璃升降器還存在許多問題，軟軸式升降器的發(fā)展不完善，升降器的 質(zhì)量可靠性有待于提高，零件的緊湊性和防水性還存在一定問題。 汽車玻璃升降器產(chǎn)品的主要發(fā)展方向?yàn)?趨于智能化，零件通用性更強(qiáng)安全性更強(qiáng)。 汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展和納米技術(shù)的應(yīng)用，加速了汽車智能化的進(jìn)程。未來幾年將是 汽車智能化發(fā)展的快速時(shí)期，玻璃升降器也將變得越來越自動(dòng)化、智能化。當(dāng)人們打開 車門時(shí)，如果該車門玻璃處于關(guān)閉狀態(tài)，電子控制系統(tǒng)檢測(cè)到信號(hào)后，指令電動(dòng)玻璃升 降器將車門玻璃自動(dòng)下降一定距離；關(guān)上車門后， 玻璃又自動(dòng)上升關(guān)閉。由此避免了在 關(guān)門時(shí)車內(nèi)氣壓過高而影響車內(nèi)乘員的舒適性。 對(duì)于無框車門，還可以避免在關(guān)門時(shí)玻 璃對(duì)車門密封條的摩擦。下雨時(shí)，當(dāng)智能自動(dòng)雨刮系統(tǒng)啟動(dòng)工作時(shí)，電動(dòng)玻璃升降器電 子控制系統(tǒng)檢測(cè)到雨刮工作電流，并指令所有車門升降器自動(dòng)關(guān)閉車窗玻璃。發(fā)動(dòng)機(jī)熄 火后，在駕駛員側(cè)車門關(guān)閉并鎖止 30s 內(nèi)，所有車門玻璃升降器電子監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)車門 玻璃狀態(tài)進(jìn)行智能掃描，如發(fā)現(xiàn)玻璃沒有關(guān)閉，則自動(dòng)關(guān)閉車門玻璃，以防止駕駛員離 開車時(shí)，因疏忽忘了關(guān)閉車門玻璃而發(fā)生失竊的后果。 參考文獻(xiàn) [1] JB2882-81《載重汽車用玻璃升降器技術(shù)條件》汽車技術(shù)，1981 年 [2] 《車門玻璃升降器設(shè)計(jì)方法淺析》.安徽：宋小寧，2005，1~7 [3] 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高等學(xué)府中順利完成了我的大學(xué)學(xué)業(yè)，并按時(shí)完成了畢業(yè)論文。在此，我對(duì)那些曾經(jīng)或正在幫助我、支持我的 老師、家人、同學(xué)和朋友們表示衷心的感謝。 首先，對(duì)于建波指導(dǎo)老師表示最誠(chéng)摯的謝意。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成過程中，于老師對(duì)我的設(shè)計(jì)給予了耐心地指 導(dǎo)，指出了論文中存在的問題并提出了很多寶貴的意見。 四年的本科學(xué)習(xí)中，我覺得我最大的收獲就在于我學(xué)會(huì)了怎樣做人和怎么學(xué)習(xí)，這一切與各位老師孜孜不倦的教 誨是密不可分的，愿他（她）們身體健康，在事業(yè)上取得更大的成功。 同時(shí)，我也要感謝和我一同學(xué)習(xí)生活、一起成長(zhǎng)的同學(xué)們朋友們，是你們讓我的大學(xué)生活更加精彩，讓我的大學(xué) 生涯充滿了無盡的樂趣和精彩的記憶，并且在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中給予了很大的幫助和支持。 最后，我要衷心地感謝我的家人，是他(她) 們多少年來在我的背后給予我默默的支持和關(guān)愛，讓我在人生的道路上 堅(jiān)強(qiáng)地前行。