吳濤
摘要:滑動外翻式汽車全景天窗視野開闊、通風(fēng)良好,因而備受廣大消費(fèi)者青睞。本文通過分析滑動外翻式全景天窗的運(yùn)動機(jī)構(gòu),確定其結(jié)構(gòu)形式、主體結(jié)構(gòu)尺寸,以及主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型,通過計(jì)算選定電動天窗馬達(dá),最終利用進(jìn)行Solidworks三維實(shí)體設(shè)計(jì)。整個設(shè)計(jì)過程都是依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的,設(shè)計(jì)滿足工程設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞:全景天窗;Solidworks;三維設(shè)計(jì)
引言
全景式天窗是指安裝于汽車頂部、主體材料為玻璃的車身部件,并且該部件有部分能夠由電機(jī)驅(qū)動并通過傳動機(jī)構(gòu)將天窗玻璃沿滑槽前后移動、傾斜啟閉,且能按要求停留在任意位置。本文在充分總結(jié)前人對于全景式天窗設(shè)計(jì)與使用的基礎(chǔ)上,分析現(xiàn)有某款車廂對于全景式天窗的設(shè)計(jì)需求,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選型計(jì)算,并且形成三維實(shí)體造型和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1、設(shè)計(jì)需求分析
滑動外翻式汽車全景天窗的設(shè)計(jì)主要從主體結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)功能和適用性等方面入手。通過對主體結(jié)構(gòu)及相關(guān)零部件設(shè)計(jì)、選型、校核,確定其控制系統(tǒng),然后綜合的視線所需要的功能,最后根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能及造價來確定適用范圍。設(shè)計(jì)之前先確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本情況,再根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計(jì)的一些基本要求。
主要用于中高檔小轎車,且便于維修更換,占用空間小,總體布局簡潔;
(1)動作幅度小,速度較緩,沖擊小;
(2)最大載荷量定為200N;
(3)運(yùn)動平穩(wěn)性好;
(4)全電動控制操作,按鈕啟動控制升降;
(5)工作環(huán)境要求:不宜風(fēng)沙過大室外進(jìn)行頻繁操作;
(6)性能可靠,成本低廉,便于移動,無其他附屬功能及特殊功能。
各部件設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如下:
(1)GB/T2828 逐批檢查技術(shù)抽樣程序抽樣表
(2)QC/T625汽車用涂鍍層和化學(xué)處理層
(3)GB/T17340汽車安全玻璃的尺寸、形狀、外觀
(4)GB9656 汽車用安全玻璃
(5)GB/T12421客車門窗用橡膠密封條
(6)QC/T413汽車電器設(shè)備基本技術(shù)條件
2、總體結(jié)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)
2.1 總體設(shè)計(jì)
滑動外翻式汽車全景天窗由防護(hù)架、密封條、玻璃蓋板、加強(qiáng)板、導(dǎo)向件、導(dǎo)軌、電機(jī)總成構(gòu)成。具體如圖1所示。
2.2 護(hù)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
防護(hù)架是支承天窗的主要部件,其主要設(shè)計(jì)為U型。結(jié)構(gòu)如圖2所示。防護(hù)框上裝有玻璃蓋板、導(dǎo)軌、電機(jī)總成、還有加強(qiáng)板。裝有電機(jī)的一端與車體前部相連接,另一端與車體尾部相連接,其內(nèi)部則裝有導(dǎo)軌。
圖1天窗總成實(shí)體圖
圖2防護(hù)框
2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向件分為前部導(dǎo)向件和后部導(dǎo)向件,主要承擔(dān)玻璃蓋板的外翻與滑動動作。如圖3、4所示。其中導(dǎo)向件中由滑動配件、連接桿和外翻配件組成。在滑動部件的兩端各裝有兩個滑輪,滑輪可以軌上滑動,這樣的設(shè)計(jì)大大減小了摩擦阻力。外翻配件前端通過連接桿與滑動部件連接,后端與玻璃蓋板連接孔接。
圖3前部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)
圖4前部導(dǎo)向件爆炸圖
后部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)與前部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)相似,同樣由滑動配件、連接桿、外翻配件構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖5、6所示。
圖5后部導(dǎo)向件總成
圖6后部導(dǎo)向件爆炸圖
3、天窗的動力學(xué)和力學(xué)校核
3.1動力學(xué)校核
本設(shè)計(jì)中玻璃蓋板導(dǎo)件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參照如下的運(yùn)動學(xué)方程。
上式中:
H——任意位置導(dǎo)件的高度;
C——任意位置導(dǎo)件到初始打開點(diǎn)的距離;
L——導(dǎo)軌的長度;
l——支撐桿固定鉸支點(diǎn)最右側(cè)蓋板的距離;
T——機(jī)架長度;
β——玻璃蓋板與水平線的夾角。
在設(shè)計(jì)中,導(dǎo)軌長度L=1.3m,支撐桿固定鉸支點(diǎn)最右側(cè)蓋板的距離l=0.07m,機(jī)架長度T=0.15m。
舉升時
回拉時:
在上式中,
P——電機(jī)作用于鋼絲繩上的拉力;
Q——舉升機(jī)構(gòu)所承受的重力載荷;
f——滾動摩擦系數(shù);
α——玻璃蓋板與垂直線的夾角。
由于滾動輪與導(dǎo)向槽之間為滾動摩擦,摩擦系數(shù)很小(f=0.01),為簡化計(jì)算,或忽略不計(jì),可簡化為:
PQ=Lcosαlsin(α+β)。
可算出r=PQ=1.3cosα0.07sin(α+β)=1.74>0,r為動阻比,大于零,所以設(shè)計(jì)符合要求。
3.2 導(dǎo)軌件力學(xué)校核
此滑動外翻式全景天窗中,導(dǎo)件所受的力如圖所示1所示。
圖7導(dǎo)件受力分析
(1)工作載荷
Fg=P=165.62N.
(2)導(dǎo)軌摩擦載荷Ff
對于有導(dǎo)軌以固定運(yùn)動方向的運(yùn)動副來說,導(dǎo)軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計(jì),因此Ff=0。
(3)慣性載荷Fα,
Fα=ma=6*0.27N=160.4N.
以上三種載荷之和稱為導(dǎo)軌件的外載荷Fw。
起動加速時Fw=Fg+Ff+Fα=326.02N;
穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時Fw=Fg+Ff=165.62N;
減速制動時Fw=Fg+Ff-Fα=558.2N。
工作載荷Fg并非每階段都存在,如該階段沒有工作,則Fg=0。但在計(jì)算和校核時,應(yīng)按照最大值取。
其受力為F=Fwηm=4270.95=449.47N>Fw,所以選型正確。
4、結(jié)束語
[參考文獻(xiàn)]
[1]吳宗澤,羅圣國主編.機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊.北京:高等教育出版社,2006.5.
[2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)教研室.理論力學(xué),北京:高等教育出版社,2002.8.
[3]北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2000 ,15.
[4]郭華,機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動測量,2001.9.
(作者單位:寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 ,寧夏 銀川750021)
摘要:滑動外翻式汽車全景天窗視野開闊、通風(fēng)良好,因而備受廣大消費(fèi)者青睞。本文通過分析滑動外翻式全景天窗的運(yùn)動機(jī)構(gòu),確定其結(jié)構(gòu)形式、主體結(jié)構(gòu)尺寸,以及主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型,通過計(jì)算選定電動天窗馬達(dá),最終利用進(jìn)行Solidworks三維實(shí)體設(shè)計(jì)。整個設(shè)計(jì)過程都是依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的,設(shè)計(jì)滿足工程設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞:全景天窗;Solidworks;三維設(shè)計(jì)
引言
全景式天窗是指安裝于汽車頂部、主體材料為玻璃的車身部件,并且該部件有部分能夠由電機(jī)驅(qū)動并通過傳動機(jī)構(gòu)將天窗玻璃沿滑槽前后移動、傾斜啟閉,且能按要求停留在任意位置。本文在充分總結(jié)前人對于全景式天窗設(shè)計(jì)與使用的基礎(chǔ)上,分析現(xiàn)有某款車廂對于全景式天窗的設(shè)計(jì)需求,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選型計(jì)算,并且形成三維實(shí)體造型和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1、設(shè)計(jì)需求分析
滑動外翻式汽車全景天窗的設(shè)計(jì)主要從主體結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)功能和適用性等方面入手。通過對主體結(jié)構(gòu)及相關(guān)零部件設(shè)計(jì)、選型、校核,確定其控制系統(tǒng),然后綜合的視線所需要的功能,最后根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能及造價來確定適用范圍。設(shè)計(jì)之前先確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本情況,再根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計(jì)的一些基本要求。
主要用于中高檔小轎車,且便于維修更換,占用空間小,總體布局簡潔;
(1)動作幅度小,速度較緩,沖擊?。?/p>
(2)最大載荷量定為200N;
(3)運(yùn)動平穩(wěn)性好;
(4)全電動控制操作,按鈕啟動控制升降;
(5)工作環(huán)境要求:不宜風(fēng)沙過大室外進(jìn)行頻繁操作;
(6)性能可靠,成本低廉,便于移動,無其他附屬功能及特殊功能。
各部件設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如下:
(1)GB/T2828 逐批檢查技術(shù)抽樣程序抽樣表
(2)QC/T625汽車用涂鍍層和化學(xué)處理層
(3)GB/T17340汽車安全玻璃的尺寸、形狀、外觀
(4)GB9656 汽車用安全玻璃
(5)GB/T12421客車門窗用橡膠密封條
(6)QC/T413汽車電器設(shè)備基本技術(shù)條件
2、總體結(jié)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)
2.1 總體設(shè)計(jì)
滑動外翻式汽車全景天窗由防護(hù)架、密封條、玻璃蓋板、加強(qiáng)板、導(dǎo)向件、導(dǎo)軌、電機(jī)總成構(gòu)成。具體如圖1所示。
2.2 護(hù)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
防護(hù)架是支承天窗的主要部件,其主要設(shè)計(jì)為U型。結(jié)構(gòu)如圖2所示。防護(hù)框上裝有玻璃蓋板、導(dǎo)軌、電機(jī)總成、還有加強(qiáng)板。裝有電機(jī)的一端與車體前部相連接,另一端與車體尾部相連接,其內(nèi)部則裝有導(dǎo)軌。
圖1天窗總成實(shí)體圖
圖2防護(hù)框
2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向件分為前部導(dǎo)向件和后部導(dǎo)向件,主要承擔(dān)玻璃蓋板的外翻與滑動動作。如圖3、4所示。其中導(dǎo)向件中由滑動配件、連接桿和外翻配件組成。在滑動部件的兩端各裝有兩個滑輪,滑輪可以軌上滑動,這樣的設(shè)計(jì)大大減小了摩擦阻力。外翻配件前端通過連接桿與滑動部件連接,后端與玻璃蓋板連接孔接。
圖3前部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)
圖4前部導(dǎo)向件爆炸圖
后部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)與前部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)相似,同樣由滑動配件、連接桿、外翻配件構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖5、6所示。
圖5后部導(dǎo)向件總成
圖6后部導(dǎo)向件爆炸圖
3、天窗的動力學(xué)和力學(xué)校核
3.1動力學(xué)校核
本設(shè)計(jì)中玻璃蓋板導(dǎo)件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參照如下的運(yùn)動學(xué)方程。
上式中:
H——任意位置導(dǎo)件的高度;
C——任意位置導(dǎo)件到初始打開點(diǎn)的距離;
L——導(dǎo)軌的長度;
l——支撐桿固定鉸支點(diǎn)最右側(cè)蓋板的距離;
T——機(jī)架長度;
β——玻璃蓋板與水平線的夾角。
在設(shè)計(jì)中,導(dǎo)軌長度L=1.3m,支撐桿固定鉸支點(diǎn)最右側(cè)蓋板的距離l=0.07m,機(jī)架長度T=0.15m。
舉升時
回拉時:
在上式中,
P——電機(jī)作用于鋼絲繩上的拉力;
Q——舉升機(jī)構(gòu)所承受的重力載荷;
f——滾動摩擦系數(shù);
α——玻璃蓋板與垂直線的夾角。
由于滾動輪與導(dǎo)向槽之間為滾動摩擦,摩擦系數(shù)很?。╢=0.01),為簡化計(jì)算,或忽略不計(jì),可簡化為:
PQ=Lcosαlsin(α+β)。
可算出r=PQ=1.3cosα0.07sin(α+β)=1.74>0,r為動阻比,大于零,所以設(shè)計(jì)符合要求。
3.2 導(dǎo)軌件力學(xué)校核
此滑動外翻式全景天窗中,導(dǎo)件所受的力如圖所示1所示。
圖7導(dǎo)件受力分析
(1)工作載荷
Fg=P=165.62N.
(2)導(dǎo)軌摩擦載荷Ff
對于有導(dǎo)軌以固定運(yùn)動方向的運(yùn)動副來說,導(dǎo)軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計(jì),因此Ff=0。
(3)慣性載荷Fα,
Fα=ma=6*0.27N=160.4N.
以上三種載荷之和稱為導(dǎo)軌件的外載荷Fw。
起動加速時Fw=Fg+Ff+Fα=326.02N;
穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時Fw=Fg+Ff=165.62N;
減速制動時Fw=Fg+Ff-Fα=558.2N。
工作載荷Fg并非每階段都存在,如該階段沒有工作,則Fg=0。但在計(jì)算和校核時,應(yīng)按照最大值取。
其受力為F=Fwηm=4270.95=449.47N>Fw,所以選型正確。
4、結(jié)束語
[參考文獻(xiàn)]
[1]吳宗澤,羅圣國主編.機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊.北京:高等教育出版社,2006.5.
[2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)教研室.理論力學(xué),北京:高等教育出版社,2002.8.
[3]北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2000 ,15.
[4]郭華,機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動測量,2001.9.
(作者單位:寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 ,寧夏 銀川750021)
摘要:滑動外翻式汽車全景天窗視野開闊、通風(fēng)良好,因而備受廣大消費(fèi)者青睞。本文通過分析滑動外翻式全景天窗的運(yùn)動機(jī)構(gòu),確定其結(jié)構(gòu)形式、主體結(jié)構(gòu)尺寸,以及主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型,通過計(jì)算選定電動天窗馬達(dá),最終利用進(jìn)行Solidworks三維實(shí)體設(shè)計(jì)。整個設(shè)計(jì)過程都是依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的,設(shè)計(jì)滿足工程設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞:全景天窗;Solidworks;三維設(shè)計(jì)
引言
全景式天窗是指安裝于汽車頂部、主體材料為玻璃的車身部件,并且該部件有部分能夠由電機(jī)驅(qū)動并通過傳動機(jī)構(gòu)將天窗玻璃沿滑槽前后移動、傾斜啟閉,且能按要求停留在任意位置。本文在充分總結(jié)前人對于全景式天窗設(shè)計(jì)與使用的基礎(chǔ)上,分析現(xiàn)有某款車廂對于全景式天窗的設(shè)計(jì)需求,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選型計(jì)算,并且形成三維實(shí)體造型和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1、設(shè)計(jì)需求分析
滑動外翻式汽車全景天窗的設(shè)計(jì)主要從主體結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)功能和適用性等方面入手。通過對主體結(jié)構(gòu)及相關(guān)零部件設(shè)計(jì)、選型、校核,確定其控制系統(tǒng),然后綜合的視線所需要的功能,最后根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能及造價來確定適用范圍。設(shè)計(jì)之前先確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本情況,再根據(jù)設(shè)計(jì)要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計(jì)的一些基本要求。
主要用于中高檔小轎車,且便于維修更換,占用空間小,總體布局簡潔;
(1)動作幅度小,速度較緩,沖擊小;
(2)最大載荷量定為200N;
(3)運(yùn)動平穩(wěn)性好;
(4)全電動控制操作,按鈕啟動控制升降;
(5)工作環(huán)境要求:不宜風(fēng)沙過大室外進(jìn)行頻繁操作;
(6)性能可靠,成本低廉,便于移動,無其他附屬功能及特殊功能。
各部件設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如下:
(1)GB/T2828 逐批檢查技術(shù)抽樣程序抽樣表
(2)QC/T625汽車用涂鍍層和化學(xué)處理層
(3)GB/T17340汽車安全玻璃的尺寸、形狀、外觀
(4)GB9656 汽車用安全玻璃
(5)GB/T12421客車門窗用橡膠密封條
(6)QC/T413汽車電器設(shè)備基本技術(shù)條件
2、總體結(jié)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)
2.1 總體設(shè)計(jì)
滑動外翻式汽車全景天窗由防護(hù)架、密封條、玻璃蓋板、加強(qiáng)板、導(dǎo)向件、導(dǎo)軌、電機(jī)總成構(gòu)成。具體如圖1所示。
2.2 護(hù)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
防護(hù)架是支承天窗的主要部件,其主要設(shè)計(jì)為U型。結(jié)構(gòu)如圖2所示。防護(hù)框上裝有玻璃蓋板、導(dǎo)軌、電機(jī)總成、還有加強(qiáng)板。裝有電機(jī)的一端與車體前部相連接,另一端與車體尾部相連接,其內(nèi)部則裝有導(dǎo)軌。
圖1天窗總成實(shí)體圖
圖2防護(hù)框
2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向件分為前部導(dǎo)向件和后部導(dǎo)向件,主要承擔(dān)玻璃蓋板的外翻與滑動動作。如圖3、4所示。其中導(dǎo)向件中由滑動配件、連接桿和外翻配件組成。在滑動部件的兩端各裝有兩個滑輪,滑輪可以軌上滑動,這樣的設(shè)計(jì)大大減小了摩擦阻力。外翻配件前端通過連接桿與滑動部件連接,后端與玻璃蓋板連接孔接。
圖3前部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)
圖4前部導(dǎo)向件爆炸圖
后部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)與前部導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)相似,同樣由滑動配件、連接桿、外翻配件構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖5、6所示。
圖5后部導(dǎo)向件總成
圖6后部導(dǎo)向件爆炸圖
3、天窗的動力學(xué)和力學(xué)校核
3.1動力學(xué)校核
本設(shè)計(jì)中玻璃蓋板導(dǎo)件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參照如下的運(yùn)動學(xué)方程。
上式中:
H——任意位置導(dǎo)件的高度;
C——任意位置導(dǎo)件到初始打開點(diǎn)的距離;
L——導(dǎo)軌的長度;
l——支撐桿固定鉸支點(diǎn)最右側(cè)蓋板的距離;
T——機(jī)架長度;
β——玻璃蓋板與水平線的夾角。
在設(shè)計(jì)中,導(dǎo)軌長度L=1.3m,支撐桿固定鉸支點(diǎn)最右側(cè)蓋板的距離l=0.07m,機(jī)架長度T=0.15m。
舉升時
回拉時:
在上式中,
P——電機(jī)作用于鋼絲繩上的拉力;
Q——舉升機(jī)構(gòu)所承受的重力載荷;
f——滾動摩擦系數(shù);
α——玻璃蓋板與垂直線的夾角。
由于滾動輪與導(dǎo)向槽之間為滾動摩擦,摩擦系數(shù)很?。╢=0.01),為簡化計(jì)算,或忽略不計(jì),可簡化為:
PQ=Lcosαlsin(α+β)。
可算出r=PQ=1.3cosα0.07sin(α+β)=1.74>0,r為動阻比,大于零,所以設(shè)計(jì)符合要求。
3.2 導(dǎo)軌件力學(xué)校核
此滑動外翻式全景天窗中,導(dǎo)件所受的力如圖所示1所示。
圖7導(dǎo)件受力分析
(1)工作載荷
Fg=P=165.62N.
(2)導(dǎo)軌摩擦載荷Ff
對于有導(dǎo)軌以固定運(yùn)動方向的運(yùn)動副來說,導(dǎo)軌摩擦相對于總載荷可以忽略不計(jì),因此Ff=0。
(3)慣性載荷Fα,
Fα=ma=6*0.27N=160.4N.
以上三種載荷之和稱為導(dǎo)軌件的外載荷Fw。
起動加速時Fw=Fg+Ff+Fα=326.02N;
穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時Fw=Fg+Ff=165.62N;
減速制動時Fw=Fg+Ff-Fα=558.2N。
工作載荷Fg并非每階段都存在,如該階段沒有工作,則Fg=0。但在計(jì)算和校核時,應(yīng)按照最大值取。
其受力為F=Fwηm=4270.95=449.47N>Fw,所以選型正確。
4、結(jié)束語
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(作者單位:寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 ,寧夏 銀川750021)