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本 科 畢 業(yè) 設 計 題目羚羊汽車繩輪式電動玻璃升降器的總體設計 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 學 生 姓 名 學 號 指 導 教 師 職 稱 高級工程師 2011 年 4 月 25 日 羊汽車繩輪式電動玻璃升降器的總體設計 摘 要 畢業(yè)設計的課題基本分為三大類，即工藝工裝設計類、組合機床設計類和計算機課 題類。本課題所涉及的是第一類，設計任務為繩輪式汽車玻璃升降器的設計，有電機輸 出動力帶動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、門窗能隨時并順 利地開啟和關閉，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。 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)的制動裝置。 隨著汽車的不斷改進和發(fā)展，玻璃升降器也由簡單的絲桿式、單臂式逐漸發(fā)展為今天的 電動式。電動玻璃升降器結(jié)構(gòu)簡單可靠，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，也可以在各自的車門上單獨設置開關，分別操作。駕駛員 可以在自己的位置上通過控制開關開閉任一車門玻璃，提高了轎車的舒適性和方便性。 本次設計主要包括升降器的基本分類和工作原理的介紹，主要針對繩輪式汽車玻璃 升降器進行設計，包括電機、鋼絲繩等主要部件的選擇及系統(tǒng)運動的計算分析。共完成 圖紙近 6 張，基本完成老師所交給的任務。 關鍵詞：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 todays 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 cars 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 電動車窗歷史及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................................................1 2 繩輪式玻璃升降器設計的原理和內(nèi)容 ...........................................................................................................3 2.1 車窗升降器的分類和基本工作原理 .........................................................................................................3 2.2 本文主要研究內(nèi)容 .....................................................................................................................................4 3 羚羊汽車玻璃升降 器的前期設計準備 ...........................................................................................................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計特點 .................................................................................................................6 3.5 繩輪式玻璃升降器的布置 .........................................................................................................................7 4 設計計算說明書 ...............................................................................................................................................8 4.1 設計計算說明書 .........................................................................................................................................8 4.1.1 設計依據(jù) ..............................................................................................................................................8 4.1.2 設計原則 ..............................................................................................................................................8 4.1.3 基本設計思想 ......................................................................................................................................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 電機罩 ................................................................................................................................................10 4.1.8 拉索 ....................................................................................................................................................11 4.1.9 電動玻璃升降器總成圖和運動過程 ................................................................................................11 4.1.10 電機的選擇 ......................................................................................................................................12 4.1.11 基本參數(shù) ..........................................................................................................................................16 4.1.12 運動計算 .........................................................................................................................................16 4.2 計算總結(jié) ...................................................................................................................................................17 5 結(jié)論 .................................................................................................................................................................18 5.1 全文總結(jié) ...................................................................................................................................................18 5.2 存在的問題和對未來的展望 ...................................................................................................................19 參考文獻 .............................................................................................................................................................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。保證汽車玻璃靈活調(diào)整的機構(gòu)就是玻璃升降器，它也是汽車安全和舒適性的一個 重要部件。本課題來源于昌河鈴木汽車生產(chǎn)實踐。 1.2 電動車窗歷史及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國于 1981 年推行了 JB2882-81載重汽車用玻璃升降器技術(shù)條件 標準 1，在此標 準的基礎上，根據(jù)我國汽車玻璃升降器的制造使用及檢測情況，并參照國際上有關的先 進技術(shù)指標及數(shù)據(jù)，修改制訂了汽車行業(yè)標準 QC/T29026-91汽車用玻璃升降器試驗方 法 11和 QC/T29027-91 汽車用玻璃升降器技術(shù)條件 10，并于 1991 年頒布實施，該標 準對于汽車玻璃升降器的基本技術(shù)性能及測試方法作了明確的規(guī)定。由于目前我國大量 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的技術(shù)資料 和技術(shù)數(shù)據(jù)，故上述標準僅適用于臂式玻璃升降器，其他類型亦可參照執(zhí)行。由于臂式 玻璃升降器制造工藝相對簡單，成本低，目前我國 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、運動阻力來說大大優(yōu)于前者，結(jié)構(gòu)更緊湊， 且安裝和布置都較為方便，但目前我國關于柔式升降器尚無正式的國家標準。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，是一種比較先進的玻璃升降 器。近來國內(nèi)的引進汽車產(chǎn)品，如北京汽車玻璃升降器長南汽隨車工具廠、四川汽車廠 附件廠等完成了有關軟軸式玻璃升降器的生產(chǎn)工藝的技術(shù)開發(fā)（引進） ，可提供國產(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 設計、制造成本、制造技術(shù)的要求，手推拉式的車窗調(diào)整機構(gòu)仍為許多車輛采用。目前 臂式及手動玻璃升降器為主要適用類型，柔式玻璃升降器的應用尚限于引進車型，而電 動式玻璃升降器應用較少。電動玻璃升降器在國外中高檔車上應用已很普遍，由于其結(jié) 構(gòu)復雜、成本高、且國內(nèi)小型電機產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，故目前在我國汽車產(chǎn)品紅應用尚少。 可以預見隨著我國汽車設計、制造水平的提高，電動玻璃升降器將越來越多地應用于汽 車產(chǎn)品。 1.2.2 演變歷史 國外搖窗電機起源于 60 年代末 70 年代初，第一代產(chǎn)品體積較大，結(jié)構(gòu)復雜，無防 水設計， 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，同時增加了排水孔，70 年代末起開始大規(guī)模配置，其改進型至今尚占有一部 分市場份額，我國 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，其特點為結(jié)構(gòu)緊湊，使用透氣膜技術(shù)，防水性能優(yōu)越，電機性能 穩(wěn)定、可靠，使用壽命長，為 90 年代主流產(chǎn)品，至今仍占據(jù)市場主要份額。第四代產(chǎn)品 于 90 年代末投放市場，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 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，在國外正開始取代第三代 電機。國外研制的第五代超小型電機，在 2006 年投放市場。 2 繩輪式玻璃升降器設計的原理和內(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)標準 QC/T29027-91汽車用玻璃升降器技術(shù)條件 中對于玻璃升 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，也是最重要的一個子系統(tǒng)， 有著獨立的運動機構(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） ，似乎應稱其為玻璃調(diào)整器才更為確切。在國外汽車行業(yè)的 有關技術(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)整多位上下運動，故通稱為玻璃升降器。 汽車玻璃升降器通常可有如下分類： 按傳動結(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 手動式玻璃升降器 電動式玻璃升降器 液動式玻璃升降器 圖 1 汽車玻璃升降器的分類 玻璃升降器主要由驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、制動機構(gòu)和平衡機構(gòu)等幾大部分組成。根 據(jù)機械升降機構(gòu)的不同工作原理，電動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；軟軸式電動玻璃 升降器可用于各種玻璃圓弧的車型中， 但運行噪聲較大， 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、運行噪聲、可靠性、通用 性和經(jīng)濟性來分析這幾種結(jié)構(gòu)，一般廣為接受的結(jié)論如下表 表 1 三種機構(gòu)的電動玻璃升降器的綜合比較 比較項目 繩輪式 （交叉）臂式 軟軸式 技術(shù)成熟度 工藝成熟度 運行噪聲 可靠性 通用性 安裝空間要求 經(jīng)濟性 各種玻璃升降器均需通過某種形式的驅(qū)動機構(gòu)以實現(xiàn)對玻璃運動位置的調(diào)整。對于 玻璃為上下運動的玻璃升降器而言, 當玻璃上升時, 通過該機構(gòu)將玻璃提升至需要的位置; 而玻璃下降時, 則可依靠玻璃自身的重力作為動力, 此時驅(qū)動機構(gòu)主要起限位及減緩作用。 但由于實際上玻璃下降運動過程中需克服與密封件 (導槽、封口膠條等) 間的摩擦及傳動 機構(gòu)中的阻力等, 因此玻璃升降器也起一部分驅(qū)動作用, 以保證車窗玻璃的穩(wěn)定移動。電 動玻璃升降器便于實現(xiàn)玻璃的各種運動方式 (升降或轉(zhuǎn)動), 操縱簡捷, 而且有利于操作自 動化, 已越來越多地應用在各種中高檔車輛上。 2.2 本文主要研究內(nèi)容 我的畢業(yè)設計是羚羊汽車電動玻璃升降器總體設計，該設計過程包括對電機的選擇、 鋼絲繩的選擇及系統(tǒng)的傳動方式設計，然后確定基本參數(shù)，并根據(jù)玻璃的行程計算玻璃 上升和下降的速度和上升和下降時分別所需要的時間；最后對升降器的效率進行分析計 算。通過以上步驟完成玻璃上升和下降的整個循環(huán)過程。 3 羚羊汽車玻璃升降器的前期設計準備 3.1 玻璃升降器要求 1根據(jù)主機廠對升降器工作穩(wěn)定性和適應性的要求，結(jié)構(gòu)型式采用繩輪式結(jié)構(gòu)。 2選用西門子電機。 3應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 47010。 4升降器壽命應不低于 QC/T636-2000 汽車電動玻璃升降器企業(yè)標準， 15000 次循環(huán)的要 求 6。 5升降器的外觀和性能應達到和優(yōu)于 QC/T636-2000 汽車電動玻璃升降器的相關指標。 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軌（滑道） 、夾持玻璃的托槽、固定支架、滑動器（滑 塊） 、導向滑輪（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)由滑動導向系統(tǒng)支撐的滑塊 在滑道上移動， 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。玻璃安裝在滑動塊上。 這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點是重量輕，運行順暢，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。相對來說，雙滑道式玻璃 升降器的運行更平穩(wěn)，尤其是對無框車門系統(tǒng)。玻璃重力能用平衡彈簧抵消，使上升 和 下降的驅(qū)動扭矩近似相等。 繩輪式玻璃升降器可以采用手動或電動兩種驅(qū)動方式 圖 2 繩輪式玻璃升降器（左：單滑道 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，搖手柄力矩不應大于 2N.m； 2.機構(gòu)可靠，升降平順，無沖擊和阻滯現(xiàn)象，無輾軋聲，并應有鎖止機構(gòu)，防止向下壓玻 璃時，發(fā)生逆轉(zhuǎn)運動； 3.足夠的強度和剛度，至少各個部件不能有扭曲和阻礙運動的變形； 4.壽命長。 3.4 繩輪式玻璃升降器的設計特點 繩輪式玻璃升降器的索具一般為易彎的鋼絲鉸合線， 通過設在內(nèi)板上的工藝孔來張 緊。索具纏繞固定在鋼絲卷上。當電機轉(zhuǎn)動時，齒輪帶動鋼絲卷牽拉鋼索，玻璃托架開 始運動，實現(xiàn)玻璃的升降。鋼索的松緊度可以通過鋼絲卷調(diào)節(jié)。 對于某些轎車尤其是跑車的前門玻璃曲率較大，玻璃運動產(chǎn)生弧形升降面。 這時就 要通過不產(chǎn)生偏向載荷的合適的滑道設計來適應各種形狀的車門玻璃以及不同的玻璃運 動式，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)件成本并導致質(zhì)量控制方法 復雜。 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 荷下變形明顯且在電動系統(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，特別對手動型式，造成較高的鋼絲繩摩擦力，反向彎曲必須避免，因 為這會降低相當多的疲勞壽命。除了成本，相對于雙滑道系統(tǒng)，優(yōu)點是重量輕和較好的 運輸功效。 雙滑道可以提供較好的穩(wěn)定性，尤其對于寬玻璃或無車框門系統(tǒng)，但要求較大的裝 配口，也需要對滑道排列的控制更嚴格，以確保前后滑動塊的位置不產(chǎn)生沖突。為解決 這個問題，可以使一個滑塊在前后方向上有更高的自由度。 雙滑道系統(tǒng)通常對鋼絲繩的走向要求不太嚴格， 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，以允許門結(jié)構(gòu)的變化，尤其對于 無車框車門。對于有車框的車門升降器的行程設計得大一點。 與交叉臂結(jié)構(gòu)的正弦特性相比， 繩輪式系統(tǒng)的機械優(yōu)勢和速比在整個玻璃行程中是 不變的。在整個搖動過程中，給手動一致的感覺。 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計。 此外，在繩輪式玻璃升降器機構(gòu)中，鋼絲繩的拉力作用線相對玻璃重心理想的情況 應與泥槽和密封力所產(chǎn)生的扭矩平衡，但實際情況這很難做到。由于玻璃在密封條和泥 槽中作用長度的改變， 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 玻璃行程中是常數(shù)。 3.5 繩輪式玻璃升降器的布置 在車門及其附件設計中，車門玻璃及玻璃升降器是占有空間最大的部件，也是最重 要的一個子系統(tǒng)。如圖所示，為雙滑道繩輪式玻璃升降器的真實數(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 設計計算說明書 4.1 設計計算說明書 4.1.1 設計依據(jù) 1羚羊車門三維數(shù)模 2依據(jù)標準： （1）QC/T636-2000 汽車電動玻璃升降器。 （2）PF-60007A 電動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)品描述報告。 13 4.1.2 設計原則 設計玻璃升降器時，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；具有防止手壓時玻璃升降器發(fā)生逆轉(zhuǎn)的制動機構(gòu)。同時要求整個玻璃升降 器系統(tǒng)中，玻璃以及玻璃升降器導軌的匹配合理。 4.1.3 基本設計思想 1.結(jié)構(gòu)形式選擇 根據(jù)升降器真實數(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、后滑槽對玻璃 的阻力，對全滑槽類型是常量，但對部分滑槽類型是變量，F(xiàn)c 是窗口下端密封條對玻璃 運動的阻力， 它不僅是變量而且它的真實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 也是個變量。由于阻力多為變量不便于分析計算所以取行業(yè)規(guī)范 的通常經(jīng)驗值。 圖 4 繩輪式玻璃升降器運動受力圖 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，對整體車型造型要求也越來越高，為了與整體造型風格相匹配，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，設計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 =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=SL=3120g 4.1.5 鋼絲繩的選取 1.根據(jù)汽車玻璃升降器行業(yè)標準 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 1.5 mm, 67+IWS(中間股),既為 77 股。 (2)鋼絲公稱直徑為 0.17mm, 允許偏差0.01，不圓度不大于 0.01。 (3)鋼絲用材料應符合 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，其彈性伸長率不大于 0.9%，永久伸長率不大 于 0.2%.；經(jīng) 50000 次模擬車門升降循環(huán)后，永久伸長率不大于 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)驗值：G 2=3.92N/100mm 圖 5 前門滑道 4.1.7 電機罩 形狀如圖示，出口角度 114,左右件對稱，材料：聚甲醛(黑色) 圖 6 電機罩 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 1.5mm，鋼絲繩長度 946.3mm，敷管長度 203mm，導向管長度 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 1.5mm，鋼絲繩長度 995mm，敷管長度 418mm，導向管長度 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 1.5mm，鋼絲繩長度 1146mm，敷管長度 513mm，導向管長度 30.5mm。 圖 9 過度拉索 4.1.9 電動玻璃升降器總成圖和運動過程 鋼絲繩 敷管導向管 調(diào)節(jié)塊 緩沖彈簧鉚接頭 鋼絲繩 導向管 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 羚羊電動前門上拉索總成 4 電動前門過度拉索總成 5 前滑 道及滑輪鉚接總成 6 電機罩總成 7 羚羊用西門子 B 型電機 8 左前 -滑道玻璃托架總成 9 自攻螺釘 10 羚羊電動前 門下拉索總成 11 緩沖塊 運動過程分析： （1）下降過程：電機順時針轉(zhuǎn)動時為下降過程。下降前兩拉索的狀態(tài)為:上拉索纏繞在電 機輪上，下拉索處于未纏繞狀態(tài)。運動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：電機逆時針轉(zhuǎn)動時為上升過程。上升前兩拉索的狀態(tài)為：下拉索纏繞在 電機輪上，上拉索處于未纏繞狀態(tài)。運動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 電機的選擇 電機扭矩的計算： 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=G2S、 S 為玻璃行程）3.9104859GN1 .6mg2（ ） 所需電機的扭矩 /60%Mr（ ） 計算過程： 前門電機扭矩： /60%(49.2510).6207MFr Nm（ ） 根據(jù)以上扭矩的計算，故采用西門子電機（如下圖） 圖 11 西門子電機 電機齒輪齒數(shù)的確定： 西門子電機的電機齒輪齒數(shù)有 32 齒和 8 齒兩種，由于 8 齒齒輪在裝配嚙合時需要時 間較長，為了提高生產(chǎn)效率故采用 32 齒電機齒輪。電機輪半徑 r=25mm。 電機參數(shù)： 扭矩 M1=1.0Nm 時，轉(zhuǎn)速 n1=60-90rpm,電流 I 5.5A，扭矩 M2=3.5Nm 時，轉(zhuǎn)速 n2=45-70rpm,電流 I 10A，扭矩 Mk=8.0-13.0Nm 時，堵轉(zhuǎn)電流 Ik 28A 表 2 電機基本性能 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 19.07mm 齒根圓 11.49mm 公法線長度 8.484 最小受力扭矩 50Nm 圖 12 西門子左右電機性能曲線 電動機的固有機械特性計算： 玻璃升降器電動機為永磁直流電機，永磁直流電機屬于他勵直流電動機，其固有機械特 性為： (1) 502NaEETNNURnnTC 式中 ，為理想空載轉(zhuǎn)速； 常數(shù)，為固有機械特性的斜率； 是電0NEnC2aETN aR 樞回路電阻； 稱為電動勢常數(shù)，只與結(jié)構(gòu)有關； 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，也與電機結(jié)構(gòu)有關；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。電動勢常數(shù) 和轉(zhuǎn)矩常數(shù) 都決定于電機的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，對于ET 一臺已制造好的電機， 和 都是固定的常數(shù)。ECT 額定負載時的轉(zhuǎn)速降為： (2)0NNnA 圖 13 電機的固有機械特性圖 一般情況下，由于電樞回路電阻 Ra 很小，斜率 N 很小，額定負載時轉(zhuǎn)速降落 nN 很小， 因此， 他勵直流電動機固有機械特性是一條下降不多的直線， 如圖所示。 電動機的機械特性是一條極為重要的特性，它與負載轉(zhuǎn)矩特性的配合將決定電力拖動系 統(tǒng)的穩(wěn)定運行和過渡過程。由于該特性為一條直線，只要確定兩點，就可以畫出該機械 特性直線。通常選擇兩個特殊點即理想空載點（即 n=n0， T=0）和額定工作點（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機的機械特性方程： 參照 汽車用門窗升降器電動機技術(shù)條件 提供的數(shù)據(jù)。 設電機中蝸輪蝸桿的傳 動效率為 0.4，空載點電機轉(zhuǎn)速 80r/min，蝸輪蝸桿減速比 72，則空載點電樞轉(zhuǎn)速為：0872560(/min)nr 額定點電機轉(zhuǎn)速 52r/min，額定點電樞轉(zhuǎn)速為： 34(/i)N 額定點電機轉(zhuǎn)矩 2000Nmm，額定點電樞轉(zhuǎn)矩為： 2069.()7TNmA 將以上各式代入（2） ，得: ,.3(/in)Nr 電動機的機械特性方程為： (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機固有機械特性很軟，輕 微的載荷波動都會造成電動機轉(zhuǎn)速的劇烈變化。因而保證載荷盡量平穩(wěn)而對玻璃升降器 結(jié)構(gòu)進行優(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)驗值） （4）行程：S=485mm （5）機械部分機械效率：60% 4.1.12 運動計算 1.根據(jù)電機的扭矩特性，當電機承受 3.74Nm 的扭矩時，電機轉(zhuǎn)速為 n = 78.3rpm。 故玻璃上升時間為: 2485(2)78.3604upTSrns 2.玻璃下降時間： 當玻璃下降時電機承受的扭矩為 2.53Nm，根據(jù)電機的扭矩特性，電機轉(zhuǎn)速為 n=61rpm。 故玻璃下降時間為 Tup = S2 rn=485(2 25)6160=3.1S 玻璃升降速度： 根據(jù)上述計算得： 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， 起動機額定電壓為 13.5V，因此要求電動玻璃升降器 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)下面公式可以計算出升降器 上升時的工作效率： FZ=UItA升（ ）（ ） 式中 為升降器上升是的工作效率； 為升降器上升時的負荷； 為玻璃上升時的升 ZA 極限距離；U 為升降器電機接線柱處的電壓；I 為玻璃上升時電機的平均電流； 為玻璃t 上升的時間。 由于羚羊轎車 F=49.6NZ0.485mU=12VI5A升 ； ； ； 代如數(shù)據(jù)得： 49.60851.%()2 4.2 計算總結(jié) 根據(jù)上述計算得：該設計符合電動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，汽車也逐漸走進了 欠佳萬戶。電動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，而且隨著人們對方便性、安全性要求的提高，電動玻璃升降器必將取代手動玻 璃升降器。電動玻璃升降器在國外中高檔車上應用已很普遍，由于其結(jié)構(gòu)復雜、成本高、 且國內(nèi)小型電機產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，故目前在我國汽車產(chǎn)品應用尚少。但可以預見隨著我 國汽車設計、制造水平的提高，電動玻璃升降器將越來越多地應用于汽車產(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、門窗能隨時并順利地開啟和 關閉，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。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)的制動裝置。隨著汽 車的不斷改進和發(fā)展，玻璃升降器也由簡單的絲桿式、單臂式逐漸發(fā)展為今天的電動式。 電動玻璃升降器結(jié)構(gòu)簡單可靠，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，也可以在各自的車門上單獨設置開關，分別操作。駕駛員可以在自 己的位置上通過控制開關開閉任一車門玻璃，提高了轎車的舒適性和方便性。 畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完 整的羚羊汽車繩輪式玻璃設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結(jié)合 鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文 獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌 控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐 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 到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。 雖然畢業(yè)設計內(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 種設備的選用標準，各種零件的安裝方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學 會應用的。和老師的溝通交流更使我從不同的角度對設計有了新的認識也對自己提出了 新的要求，通過這次畢業(yè)設計讓我提前了解了這些知識，這是很珍貴的。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的 頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能 力，更強的溝通力和理解力。 順利如期的完成本次畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專 業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，無論給機械系統(tǒng)還是電路系統(tǒng)，我都采用了一些新的技術(shù)和機 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。可這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動力，只有發(fā)現(xiàn)問題面 對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更 會關注新技術(shù)新設備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為祖國 的四化服務。 5.2 存在的問題和對未來的展望 目前我國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)展方向為:趨于智能化，零件通用性更強安全性更強。 汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展和納米技術(shù)的應用，加速了汽車智能化的進程。未來幾年將是 汽車智能化發(fā)展的快速時期，玻璃升降器也將變得越來越自動化、智能化。當人們打開 車門時，如果該車門玻璃處于關閉狀態(tài)，電子控制系統(tǒng)檢測到信號后，指令電動玻璃升 降器將車門玻璃自動下降一定距離；關上車門后， 玻璃又自動上升關閉。由此避免了在 關門時車內(nèi)氣壓過高而影響車內(nèi)乘員的舒適性。 對于無框車門，還可以避免在關門時玻 璃對車門密封條的摩擦。下雨時，當智能自動雨刮系統(tǒng)啟動工作時，電動玻璃升降器電 子控制系統(tǒng)檢測到雨刮工作電流，并指令所有車門升降器自動關閉車窗玻璃。發(fā)動機熄 火后，在駕駛員側(cè)車門關閉并鎖止 30s 內(nèi)，所有車門玻璃升降器電子監(jiān)控系統(tǒng)將對車門 玻璃狀態(tài)進行智能掃描，如發(fā)現(xiàn)玻璃沒有關閉，則自動關閉車門玻璃，以防止駕駛員離 開車時，因疏忽忘了關閉車門玻璃而發(fā)生失竊的后果。 參考文獻 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 車門玻璃升降器設計方法淺析.安徽：宋小寧，2005，17 3 濮良貴、紀名剛.機械設計M .北京：高等教育出版社, 2001,103116;143164 4 魯直雄汽車運用工程.南京:東南大學出版社, 2008.2;2151 5 鄧星鐘 機電傳動控制M第 4 版 武漢：華中科技大學出版社，2010.1，2223 6 QC/T636-2000汽車電動玻璃升降器國家標準 ，2000 7 王旭、王積森.機械設計課程設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2003.8,256269 8 PF-20001 鋼絲繩總成技術(shù)標準 ，2001.07 9 常治斌、張京輝.機械原理M.北京：北京大學出版社，2007.2,225237 10 QC/ T2902791汽車用玻璃升降器技術(shù)條件,1991 11 QC /T2902691汽車用玻璃升降器試驗方法,1991 12 PF-60007A電動玻璃升降器總成技術(shù)條件 ，2003 13 SORC31-XBD001-A_玻璃升降器總成產(chǎn)品描述報告 ，2003 14 柯明楊 機械制造工藝學 M 北京：北京航空航天大學出版社，1996.8 15 成大先機械設計手冊 M北京：化學工業(yè)出版社， 2004.1 16 王伯平 互換性與測量技術(shù)基礎M 北京：機械工業(yè)出版社，2008.12 17 POTENTIAL FAILURE MODE AND EFFECTS ANALYSIS(FMEA) 18 北京順恒達汽車零部件制造有限公司企業(yè)標準 ，2002 19 全順汽車電動玻璃升降器企業(yè)標準,PF-60011，2003 致謝 在 高等學府中順利完成了我的大學學業(yè)，并按時完成了畢業(yè)論文。在此，我對那些曾經(jīng)或正在幫助我、支持我的 老師、家人、同學和朋友們表示衷心的感謝。 首先，對于建波指導老師表示最誠摯的謝意。在整個畢業(yè)設計的完成過程中，于老師對我的設計給予了耐心地指 導，指出了論文中存在的問題并提出了很多寶貴的意見。 四年的本科學習中，我覺得我最大的收獲就在于我學會了怎樣做人和怎么學習，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，我也要感謝和我一同學習生活、一起成長的同學們朋友們，是你們讓我的大學生活更加精彩，讓我的大學 生涯充滿了無盡的樂趣和精彩的記憶，并且在完成畢業(yè)設計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愛，讓我在人生的道路上 堅強地前行。