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基于CATIA的运动分析在汽车刮水器设计中的应用
来源:汽车电器  作者:佚名  2015-09-02 07:59:08



    上述主、副刮角速度、角加速度数值可以用来指导电机选型。由于选择的角加速度测量点在主、副刮摆杆上,所以CATIA分析得来的角加速度值可以用来计算主、副刮臂刮片因加速度带来的转矩,故本文引言部分列出的刮水器电机转矩计算公式可以改为:T≈ Tz+Tf+Taz+Taf+Tc。此时限定主、副刮臂刮片的刮速不为0,以判定刮片上有摩擦力存在,但主、副刮片位置都很接近其最大角加速度位置。由CATIA分析的结果可知,在最大刮刷角加速度时,角速度为0,但是由于角速度和角加速度曲线都是平滑过渡曲线,故可以再在公式中限定最大角加速度附近角速度不为0,以保证刮片上存在摩擦力,使公式成立。
    其中,最大刮刷加速度时带动主刮臂刮片所需转矩为L=Mz×Raz2×Az(不考虑摩擦力影响);最大刮刷加速度时带动副刮臂刮片所需转矩为Taf=Mf×Raf 2×A f(不考虑摩擦力影响)。
    式中:AZ----主刮最大角加速度,rad/s2 ;Af----副刮最大角加速度,rad/s2; R----主刮臂刮片质心和主刮转轴连线在刮臂刮片运动平面内的投影距离,m;  Raf----副刮臂刮片质心和副刮转轴连线在刮臂刮片运动平面内的投影距离,m。
    电机输出轴仅匀速驱动连杆机构所需的最大转矩为Tc(可以通过工装测量得出,一般也可以根据经验估测一个值)。
    匀速带动主刮臂刮片所需转矩为TZ=(Mz×g×cosθ+Fz) ×μ×Rz;匀速带动副刮臂刮片所需转矩为Tf=(Mf×g×cosθ+Ff) ×tt×Rf。
    以江淮和悦RS刮水器为例。和悦RS刮水器使用电机的转矩为30 Nm,以下数据为理论值不考虑制造公差,摩擦系如名选择其最大值。
    Rz=0.574 m;R f=0.773 m;Fz=9.1 N;Ff=4.9 N;MZ=0.536 kg;Mf=0.525 kg;g=9.8 N/kg;θ=30°;A=1.65;Az=40.5 rad/s2;A f=44.0 rad/s2;Raz=0.360 m;Raf=0.400 m;a=1.2~1.5。
    代人变更前公式
    Tz=(MZ×g ×cosθ+Fz) ×μ×RZ=(0.536×9.8×cos30°+9.1)×1.65×0.574≈12.93 Nm
    Tf=(Mf×g×cosθ+Ff) ×μ×R f=(0.525×9.8 ×cos30°+4.9)× 1.65×0.773≈ 11.93 Nm
    电机转矩T=(Tz+Tf) ×a=(12.93+11.93) ×(1.21.5)=29.8337.29 Nm
    根据上面计算的电机转矩范围值,为满足刮水器工作要求需要选择的转矩为38 Nm或以上规格的电机。
    代入变更后公式
    Taz=MZ×Raz2×A Z 0.536×0.2962 ×40.5≈1.90 Nm
    Taf=Mf×Raf 2×A f=0.525×0.3282×44.0≈2.49 Nm
    测量得Tc≈0.2 Nm
      电机转矩T=Tz+Tf+Taz+Taf+Tc=12.93+11.93+1.90+2.49+0.2=29.45 Nm
    根据上面计算的电机转矩值,加上摩擦系数A已选择其最大值,故可以考虑选择转矩为30 Nm或以上规格的电机,符合和悦RS车实际在用的30 Nm刮水器电机转矩。
    由于更改后的电机转矩计算公式(Tz+Tf+Taz+Taf+TC)计算出的值已考虑到了刮水器刮刷中的主要因素,其计算出的值已很接近刮水器工作所需的电机转矩,故相比传统公式(Tz+Tf) ×a计算的范围值会更加接近刮水器刮刷所需要的最大电机转矩。

    3 结论
    本文首先通过分析得出了以往刮水器设计中电机选型采用的传统简化载荷计算公式的不足,然后利用CATIA软件工具对和悦RS刮水器进行运动分析,得出了主、副刮角数值,确认刮水器刮角符合设计要求,并得出了刮水器主、副刮的角速度、角加速度数值及其对应的关系,最终利用角加速度和相关参数对应的关系重新定义了电机选型的计算公式,为刮水器产品设计开发提供了一个更加可靠的设计依据。
 

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关键词:CATIA 刮水器

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