毕业设计 -货车机械平行臂式玻璃升降器的设计

1、各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘 要玻璃升降器的存在一是为了增加驾驶员的车视野，二是为了保证车内的通风，因此它是车门附件中重要的元件。虽然现今电动式玻璃升降器大行其道，但平行臂式升降器依然有它的市场，在货车和面包车上因其可靠性、成本低、强度好、升降平稳、运动阻力小等特点因而被广泛应用。本文所要设计的是货车机械平行臂式玻璃升降器，在分析了所需玻璃行程的基础上进行了运动分析和力学分析。在对机构进行了性能与结构分析的基础上，主要涉及驱动总成（传动轴），传动总成（小齿轮、扇形齿板），执行元件（一对平行传动臂、T形架）及安装固定装置等的设计；为了实现玻璃在任意位置的制动，玻璃在受到向下的压力时能保证不超

2、过5mm下移以及举升轻便的要求分别设计了制动机构和平衡机构。随后对各元件、总成与机构采用几何作图法与理论计算的方法进行了载荷分析，对关键零件进行了强度校核，从而确定零件的断面尺寸和形状。接着对各部件进行实体建模和装配。最后对主要元件进行二维出图。关键词：玻璃升降器，平行臂，行程，平衡弹簧，制动弹簧Vehicle Mechanical Parallel Arms Window RegulatorABSTRACTThe window regulator One is to increase the presence of the car driver vision, and the other i

3、s to ensure that the vehicle ventilation, Therefore it is important annex to the door components. Although modern electric window regulators are more popular, but the parallel arm window regulators are still on the market. In trucks and vans on the basis of their reliability, low cost, good strength

4、, a smooth landing, small resistance movement characteristics they have been widely used.This paper is to be briefed on the vehicle mechanical arm Glass parallel movements of the design process. In the performance of the institutions and structures on the basis of the analysis, involving mainly driv

5、en assembly (Shaft), drive assembly (small gear, fan-shaped tooth plate), the implementation of devices (one pair of parallel transmission arm, T-shaped frame); To achieve the glass at arbitrary position and the brake light of the lifting of a brake designed and balance mechanism. Subsequently the r

6、ight components, assembly and institutions using geometric mapping with the calculation methods of analysis and loads are calculated to determine the components of the cross-section size and shape. Proceeded to I do the components of solid modeling and assembly. Finally, I do the main components of

7、2D drawing to satisfy the requirement of the real situation. Key words: window regulator, parallel arm, trip, balance spring, spring brake货车机械平行臂式玻璃升降器的设计韩 强 0 引言新颁布的汽车行业标准QCT29027-91汽车用玻璃升降器技术条件中对于玻璃升降器是这样定义的：“玻璃升降器是指按一定的驱动方式将汽车车窗玻璃沿玻璃导槽升起或下降，并能停留在任意位置的装置。考虑到一些特殊的玻璃调整装置(如某些轿车可调开度的三角窗玻璃、太阳顶窗等)，似乎应称其

8、为玻璃调整器才更为确切。在国外汽车行业的有关技术资料中，玻璃升降器的用词为Window Regulator其意即玻璃调整器，或许由于玻璃的位置调整多为上下运动，故通常称之为玻璃升降器。各种玻璃升降器均需通过某种形式的驱动机构以实现对玻璃运动位置的调整；对于玻璃为上下运动的玻璃升降器而言，当玻璃上升时，通过该机构将玻璃提升至需要的位置；而玻璃下降时，则可依靠玻璃自身的重力作为动力此时驱动机构主要起限位及减缓作用。但由于实际上玻璃下降运动过程中需克服与密封件(导槽、封口胶条等)间的摩擦、及传动机构中的阻力等因此玻璃升降器也起一部分驱动作用，以保证车窗玻璃的稳定移动。臂式玻璃升降器的传动机构为齿轮齿

9、板啮合传动除齿轮外其主要构件均为板式结构加工方便，成本低，在目前国内车辆上使用较为普遍。但由于其采用悬臂式支承结构及齿轮齿板机构，故工作阻力较大。玻璃升降器的主要技术性能与其结构型式、使用车型、安装位置、玻璃的形状（曲率）和重量等因素有关而有所不同。包括下列各项指标：1）操作性 指玻璃在升降时所需操作力的大小。对于用选装式手柄的升降器来说，平均操作力为19.624.5N（22.5kgf），最大不得超过29.4N（3kfg），升起与下降玻璃时所用力的差值应不大于4.9N（0.5kgf）。操作力也可用力拒表示，如我国的JB2882规定为1.96Nm（20kgfcm），上海桑塔纳轿车规定为2.5Nm

10、。2）耐久性 指玻璃升降器能正常工作的次数即玻璃从下止点升至上止点，再由上止点降到下止点为工作一次。3）可靠性 指玻璃在升降过程种，能准确的停留在任意位置的能力，如：JB2882规定玻璃下降不大于5mm。4）平稳性 指玻璃在整个升降行程中，保持其水平位置不变的能力。常用每100mm长度上的不平行度表示。例如：JB2882规定玻璃的不平行度为0.4mm/100mm，而广州别儒轿车规定为0.3mm/100mm。5）耐超载性 常用符合强度和操作强度表示。“符合强度”表示在窗玻璃中央施加额定的载荷时，玻璃不产生连续下降；“操作强度”表示在摇摆转动轴上施加额定转矩时，不允许构件产生变形和出现异常现象。6

11、）耐振性 指汽车在行使中出现振动时，升降器能保持玻璃开度位置不变的能力。1 玻璃升降器的发展1.1 汽车玻璃升降器的种类按玻璃升降器的安装位置分，有用于侧门窗、三角窗、后门窗、驾驶员室与乘员室隔离窗等玻璃升降器。按传动机构的型式分，有臂式、钢丝绳式、带式、软轴式等玻璃升降器。按操纵的方式分，有机械式和自动式等玻璃升降器。1.1.1 臂式玻璃升降器根据其结构型式可分为单臂式（图1.1）和双臂式。而双臂式又可分为交叉臂式（图1.2）和平行双臂式（图1.3）两种。图1.1 单臂式玻璃升降器单臂式和平行双臂式的特点式玻璃的重心与升降臂的重心不在一条铅垂线上，在玻璃升降过程中两重心之间的相对位置经常变化

12、，故易产生歪斜、卡住现象；并且在玻璃升降运动时不够平稳，操作力也较大，只适用于玻璃导槽为平行式导轨的结构。而交叉双臂式则无此缺点，玻璃在升降行程中的重心和传动臂的重心始终在一条铅垂线上，所以运动平稳使用较为普遍。三种臂式玻璃升降器的共同特点是：强度好、重量较大、安装位置的可调性差。臂式玻璃升降器的主要零件有：小齿轮，其模数为1.52，齿数69，材料可用粉末冶金压铸件，热处理淬火HRC4248，也可用45号钢切削加工，热处理淬火HRC4852；扇形齿轮，其材料为25号钢板，冷冲压件，齿部热处理淬火HRC3035；平衡弹簧可用2.5mm，宽10mm，材料65Mn的扁钢卷成，热处理，回火HB480。

13、图1.2 交叉臂式玻璃升降器图1.3 平行臂式玻璃升降器臂式玻璃升降器的操作力，影响手柄操作的阻力因素如表1.1所示，其中玻璃与导槽之间的摩擦力最大。故安装时，应保证玻璃与导轨之间的配合间隙，各运动部件应涂润滑脂，以减少摩擦阻力。 表1.1臂式玻璃升降器各部分的阻力实测值比率主要因素阻力玻璃升降运动30.2玻璃重量28.2齿轮部分27.6玻璃支承部分11.5升降臂的重量和齿轮的摩擦6.4平衡弹簧的作用-3.9合计1001.1.2 钢丝绳式玻璃升降器图1.4 钢丝绳式如图1.4所示为桑塔纳轿车上使用的钢丝绳式玻璃升降器。传动路线为摇把小齿轮扇形齿轮卷筒钢丝绳运动托架玻璃升降。钢丝绳式的摇动手柄位

14、置可自由布置，安装方便，钢丝绳的松紧度可利用张紧轮进行调节，由于门窗玻璃装在运动托架上，玻璃上下移动时，玻璃质量的重力作用线，始终与钢丝绳平行，故玻璃上下运动平稳；它所用的零件少，质量少，加工容易，常用于轿车。1.1.3 带式玻璃升降器其为美国的一种塑料穿孔带式玻璃升降器，零件多数采用塑料件，故质量少。它与臂式玻璃升降器比较：对于双门汽车，可减少质量3.2kg，对于四门汽车，可减少5kg。由于传动机构中均涂以润滑脂，故使用过程中部需维护保养，运动平稳。这种玻璃升降器的耐久性实验达25000次。传动路线为：摇把小齿轮塑料穿孔带运动托架玻璃升降。1.1.4 齿轮弹簧式玻璃升降器图1.5 齿轮弹簧式

15、玻璃升降器如图1.5所示为奥地利斯太尔载货汽车上使用的齿轮弹簧式玻璃升降器。弹簧钢丝直径。弹簧外径，螺距3.2mm。弹簧的内圈中穿有直径为的多股钢丝绳，在多股钢丝绳的表面缠绕高2mm的羊毛，在羊毛上涂以润滑脂，以降低齿轮与弹簧啮合时的摩擦力。在弹簧的外圆上套有厚0.8mm的钢板卷成的导向管，以保证弹簧轴向运动无阻碍。传动路线为：手柄小齿轮弹簧玻璃托架玻璃升降。齿轮弹簧式与臂式玻璃升降器比较：零件少，质量轻，结构简单，工作平稳，无噪声、以及手柄位置可调性好、玻璃重心始终通过弹簧中心等优点。但在多股钢丝绳上夹植绒毛比较困难，成为其难以推广的软肋。1.1.5 电动式玻璃升降器电动玻璃升降器的操纵机构

16、是由电流机代替手动摇把。配装电动玻璃升降器的车辆，车门玻璃的升降或调整可由驾驶员方便地操纵按键控制，可同时调控，也可分组调整或单独调整，操作非常方便准确，大大提高了操纵的可靠性和驾驶员工作的舒适性而且有利于操作自动化(例如有些高级轿车变速杆换至“P”驻车位置时，全部玻璃会自动关闭。图1.6 电动式玻璃升降器电动玻璃升降器主要由普通机械式玻璃升降器的传动及提升支承部分、可逆式直流电机和减速器、控制开关等组成。如日本PAJERO越野车的前车门玻璃升降器，可选装手动式或电动式玻璃升降器。电动玻璃升降器一般采用可逆式直流电机，工作电压12V，工作电流5A，约束电流可达20A30A。1.2 我国汽车玻璃

17、升降器的发展我国于1981年推行了JB2882-81载重汽车用玻璃升降器技术条件标准，在此标准的基础上，根据我国汽车玻璃升降器的制造使用及检测情况，并参照国际上有关的先进技术指标及数据，修改制定了汽车行业标准QC/T29026-91汽车用玻璃升降器技术条件，并于1991年颁布实施，该标准对于汽车玻璃升降器的基本技术性能及测试方法作了明确的规定。由于目前我国大量使用的主要为臂式玻璃升降器，其它类型特别是柔式玻璃升降器尚缺乏有关的技术资料和技术数据，故上述标准仅适用于臂式玻璃升降器，其它类型玻璃升降器亦可参照执行。80 年代末期，一些南洋和日本商人看好中国的汽车市场，提供了一些电动玻璃升降器于汽车

18、配件市场，供中国汽车用户改装汽车之用。90年代初是轿车作为生产讨论向消费讨论变化的一个特征。最早开始应用在桑塔纳普通型的选装车上，称为豪华型轿车，以后在奥迪、捷达、富康等轿车上都开始选装电动玻璃升降器。由于电动玻璃升降器比传统的手动玻璃升降器具有许多优越性，它运行平稳，调节自如，不需要人力，给驾驶员和乘员带来一种舒适感和安全感。汽车上装有电动玻璃升降器，给汽车带来一种豪华的气氛，受人喜爱。因此，目前在中级以上轿车都将电动玻璃升降器作为一种标准配置，用以提高汽车的配置档次。1991 年，上海大众汽车有限公司开发桑塔纳豪华型选装车时，决定将电动玻璃升降器作为其标准配件。同年，上海实业交通电器有限公

19、司和张家港星港电子有限公司开始开发电动玻璃升降器。1992年，一汽大众决定将电动玻璃升降器作为AUDI 100轿车的标准配件。1993 年，上海实业交通电器有限公司和张家港星港电子有限公司开发的SANTANA电动玻璃升降器，按照德国大众的TL - 82083 电动玻璃升降器供货技术条件，经过严格的型式试验、材料试验和6 万km 夏季及冬季道路试验，都通过了上海大众的认可并批量供货。该电动玻璃升降器为绳轮式结构，采用了密封电动机拖动，基本达到了国外80 年代中期水平。1999 年，上海博泽汽车部件有限公司开发的PASSAT B5 轿车门板系统经过严格的认可程序，通过了上海大众的国产化认可并批量供

20、货。该门板系统不但接受了国际流行的系统供货观念，而且具有电动玻璃升降器驱动安全控制电子模块。2000 年，上海实业交通电器有限公司自行开发的BUICK CENTURY 和REGAL 的电动玻璃升降器，按国外90 年代末期的技术标准，经过严格的认可程序，通过了美国GM 公司的认可并批量供货。当前我国电动玻璃升降器的发展很快，它不但在轿车中大量配套，而且也开始在轻型客车中大量配套。最近还有在卡车中配套的意向，其使用方便，安全，舒适的特点已被越来越多的人接受。其配套市场的天地是广阔的。随着汽车工业的发展，电动玻璃升降器呈现智能性、模块化的发展趋势。为了使电动玻璃升降器保持强劲的动力，又防止在使用过程

21、中出现不小心被夹住的不安全因素，目前的电动玻璃升降器已具有一定的智能，它能使玻璃在上升中碰到一定的阻力时，即停止上升并下降，足以防止乘客肢体不小心被夹住的小概率事件。这一功能是靠安装在摇窗电机中的电子模块来完成的，上海大众新开发的帕萨特轿车的电动玻璃升降器就具有这种防夹功能。与国际潮流相同，电动玻璃升降器在中国也不仅限于为豪华轿车的选装件，如今大部分的国产中、高档轿车，高档载货汽车，中、高档面包车都已将电动玻璃升降器作为一种标准配件。国内电动玻璃升降器供应商最大问题在于其生产规模还太小，如上海实业交通电器有限公司，其生产量大致是国外同类规模厂商年产量的15% 20%。这样的生产规模无法参与国际

22、竞争。造成低效率生产的根本原因还是技术能力不强，如各车型配套的电动玻璃升降器结构相差巨大，各厂家基本按原车型的电动玻璃升降器的结构进行某种仿造开发和生产，无法形成自己的系列产品以降低成本，因此，根据国内外车型开发自己的系列产品，是我国电动玻璃升降器生产厂家的一个重要课题。另一发展趋势就是模块化，在国际汽车工业发展过程中，为了更好地迎合顾客的个性化要求，降低产品成本，提高汽车质量，整车厂逐渐将自制件压缩，并尽量减少整车厂的工作量，将整车厂的精力都放在新车型的开发上，因此提出了模块供货的要求，将原来直接由各供应商提供单个零件，由整车厂在生产线上组装的生产模式逐步转为由一级供应商承担模块供货，整车厂

23、仅作模块组装，这样可大大压缩整车厂的工作时间，加速汽车的更新换代。过去汽车厂是比谁生产线长，今后可能是生产线越长，效率越低。 1.3 国外汽车玻璃升降器的发展国外电动玻璃升降器的发展已经出现了一种漠块化供货，它不再是单一的升降器的供货方式，而是一种多个汽车部件集成为一个模块一起供货的方式，现称为车门内板模块。在车门内板上安装有电动玻璃升降器、机电一体化门锁、电子模块、扬声器、线束，组成车内门板模块系统。国外一些轿车中就采用这种车门内板模块。采用车门内板模块后其优点如下： 1.模块化供货可降低主机厂的成本，减少零件装配时间，主机厂总装流程可缩短；2.有利于提高产品质量。原来由各个零部件厂负责的零

24、件，现在由一个模块总成厂对质量负责，由总成厂来控制质量，有利于提高产品质量；3.模块化后可减少门板系统的零件，减轻重量；4.模块门板系统的内门板将车门分成2个腔，1个湿腔，1个干腔。它将机械部分放在湿腔，电机、线束、电子模块等放在干腔，减少了电气零件受湿的故障；5.车门内安装模块门板系统后，增加车门的强度，提高了车门的安全性；6.电子模块具有多种功能。控制升降器，并具有升降器的防夹保护；控制后视镜；控制门锁；采用电子模块后还可减少很多线束。2 玻璃升降器的总布置2.1 玻璃布置车门玻璃的形状、大小、位置的确定是顺利实现玻璃升降器布置的前提基础，也是车门布置设计的重要内容。玻璃形状和窗口处造型形

25、状及窗框结构密切相关。确定时应本着尽量逼近外型的原则，并保证玻璃沿导轨顺利升降。逼近外型是指车门玻璃大小、形状与车身造型所要求的窗口一致，并尽量使玻璃外表面与车身外表面贴近。如图2-1 所示，其中A-A 剖面表示了玻璃中心线和车门外表面线的相对位置。车门外表面线为车身外形的截面曲线，玻璃中心线为圆柱面玻璃的截面线。首先玻璃中心线的曲率和趋势应逼近外表面线。其次是保证玻璃沿导轨顺利升降。然后通过前（A-A 断面）后（B-B 断面）两处断面的y 方向坐标确定出玻璃圆柱面中心线在俯视图上的倾斜角度，这样就确定了玻璃中心面的位置。2.2 玻璃升降器的布置过程玻璃升降器是车门上主要附件之一，它带动玻璃上

26、下运动，占据门内大量空间。在选择玻璃升降器时，应考虑以下因素：车门造型特点、车窗开口大小、玻璃形状和安装方式。此外，一般要求选择的玻璃升降器最大行程比实际行程大些。 图2.1 车门玻璃位置确定2.2.1 车门窗玻璃升降器操纵手柄位置在确定操纵手柄时应从人机工程学的角度来考虑。为了使手柄布置在方便的位置，就要把手柄的位置和驾驶员的位置联系起来。如图2-2 所示，为载货汽车的手柄位置确定。图示的阴影区域，是在有关标准中对载货汽车驾驶室车门玻璃升降器手柄、三角窗框及车门扶手所限定的区域。 图2.2 汽车手柄位置确定图2.3 车门升降机构平面布置图1主动臂摆动中心；2 铰链中心线； 3前导轨； 4滑槽

27、上止点5门锁；6后导轨；7滑槽下止点；8限位块2.2.2 平面图布置（即沿车身的侧面看过去）如图2.3所示，为玻璃升降器的平面布置图。1）为了使升降平稳，玻璃升降器的支撑中心应与玻璃质心相一致。如图2.4所示，虚线nn是玻璃的运动轨迹；在玻璃行程中，玻璃重心一直随着主动臂的摆动在T形架中心左右移动，但在下至点和上至点处，为了使玻璃重心对T形架中心产生的力矩大小相同，两个极点位置重心的偏移量要求一样，都为133.6mm。在C点处，此时主动臂与水平位置成夹角，玻璃重心与T形架中心在同一条垂直线上，故玻璃重心对T形架中心的力矩为零。2）从动臂与主动臂在行程中始终保持定距的平行，从动臂一端连接在底板上

28、，另一端连接在T形架上，用于T形架的平稳。3）升降器底板在门内板平面上的固定位置和角度，则决定于按人机工程学的校核区域内手柄位置和主动臂的摆动中心，还要考虑齿板齿轮的啮合范围。4）主动臂与从动臂的长度是设计升降器时应该考虑的因素，一般由玻璃升程和玻璃小决定。5）玻璃的限位在上止点靠的是窗框的最上端，而在下止点靠的是玻璃限位块8，它一般焊在盖板上，当盖板拆下后，玻璃还可沿导轨下滑，直到滚子可以从滑槽中脱开为止，以便拆装和更换玻璃。图2.4 玻璃重心位置图2.2.3 侧面图布置（厚度方向）图2.5为车门的侧向布置图，它可用来观察升降器在门厚度方向上的位置。注意在绘制该图时，应该先画玻璃中心线，然后

29、以它为基准去确定其它部件的位置。在确定中心线时，主要依据外表面曲线、侧面曲线及附件布置等。以玻璃中心线为基准，依照所选的玻璃升降器（一般会给出底板安装平面到滚轮或滑槽的尺寸），可定出安装平面到玻璃中心线的距离A（如上图所示）。距离A是非常重要的，它关系到升降器是否升降自如，因为玻璃导槽按玻璃中心线的形状和运动轨迹位置安装固定。 图2.5 测向布置图1传动臂 2球头滚轮轴 3滑槽 4滚轮 5弹簧片图2.6 玻璃升降器工作示意图此外，玻璃升降在侧视图上还存在着一个矛盾，即玻璃的圆弧运动和升降器臂及托杆的直线运动之间存在矛盾，如下图2.6 所示。当玻璃为平面时，其上下运动的轨迹是直线，A 值不变；当

30、玻璃为曲面时，则A 值是变化的，可通过传动臂与玻璃连接部分的弹性进行补偿，若补偿量不够，则要重新选择玻璃升降器。A 值通过在内板上所冲压的D 平面来保证，若无法使用恰当的玻璃升降器，则要全新设计。为解决以上问题，在设计上可采取以下措施：（1）玻璃夹框或托架与升降器臂连接采用球面接触，靠球面滚轮在滑槽内的转动来补偿两者运动方向上的差异，如上图2.6 所示；（2）为补偿曲面玻璃在升程范围内的弦弧高，可以将升降器臂上的滚轮设计成可轴向窜动，还可以借助弹簧片和升降器臂的变形来补偿。但无论采取哪种方式，布置时应尽量减小Y 方向窜动量，即布置时使升降器托架置于弦与弧顶中间，使变形量两侧分开，升降器臂拉压变

31、形量相等。2.3 结构布置2.3.1 驱动部件玻璃正常升降：手摇柄传动轴扭转弹簧直径变小推动联动盘小齿轮扇形齿轮升降臂（主动臂与从动臂）玻璃安装槽板玻璃升降运动。图2.7 传动机构如图2.7、2.8所示，玻璃的驱动由制动鼓1、制动弹簧3、传动轴2和联动盘6等元件组成的。制动鼓用铆钉7固定在底板8上，是不动件；制动弹簧是一个螺旋形扭力弹簧，自由状态时，外径稍大于制动鼓内径，在给予一定预紧而径向变形的情况下装进制动鼓中。传动轴与手柄连接，而联动盘则通过铆死在盘上的小齿轮5、扇形齿板4和传动臂与玻璃相连接。当摇动手柄时，传动轴转动过间隙b（空行程），继而带动弹簧（使弹簧直径缩小）一起旋转；当转过了留

32、有的间隙a（使弹簧离开制动鼓的最小值）以后，又推动联动盘旋转，此时玻璃升或降。1制动鼓 2传动轴 3制动弹簧 4扇形齿板5小齿轮 6联动盘 7铆钉 8底板图2.8 制动机构示意图图2.9 传动轴示意图如图2.9所示，是传动轴与手柄连接的处，轴长10mm是用于手柄碗罩与传动机构壳体装配；与轴长6mm为制动鼓与传动轴的接触部分；中间的台阶是用来限定制动弹簧的一侧的轴向移动；轴长14.6mm是制动弹簧的装备处，其中包括弹簧长度（1.6是钢丝直径），是指在正常的升降过程中，由于制动弹簧扭转直径减小，而制动鼓内径又为28mm， 所以直径为；最后一段轴长18mm包含了小齿轮的宽度15mm、联动盘旋转面尺寸

33、3mm以及0.5mm的预留量，用于安装轴套；为小齿轮上孔的尺寸；联动盘是靠制动弹簧的作用而与传动轴相连，产生进一步的运动，以图2.8作为参照，左视图中的是指在这个尺寸的基础上装有联动盘，其厚度如图2.10所示为1.5mm，而11.6mm旁的拱形与先前提及的台阶作用一样是限制制动弹簧另一侧的轴向运动；尺寸14正好是制动鼓内径。图2.10 联动盘的剖视图制动弹簧把联动盘与传动轴连接，联动盘故又带动小齿轮的啮合。图2.10中的尺寸15是指小齿轮的齿顶圆直径。在齿轮的设计上，我选定手柄摇动4圈玻璃达到升程的最高点，玻璃升程为318mm，齿轮副的模数1.5mm，小齿轮齿数选8，传动比定为18，可推算出扇

34、形齿板齿数是144，传动臂的摆角为；然后根据齿轮的校核运算把小齿轮的宽度定为15mm，而扇形齿板宽度定为12mm。齿数和模数已确定，则此齿轮副的中心距也可确定。图2.11 齿轮副装配示意图图2.12 传动臂设计示意图齿轮副和联动盘的安装上要满足装配条件，如图2.11所示。小齿轮是转动中心与传动轴中心一致，并依靠联动盘的转动而旋转，3mm就是齿轮装配在联动盘内的安装尺寸，8mm是小齿轮与扇形齿板的啮合的尺寸，4mm是小齿轮相对底板上端罩的安装尺寸。图2.13 传动臂结构扇形齿轮最终可带动主动臂的摇摆，为了确保在传动臂转动到时，玻璃升程为318mm（T形架尺寸120mm不作变化），得出其长度323

35、.23mm（），如图2.12所示。图2.14 主动臂与扇形齿板的连接在图2.13中的尺寸75mm是两个定位孔与的孔距，用来与扇形齿板装配。如图2.14所示，主动臂B面与扇形齿板A面接合，两部件通过定位孔用销钉固定；在臂的另一端通过销钉与、孔T形架连接，C面与T形架直接接触，如图2.12；传动臂做成台阶状是防止传动臂与扇形齿板、T形架不必接触所产生的运动干涉，其次可减少精加工面。2.3.2 从动部件图2.15 从动臂装配示意图从动臂的基本尺寸与主动臂一致，但其所起的作用是不同的，从动臂是主要用来保证T形架在运动过程中始终保持正直的状态，在2.2.2平面图布置这一节提及过，为了使升降平稳，玻璃升降

36、器的支撑中心应与玻璃质心相一致。但在平行臂式玻璃升降器运行过程中，玻璃重心一直随着主动臂的摆动在T形架中心左右移动，玻璃重心的偏移势必会产生偏心重力力矩，一旦有力矩出现，T形架又未作固定，那T形架会绕图2.15中的点旋转，机构不稳。所以从动臂的出现是极其必要的。另一端通过调整轴把从动臂接合在底板上。2.3.3 制动机构与平衡机构制动机构的作用过程与玻璃正常运动过程相反，手按玻璃传动臂扇形齿板联动盘扭簧直径变大扭簧与外侧制动鼓产生摩擦起到制动效果。图2.16 平衡机构装配示意图图2.17 平衡弹簧轴示意图图2.16中平衡弹簧是靠弹簧中心处的矩形块A与平衡弹簧轴矩形凹槽B来固定中心位置，而平衡弹簧

37、上端的U形曲面与底板凸台固定使其成为不动端。如图2.17所示，圆台外端mm，内孔mm，平衡弹簧轴端处是完全套在圆台内孔的，伸出的轴径为的轴段是与扇形齿轮接合，轴长16mm包含了扇形齿轮宽度12mm和2mm预留量，用于安装轴套；平衡弹簧另一端有隐线处的5mm是指先前提及的矩形凹槽，其深度为5，弹簧就安装在此。2.4 力的传递2.4.1 驱动总成以图2.7作为参考，人作用在手柄上的手柄力产生力矩，由于手柄紧紧套在传动轴一端，手柄在顺时针转过10度左右的空行程后带动其一同旋转，期间传动轴受到手柄给它的扭转力矩和摩擦力；如图2.18所示，制动弹簧实际上是勾住传动轴，当轴旋转时，制动弹簧直径变小，把联动

38、盘和传动轴夹紧，成为一整体，期间弹簧因扭转对联动盘表面产生切向摩擦力。图2.18 制动弹簧的装配因为联动盘与传动轴被牢牢夹紧，其与轴一同旋转，而小齿轮又与联动盘装配，它带动了传动总成的运动，期间联动盘受到制动弹簧产生的切向摩擦力的反作用力以及与传动轴、小齿轮之间的作用力。2.4.2 传动总成传动总成是由一对齿轮副组成，联动盘带动了小齿轮的旋转。随后的齿轮啮合中，齿轮受到垂直于齿面的法向力，它可以在节点出分解为两个相互垂直的力，即切向力和径向力；扇形齿板的力与小齿轮上的相反。2.4.3 执行元件平行臂和T形架组成了升降器的执行元件。主动臂是直接固定在扇形齿板上的，用铆钉连接。齿板的转动即为主动臂

39、的摆动，因为T形架的存在主从臂始终相互平行。运动期主动臂其主要受到垂直向下的玻璃、主动臂、T形架的重力以及玻璃重心偏移所产生的力矩，还有就是T形架在滑轨上移动的滑动摩擦力的作用力。而从动臂受到自身的重力和因玻璃重力偏移产生的力矩对从动臂有一个水平方向的力。T形架受到玻璃与自身的重力，及玻璃偏心力矩，沿滑轨水平方向上的摩擦力。2.4.4 制动机构和平衡机构与驱动方向相反，制动弹簧的直径变大，导致其与制动鼓内径直接接触，产生较大的切向摩擦力，整个机构制动；平衡机构的主要元件是一个扁平的螺旋弹簧，扭簧的外端固定在底板上，是不动端，内端固定在扇形齿板的轴心上，随齿轮转动而转动。当摇动手柄，主动小齿轮带

40、动齿板而使玻璃下降时，弹簧被旋紧，玻璃下降的势能部分转化为扭簧的变形能而被储存起来。当再摇动手柄使玻璃聚起来时，弹簧放出能量，起平衡玻璃部分重量的作用，使举升玻璃轻便。3 齿轮设计传动机构包括小齿轮、扇形齿板和传动臂。齿数和传动臂的长度等参数决定了传动机构的传动比，因而影响摇动手柄的圈数与玻璃升程之间的关系，以及操作手柄所需的力拒大小。臂式升降器传动机构的集合尺寸及结构参数直接影响着操作轻便性，因此必须选择合适的参数。3.1 基本传动机构参数根据车身总布置的要求来确定传动件结构尺寸。当升降器的装配厚度（即座板安装平面至滚轮中心线或玻璃安装槽板外表面尺寸）、玻璃升程、玻璃形状与尺寸、座板在门里板

41、安装位置等给出后，首先选定结构形式，绘制结构布置图和运动图，而后确定臂的尺寸和升程角（齿板转角）。为了更好地选择和确定各传动件尺寸，可从理论上分析各部件之间关系得到。设摇手柄所作的功为W，而传动件的尺寸和参数都影响着W。 （3.1 ） 手柄摇动圈数（由下至点至上至点）； 手柄长度，mm； 摇手柄力，N （3.2 ） 传动比； 齿板转角，度。首先求：传动比，齿板转角。圈数再求：由于手柄所处位置不同，重力臂与导轨阻力不同，所以摇手柄力也不同。为了计算方便，设为常数，且为，圈数，。 手柄力所作的功3.2 齿轮、齿板参数的选定通常，小齿轮模数为1.52，齿数69，材料可用粉末冶金压铸件，热处理淬火HR

42、C4248，也可用45号钢切削加工，热处理淬火HRC4852；扇形齿轮，其材料为25号钢板，冷冲压件，齿部热处理淬火HRC3035。3.2.1 齿面接触疲劳强度计算 1 初步计算：转矩由图3.1查得 齿宽系数 图3.1 齿宽系数由图3.2查得 接触疲劳极限 （3.3 ） 许用接触应力，许用接触应力 图3.2 齿轮的接触疲劳极限初步计算小齿轮直径 （3.4 ） 小齿轮直径，mm 由图3.3得 传动比直径 取12mm图3.3 值及其修正系数 （3.5 ） 齿宽，mm 2 校核计算： （3.6 ） 圆周速度，m/s 由图3.4查得 选用精度等级选8级 图3.4 精度等级常用范围齿数z和模数m，初取齿

43、数z8因并由图3.5查得 取m1.5mm 图3.5 圆柱齿轮标准模数m （3.7 ） 齿板齿数 （3.8 ） 端面重合度 （3.9 ） 重合度系数 （3.10 ） 齿间载荷分布系数由图3.6查得 ，取1.2； 图3.6 齿间载荷分布系数 （3.11 ） 齿向载荷系数其中A、B、C由图3.7查得，A1.17，B0.16，C0.61图3.7 接触强度计算的齿向载荷系数图3.8 使用系数 （3.12 ） 载荷系数由图3.8查得 使用系数，取1 由图3.9查得 动载系数，取1.1 图3.9 使用系数图3.10弹性系数由图3.10查得 弹性系数 由图3.11查得 节点区域系数 由图3.12查得 接触最小

44、安全系数 图3.11 节点区域系数图3.12 接触最小安全系数总工作时间 （3.13 ） 应力循环次数 齿轮每转一周，同一侧齿面的啮合次数 （3.14 ） 许用接触应力 接触强度的最小安全系数 失效概率为1时，试验齿轮的接触疲劳极限 接触寿命系数由图3.13查得 ，验算 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。图3.13 接触疲劳寿命系数 3 确定传动主要尺寸： （3.15 ） 小齿轮分度圆直径，mm同理 （3.16 ） 中心距，mm齿宽，取3.2.2 齿根弯曲疲劳强度计算 （3.17 ） 重合度系数 端面重合度由图3.6查得 齿间载荷分配系数 齿向载荷分配系数是根据接触疲劳强度

45、计算时的齿向载荷系数与b/h查得。其中由图3.14查得 取齿向载荷分配系数 图3.14 弯曲强度计算的齿向载荷分配系数 图3.15 外齿轮齿形系数图3.16 外齿轮应力修正系数图3.17 齿轮弯曲疲劳极限由图3.15查得 齿形系数 由图3.16查得 应力修正系数 由图3.17查得 弯曲疲劳极限 由图3.12查得 弯曲最小安全系数 由图3.18查得 弯曲寿命系数 由图3.19查得 尺寸系数 （3.18 ） 许用弯曲应力图3.18弯曲寿命系数图3.19 弯曲强度计算的尺寸系数验算： （3.19 ） 传动无严重过载，不作静强度校核。 图3.20 小齿轮、扇形齿板4 传动臂的设计1滚轮 2滑轨 3托槽

46、 4弹簧片 5球头滚轮轴 6传动臂图4.1 窗玻璃的支承部分传动臂时用过滚轮1、支承玻璃的滑轨2与夹持玻璃的托槽3连接，参见图4.1。对于平面玻璃或曲率不大的曲面玻璃，玻璃倒槽中心线横向的安装误差或曲面玻璃在升程范围内的弦弧高，可以借助弹簧片4的变形来补偿；但是当曲面玻璃的曲率较大时，则需要采用带球头的滚轮轴5，使玻璃中心线可相对传动臂6摆动较大的角度。传动臂的运动范围是。时传动臂在最低点，成水平向；时是最高点，也是玻璃升程的顶点。通过这两个点的分析来确定传动臂尺寸的合理性。4.1 传动臂参数的选定材料选用优质碳素钢Q235，且表面镀锌。根据图4.2，传动臂长度L323mm，间距H120mm，

47、宽度h20mm，厚度b2mm。图4.2 结构示意图4.2 主动臂设计4.2.1 上至点载荷分析： （4.1 ） （4.2 ） 径向合力，N 轴向合力，N 玻璃重力，N 主动臂重力，N T形支架重力，N 玻璃与滑轨间的摩擦力，N 臂端所受径向力，N 臂端所受轴向力，N图4.3 主动臂在上至点受力图根据所算的数据，作出轴力、剪力与弯矩图4.4图4.4 轴力、剪力与弯矩图弯矩：（4.3 ） 最大弯矩，Nm 平移到节点所产生的力拒，Nm 传动臂长度，m 校核： （4.4 ） 最大弯曲正应力，MPa 最大轴力，N 最大弯矩， 抗弯截面系数 许用正应力，150MPa （4.5 ） 最大弯曲切应力，MPa

48、最大载荷，N 许用切应力，98MPa4.2.2 下至点图4.5 主动臂在下至点受力图载荷分析： （4.6 ） 臂端径向合力，N 臂端径向力，N弯矩： （4.7 ） 最大弯矩，Nm 平移到节点所产生的力拒，Nm 传动臂长度，m校核： （4.8 ） 最大弯曲正应力，MPa 最大弯矩， 抗弯截面系数 许用正应力，150MPa 最大弯曲切应力，MPa 最大载荷，N 许用切应力，98MPa根据所算的数据，作出剪力与弯矩图4.6图4.6 剪力与弯矩图对两组数据进行比较后，得出以下结论：在上至点时，主动臂受到更大的轴向正应力。在选择Q235钢，尺寸宽度h20mm，厚度b2mm的前提下，、都满足了许用切应力和

49、许用正应力的要求。4.3 从动臂设计载荷分析： （4.9 ） （4.10 ） 径向合力，N 轴向合力，N 玻璃重心对支架与主动臂交点起矩所产生的力拒， 间距，mm 主动臂重力，N 臂端所受径向力，N 臂端所受轴向力，N图4.7 从动臂受力图弯矩： （4.11 ） 最大弯矩，Nm 传动臂长度，m根据所算的数据，作出剪力与弯矩图4.8图4.8 剪力与弯矩图校核： 最大弯曲正应力，MPa 最大轴力，N 最大弯矩， 抗弯截面系数 许用正应力，150MPa 最大弯曲切应力，MPa 最大载荷，N 许用切应力，98MPa结论：选择以Q235钢作为材料，在满足、的前提下，以20mm、2mm作为传动臂的宽和厚是

50、完全满足强度要求的。5 制动机构与平衡弹簧机构的设计5.1 制动弹簧图5.1 制动弹簧制动机构一般采用弹簧涨圈式传统结构，虽然各种机构可能有些差异，但原理基本上都相同。当手柄转动时，弹簧从外壳被拉开，芯子的运动是经过齿扇被小齿轮传动的。反之，当小齿轮受到一个负载时，使弹簧扩张而产生摩擦力矩（制动力矩）阻止玻璃升降。而电动式玻璃升降器通过减速机构来防止倒转，图5.1是制动弹簧示意图。设计过程中，利用近似的计算公式算出选定的制动机构的制动力矩，计算出的制动力矩能承受三倍玻璃的重力就可以了。 （5.1 ） 制定力矩， 预紧力矩， 摩擦系数，0.12 弹簧包角,rad 自然对数的底其中 （5.2 ）

51、材料弹性模量，MPa 制动弹簧装入制动鼓内圈数 钢丝直径，1.6mm 制动弹簧外径，mm 制动弹簧内径，mm 制动弹簧装入制动鼓内状态夹角，度 制动弹簧自由状态夹角，度首先求弹簧自由状态夹角自由状态外径制动鼓内径自由状态弹簧总包角 弹簧预紧力矩为： 同理可求得 （5.3 ） 小齿轮齿数 齿板齿数验证结果：说明新结构的制动力矩足够。5.2 平衡弹簧5.2.1 平衡弹簧种类平衡弹簧最常见的有发条弹簧、螺旋弹簧及扁簧等。1）发条式弹簧 由0.3mm左右的带料卷绕而成，形成类似钟表的发条。弹簧外端固定在车门板上，其余部分自由卷曲，置于口朝下的滚筒中，滚筒之上固定玻璃。弹簧总是力图全部卷曲起来，使滚筒向上运动，这种弹簧自由卷曲所产生的向上运动的力近似为一种常数，平衡效果