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。整個設(shè)計過程都是依據(jù)設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，設(shè)計滿足工程設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：全景天窗；Solidworks；三維設(shè)計

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)計需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選型計算，并且形成三維實(shí)體造型和控制系統(tǒng)的設(shè)計。

1、設(shè)計需求分析

滑動外翻式汽車全景天窗的設(shè)計主要從主體結(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、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)計之前先確定設(shè)計產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計的一些基本要求。

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

2.1 總體設(shè)計

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

防護(hù)架是支承天窗的主要部件，其主要設(shè)計為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

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)計中玻璃蓋板導(dǎo)件機(jī)構(gòu)設(shè)計基本參照如下的運(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）,為簡化計算，或忽略不計，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，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。整個設(shè)計過程都是依據(jù)設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，設(shè)計滿足工程設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：全景天窗；Solidworks；三維設(shè)計

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)計需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選型計算，并且形成三維實(shí)體造型和控制系統(tǒng)的設(shè)計。

1、設(shè)計需求分析

滑動外翻式汽車全景天窗的設(shè)計主要從主體結(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、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)計之前先確定設(shè)計產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計的一些基本要求。

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

2.1 總體設(shè)計

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

防護(hù)架是支承天窗的主要部件，其主要設(shè)計為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

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)計中玻璃蓋板導(dǎo)件機(jī)構(gòu)設(shè)計基本參照如下的運(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）,為簡化計算，或忽略不計，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，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。整個設(shè)計過程都是依據(jù)設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，設(shè)計滿足工程設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：全景天窗；Solidworks；三維設(shè)計

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)計需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選型計算，并且形成三維實(shí)體造型和控制系統(tǒng)的設(shè)計。

1、設(shè)計需求分析

滑動外翻式汽車全景天窗的設(shè)計主要從主體結(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、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)計之前先確定設(shè)計產(chǎn)品的基本情況，再根據(jù)設(shè)計要求制定基本方案。以下列出了本設(shè)計的一些基本要求。

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

2.1 總體設(shè)計

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

防護(hù)架是支承天窗的主要部件，其主要設(shè)計為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

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)計中玻璃蓋板導(dǎo)件機(jī)構(gòu)設(shè)計基本參照如下的運(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）,為簡化計算，或忽略不計，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，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)計手冊.北京:高等教育出版社,2006.5.

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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）