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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 基于有限元重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程B07-2班
學(xué) 生 姓 名: 王 雪 梅
導(dǎo) 師 姓 名: 王 永 梅
開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011-02-28
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
王雪梅
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程 B07-2
指導(dǎo)教師姓名
王永梅
職稱
講師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
基于有限元重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀，選題的目的、依據(jù)和意義
1、研究現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)最重要的交通工具之一，隨之而來(lái)的現(xiàn)象是人們對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性的重點(diǎn)關(guān)注。汽車制動(dòng)系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時(shí)，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠地停在原地或坡道上。因此，必須充分考慮制動(dòng)器的控制機(jī)構(gòu)和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種性能，然后進(jìn)行汽車的制動(dòng)器的設(shè)計(jì)以滿足汽車安全行駛的要求。據(jù)有關(guān)資料的介紹，在由于車輛本身的問(wèn)題而造成的交通事故中，制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的45%?？梢?jiàn)，制動(dòng)器是保證行車安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外，制動(dòng)器的好壞直接影響車輛的平均車速和車輛的運(yùn)輸效率，也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。制動(dòng)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件，對(duì)汽車制動(dòng)器進(jìn)行深入的分析具有十分重要的意義。
目前，汽車所用都制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。盤式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是一般無(wú)摩擦助勢(shì)作用，因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即效能較穩(wěn)定；浸水后效能降低較少，而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常；在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較??；制動(dòng)盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會(huì)像制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過(guò)大；較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。在高速剎車時(shí)能迅速制動(dòng)，散熱效果優(yōu)于鼓式剎車,制動(dòng)效能的恒定性好,便于安裝像ABS那樣的高級(jí)電子設(shè)備。鼓式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是剎車蹄片磨損較少, 成本較低,便于維修。?雖然在汽車制動(dòng)器領(lǐng)域，盤式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器是必然的趨勢(shì)，但在現(xiàn)階段，鼓式制動(dòng)器依然占據(jù)著很重要的位置。。四輪轎車在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%-80%，前輪制動(dòng)力要比后輪大，后輪起輔助制動(dòng)作用，因此轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前盤后鼓的制動(dòng)方式?，F(xiàn)在轎車上應(yīng)用最為廣泛的是前盤后鼓式或全盤式制動(dòng)器，其中20％的轎車采用前盤后鼓式制動(dòng)器雖然在轎車領(lǐng)域全鼓式制動(dòng)器已基本上淘汰，但在商用車上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動(dòng)器，至于前盤后鼓式制動(dòng)器或全盤式制動(dòng)器只應(yīng)用在有特殊需求客車或高檔客車上。不過(guò)對(duì)于重型車來(lái)說(shuō)，由于車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動(dòng)器高，因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計(jì)。
鼓式制動(dòng)器相對(duì)于盤式制動(dòng)器，其制動(dòng)效能和散熱性要差許多。鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上，制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量，制動(dòng)蹄和制動(dòng)鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。另外，鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙。
針對(duì)以上缺點(diǎn)，現(xiàn)在鼓式制動(dòng)器則采取一些改進(jìn)措施： 1）合理確定制動(dòng)鼓的直徑 2）合理確定摩擦襯片寬度 3）合理確定輪轂散熱結(jié)構(gòu) 4）合理選擇輪胎和輪輞??5）加裝氣門嘴固定卡??6）采用目前較先進(jìn)的技術(shù)，以防車輪過(guò)熱，如采用制動(dòng)間隙自動(dòng)調(diào)整臂、使用緩速器。
Pro／E是美國(guó)參數(shù)化公司(Parametric TechnologyCorporation，簡(jiǎn)稱PTC)開(kāi)發(fā)的CAD／CAE／CAM軟件，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。該軟件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Me—chanical Design Automation，MDA)系列軟件的最新發(fā)展方向，成為提供工業(yè)解決方案的有力工具，因而被廣泛用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)仿真、有限元分析、電子、航空、航天、軍工等行業(yè)。
隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展，已使工程設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化，這一點(diǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)方面表現(xiàn)的尤為顯著。三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新概念、新辦法已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并發(fā)揮出前所未有的作用，推動(dòng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。
PTC 公司的pro/e是現(xiàn)代CAD系統(tǒng)的代表，由它率先它采用的革命性的設(shè)計(jì)思想—基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)，領(lǐng)導(dǎo)了現(xiàn)代CAD發(fā)展的潮流。其主要特征功能有：全相關(guān)性、基于特征的參數(shù)化模型建模、先進(jìn)的資料管理系統(tǒng)裝配管理工程數(shù)據(jù)庫(kù)再利用等，它易于使用，可在各種硬件平臺(tái)上運(yùn)行?？勺屖褂谜咄瑫r(shí)完成工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能，模擬加工制造，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間和流程。
Pro／E的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)(又稱尺寸驅(qū)動(dòng)幾何技術(shù))的基本思想，是和幾何約束確定產(chǎn)品形狀的幾何特征，參數(shù)化的產(chǎn)品模型由幾何模型和幾何約束共同構(gòu)成，完備的約束模型通過(guò)尺寸對(duì)幾何形狀的某些控制元素加以約束，構(gòu)成幾何元素惟一完整的表示。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)(1)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段。 (2)可滿足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓樸結(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要。(3)可滿足不同零件曲面的公式化高精度設(shè)計(jì)
有限元技術(shù)是機(jī)械工程應(yīng)用中普遍采用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)之一，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分心計(jì)算問(wèn)題的有效途徑，近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)普遍提高，有限元技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的法陣，求解問(wèn)題的范圍從線性問(wèn)題發(fā)展到非線性問(wèn)題，鼓式制動(dòng)器具有系列化的特點(diǎn)，適于采用參數(shù)化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。因此有限元分析軟件對(duì)制動(dòng)器的分析有重要意義。
近幾年國(guó)內(nèi)外鼓式制動(dòng)器的有限元分析的研究概況如下：1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA對(duì)一款卡車用鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)鼓與摩擦襯片的法向壓力呈非線性分布。王良模、彭育輝于2002年應(yīng)用大型的機(jī)械軟件I—DEAS建立了某一國(guó)產(chǎn)雙向自增力鼓式制動(dòng)器的有限元模型，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行有限元方法的計(jì)算、分析。2003年呂振華、亓昌利用有限元分析軟件ADINA建立一種蹄－鼓式制動(dòng)器熱彈性耦合動(dòng)力學(xué)分析的三維有限元模型，探討了進(jìn)行制動(dòng)器熱彈性耦合有限元分析的過(guò)程，通過(guò)仿真計(jì)算得到制動(dòng)器工作過(guò)程中摩擦副間接觸力分布、制動(dòng)鼓瞬態(tài)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)等重要信息。此外，劉立剛、王學(xué)林利用ANSYS軟件預(yù)測(cè)了某重型汽車的鼓式制動(dòng)器分布式摩擦襯片的壓力分布、制動(dòng)扭矩、制動(dòng)器的應(yīng)力分布以及制動(dòng)器的變形。2005年李亮、宋健通過(guò)建立循環(huán)制動(dòng)過(guò)程中溫度鼓式制動(dòng)器三維有限元仿真場(chǎng)分析的快速有限元仿真模型，對(duì)鼓式制動(dòng)器采用二維有限元仿真，獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)等仿真結(jié)果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元為手段研究了鼓式制動(dòng)器嘯叫的機(jī)理。
2、選題的依據(jù)、目的和意義
重型貨車是我國(guó)應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車，而制動(dòng)器是重型貨車的重要部件，其制動(dòng)性能是確保車輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車輛行駛的動(dòng)力性決定因素之一。應(yīng)用Pro/E 軟件建立制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型,然后利用Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析，為重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法，可縮該制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)動(dòng)分析奠定了基礎(chǔ)。
二、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
本重型貨車設(shè)計(jì)的參數(shù)我以紅巖牌CQ30系列汽車的技術(shù)參數(shù)為參考，選擇的車型是CQ1300(CQ30.290/B38/16×4)，主要的技術(shù)參數(shù)是長(zhǎng)×寬×高（mm）9300×2500×3084 軸距(mm)3800×1400 輪距（mm） 前輪/后橋2006/1810 最小離地間隙（mm）325 整車自質(zhì)量（kg）111700 允許載質(zhì)量（kg）18300總質(zhì)量（kg）30000 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（kw/r/min）213/2100 最大扭矩（n·m/r/min）1254/1300 制動(dòng)裝置型式 雙管路氣壓式簡(jiǎn)單非平衡鼓式 前/后摩擦片寬度（mm）160/160 前/后制動(dòng)鼓直徑（mm）480/480
1、基本內(nèi)容
（1）制動(dòng)器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，
（2）制動(dòng)器的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和；
（3）運(yùn)用pro/e軟件進(jìn)行實(shí)體建摸；
（4）摩擦襯片進(jìn)行有限元分析；
（5）運(yùn)用Autocad軟件對(duì)制動(dòng)器做出裝配圖及零件圖；
（6）總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū);
2、擬解決的主要問(wèn)題
（1）確定鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù);
（2）制動(dòng)器的制動(dòng)鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和;
（3）摩擦襯片的有限元分析；
三、技術(shù)路線（研究方法）
查閱資料
確定總體設(shè)計(jì)方案
制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇
制動(dòng)系選擇
制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
制動(dòng)器主要零件的強(qiáng)度校核和分析
制動(dòng)器的三維零件及裝配模型
運(yùn)用ANSYS進(jìn)行分析
完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
四、論文進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第1～2周（2月28日～3月13日） （2）確定總體設(shè)計(jì)方案 第3～4周（3月14日～3月27日） （3）對(duì)制動(dòng)器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)第5～7周（3月28日～4月17日） （4）建立制動(dòng)器的三維零件及裝配模型 第8～9周（4月18日～5月1日） （5）Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析第10～12周（5月2日～5月22日） （5）書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第13～14周（5月23日～6月5日）
（6）設(shè)計(jì)審核、修改 第15～16周（6月6日～6月19日） （7）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月20日～6月26日）
五、參考文獻(xiàn).
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日