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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目: 基于有限元重型貨車制動器的設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程B07-2班
學 生 姓 名: 王 雪 梅
導(dǎo) 師 姓 名: 王 永 梅
開 題 時 間: 2011-02-28
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計開題報告
學生姓名
王雪梅
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
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器的設(shè)計
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)濟的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為當今社會最重要的交通工具之一，隨之而來的現(xiàn)象是人們對汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性與舒適性的重點關(guān)注。汽車制動系的功用是使汽車以適當?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時，使汽車保持適當?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠地停在原地或坡道上。因此，必須充分考慮制動器的控制機構(gòu)和制動執(zhí)行機構(gòu)的各種性能，然后進行汽車的制動器的設(shè)計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題而造成的交通事故中，制動系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的45%?？梢?，制動器是保證行車安全的極為重要的一個系統(tǒng)。此外，制動器的好壞直接影響車輛的平均車速和車輛的運輸效率，也就是保證運輸經(jīng)濟效益的重要因素。制動器是汽車制動系統(tǒng)中最重要的安全部件，對汽車制動器進行深入的分析具有十分重要的意義。
目前，汽車所用都制動器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。盤式制動器的主要優(yōu)點是一般無摩擦助勢作用，因而制動器效能受摩擦系數(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)一兩次制動即可恢復(fù)正常；在輸出制動力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較小；制動盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會像制動鼓的熱膨脹那樣使制動器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動踏板行程過大；較容易實現(xiàn)間隙自動調(diào)整。在高速剎車時能迅速制動，散熱效果優(yōu)于鼓式剎車,制動效能的恒定性好,便于安裝像ABS那樣的高級電子設(shè)備。鼓式制動器的主要優(yōu)點是剎車蹄片磨損較少, 成本較低,便于維修。?雖然在汽車制動器領(lǐng)域，盤式制動器將逐步取代鼓式制動器是必然的趨勢，但在現(xiàn)階段，鼓式制動器依然占據(jù)著很重要的位置。。四輪轎車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負荷通常占汽車全部負荷的70%-80%，前輪制動力要比后輪大，后輪起輔助制動作用，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方式。現(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器，其中20％的轎車采用前盤后鼓式制動器雖然在轎車領(lǐng)域全鼓式制動器已基本上淘汰，但在商用車上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動器，至于前盤后鼓式制動器或全盤式制動器只應(yīng)用在有特殊需求客車或高檔客車上。不過對于重型車來說，由于車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動器高，因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計。
鼓式制動器相對于盤式制動器，其制動效能和散熱性要差許多。鼓式制動器的制動力穩(wěn)定性差，在不同路面上，制動力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量，制動蹄和制動鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動效率下降。另外，鼓式制動器在使用一段時間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙。
針對以上缺點，現(xiàn)在鼓式制動器則采取一些改進措施： 1）合理確定制動鼓的直徑 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）采用目前較先進的技術(shù)，以防車輪過熱，如采用制動間隙自動調(diào)整臂、使用緩速器。
Pro／E是美國參數(shù)化公司(Parametric TechnologyCorporation，簡稱PTC)開發(fā)的CAD／CAE／CAM軟件，是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。該軟件先進的設(shè)計理念體現(xiàn)了機械設(shè)計自動化(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、機械設(shè)計、機構(gòu)仿真、有限元分析、電子、航空、航天、軍工等行業(yè)。
隨著計算機輔助設(shè)計和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴展，已使工程設(shè)計業(yè)和制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化，這一點的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)方面表現(xiàn)的尤為顯著。三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等新概念、新辦法已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，并發(fā)揮出前所未有的作用，推動工程設(shè)計技術(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)計思想—基于特征的參數(shù)化設(shè)計，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、先進的資料管理系統(tǒng)裝配管理工程數(shù)據(jù)庫再利用等，它易于使用，可在各種硬件平臺上運行?？勺屖褂谜咄瑫r完成工業(yè)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計功能，模擬加工制造，縮短產(chǎn)品開發(fā)的時間和流程。
Pro／E的參數(shù)化設(shè)計技術(shù)(又稱尺寸驅(qū)動幾何技術(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尺寸對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)計的優(yōu)點(1)參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以其強有力的尺寸驅(qū)動修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計提供了有效的手段。 (2)可滿足設(shè)計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
有限元技術(shù)是機械工程應(yīng)用中普遍采用的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)之一，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分心計算問題的有效途徑，近年來隨著計算機技術(shù)普遍提高，有限元技術(shù)取得了突飛猛進的法陣，求解問題的范圍從線性問題發(fā)展到非線性問題，鼓式制動器具有系列化的特點，適于采用參數(shù)化的方法進行設(shè)計和分析計算。因此有限元分析軟件對制動器的分析有重要意義。
近幾年國內(nèi)外鼓式制動器的有限元分析的研究概況如下：1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA對一款卡車用鼓式制動器進行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)制動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)用大型的機械軟件I—DEAS建立了某一國產(chǎn)雙向自增力鼓式制動器的有限元模型，對其強度進行有限元方法的計算、分析。2003年呂振華、亓昌利用有限元分析軟件ADINA建立一種蹄－鼓式制動器熱彈性耦合動力學分析的三維有限元模型，探討了進行制動器熱彈性耦合有限元分析的過程，通過仿真計算得到制動器工作過程中摩擦副間接觸力分布、制動鼓瞬態(tài)溫度場、應(yīng)力場、變形場等重要信息。此外，劉立剛、王學林利用ANSYS軟件預(yù)測了某重型汽車的鼓式制動器分布式摩擦襯片的壓力分布、制動扭矩、制動器的應(yīng)力分布以及制動器的變形。2005年李亮、宋健通過建立循環(huán)制動過程中溫度鼓式制動器三維有限元仿真場分析的快速有限元仿真模型，對鼓式制動器采用二維有限元仿真，獲得瞬態(tài)溫度場等仿真結(jié)果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元為手段研究了鼓式制動器嘯叫的機理。
2、選題的依據(jù)、目的和意義
重型貨車是我國應(yīng)用較廣泛的運輸車，而制動器是重型貨車的重要部件，其制動性能是確保車輛行駛的主、被動安全性和提升車輛行駛的動力性決定因素之一。應(yīng)用Pro/E 軟件建立制動器主要零件的實體模型,然后利用Ansys軟件對制動器摩擦襯片有限元分析，為重型貨車制動器的設(shè)計與研究提供了一種方法，可縮該制動器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為進一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、制造及運動分析奠定了基礎(chǔ)。
二、設(shè)計的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
本重型貨車設(shè)計的參數(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×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)動機最大功率（kw/r/min）213/2100 最大扭矩（n·m/r/min）1254/1300 制動裝置型式 雙管路氣壓式簡單非平衡鼓式 前/后摩擦片寬度（mm）160/160 前/后制動鼓直徑（mm）480/480
1、基本內(nèi)容
（1）制動器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，
（2）制動器的主要參數(shù)進行計算及強度校和；
（3）運用pro/e軟件進行實體建摸；
（4）摩擦襯片進行有限元分析；
（5）運用Autocad軟件對制動器做出裝配圖及零件圖；
（6）總結(jié)設(shè)計過程，完成設(shè)計說明書;
2、擬解決的主要問題
（1）確定鼓式制動器的基本參數(shù);
（2）制動器的制動鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進行計算及強度校和;
（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)計方案
制動器的結(jié)構(gòu)型式及選擇
制動系選擇
制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
制動器主要零件的強度校核和分析
制動器的三維零件及裝配模型
運用ANSYS進行分析
完成設(shè)計說明書
四、論文進度安排
（1）調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開題報告 第1～2周（2月28日～3月13日） （2）確定總體設(shè)計方案 第3～4周（3月14日～3月27日） （3）對制動器參數(shù)進行設(shè)計第5～7周（3月28日～4月17日） （4）建立制動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軟件對制動器摩擦襯片有限元分析第10～12周（5月2日～5月22日） （5）書寫設(shè)計說明書第13～14周（5月23日～6月5日）
（6）設(shè)計審核、修改 第15～16周（6月6日～6月19日） （7）畢業(yè)設(shè)計答辯準備及答辯 第17周（6月20日～6月26日）
五、參考文獻.
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[19] D. Severin, S. D?rsch .Friction mechanism in industrial brakes.Wear ,
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六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日