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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目:基于有限元比亞迪F3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: 盧鴻磊
導(dǎo) 師 姓 名: 王永梅
開 題 時(shí) 間:
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
盧鴻磊
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程 B07-2班
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
基于有限元比亞迪F3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
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。相對(duì)盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制動(dòng)鉗、管路系統(tǒng)要求高，造價(jià)高等缺點(diǎn)，鼓式制動(dòng)器不僅結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本低，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以在輕、重型載貨汽車上，鼓式制動(dòng)器還是在大量使用的。
鼓式相對(duì)盤式，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。設(shè)計(jì)中采用的是領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，兼顧了制動(dòng)器效能因數(shù)和制動(dòng)器效能的穩(wěn)定性。它的工作原理是利用與車身(或車架)相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車輪(或傳動(dòng)軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，亦即由制動(dòng)踏板的踏板力通過(guò)推桿和主缸活塞，使主缸油液在一定壓力下流入輪缸，并通過(guò)兩輪缸活塞推使制動(dòng)蹄繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開而以其摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。不轉(zhuǎn)的制動(dòng)蹄對(duì)旋轉(zhuǎn)制動(dòng)鼓產(chǎn)生摩擦力矩，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，使車輪減速直至停車。
鼓式制動(dòng)器是早期設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計(jì)1902年就已經(jīng)使用在馬車上了，直到1920年左右才開始在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用。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。
目前使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為如今研究現(xiàn)狀，也必將成為以后的發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的使用可降低工程設(shè)計(jì)成本的13%~30%，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的時(shí)間30%~60%，增加分析問(wèn)題的深度和廣度3~35倍，提高作業(yè)生產(chǎn)率40%~70%，提高設(shè)備利用率2~3倍，減少加工過(guò)程30%~60%,降低人工成本5%~20%。以PTC公司的Pro/Engineer為代表的基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的問(wèn)市給機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化奠定了堅(jiān)實(shí)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，使得它變得其實(shí)可行。
近年來(lái)在計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來(lái)的有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計(jì)算問(wèn)題提供了有效的途徑。我國(guó)在"九五"計(jì)劃期間大力推廣CAD技術(shù)，機(jī)械行業(yè)大中型企業(yè)CAD的普及率從"八五"末的20%提高到目前的70%。隨著企業(yè)CAD應(yīng)用的普及，工程技術(shù)人員已逐步甩掉圖板，而將主要精力投身如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高工程和產(chǎn)品質(zhì)量，計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE，Computer Aided Engineering）方法和軟件將成為關(guān)鍵的技術(shù)要素。在工程實(shí)踐中，有限元分析軟件與CAD系統(tǒng)的集成應(yīng)用使設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：增加設(shè)計(jì)功能，減少設(shè)計(jì)成本；縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期； 增加產(chǎn)品和工程的可靠性； 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低材料的消耗或成本； 在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題； 模擬各種試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)； 進(jìn)行機(jī)械事故分析，查找事故原因。 在大力推廣CAD技術(shù)的今天，從自行車到航天飛機(jī)，所有的設(shè)計(jì)制造都離不開有限元分析計(jì)算，F(xiàn)EA在工程設(shè)計(jì)和分析中將得到越來(lái)越廣泛的重視。汽車的任何零部件都可以根據(jù)其所要求的性能對(duì)其進(jìn)行有限元分析,尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案, 以做到既能降低生產(chǎn)成本, 又能提高其性能, 達(dá)到最優(yōu)的結(jié)合。例如,美國(guó)的ANSYS 公司已經(jīng)利用有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行了鋼板彈簧精確設(shè)計(jì); 上海匯眾汽車制造有限公司利用有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行油門踏板桿材料的斷裂優(yōu)化分析以解決國(guó)產(chǎn)化材料的替代等等。汽車工業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的水平,世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展無(wú)一不與汽車工業(yè)有著極為密切的關(guān)系;作為世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)的美國(guó)的汽車就一直處于汽車行業(yè)領(lǐng)頭地位。作為制造業(yè)的中堅(jiān),汽車工業(yè)一直是以有限元為主的CAE技術(shù)應(yīng)用的先鋒。既然汽車的發(fā)展與有限元技術(shù)的應(yīng)用有如此密切的聯(lián)系,故必須要加大對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的投入;不但要加大資金的投入,而且一定要加大人力資源的投入,培養(yǎng)一批熟練掌握并能更進(jìn)一步開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)的人才。
2、依據(jù)、目的和意義
汽車制動(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。汽車作為陸地上的現(xiàn)代重要交通工具，由許多保證其性能的大部件，即所謂“總成”組成，制動(dòng)系就是其中一個(gè)重要的總成，它直接影響汽車的安全性。隨著高速公路的快速發(fā)展和車流密度的日益增大，交通事故也不斷增加。據(jù)有關(guān)資料介紹，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?，制動(dòng)系統(tǒng)是保證行車安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外，制動(dòng)系統(tǒng)的好壞還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)系既可以使行駛中的汽車減速，又可保證停車后的汽車能駐留原地不動(dòng)。由此可見，汽車制動(dòng)系對(duì)于汽車行駛的安全性，停車的可靠性和運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益起著重要的保證作用。
當(dāng)今，隨著高速公路網(wǎng)的不斷擴(kuò)展、汽車車速的提高以及車流密度的增大，對(duì)汽車制動(dòng)系的工作可靠性要求顯得日益重要。只有制動(dòng)性能良好和制動(dòng)系工作可靠的汽車才能充分發(fā)揮出其高速行駛的動(dòng)力性能并保證行駛的安全性。由此可見，制動(dòng)系是汽車非常重要的組成部分，從而對(duì)汽車制動(dòng)系的機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算也就顯得非常重要了。鼓式制動(dòng)器是應(yīng)用非常廣泛的一種制動(dòng)器，有其優(yōu)良的制動(dòng)效果及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式。
應(yīng)用Pro/E 軟件建立鼓式制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型, 并完成虛擬裝配，然后利用Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析，為鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法,，可縮短鼓式制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為以后進(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)。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，車輛工程本科畢業(yè)能做好這樣一個(gè)設(shè)計(jì)，對(duì)今后的工作是非常寶貴的一次設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，能為我以后的工作奠定基礎(chǔ)，作為本科時(shí)代一個(gè)完美的結(jié)束，我會(huì)盡力做好制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，完美完成這一項(xiàng)意義非凡的設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1、基本內(nèi)容
(1)基本參數(shù)：軸距2600mm；車輪滾動(dòng)直徑：615mm；輪距前/后：1480/1460；整備質(zhì)量：1200kg；空載是前軸分配負(fù)荷 60%；空載是質(zhì)心高度：600mm；最高車速：180km/h；最大爬坡度：21%（12度左右）；最小轉(zhuǎn)向直徑：10.2m；最大功率/轉(zhuǎn)速：78/6000 kw/rpm
最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速：134/4500 n*m/rpm ；輪胎型號(hào)：195/60R15
（2）研究目的意義、技術(shù)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)
（3）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（4）確定鼓式制動(dòng)器的各個(gè)參數(shù)并進(jìn)行校核
（5）運(yùn)用pro/e軟件進(jìn)行實(shí)體建摸
（6）對(duì)鼓式制動(dòng)器的摩擦襯片進(jìn)行有限元分析
（7）總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書
2、擬解決的主要問(wèn)題
（1）鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
（2）鼓式制動(dòng)器關(guān)鍵部件的計(jì)算與校核
（2）鼓式制動(dòng)器的AutoCAD圖紙的繪制
（3）鼓式制動(dòng)器的三維模型的建立
（4）有限元對(duì)摩擦襯片的應(yīng)力分析
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研并查閱相關(guān)資料
確定總體設(shè)計(jì)方案
參數(shù)設(shè)計(jì)
鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摩擦襯片的強(qiáng)度校核和分析
輪缸、領(lǐng)蹄、制動(dòng)鼓等三維建模
運(yùn)用ANSYS進(jìn)行分析
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書
四、論文進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開題報(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）繪制制動(dòng)器的AutoCAD裝配圖、零件圖及三維裝配模型、零件模型 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）書寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書第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：
簽字： 年 月 日