汽車專業(yè)畢業(yè)論文--鼓式制動器總成三維建模及有限元分析

1、<p>　　鼓式制動器總成三維建模及有限元分析</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文首先對鼓式制動器的研究背景及意義、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、汽車鼓式制動器的發(fā)展概況進行了詳細的介紹；并且對與三維建模相關(guān)的理論基礎(chǔ)，包括</p><p>　　CAD/CAM/CAE的發(fā)展、Pro-E的基本功用、Pro-E的基

2、本概念及基本方法做了詳細的講解；然后參考同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，通過三維建模的實際運用對鼓式制動器總成及其零部件建立了相關(guān)的三維實體模型，并在裝配環(huán)境下對分泵與其相關(guān)的零部件進行裝配，最終生成鼓式制動器總成。在此基礎(chǔ)上運用Pro/E建模軟件與Pro / mechanica有限元分析軟件對其主要零部件——分泵的三維實體模型進行了相關(guān)的應(yīng)力與應(yīng)變分析并得出結(jié)果,經(jīng)評價，此結(jié)果符合正常的使用要求。</p><p>　　關(guān)鍵

3、詞：鼓式制動器 三維建模 有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper mainly introduced the background and significance research of the drum brake, the research status include inside or

4、outside of the national ,besides its general situation development at first; the theory basic about the three-dimensional modeling including the development of CAD/CAM/CAE, basic skill about Pro-E, and its concept 、metho

5、ds all made a detailed explained. Then refer the structure trait of its similar manufacture, thread the exercise of the three-dimensional modeling in fa</p><p>　　The key word： drum brake three-dimensional

6、modeling finite element analysis</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1

7、.1 研究背景及意義1</p><p>　　1.2 制動器研究的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 制動器的發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.4 本次設(shè)計的主要工作3</p><p>　　第二章 三維建模相關(guān)的理論基礎(chǔ)4</p><p>　　2.1 CAD/CAM/CAE的發(fā)展4</p>&

8、lt;p>　　2.2 三維建模技術(shù)及有限元技術(shù)的應(yīng)用與現(xiàn)狀4</p><p>　　2.3 Pro-E的基本概念及基本方法5</p><p>　　第三章 鼓式制動器總成關(guān)鍵零部件建模與裝配7</p><p><b>　　3.1 概述7</b></p><p>　　3.1.1 Pro-E的基本特征7<

9、/p><p>　　3.1.2 特征的常用操作7</p><p>　　3.1.3 曲面及其應(yīng)用8</p><p>　　3.1.4 組件裝配設(shè)計8</p><p>　　3.2 鼓式制動器總成關(guān)鍵零部件三維模型的建立8</p><p>　　3.2.1 分泵缸體的建模8</p><p>　　3.2

10、.2 鼓式制動器相關(guān)零件的建模16</p><p>　　3.3 分泵總成的裝配21</p><p>　　3.4 本章小結(jié)27</p><p>　　第四章 分泵的有限元計算28</p><p><b>　　4.1 概述28</b></p><p>　　4.2 分泵缸體的有限元分析28&

11、lt;/p><p>　　4.3 本章小結(jié)36</p><p>　　第五章 總 結(jié)37</p><p><b>　　參考文獻38</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b><

12、;/p><p>　　1.1 研究背景及意義</p><p>　　從汽車誕生時起，車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來，隨著車輛技術(shù)的進步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。汽車制動系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動裝置，用工作時產(chǎn)生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能

13、，以達到車輛制動減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車制動系統(tǒng)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。新型動力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。例如電動汽車沒有內(nèi)燃機，無法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動真空泵為真空助力器提供真空。 汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展是和汽車性能的提高及汽車結(jié)構(gòu)型式的變化密切相關(guān)的，制動系統(tǒng)的每個組成部分都發(fā)生了很大變化。</p>

14、<p>　　1.2制動器研究的現(xiàn)狀</p><p>　　制動器是制動的主要組成部分，目前汽車制動器基本都是摩擦式制動器，按照摩擦副中旋轉(zhuǎn)元件的不同，分為鼓式和盤式兩大類制動器。 鼓式制動器又有領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向自增力式、雙向自增力式制動器等結(jié)構(gòu)型式。盤式制動器有固定鉗式，浮動鉗式，浮動鉗式包括滑動鉗式和擺動鉗盤式兩種型式。滑動鉗式是目前使用廣泛的一種盤式制動器。由于盤式制動

15、器熱和水穩(wěn)定性以及抗衰減性能較鼓式制動器好，可靠性和安全性也好，而得到廣泛應(yīng)用。但是盤式制動器效能低，無法完全防止塵污和銹蝕，兼做駐車制動時需要較為復(fù)雜的手驅(qū)動機構(gòu)，因而在后輪上的應(yīng)用受到限制，很多車是采用前盤后鼓的制動系統(tǒng)組成。電動汽車和混合動力汽車上具有再生制動能力的電機，在回收制動能量時起制動作用，它引入了新型的制動器。作為一種新的制動器型式，勢必引起制動器型式的變革。電制動系統(tǒng)制動器是基于傳統(tǒng)的制動器，也分為盤式電制動器和鼓式電

16、制動器，鼓式電制動器由于制動熱衰減性大等缺點，將來汽車上會以盤式電制動器為主。</p><p>　　1.3制動器的發(fā)展趨勢</p><p>　　已經(jīng)普遍應(yīng)用的液壓制動現(xiàn)在已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)，隨著人們對制動性能要求的提高，防抱死制動系統(tǒng)、驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制程序、主動避撞技術(shù)等功能逐漸融人到制動系統(tǒng)當(dāng)中，需要在制動系統(tǒng)上添加很多附加裝置來實現(xiàn)這些功能，這就使得制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化

17、，增加了液壓回路泄漏的可能以及裝配、維修的難度，制動系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)更加簡潔，功能更加全面和可靠，制動系統(tǒng)的管理也成為必須要面對的問題，電子技術(shù)的應(yīng)用是大勢所趨。 </p><p>　　從制動系統(tǒng)的供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器4個組成部分的發(fā)展歷程來看，都不同程度地實現(xiàn)了電子化。人作為控制能源，啟動制動系統(tǒng)，發(fā)出制動企圖；制動能源來自儲存在蓄電池或其它供能裝置；采用全新的電子制動器和集中控制的電子控制單元(E

18、CU)進行制動系統(tǒng)的整體控制，每個制動器有各自的控制單元。機械連接逐漸減少，制動踏板和制動器之間動力傳遞分離開來，取而代之的是電線連接，電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號，所以這種制動又叫做線控制動。這是自從ABS在汽車上得到廣泛應(yīng)用以來制動系統(tǒng)又一次飛躍式發(fā)展。 </p><p>　　電液復(fù)合制動系統(tǒng)是從傳統(tǒng)制動向電子制動的一種有效的過渡方案，采用液壓制動和電制動兩種制動系統(tǒng)。這種制動系統(tǒng)既應(yīng)用了傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)以

19、保證足夠的制動效能和安全性，又利用再生制動電機回收制動能量和提供制動力矩，提高汽車的燃料經(jīng)濟性，同時降低排放，減少污染。但是由于兩套制動系統(tǒng)同時存在，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本偏高。結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也增加了系統(tǒng)失效和出現(xiàn)故障的可能性，維護和保養(yǎng)難度增加。 </p><p>　　在車輛模塊化、集成化、電子化、車供能源的高壓化的趨勢驅(qū)動下，車輛制動系統(tǒng)也朝著電子化方向發(fā)展，很多汽車和零部件廠商都進行了電制動系統(tǒng)的研究和推廣，博世、西

20、門子、特維斯等公司已經(jīng)研制出一些試驗成果，電制動系統(tǒng)必將取代傳統(tǒng)制動系統(tǒng)，汽車底盤進一步一體化、集成化，制動系統(tǒng)性能也會發(fā)生質(zhì)的飛躍。</p><p>　　1.4 本次設(shè)計的主要工作</p><p>　　本次設(shè)計主要使我們能夠較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)必需的技術(shù)基礎(chǔ)理論，熟悉本專業(yè)有關(guān)專業(yè)知識，了解汽車設(shè)計理論的發(fā)展趨勢，培養(yǎng)我們的實際工程設(shè)計能力。主要內(nèi)容與研究手段是參考同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，運用

21、Pro/E建模軟件與有限元分析軟件，在鼓式制動器總成零部件設(shè)計的過程中建立鼓式制動器總成主要零部件三維實體模型并進行相關(guān)的分析；建立鼓式制動器總成主要零部件的有限元模型并進行相關(guān)的強度、剛度等計算以及對結(jié)果進行評價。</p><p>　　這些任務(wù)就需要我們把大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識融會貫通，培養(yǎng)調(diào)查、分析、研究和查閱國內(nèi)外資料等的能力，進一步提高解決問題和設(shè)計的能力；了解和針對性地研究汽車系統(tǒng)建模方法，特別是關(guān)于汽車制

22、動系統(tǒng)的現(xiàn)狀、原理、結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代設(shè)計開發(fā)狀況；通過此次畢業(yè)設(shè)計盡量多地掌握本專業(yè)所需的制圖、計算、調(diào)研、查閱文獻等基本能力和基本工藝知識以及較強的計算機應(yīng)用能力。</p><p>　　第二章 三維建模相關(guān)的理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.1 CAD/CAM/CAE的發(fā)展</p><p>　　CAD／CAM技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了形成、發(fā)展、提高和集成等階段。CAD

23、的發(fā)展經(jīng)歷了準(zhǔn)備和醞釀時期(20世紀(jì)50～60年代初)、蓬勃發(fā)展和進入應(yīng)用時期(20世紀(jì)60～70年代)、突飛猛進的時期(20世紀(jì)80年代)，以及開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的發(fā)展時期(20世紀(jì)90年代)。數(shù)控機床的誕生奠定了CAM的硬件基礎(chǔ)，自動編程工具(APT)語言的研制成功實現(xiàn)了NC編程自動化。自動換刀鏜銑加工中心(MC，Machining Center)，在一次裝夾中完成多道工序的集中加工，實現(xiàn)了集中加工，提高了NC機床的加]

24、二效率、加工質(zhì)量。幾何造型技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和數(shù)控編程后置處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了交互式圖形編程系統(tǒng)，為CAD／CAM集成奠定了基礎(chǔ)。CAD／CAM在國內(nèi)外的航空航天、造船、機床制造工業(yè)部門較早地得到了應(yīng)用。首先是用于飛機、船體、機床零部件的外形設(shè)計；然后進行一系列的分析計算，如結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計、紡織模擬；最后，根據(jù)CAD 的幾何數(shù)據(jù)與加工要求生成數(shù)據(jù)加工程序?，F(xiàn)在CAD／CAM技術(shù)的應(yīng)用就已進入近百個工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。

25、</p><p>　　2.2 三維建模技術(shù)及有限元技術(shù)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀</p><p>　　在競爭激烈的今天，對于一個企業(yè)而言，傳統(tǒng)的手工設(shè)計繪圖已經(jīng)無法維持企業(yè)的競爭優(yōu)勢。如何縮短對產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，已經(jīng)成為諸多企業(yè)面對的問題。在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程中，應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)是解決問題的途徑之一，因此應(yīng)用更高級，更先進的設(shè)計工具軟件就成為增強競爭力的有利武器。PRO/ENG

26、INEER作為設(shè)計領(lǐng)域的優(yōu)秀軟件，有著明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　PRO/ENGINEER是美國PTC公司開發(fā)的軟件，該軟件能夠完整地展現(xiàn)某一產(chǎn)品從設(shè)計、加工到生產(chǎn)樣品的全部工作流程，讓所有的用戶同時進行同一產(chǎn)品的設(shè)計制造工作。因此，自1988年問世以來，引起CAD/CAE/CAM界的極大震動。它提出的單一數(shù)據(jù)庫，參數(shù)化，基于特征，全相關(guān)工程數(shù)據(jù)在利用等全新設(shè)計理</p><p>　

27、　念徹底改變了傳統(tǒng)的MDA(Mechanical Design Automation,機械設(shè)計自動化)，設(shè)計觀念，并迅速被廣大用戶所接受，這種全新的理念已成為MDA領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　PRO/ENGINEER于1993年正式進入我國，并在相關(guān)領(lǐng)域迅速普及。發(fā)展至今，已經(jīng)永遠相當(dāng)大的用戶，目前許多大型企業(yè)開始選用PRO/ENGINEER。同時，國內(nèi)許多大學(xué)也紛紛選用PRO/ENGINEER作為研究開

28、發(fā)的基礎(chǔ)軟件平臺。可以說，PRO/ENGINEER為專業(yè)認識提供了一個理想的設(shè)計環(huán)境，有力地推動了企業(yè)的技術(shù)進步。</p><p>　　PRO/ENGINEER軟件在機械設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用，產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計是PRO/ENGINEER軟件重要特征之一。通過對軟件的應(yīng)用，提高了企業(yè)的工作效率，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，增強了企業(yè)的市場競爭力。它的繪圖功能在產(chǎn)品造型設(shè)計中應(yīng)用性很強。在產(chǎn)品造型設(shè)計中充分利用PRO/ENGINE

29、ER的多方面特點，對于新產(chǎn)品的開發(fā)和數(shù)字化設(shè)計將起重要作用，通過PRO/ENGINEER，有助于實現(xiàn)產(chǎn)品造型設(shè)計。</p><p>　　用PRO/ENGINEER對鼓式制動器進行三維建模已經(jīng)成為當(dāng)代汽車制造的重要設(shè)計手段。</p><p>　　2.3 Pro-E的基本概念及基本方法</p><p>　　Pro-E是使用實體建模的設(shè)計工具，主要有基于特征的建模、相關(guān)

30、性及參數(shù)關(guān)系。實體建模使實體模型具有體積和曲面、還可以直接從創(chuàng)建的幾何計算適量屬性、并且在處理實體模型時，模型依然是一個實體。在構(gòu)建模型時，要選擇構(gòu)建塊及其創(chuàng)建順序，每次增加一個單獨的特征來逐步建立模型，在建立的過程中，要盡量使用簡單的特征。其相關(guān)性是指在設(shè)計周期中允許任何處改變模型，其相關(guān)的文檔同步更新。參數(shù)特征設(shè)計可以分為四個方面，一是修改尺寸可改變模型幾何，二為指定的特征可彼此相關(guān)聯(lián)，第三方面是對某些特征的修改會引起其他特征的改變

31、，最后一個方面是可在特征間建立父/子關(guān)系。</p><p>　　制動器三維設(shè)計可以通過三維參數(shù)化實體造型模塊，使用系統(tǒng)內(nèi)置的參數(shù)化組件模板進行自動建模。組件的主要參數(shù)值取決于設(shè)計計算分析模塊的計算結(jié)果，其余參數(shù)可以使用系統(tǒng)建議的參數(shù)值或由用戶交互式輸入。為避免特征失敗或干涉，系統(tǒng)對用戶輸入的參數(shù)進行合法性檢查，并自動關(guān)聯(lián)相關(guān)的組件參數(shù)。特殊組件采用系統(tǒng)提供的特征庫進行組件造型。性能仿真分析模塊的功能是對汽車制動過

32、程進行動態(tài)仿真，模擬汽車制動系的行車制動能力。本模塊的相關(guān)性能指標(biāo)包括：制動距離、制動時間、制動減速度、滑移率等。重件強度校核模塊通過使用Pro／Mechanical分析模塊對受力件的實體模型進行有限元前處理和后處理工作，并通過該模塊調(diào)用Nestorian求解器進行應(yīng)力應(yīng)變分析。</p><p>　　由于制動器組件的數(shù)量較多，復(fù)雜程度各異，給參數(shù)化實體造型帶來了難度。每一個組件都采用參數(shù)化模板驅(qū)動方式不太可能，有

33、必要采用多種建模策略。按復(fù)雜程度將組件分為三類：標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、規(guī)則和相似件、不規(guī)則組件，其中前二類組件占大多數(shù)。對這三類組件分別采用不同的建模方法：直接調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件和常用件庫建模、基于參數(shù)化模板庫的實體建模、基于特征庫的實體建模。參數(shù)化模板庫中有兩大類組件模板，一類為鼓式制動器組件，第二類為盤式制動器，包括活塞(4種)、摩擦片(2種)、摩擦底板(2種)、消音片、制動鉗支架、制動鉗導(dǎo)向銷等。Pro／E提供了三種參數(shù)提取工具：家族表(Fam

34、ily Tab)、Pro／PROGRAM 和尺寸與關(guān)聯(lián)(DIMENSION ANDRLEATIONS)工具?？紤]到制動器的零件幾何形狀復(fù)雜，需要提取的尺寸參數(shù)較多，本項研究選擇Pro／PROGRA M作為參數(shù)提取工具。特征庫中提取了制動底板、分泵等不規(guī)則零件的25個特征，特征定義使用Pro／E的UDF工具，從而實現(xiàn)了制動器的三維參數(shù)化實體造型。</p><p>　　本次設(shè)計并沒有使用三維參數(shù)化實體造型模塊這種方法

35、。在建模的時候采用了最基本的設(shè)計手段，如孔特征、抽殼特征、筋特征、拔模特征、倒圓角特征、倒角特征、拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、變截面特征、邊界混合特征、造型特征、平面掃描、螺旋掃描、鏡像、陣列、插入基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸等基本技能。通過在實體模型上添加或取出材料，來完成三維建模。</p><p>　　第三章 鼓式制動器總成關(guān)鍵零部件建模與裝配</p><p><b>　　3.1 概述<

36、;/b></p><p>　　Pro-E軟件包含了產(chǎn)品的概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬、仿真、工程圖的輸出以及生產(chǎn)加工到成品的全過程，本次設(shè)計主要利用Pro-E軟件的基本功能來建立鼓式制動器總成的三維實體模型。</p><p>　　3.1.1 Pro-E的基本特征</p><p>　　Pro-E二維草繪功能基本包括基本圖元的繪制，二維圖形的編輯，如

37、：圖形的選取、復(fù)制、鏡像、旋轉(zhuǎn)、縮放、修剪及尺寸修改、標(biāo)注等，元素之間約束的使用及運用草繪器繪制圖元，標(biāo)注尺寸、創(chuàng)建關(guān)系等相關(guān)知識。 </p><p>　　Pro-E三維建模的基本特征一般分為實體特征、曲面特征和基準(zhǔn)特征，實體特征一般通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等方法來創(chuàng)建基礎(chǔ)實體特征，同時也可以通過設(shè)置基準(zhǔn)特征的顯示狀態(tài)，創(chuàng)建基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)曲線、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點和坐標(biāo)系等基準(zhǔn)特征來幫助建立實體模型。</p&g

38、t;<p>　　基準(zhǔn)平面可以使用拖動和輸入數(shù)值兩種方式定義平面的位置，大致可分四種方法，一是創(chuàng)建偏距平面，二是穿過軸線與某面成一定角度的平面，三是過三個點、通過偏距坐標(biāo)系等創(chuàng)建平面?；鶞?zhǔn)軸一般以黃色虛線顯示，通常有名稱標(biāo)記，如A_1、A_2等。它作為同軸孔的中心，組件約束的參照，創(chuàng)建其它基準(zhǔn)特征的輔助工具等都是有著相當(dāng)重要的作用的，有很多種創(chuàng)建的方法，如：過邊界、垂直平面、過點且垂直平面、過柱面、兩平面、兩個點/頂點、曲面

39、上的點、曲面相切等都可以建立基準(zhǔn)軸。</p><p>　　Pro-E三維建模的高級特征包括螺旋掃描、掃描混合等類型。它可以創(chuàng)建孔特征、圓角特征、拔模特征、殼特征、筋特征等主要操作，這些特征使比較復(fù)雜的零部件及總成在建立三維模型的時候變得簡單快捷。</p><p>　　3.1.2 特征的常用操作</p><p>　　特征的常用操作包括特征的陣列、特征的復(fù)制、特征的刪除

40、、特征的修改、</p><p>　　重定義和插入等。陣列一般包括尺寸陣列、參照陣列、表陣列和填充陣列等，</p><p>　　也可以復(fù)制特征，或者刪除特征以及設(shè)置特征之間父與子的關(guān)系等。</p><p>　　3.1.3 曲面及其應(yīng)用 </p><p>　　在Pro-E三維建模中一般會用到基本曲面特征和邊界混合曲面特征的創(chuàng)建，以及曲面的修剪、

41、復(fù)制和合并等。在學(xué)習(xí)及繪制圖形的過程中，參照曲面生成實例及設(shè)計實例，對我們在設(shè)計方面以及建模方面會有很大的幫助。 </p><p>　　3.1.4 組件裝配設(shè)計 </p><p>　　組件裝配時首先要將零件在空間上進行約束和定位，其裝配過程應(yīng)符合一般的安裝過程，不過，如果遺漏了某個零件或者需要裝配內(nèi)部零件，則可以對已裝好的零件進行隱藏來進行裝配。在裝配過程中可以創(chuàng)建新的零件，而且還可創(chuàng)建基

42、準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸等特征以輔助裝配。需要分析時，可以通過零件裝配中的分解功能將裝配圖分解。</p><p>　　3.2 分泵總成關(guān)鍵零部件三維模型的建立</p><p>　　通過對Pro-E軟件尤其是三維建模的學(xué)習(xí)，鞏固了建模的基本操作，而且還掌握了一些比較復(fù)雜的操作，因此在分泵總成關(guān)鍵零部件的建立過程中顯得游刃有余，以下是本次畢業(yè)設(shè)計中所需要建立的分泵總成的關(guān)鍵零部件的建模過程。</p

43、><p>　　3.2.1分泵缸體的建模</p><p>　　點擊文件下拉菜單中的新建選項來新建一個項目，如圖3.2.1</p><p><b>　　圖3.2.1</b></p><p>　　此時會彈出一窗口，在名稱中輸入文件名（不能為中文），選中零件，去掉使用缺省模板前的,如圖3.2.2</p><p&g

44、t;<b>　　圖3.2.2</b></p><p>　　選擇mmns-part-solid這表示單位為毫米/牛頓/秒實體零件模型，如圖3.2.3</p><p><b>　　圖3.2.3</b></p><p>　　點擊右上方工具箱中的拉伸工具建立一個拉伸體, 左下方會出現(xiàn)放置按鈕，點擊放置，定義,進入草繪平面,如圖3.

45、2.4</p><p><b>　　圖3.2.4</b></p><p>　　選中一平面作為基準(zhǔn)平面，如選擇TOP：F2作為基準(zhǔn)平面，再點擊草繪按鈕,如圖3.2.5,圖3.2.6</p><p>　　圖3.2.5 圖3.2.6</p><p>　　進入草繪平面，關(guān)閉參照窗

46、口，如圖3.2.7</p><p><b>　　圖3.2.7</b></p><p>　　建立一個剛體的基本結(jié)構(gòu)，點擊以基準(zhǔn)中心為圓心定義以個直徑為19.05mm的圓,如圖3.2.8</p><p><b>　　圖3.2.8</b></p><p>　　再點擊，以基準(zhǔn)中心為圓心定義以個直徑為32mm

47、的圓,如圖3.2.9</p><p><b>　　圖3.2.9</b></p><p>　　點擊以大圓與縱軸的交點為起點作以于橫軸平行的25.5mm的直線,如圖3.2.10</p><p><b>　　圖3.2.10</b></p><p>　　以點1為起點，作垂直于橫軸的直線，終點為與橫軸的交點,

48、如圖3.2.11</p><p><b>　　圖3.2.11</b></p><p>　　以點2為起點，作垂直與橫軸的直線，長度為17 , 如圖3.2.12</p><p><b>　　如圖3.2.12</b></p><p>　　以點3為起點，作與外圓相切的直線，如圖3.2.13</p>

49、;<p><b>　　圖3.2.13</b></p><p>　　選中按鈕，去除多余的線,如圖3.2.14</p><p><b>　　圖3.2.14</b></p><p>　　去除了所有的多余的線后點拉伸長度改為41.9mm，如圖3.2.15</p><p><b>　　

50、圖3.2.15</b></p><p>　　這樣一個拉伸體就形成了，點擊預(yù)覽，如圖3.2.16</p><p><b>　　圖3.2.16</b></p><p>　　建立端面，點擊拉伸項，放置于面1進行草繪。確定圓心位置，選中作一直徑為30mm的圓點，點拉伸長度定為3,如圖3.2.17</p><p>&l

51、t;b>　　圖3.2.17</b></p><p>　　點擊進行預(yù)覽，便形成了一個端面,如圖3.2.18</p><p><b>　　圖3.2.18</b></p><p>　　建立凸臺，點擊拉伸，以圖3.2.19所示建立草繪平面</p><p><b>　　圖3.2.19</b>

52、</p><p>　　繪好圓進行拉伸，拉伸長度為5，拉伸方向為另側(cè),如圖3.2.20</p><p><b>　　圖3.2.20</b></p><p>　　建立好的凸臺,如圖3.2.21</p><p><b>　　圖3.2.21</b></p><p>　　建立端面,如圖

53、3.2.22</p><p><b>　　圖3.2.22</b></p><p>　　拉伸長度為7,如圖3.2.23</p><p><b>　　圖3.2.23</b></p><p>　　建立好的凸臺預(yù)覽如圖3.2.24</p><p><b>　　圖3.2.24

54、</b></p><p>　　繪制通孔,如圖3.2.25</p><p><b>　　圖3.2.25</b></p><p>　　拉伸長度為3.3,如圖3.2.26</p><p><b>　　圖3.2.26</b></p><p>　　另側(cè)以相同的方法繪制,如圖

55、3.2.27</p><p><b>　　圖3.2.27</b></p><p>　　倒角，點擊倒角圖標(biāo)進行倒角，如圖3.2.28</p><p><b>　　圖3.2.28</b></p><p>　　繪制螺孔,如圖3.2.29</p><p><b>　　圖3.

56、2.29</b></p><p>　　3.2.2鼓式制動器相關(guān)零件的建模</p><p>　　圖3.2.30制動蹄固定銷</p><p><b>　　圖3.2.31鉚釘</b></p><p>　　圖3.2.32分泵防塵罩</p><p>　　圖3.2.33拉臂固定器</p>

57、;<p>　　圖3.2.34拉臂護套</p><p>　　圖3.2.35調(diào)隙板</p><p>　　圖3.2.36 拉臂</p><p>　　圖3.2.37 分泵活塞</p><p>　　圖3.2.38分泵皮圈 </p><p><b>　　圖3.2.39 銷</b></p&g

58、t;<p>　　圖3.2.40 彈性片</p><p>　　圖3.2.41蹄壓板</p><p>　　圖3.2.42拉臂防塵罩</p><p><b>　　圖3.2.43蹄板</b></p><p>　　圖3.2.44 傳力桿</p><p><b>　　圖3.2.45蹄筋

59、</b></p><p>　　圖3.2.46 蹄壓緊彈簧</p><p>　　3.3 分泵總成的裝配</p><p>　　在Pro-E的“裝配”模塊中，可以將元件（包括零件和子裝配件）組合成裝配件，然后對該裝配件進行修改、分析或重新定向。通過使用諸如簡化表示、互換裝配件和“設(shè)計管理器”等功能強大的工具，可以進行大型和復(fù)雜裝配件的設(shè)計和管理。</p&

60、gt;<p>　　通過裝配約束，可以指定一個元件相對于裝配體另一個元件（或特征）的放置方式和位置。裝配約束的類型包括匹配、對齊、插入等。一個元件通過裝配約束添加到裝配體中后，它的位置會隨著其相鄰元件的移動而相應(yīng)改變，而且約束設(shè)置值作為參數(shù)可隨時修改，并可以與其他參數(shù)建立關(guān)系方程。</p><p>　　一般來說，建立一個裝配約束時，應(yīng)選取元件參照和組件參照。元件參照和組件參照是元件和裝配體中用于約束定

61、位和定向的點、線、面。系統(tǒng)一次只添加一個約束。要使一個元件在裝配體中完整地指定放置和定向（即完全約束），往往需要定義數(shù)個裝配約束，也可以將多于所需的約束添加到元件上。</p><p>　　裝配過程如下：圖3.3.1與圖3.2.1相區(qū)別：</p><p>　　圖3.3.1進入裝配</p><p>　　創(chuàng)建組件要考慮下面幾個因數(shù)：1、始終從一個基本元件（不會被刪除的元件

62、）開始創(chuàng)建組件。2、考慮如何能將組件分解成單獨的子組件。3、將第一個零件或者子組件添加到缺省組件基準(zhǔn)上（一定要確定）。圖3.3.2示，點右側(cè)，開始創(chuàng)建組件，在原始文檔中選擇所需要的元件，如果不確定可以先預(yù)覽再打開。圖3.3.3中點擊有，將元件裝配到當(dāng)前位置，即缺省的位置。圖3.3.4中將分泵活塞添加到裝配環(huán)境中進行裝配。</p><p>　　圖3.3.2 選擇元件進入裝配環(huán)境</p><p&g

63、t;　　圖3.3.3 將元件固定</p><p>　　圖3.3.4 裝配分泵活塞</p><p>　　元件添加進去之后不一定就會在合適的位置，這就需要通過：ctrl+Alt+右鍵實現(xiàn)零件的移動；：ctrl+Alt+中鍵實現(xiàn)零件的旋轉(zhuǎn)，從而將零件放到近似的位置。圖3.3.4中標(biāo)出的、可以添加或刪除約束。圖3.3.5中 “約束”一欄中顯示對元件所加的約束，與原固定組件的相互約束，當(dāng)下方“放置狀

64、態(tài)”為“完全約束” 時方可點確定，這一步裝配完成。按照同樣的步驟裝配分泵皮圈，圖3.3.6，進而完成分泵的裝配，圖3.3.7。</p><p>　　圖3.3.5 進行裝配約束</p><p>　　圖3.3.6 裝配分泵皮圈</p><p>　　圖3.3.7 分泵防塵罩的裝配</p><p>　　另外一側(cè)的裝配過程與上面相同，裝配好的分泵如圖3

65、.3.8,圖3.3.9</p><p>　　圖3.3.8 完成裝配的分泵</p><p>　　圖3.3.9 完成裝配的分泵</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了鼓式制動器總成及其主要零部件的三維建模及裝配的過程，其中以分泵為例，詳細說明了運用Pro/E三維建模軟件對鼓

66、式制動器建模的方法和過程。雖然在建模過程中只運用了幾個簡單的特征創(chuàng)建命令，但在實際工程中，就是利用這些簡單的命令完成大型零件的創(chuàng)建，所以熟練掌握簡單特征的創(chuàng)建方法是很重要的。在鼓式制動器主要零件裝配時，關(guān)鍵在如何給添加零件定義約束，必須達到完全約束才行。同時在建模和裝配過程中需要學(xué)會利用一些技巧快速完成操作，比如如何快速地選定想要操作的特征、如何利用鏡像來快捷完成草繪圖和特征的創(chuàng)建、如何在裝配時對單個零件進行編輯等等。我覺得Pro/E軟

67、件掌握起來并不困難，建模前最關(guān)鍵是將你要創(chuàng)建的二維圖形所反映的結(jié)構(gòu)要很熟悉，那樣才能創(chuàng)建出符合工程圖紙的三維實體。</p><p>　　第四章 分泵的有限元計算</p><p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　近年來隨著計算機技術(shù)的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)

68、雜的工程分析計算問題的有效途徑。有限元經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷史，理論和算法都已經(jīng)日趨完善。有限元的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實際結(jié)構(gòu)假想地離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，實際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結(jié)果來替代對實際結(jié)構(gòu)的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復(fù)雜問題。</p><p>　　通過對產(chǎn)品的有限元分析可以增加產(chǎn)品和工程的可靠性；在產(chǎn)品的設(shè)計

69、階段發(fā)現(xiàn)潛在的問題；經(jīng)過分析計算，采用優(yōu)化設(shè)計方案，降低原材料成本，縮短產(chǎn)品投向市場的時間；模擬試驗方案，減少試驗次數(shù)，從而減少試驗經(jīng)費。目前流行的CAE分析軟件主要有NASTRAN、 ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。當(dāng)今有限元分析軟件的一個發(fā)展趨勢是與通用CAD軟件的集成使用，即在用CAD軟件完成部件和零件的造型設(shè)計后，能直接將模型傳送到CAE軟件中進行有限元網(wǎng)格劃分并進行分析計算，如

70、果分析的結(jié)果不滿足設(shè)計要求則重新進行設(shè)計和分析，直到滿意為止，從而極大地提高了設(shè)計水平和工作效率。</p><p>　　Pro/E三維建模只是它的一個功能模塊，它還包括了結(jié)構(gòu)分析、模具設(shè)計與分析等實用模塊。本章就是采用Pro/E軟件所包含的結(jié)構(gòu)分析：Pro/MECHANICA，對分泵進行結(jié)構(gòu)有限元分析，對分泵的強度校核。</p><p>　　4.2 分泵缸體的有限元分析</p>

71、<p>　　Pro / mechanical提供了自動網(wǎng)格劃分其AutoGEM，在有限元分析的過程中，由AutoGEM自動進行網(wǎng)格劃分。但是在AutoGEM自動進行網(wǎng)格劃分之前，必須簡化模型以便使Pro / mechanical能夠進行網(wǎng)格劃分。本次分析的分泵是比較簡</p><p>　　單的沒有圓角、未對齊的小平面、距離太近而產(chǎn)生的小平面、加強筋特征產(chǎn)生的小平面等特征。</p>&l

72、t;p>　　使用Pro / mechanical分析首先要將在Pro-E狀態(tài)下的模型導(dǎo)入到Pro / mechanical環(huán)境中，如圖4.2.1所示，點擊“應(yīng)用程序”欄，選擇Mechanica，系統(tǒng)自動倒入。其次選擇材料，圖4.2.2中，電工具欄中“屬性”選擇“材料”來定義材料，選擇后會出現(xiàn)圖4.2.3所示的對話框，從左邊選擇“FE20”點，將其導(dǎo)入右邊對話框中，圖4.2.4右邊空白一欄，點擊右側(cè)“Assign”，在下拉菜單中選擇

73、“part”。選擇之后，系統(tǒng)會彈出一個參照框來圖4.2.5，選擇零件。</p><p>　　圖 4.2.1將元件倒入Mechanica系統(tǒng)</p><p>　　圖4.2.2 設(shè)置材料屬性</p><p>　　圖4.2.3 選擇材料</p><p>　　圖4.2.4 設(shè)置材料屬性的過程</p><p>　　圖4.2.5

74、選取組件</p><p>　　材料選定之后，要將分泵固定，才能進行分析。如圖4.2.6中，在插入的下拉菜單里選擇位移約束，系統(tǒng)會自動彈出圖4.2.6中右側(cè)的對話框，選擇分泵上的兩側(cè)面作為約束，圖4.2.6所示，點確定，出現(xiàn)圖4.2.7。圖中顯示的每個方格代表六個自由度中的一個，如果一個小方塊被填滿了，則說明物體在那個方向上的自由度被限制住了；如果小方塊是空的，則說明物體在那個方向上是可以移動的。圖中的小方塊被填滿

75、了，說明本物體在這個方向上的自由度都被限制了，模型已經(jīng)固定。</p><p>　　圖4.2.6 設(shè)置位置約束</p><p>　　圖4.2.7 位置約束顯示</p><p>　　零件固定之后，就要使加載荷，分泵主要的受力來自于活塞腔中液壓油的擠壓，所以施加的力應(yīng)該是壓力負荷，故圖4.2.8示，在插入的下拉菜單中選擇“壓力負荷”，系統(tǒng)自動彈出圖4.2.8右側(cè)的對話框，

76、根據(jù)提示選取受力面，在此選擇活塞腔圓柱面（圖4.2.9），確定。設(shè)置載荷值：6N/mm2，點“Preview”，圖4.2.10所示液壓油對活塞腔圓柱表面的擠壓情況,在點“OK”，圖4.2.11。</p><p>　　圖4.2.8 加載負荷</p><p>　　圖4.2.9選定加載面</p><p>　　圖4.2.10 加載預(yù)覽</p><p>

77、;　　圖4.2.11位移約束和壓力載荷</p><p>　　準(zhǔn)備就緒之后，開始分析，點建立一個靜態(tài)分析的，出現(xiàn)圖4.2.12的對話框，選擇“File”下拉菜單里的“New Static”，隨后出現(xiàn)圖4.2.13所示的對話框，取默認設(shè)置，點“OK”。</p><p>　　圖4.2.12 建立新的靜態(tài)分析</p><p><b>　　圖4.2.13</b

78、></p><p>　　圖4.2.14所示的對話框中，點，系統(tǒng)開始分析，點擊將運行結(jié)果保存，待運行結(jié)束之后，點擊圖4.2.14中的，彈出即將顯示結(jié)果的窗口（圖4.2.16），通過點擊選擇顯示分析的類型，本次分析選擇應(yīng)力分析、應(yīng)變分</p><p>　　析，選好之后點“OK”，出現(xiàn)結(jié)果，圖4.2.16所示。</p><p>　　圖4.2.14開始運行</p

79、><p>　　圖4.2.15 結(jié)果顯示方式</p><p>　　圖4.2.16 結(jié)構(gòu)分析結(jié)果示意圖</p><p>　　圖4.2.16左圖為應(yīng)力分析圖，右圖為應(yīng)變分析圖，從圖中得知分泵所受的最大應(yīng)力為30.63MPa；最大應(yīng)變?yōu)?.0017mm。經(jīng)查閱資料，最大應(yīng)力為60MPa，故該結(jié)果符合正常的使用要求。</p><p><b>　　

80、4.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本次建模的結(jié)構(gòu)有限元分析是在Pro-E環(huán)境下通過Pro / mechanical進行的分析。 Pro / mechanical提供了自動網(wǎng)格劃分其Auto GEM，在結(jié)構(gòu)分析的過程中，由Auto GEM自動進行網(wǎng)格劃分。但是在Auto GEM自動進行網(wǎng)格劃分之前，必須簡化模型以便使Pro / mechanical能夠進行網(wǎng)格劃分。</p>&

81、lt;p>　　本章在建立鼓式制動器總成三維實體模型的基礎(chǔ)上，進行了鼓式制動器總成中內(nèi)分泵缸體等關(guān)鍵零部件的有限元分析，在分析中軟件會對分泵缸體等關(guān)鍵零部件進行自動劃分網(wǎng)格，建立了有限元模型，制定了邊界條件，進行了有限元計算，得到了變形、位移、應(yīng)力等結(jié)果。其結(jié)果表明：各計算參數(shù)均符合要求。</p><p>　　第五章 總 結(jié)</p><p>　　本設(shè)計主要是對鼓式制動器進行三維建

82、模、有限元分析等相關(guān)的方面的設(shè)計。是在熟悉本專業(yè)必需的技術(shù)基礎(chǔ)理論、與本專業(yè)相關(guān)的專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，通過查閱多方面資料、文獻，對鼓式制動器的發(fā)展趨勢和國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀有了一定的感性認識，同時對汽車設(shè)計理論的發(fā)展趨勢、鼓式制動器的研究背景、發(fā)展過程、種類、特點及其相對于其它類型制動器比較的優(yōu)點有了比較全面的認識，為培養(yǎng)我們的實際工程設(shè)計能力作鋪墊。</p><p>　　建模采用的基本上比較簡單的設(shè)計手段，如孔特征、

83、抽殼特征、筋特征、拔模特征、倒圓角特征、倒角特征、拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、變截面特征、邊界混合特征、造型特征、平面掃描、螺旋掃描、鏡像、陣列、插入基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸等基本技能。通過在實體模型上添加或取出材料，來完成三維建模。</p><p>　　通過本次設(shè)計，使我們把大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識融會貫通，并且培養(yǎng)了調(diào)查、分析、研究和查閱國內(nèi)外資料等的能力，從而進一步提高了解決問題和設(shè)計的能力；了解且有針對性地研究汽車系統(tǒng)建模方法

84、，特別是關(guān)于汽車制動系統(tǒng)的現(xiàn)狀、原理、結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代設(shè)計開發(fā)狀況有了較為系統(tǒng)的全面地認識；通過此次畢業(yè)設(shè)計基本掌握本專業(yè)所需的二維、三維制圖、計算、調(diào)研、查閱文獻等基本能力和基本工藝知識以及較強的計算機應(yīng)用能力，為今后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。設(shè)計及分析的過程難免會出現(xiàn)疏漏之處，還請老師批評指正！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 余

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96、<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設(shè)計從選題開始，到中期的三維建模、有限元分析，再到后期的撰寫論文，直至畢業(yè)設(shè)計能夠順利完稿，都受到了xx老師的悉心指導(dǎo)，特別是xx老師，對本論文進行了認真反復(fù)的批閱和修改，提出了許多寶貴的意見和建議，同時，畢業(yè)設(shè)計過程中，我所在小組同課題的同學(xué)也給予了我極大的幫助，在此向以上各位老師及同學(xué)表示衷心的感謝！ </p&