基于有限元重型货车制动器的设计开题报告说明书及CAD图纸全套.doc

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1、毕业设计开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级指导教师姓名职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称 基于有限元重型货车制动器的设计一、课题研究现状，选题的目的、依据和意义1、研究现状 随着经济的发展，汽车已经成为当今社会最重要的交通工具之一，随之而来的现象是人们对汽车的动力性、经济性、安全性与舒适性的重点关注。汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。因此，必须充分考虑制动器的控制机构和制动执行机构的各种性能，然后进行汽车的制动器的设计以满足汽车安全行驶的要求。据有关资料的介绍，在由于车辆本身的问

2、题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动器是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动器的好坏直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。制动器是汽车制动系统中最重要的安全部件，对汽车制动器进行深入的分析具有十分重要的意义。 目前，汽车所用都制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定；浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那

3、样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；较容易实现间隙自动调整。在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像ABS那样的高级电子设备。鼓式制动器的主要优点是刹车蹄片磨损较少, 成本较低,便于维修。虽然在汽车制动器领域，盘式制动器将逐步取代鼓式制动器是必然的趋势，但在现阶段，鼓式制动器依然占据着很重要的位置。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此轿车生产厂家为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。现在轿车上应用最为广泛的是前盘后鼓式或全盘式制动器，其中20的轿车采用前

4、盘后鼓式制动器虽然在轿车领域全鼓式制动器已基本上淘汰，但在商用车上应用最为广泛仍是全鼓式制动器，至于前盘后鼓式制动器或全盘式制动器只应用在有特殊需求客车或高档客车上。不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。 鼓式制动器相对于盘式制动器，其制动效能和散热性要差许多。鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上，制动力变化很大，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量，制动蹄和制动鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校刹

5、车蹄的空隙。针对以上缺点，现在鼓式制动器则采取一些改进措施： 1）合理确定制动鼓的直径 2）合理确定摩擦衬片宽度 3）合理确定轮毂散热结构 4）合理选择轮胎和轮辋5）加装气门嘴固定卡6）采用目前较先进的技术，以防车轮过热，如采用制动间隙自动调整臂、使用缓速器。 ProE是美国参数化公司(Parametric TechnologyCorporation，简称PTC)开发的CADCAECAM软件，是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。该软件先进的设计理念体现了机械设计自动化(Mechanical Design Au

6、tomation，MDA)系列软件的最新发展方向，成为提供工业解决方案的有力工具，因而被广泛用于工业设计、机械设计、机构仿真、有限元分析、电子、航空、航天、军工等行业。随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展，其应用领域的日益扩展，已使工程设计业和制造业发生了深刻的变化，这一点的产品结构设计发方面表现的尤为显著。三维造型技术、参数设计技术和虚拟现实技术等新概念、新办法已经渗透到传统的结构设计中，并发挥出前所未有的作用，推动工程设计技术的发展。PTC 公司的pro/e是现代CAD系统的代表，由它率先它采用的革命性的设计思想基于特征的参数化设计，领导了现代CAD发展的潮流。其主要特征功能有：全相

7、关性、基于特征的参数化模型建模、先进的资料管理系统装配管理工程数据库再利用等，它易于使用，可在各种硬件平台上运行。可让使用者同时完成工业设计、结构设计功能，模拟加工制造，缩短产品开发的时间和流程。 ProE的参数化设计技术(又称尺寸驱动几何技术)的基本思想，是和几何约束确定产品形状的几何特征，参数化的产品模型由几何模型和几何约束共同构成，完备的约束模型通过尺寸对几何形状的某些控制元素加以约束，构成几何元素惟一完整的表示。参数化设计的优点(1)参数化设计技术以其强有力的尺寸驱动修改图形功能为初始产品设计，产品建模和修改系列产品设计提供了有效的手段。 (2)可满足设计具有相同或相近几何拓朴结构的工

8、程系列产品及相关工艺装备的需要。(3)可满足不同零件曲面的公式化高精度设计有限元技术是机械工程应用中普遍采用的现代设计技术之一，已经成为解决复杂的工程分心计算问题的有效途径，近年来随着计算机技术普遍提高，有限元技术取得了突飞猛进的法阵，求解问题的范围从线性问题发展到非线性问题，鼓式制动器具有系列化的特点，适于采用参数化的方法进行设计和分析计算。因此有限元分析软件对制动器的分析有重要意义。近几年国内外鼓式制动器的有限元分析的研究概况如下：1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA对一款卡车用鼓式制动器进行了有限元分析，发现制动鼓与摩擦衬片的法向压力呈非线性分布。王

9、良模、彭育辉于2002年应用大型的机械软件IDEAS建立了某一国产双向自增力鼓式制动器的有限元模型，对其强度进行有限元方法的计算、分析。2003年吕振华、亓昌利用有限元分析软件ADINA建立一种蹄鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型，探讨了进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程，通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场等重要信息。此外，刘立刚、王学林利用ANSYS软件预测了某重型汽车的鼓式制动器分布式摩擦衬片的压力分布、制动扭矩、制动器的应力分布以及制动器的变形。2005年李亮、宋健通过建立循环制动过程中温度鼓式制动器三维有限元仿真场分析的快

10、速有限元仿真模型，对鼓式制动器采用二维有限元仿真，获得瞬态温度场等仿真结果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元为手段研究了鼓式制动器啸叫的机理。2、选题的依据、目的和意义重型货车是我国应用较广泛的运输车，而制动器是重型货车的重要部件，其制动性能是确保车辆行驶的主、被动安全性和提升车辆行驶的动力性决定因素之一。应用Pro/E 软件建立制动器主要零件的实体模型,然后利用Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析，为重型货车制动器的设计与研究提供了一种方法，可缩该制动器的研发周期, 降低产品的研发成本, 并为进一步的结构优化设计、制造及运动分析奠定了基

11、础。二、设计的基本内容、拟解决的主要问题本重型货车设计的参数我以红岩牌CQ30系列汽车的技术参数为参考，选择的车型是CQ1300(CQ30.290/B38/164)，主要的技术参数是长宽高（mm）930025003084 轴距(mm)38001400 轮距（mm） 前轮/后桥2006/1810 最小离地间隙（mm）325 整车自质量（kg）111700 允许载质量（kg）18300总质量（kg）30000 发动机最大功率（kw/r/min）213/2100 最大扭矩（nm/r/min）1254/1300 制动装置型式 双管路气压式简单非平衡鼓式 前/后摩擦片宽度（mm）160/160 前/后制

12、动鼓直径（mm）480/4801、基本内容（1）制动器的总体结构设计，（2）制动器的主要参数进行计算及强度校和；（3）运用pro/e软件进行实体建摸； （4）摩擦衬片进行有限元分析； （5）运用Autocad软件对制动器做出装配图及零件图； （6）总结设计过程，完成设计说明书;2、拟解决的主要问题 （1）确定鼓式制动器的基本参数; （2）制动器的制动鼓、蹄片和支撑的几何尺寸进行计算及强度校和; （3）摩擦衬片的有限元分析；三、技术路线（研究方法）查阅资料确定总体设计方案制动器的结构型式及选择 制动系选择 制动器主要零件的结构设计 制动器主要零件的强度校核和分析制动器的三维零件及装配模型运用AN

13、SYS进行分析完成设计说明书四、论文进度安排（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第12周（2月28日3月13日） （2）确定总体设计方案 第34周（3月14日3月27日） （3）对制动器参数进行设计第57周（3月28日4月17日） （4）建立制动器的三维零件及装配模型 第89周（4月18日5月1日） （5）Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析第1012周（5月2日5月22日） （5）书写设计说明书第1314周（5月23日6月5日） （6）设计审核、修改 第1516周（6月6日6月19日） （7）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月20日6月26日） 五、参考文献.1 张海清，非石棉盘

14、式制动器的发展现状J ，汽车技术 1993（6）.2 程国华.汽车制动系统发展漫谈J ：汽车运用，2003年第6期.3 朱旬，金海东.轿车制动主缸结构浅析J ：汽车研究与开发，1999 年第 2 期. 4 陈步童.微型汽车制动系统常见故障诊断与检修J ：无锡职业技术学院学报，2003.4期.5 张国强 车辆制动系统的发展现状及趋势浅析J 农业与技术 2009，29(3).6 张涛,王燕玲.汽车制动性能与测试J .仪器仪表学报 ,2002 ,22 (4) :197.7 张建俊.汽车检测技术M .北京:高等教育出版社 ,2003.8吴迎学. 汽车鼓式制动器的模糊优化设计J. 中南林学院学报 , 2

15、000,(04)9张健,雷雨成,卫修敬. 领从蹄式鼓式制动器制动力矩计算方法研究J. 长沙交通学院学报 , 2001, (03) . 10蒋崇贤，何明辉专用汽车设计 武汉工业大学出版社11龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用.CAD/CAM计算机辅助设计与制造.2001，(7):70-8012工程中的有限元方法(第3版)机械工业出版社，200413孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版14余志生 汽车理论M，机械工业出版社，198715吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社16 陈家瑞.汽车构造 （第3 版）M.北京：人民交通出版社，1997:22017吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华

16、大学出版社，2002E. 18 J. M. LEE，S. W. YOO，J. H. KIM, et al .A study on the squeal of a drum brakeof a drum brake which has shoes of non-uniform cross-section.Journal of Soundand vibration ,2001,240(5):789-80819 D. Severin, S. Drsch .Friction mechanism in industrial brakes.Wear ,2001,249 :771779六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日