【正文】 概 述 Pro/E操作軟件是美國參數技術公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。 電子制動控制系統(tǒng)（ EBS）： 盤式制動器由于采 用簡單且相當成熟的操作機構，因而具有特別高的效率。 維修保養(yǎng)： 盤式制動器的整套操作機構密封在外殼中，經潤滑以延長其壽命。持續(xù)制動后，在同等制動壓力下，盤式制動器產生的制動力只是略有下降，而鼓式制動器的制動力下降非常大，這兩種制性動器的安全因數有著很大的差別。 9 但盤式制動器在制動響應和制動控制方面 的表現更好一些。隨著高速公路等級的提高，乘車檔次的上升，特別上 國家安全法規(guī)的強制實施，前后輪都采用盤式制動器已成為主流趨勢。隨著我國汽車工業(yè)技術的發(fā)展，汽車上采用盤式制動器配置將逐漸得到廣泛應用，特別是在提高整車性能、保障安全、提高乘車者的舒適性，滿足人們不斷提高的生活物質需求、改善生活環(huán)境等方面都發(fā)揮著很大的作用 ! 汽車在制動過程中由于慣性力的作用，前輪的負荷通常占汽車全部負荷的 70%—— 80%，所以前輪制動力要比后輪的大。 8 ③盤式車輪制動器制動塊與制動盤間隙較小，且管路中萬物殘余壓力，無復位彈簧，因此制動滯后時間短，有利于緊急制動。 圖 全盤式制動器 綜上所述：選擇方案二浮動盤式制動器最為理想。當受到軸向力時 ,動、定圓盤相互壓緊而制動。另外單側油缸的活塞比兩側油缸的活塞要長，也增大了油缸的散熱面積，因此制動油液溫度比固定鉗式的低 30 ℃ ~50℃，汽化的可能性較小。但它們的制動油缸都是單側的，且與油缸同側的制動塊總成為活動的，而另一側的制動總成則固定在鉗體上。 圖 固定鉗式盤式制動器 活塞 制動鉗體 制動塊 車橋 進油口 制動盤 缺點：油缸多、結構復雜、制動鉗尺寸大 。但由于需采用兩個油缸并分置制動盤的兩側，因而必須用跨越制動盤的內部油道或外部油管來連通。當壓力油液進入兩個油缸活塞外腔時，推動兩個活塞向內將位于制動盤兩側的制動塊總成壓緊到制動盤上，從而將車輪制動。這種制動器散熱快，重 5 量輕，構造簡單，調整方便。制動盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉動。當制動盤被兩側的制動塊夾緊時，摩擦面便產生作用于制動盤上的摩擦力矩以阻止車輪轉動。 目前，廣泛使用的是摩擦式制動器。它相當于把汽車架離地面，并踩住制動踏板，在輪胎周緣沿切向方向推動車輪直至它能轉動所需的力，顯然 Ff=Tf/r () 當駕駛員松開制動踏板時，在回位彈簧的作用下，制動蹄與制動鼓（制動鉗與制動盤）的間隙又得以恢復，從而解除制 動。 顯然，從力矩平衡得到 FB=Tf/r () 式中 r── 為車輪的有效半徑， m； Tf── 制動器制動力矩， N 圖 情況。 車輪制動時的工作原理 汽車受到與行駛方向相反的外力時，才能從一定的速度制動到較小的車速或直至停車。作用在行駛汽車上的滾動阻力、坡道阻力、空氣阻力、加速阻力等都與汽車的行駛方向相反，但是這些力的大小都是隨機的、很難控制的。 參數化設計方法具有高效性、實用性的特點，在產品的系列設計、相似設計及專用Pro/E 系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應用價值。目前面向零件參數化設計的研究與系統(tǒng)開發(fā)已經取得了一定成效，但對產品級的參數化設計的研究比較少，缺少方法，效果也不太理想。 本課題主要完成基于 Pro/E 三維造型技術進行盤式制動器參數化設計。 制動器是車輛的關鍵部件之一 , 其性能的好壞直接影響整車性能的優(yōu)劣 , 因此 , 制動器的設計在整車設計中顯得相當重要。 1 前 言 國內汽車市場迅速發(fā)展，隨著汽車保有量的增加，帶來的安全問題也越來越引起人們的注意，而制動系統(tǒng)則是汽車主動安全的重要系統(tǒng)之一。本文詳細地闡述了各類制動器的結構、工作原理、優(yōu)缺點和發(fā)展前景 ,探討 了一種結構簡單的盤式制動器。通過引入基于 Pro/E 特征的參數化造型思想，建立制動器典型的零部件模板庫，模型設計計算完成后，通過參數化驅動從而得到所需的制動器模型。本文深入的研究了零件參數化設計的方法，建立了基于Pro/E 系統(tǒng)的盤式制動器參數化設計系統(tǒng)，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中將理論研究與實際應用緊密結合，驗證了基于裝配約束的參數化設計方法的可行性，系統(tǒng)具備設計計算，參數化造型，系統(tǒng)數據管理等功能。與傳統(tǒng)設計方法相比，能夠減少重復勞動，提高設計效率，符合現代產品設計需求。因此，汽車上必須設置一系列專門的裝置，以便使駕駛員能夠根據道路和交通等情況，借助以外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，對汽車進行一定程度的強制制動，使汽車減速或停車 ，這一功能就是制動系的功能，這一系列專門的裝置即為制動系。這個外力只能由地面和空氣提供。 圖 車輪受力 3 Tf 是車輪制動器中摩擦片與制動鼓或盤相對滑轉時的摩擦力矩，單位是 N m。 制動系的要求 汽車制動系應滿足以下要求： （ 1） 具有良好的制動效能 （ 2） 具有良好的制動效能恒定性 （ 3） 具有良好的制動方向穩(wěn)定性 （ 4） 操縱輕便 （ 5） 具有良好的制動平順性 車輪制動器類型 制動器是具有使運動部件 (或運動機械 )減速、停止或保持停止狀態(tài)等功能的裝置。摩擦式制動器按摩擦副結構形式不同，可分為鼓式、盤式和帶式三種： ①鼓式制動器分為內張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩類。 ③鼓式制動器的帶式制動器只用作中央制動器。分泵固定在制動器的底板上固定不動。特別是高負載時耐高溫 性能好，制動效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動比鼓式制動更容易在較短的時間內令車停下。當放松制動踏板使油液壓 力減少時，回位彈簧則將兩制動塊總成及活塞推離制動盤。這就使得制動器的徑向和軸向尺寸都較大，因而在車輪中，特別是車輪輪距小的微型車的前輪中的布置比較困難；需兩組高精度的液壓缸和活塞，成本較高；制動產生的熱經制動鉗體上的油路傳給制動油液，易使其由于溫度過高而產生氣泡，影響制動效果。 油路中的制動液受制動盤加熱易汽化。制動時在油液壓力作用 下，活塞推動該側活動的制動塊總成壓靠到制動盤，而反作用力則推動制動鉗體連同固定于其上的制動塊總成壓向制動盤的另一側，直到兩側的制動塊總成的受力均等為止。相比于固定鉗式浮動鉗式可將油缸和活塞等精密件減去一半，造價大為降低。為增多盤數和在圓盤表面覆蓋一層石棉等摩擦材料可增大制動力矩?；瑒鱼Q式制動器由于它結構簡單、緊湊、質量小和耐高溫，它既滿足了制動安全實用性也具有較低的生產成本，得到了廣泛的應用，所以我考慮選用滑動鉗式盤式制動器做為 SUV 的制動器。 ④結構簡單，質量輕，便于維修，易于實現制動塊與制動盤間隙自動調整。從經濟與實用的角度出發(fā)，生產廠家為了 節(jié)省成本，多采用了前輪盤式制動，后輪鼓式制動的混合匹配方式。 國外盤式制動器研發(fā)情況介紹 國外汽車研發(fā)機構經過多年的研究和試驗，氣壓盤式制動器在主要性能方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的鼓式制動器，并將其廣泛使用在新型的載重汽車上。但在連續(xù)制動過程中，兩種制動器的差別很大。 結構和成本： 盤式制動器系統(tǒng)包括盤、襯墊、缸和卡鉗，其零件數少于鼓式制動器系統(tǒng)，同類車型相比其總成的總質量比鼓式制動器低 18%。所以盤式制動器幾乎是無需維修的，維修主要是更換磨損零件，即襯墊和盤。其提供的制動靈敏性使 EBS 系統(tǒng)能夠實現一些強而有效的控制作用，用以縮短制動距離，提高車輛的穩(wěn)定性和磨損率。Pro/Engineer 軟件以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位， Pro/Engineer 作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。根據用戶需求不同，模型參數化有：二維圖形參數化、三視圖參數化和三維特征參數化等三種形式嘲。 參數化設計的相關思想包括： （ 1）參數化設計 相對于產品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復雜的幾何模型，都可以分解成有限數量的構成特征，而每一種構成特征，都可以用有限的參數完全約束，這就是參數化的基本概念。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。這一優(yōu)點，使得設 計更優(yōu)化，成品質量更高，產品能更好地推向市場，價格也更便宜。 參數化技術的成功應用，使它在 90年代前后幾乎成為 CAD業(yè)界的標準。變量化造型的技術特點是保留了參數化技術基于特征、全數據相關，尺寸驅動設計修改的優(yōu)點，但在約束定義方面做了根本性改變。正因為如此，才造就了今天 CAD技術的興旺與繁榮，在高速發(fā)展的現代化工業(yè)中起到重要的作用。 CAD技術的應用可以起到提高企業(yè)的設計效率、優(yōu)化設計方案、減輕技術人員的勞動強度、縮短設計周期等的作用，經過多年的投入和推廣，我國 CAD技術已經基本廣泛應用在機械、電子、航空、建筑等行業(yè)。三維造型設計取代二維 平面設計是工程設計的趨勢。 通過 CAD軟件的二次開發(fā)工具可以把商品化、通用化的 CAD系統(tǒng)用戶化、本地化，即以 CAD系統(tǒng)為基礎平臺，在軟件開發(fā)商所提供的開發(fā)環(huán)境與編程接口基礎 之上，根據自身的技術需要研制開發(fā)符合相關標準和適合企業(yè)實際應用的用戶化、專業(yè)化、知識化、集成化軟件，以進一步提高產品研發(fā)的效率。通過引入 基于 Pro/E 特征的參數化造型思想，建立制動器典型的零部件模板庫，模型設計計算完成后，通過參數化驅動從而得到所需的制動器模型 課題研究方法 課題使用的研究方法是參數化設計。因此基于某種特定產品對這些軟件進行二次開發(fā)，使其具備針對性，就能夠迅速提高產品的設計效率。制動器參數化設計系統(tǒng)以及拓撲優(yōu)化方法的應用，對于提高減速器產品的設計效率和質量具有一定積極意義。同時需要確定出各基本特征的尺寸。一個特征往往有多種創(chuàng)建方法，在設計時必須考慮如何表達該特征與其它特征的關系。初步確定制動盤的結構參數如下： 15 圖 禮帽型制動盤 ①制動盤直徑 D 制動盤直 徑 D應盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以減小制動鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。那么 : 制動盤直徑 D=d 75%=406 74%=300mm （ ） 式中 d──輪輞直徑， d=16 英寸 =300mm ②制動盤厚度 h 制動盤厚度 h對制動盤質量和工作時的溫升有影響。 作為一 款運動版 SUV，為了節(jié)省成本，減少加工工序和工作量，我選用實心的制動盤，厚度為 h=15mm，這種制動盤可以滿足制動要求。因為如果比值偏大，工作時摩擦襯塊外緣與內緣的圓周速度相差較大，則其磨損就會不均勻，接觸面積將減少，最終會導致制動力矩變化大。 （ ） 制動襯塊單位面積占有的汽車質量 m=1900/87/8=，在推薦范圍內。 制動器輪鋼直徑的計算 制動輪缸對制動蹄 (塊 )施加的張開 力 Fo與輪缸直徑 d和制動管路壓力 p的關 22 系為 )/(40 pFd ?? () 制動管路壓力一般不超過 10— 12MPa，對盤式制動器可更高。 圖 制動鉗 在 Pro/e 菜單欄中單擊（工具 /參數），將彈出參數對話框，添加參數，如下圖 23 圖 制動鉗參數 在 Pro/e 菜單欄中依次單擊（工具 /關系），將彈出關系對話框，添加以下關系式 ZDQNWR=canshu ZDQJ=80 ZDQLKJ=60 ZDQLKD=4 ZDQNR=2/3*(ZDQNWR10) ZDQLKW=ZDQNWR5 ZDQWR=ZDQNWR+20 ZDQNKH= ZDQH=ZDQNKH+40 ZJKR=ZDQNWRZDQNR10 ZJKW=ZDQNR YGG=70 YGNG=YGG10 YGWD=2*ZJKR YGND=YGWD20 YGK=8 其中制動鉗： ZDQJ 為制動鉗角， ZDQLKJ 為制動鉗螺孔角， ZDQLKD 為制動鉗螺孔直徑，ZDQNR 為制動鉗內半徑， ZDQNWR 為制動鉗內外半徑， ZDQLKW 為制動鉗螺孔位置， ZDQWR 為制動鉗外半徑， ZDQNKH 為制動鉗內孔厚， ZJKW 為中間孔外半徑， YGG 為油缸高， YGNG 為油缸內高， YGWD 為油缸外直徑， YGND 為油缸內直徑， YGK 為油缸孔。經過兩個多 月的努力，今天終于把盤式制動器設計完成了，心情十分高興。本次設計也是一個理論聯(lián)系實際的實踐。而在解決這些問題的工程中，我的綜合知識和整體規(guī)劃協(xié)調能力也不知不覺得增強了。 總的來說，經過畢業(yè)前設計作業(yè)，我無論是專業(yè)理論知識（特別是制動器）、軟件操作應用上，還是機械設計方面都取得長足的進步，同時它也鍛煉了我全面的思考協(xié)調能力。 設計的過程中遇到了許多問題，在 廣大老師和同學的大力支持和幫助 下得以 順利完成 ，