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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目:基于有限元比亞迪F3制動器的設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 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 間:
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(xué)生姓名
盧鴻磊
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
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
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。相對盤式制動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對制動鉗、管路系統(tǒng)要求高，造價高等缺點，鼓式制動器不僅結(jié)構(gòu)較簡單、成本低，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計，所以在輕、重型載貨汽車上，鼓式制動器還是在大量使用的。
鼓式相對盤式，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(jìn)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(jìn)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。設(shè)計中采用的是領(lǐng)從蹄式制動器，兼顧了制動器效能因數(shù)和制動器效能的穩(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(或傳動軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來阻止車輪的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動的趨勢，亦即由制動踏板的踏板力通過推桿和主缸活塞，使主缸油液在一定壓力下流入輪缸，并通過兩輪缸活塞推使制動蹄繞支承銷轉(zhuǎn)動，上端向兩邊分開而以其摩擦片壓緊在制動鼓的內(nèi)圓面上。不轉(zhuǎn)的制動蹄對旋轉(zhuǎn)制動鼓產(chǎn)生摩擦力矩，從而產(chǎn)生制動力，使車輪減速直至停車。
鼓式制動器是早期設(shè)計的制動系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計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。四輪轎車在制動過程中，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。
目前使用計算機輔助設(shè)計已經(jīng)成為如今研究現(xiàn)狀，也必將成為以后的發(fā)展趨勢，計算機輔助設(shè)計的使用可降低工程設(shè)計成本的13%~30%，減少產(chǎn)品設(shè)計到投產(chǎn)的時間30%~60%，增加分析問題的深度和廣度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)計系統(tǒng)的問市給機械設(shè)計自動化奠定了堅實的現(xiàn)實基礎(chǔ)，使得它變得其實可行。
近年來在計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計算問題提供了有效的途徑。我國在"九五"計劃期間大力推廣CAD技術(shù)，機械行業(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，提高工程和產(chǎn)品質(zhì)量，計算機輔助工程分析（CAE，Computer Aided Engineering）方法和軟件將成為關(guān)鍵的技術(shù)要素。在工程實踐中，有限元分析軟件與CAD系統(tǒng)的集成應(yīng)用使設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：增加設(shè)計功能，減少設(shè)計成本；縮短設(shè)計和分析的循環(huán)周期； 增加產(chǎn)品和工程的可靠性； 采用優(yōu)化設(shè)計，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)潛在的問題； 模擬各種試驗方案，減少試驗時間和經(jīng)費； 進(jìn)行機械事故分析，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，所有的設(shè)計制造都離不開有限元分析計算，F(xiàn)EA在工程設(shè)計和分析中將得到越來越廣泛的重視。汽車的任何零部件都可以根據(jù)其所要求的性能對其進(jìn)行有限元分析,尋找最優(yōu)的設(shè)計方案, 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; 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)化分析以解決國產(chǎn)化材料的替代等等。汽車工業(yè)代表著一個國家制造業(yè)發(fā)展的水平,世界經(jīng)濟大國的經(jīng)濟發(fā)展無一不與汽車工業(yè)有著極為密切的關(guān)系;作為世界經(jīng)濟大國的美國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,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,故必須要加大對此項技術(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)此項技術(shù)的人才。
2、依據(jù)、目的和意義
汽車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。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，制動系就是其中一個重要的總成，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?，制動系統(tǒng)是保證行車安全的極為重要的一個系統(tǒng)。此外，制動系統(tǒng)的好壞還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。由此可見，汽車制動系對于汽車行駛的安全性，停車的可靠性和運輸經(jīng)濟效益起著重要的保證作用。
當(dāng)今，隨著高速公路網(wǎng)的不斷擴展、汽車車速的提高以及車流密度的增大，對汽車制動系的工作可靠性要求顯得日益重要。只有制動性能良好和制動系工作可靠的汽車才能充分發(fā)揮出其高速行駛的動力性能并保證行駛的安全性。由此可見，制動系是汽車非常重要的組成部分，從而對汽車制動系的機構(gòu)分析與設(shè)計計算也就顯得非常重要了。鼓式制動器是應(yīng)用非常廣泛的一種制動器，有其優(yōu)良的制動效果及簡單的結(jié)構(gòu)形式。
應(yīng)用Pro/E 軟件建立鼓式制動器主要零件的實體模型, 并完成虛擬裝配，然后利用Ansys軟件對制動器摩擦襯片有限元分析，為鼓式制動器的設(shè)計與研究提供了一種方法,，可縮短鼓式制動器的研發(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、制造及運動分析奠定了基礎(chǔ)。對于我來說，車輛工程本科畢業(yè)能做好這樣一個設(shè)計，對今后的工作是非常寶貴的一次設(shè)計經(jīng)驗，能為我以后的工作奠定基礎(chǔ)，作為本科時代一個完美的結(jié)束，我會盡力做好制動器的設(shè)計，完美完成這一項意義非凡的設(shè)計。
二、設(shè)計的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、基本內(nèi)容
(1)基本參數(shù)：軸距2600mm；車輪滾動直徑：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：195/60R15
（2）研究目的意義、技術(shù)現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展趨勢
（3）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
（4）確定鼓式制動器的各個參數(shù)并進(jìn)行校核
（5）運用pro/e軟件進(jìn)行實體建摸
（6）對鼓式制動器的摩擦襯片進(jìn)行有限元分析
（7）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）鼓式制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
（2）鼓式制動器關(guān)鍵部件的計算與校核
（2）鼓式制動器的AutoCAD圖紙的繪制
（3）鼓式制動器的三維模型的建立
（4）有限元對摩擦襯片的應(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)計方案
參數(shù)設(shè)計
鼓式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
摩擦襯片的強度校核和分析
輪缸、領(lǐng)蹄、制動鼓等三維建模
運用ANSYS進(jìn)行分析
完成畢業(yè)設(shè)計和設(shè)計說明書
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(jìn)行設(shè)計第5～7周（3月28日～4月17日） （4）繪制制動器的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(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