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畢業(yè)設計（論文）開題報告
設計（論文）題目:基于有限元比亞迪F3制動器的設計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程B07-2班
學 生 姓 名: 盧鴻磊
導 師 姓 名: 王永梅
開 題 時 間:
指導委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設計開題報告
學生姓名
盧鴻磊
院系
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛工程 B07-2班
指導教師姓名
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制動器的設計
一、課題研究現狀，選題的目的、依據和意義
1、研究現狀
雖然在汽車制動器領域，盤式制動器將逐步取代鼓式制動器是必然的趨勢，但在現階段，鼓式制動器依然占據著很重要的位置。相對盤式制動器結構復雜，對制動鉗、管路系統要求高，造價高等缺點，鼓式制動器不僅結構較簡單、成本低，而且符合傳統設計，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)生極為復雜的變形，容易產生制動衰退和振抖現象，引起制動效率下降。另外，鼓式制動器在使用一段時間后，要定期調校剎車蹄的空隙。針對以上缺點，現在鼓式制動器則采取一些改進措施： 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構 4）合理選擇輪胎和輪輞??5）加裝氣門嘴固定卡??6）采用目前較先進的技術，以防車輪過熱，如采用制動間隙自動調整臂、使用緩速器。設計中采用的是領從蹄式制動器，兼顧了制動器效能因數和制動器效能的穩(wěn)定性。它的工作原理是利用與車身(或車架)相連的非旋轉元件和與車輪(或傳動軸)相連的旋轉元件之間的相互摩擦來阻止車輪的轉動或轉動的趨勢，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動，上端向兩邊分開而以其摩擦片壓緊在制動鼓的內圓面上。不轉的制動蹄對旋轉制動鼓產生摩擦力矩，從而產生制動力，使車輪減速直至停車。
鼓式制動器是早期設計的制動系統，其剎車鼓的設計1902年就已經使用在馬車上了，直到1920年左右才開始在汽車工業(yè)廣泛應用。四輪轎車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負荷通常占汽車全部負荷的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計已經成為如今研究現狀，也必將成為以后的發(fā)展趨勢，計算機輔助設計的使用可降低工程設計成本的13%~30%，減少產品設計到投產的時間30%~60%，增加分析問題的深度和廣度3~35倍，提高作業(yè)生產率40%~70%，提高設備利用率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化設計系統的問市給機械設計自動化奠定了堅實的現實基礎，使得它變得其實可行。
近年來在計算機技術和數值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法則為解決這些復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，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應用的普及，工程技術人員已逐步甩掉圖板，而將主要精力投身如何優(yōu)化設計，提高工程和產品質量，計算機輔助工程分析（CAE，Computer Aided Engineering）方法和軟件將成為關鍵的技術要素。在工程實踐中，有限元分析軟件與CAD系統的集成應用使設計水平發(fā)生了質的飛躍，主要表現在以下幾個方面：增加設計功能，減少設計成本；縮短設計和分析的循環(huán)周期； 增加產品和工程的可靠性； 采用優(yōu)化設計，降低材料的消耗或成本； 在產品制造或工程施工前預先發(fā)現潛在的問題； 模擬各種試驗方案，減少試驗時間和經費； 進行機械事故分析，查找事故原因。 在大力推廣CAD技術的今天，從自行車到航天飛機，所有的設計制造都離不開有限元分析計算，FEA在工程設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其所要求的性能對其進行有限元分析,尋找最優(yōu)的設計方案, 以做到既能降低生產成本, 又能提高其性能, 達到最優(yōu)的結合。例如,美國的ANSYS 公司已經利用有限元分析軟件ANSYS 進行了鋼板彈簧精確設計; 上海匯眾汽車制造有限公司利用有限元分析軟件ANSYS 進行油門踏板桿材料的斷裂優(yōu)化分析以解決國產化材料的替代等等。汽車工業(yè)代表著一個國家制造業(yè)發(fā)展的水平,世界經濟大國的經濟發(fā)展無一不與汽車工業(yè)有著極為密切的關系;作為世界經濟大國的美國的汽車就一直處于汽車行業(yè)領頭地位。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技術應用的先鋒。既然汽車的發(fā)展與有限元技術的應用有如此密切的聯系,故必須要加大對此項技術的投入;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一步開發(fā)此項技術的人才。
2、依據、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。據有關資料介紹，在由于車輛本身的問題而造成的交通事故中，制動系統故障引起的事故為總數的45%?？梢?，制動系統是保證行車安全的極為重要的一個系統。此外，制動系統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濟效益起著重要的保證作用。
當今，隨著高速公路網的不斷擴展、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分析與設計計算也就顯得非常重要了。鼓式制動器是應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構形式。
應用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, 降低產品的研發(fā)成本, 并為以后進一步的結構優(yōu)化設計、制造及運動分析奠定了基礎。對于我來說，車輛工程本科畢業(yè)能做好這樣一個設計，對今后的工作是非常寶貴的一次設計經驗，能為我以后的工作奠定基礎，作為本科時代一個完美的結束，我會盡力做好制動器的設計，完美完成這一項意義非凡的設計。
二、設計的基本內容、擬解決的主要問題
1、基本內容
(1)基本參數：軸距2600mm；車輪滾動直徑：615mm；輪距前/后：1480/1460；整備質量：1200kg；空載是前軸分配負荷 60%；空載是質心高度：600mm；最高車速：180km/h；最大爬坡度：21%（12度左右）；最小轉向直徑：10.2m；最大功率/轉速：78/6000 kw/rpm
最大轉矩轉速：134/4500 n*m/rpm ；輪胎型號：195/60R15
（2）研究目的意義、技術現狀、存在問題及發(fā)展趨勢
（3）總體結構設計
（4）確定鼓式制動器的各個參數并進行校核
（5）運用pro/e軟件進行實體建摸
（6）對鼓式制動器的摩擦襯片進行有限元分析
（7）總結設計過程，完成設計說明書
2、擬解決的主要問題
（1）鼓式制動器的結構參數的確定
（2）鼓式制動器關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力分析
三、技術路線（研究方法）
調研并查閱相關資料
確定總體設計方案
參數設計
鼓式制動器的結構設計
摩擦襯片的強度校核和分析
輪缸、領蹄、制動鼓等三維建模
運用ANSYS進行分析
完成畢業(yè)設計和設計說明書
四、論文進度安排
（1）調研、查閱相關資料、完成開題報告 第1～2周（2月28日～3月13日） （2）確定總體設計方案 第3～4周（3月14日～3月27日） （3）對制動器參數進行設計第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）書寫設計說明書第13～14周（5月23日～6月5日）
（6）設計審核、修改 第15～16周（6月6日～6月19日） （7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯 第17周（6月20日～6月26日）
五、參考文獻
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六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日