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英文原文 of of a 11167, P. R. 10009, P. R. to of in of a of D in D of of is In by be of in be of in a be 3D n of of an to of a is to of in a of is D in D is D of a is 1]. of as 2] of is in of 2 3D of he of is of a ; is of is be in to of is by by of in of as To in of of a is D in to of of be a of in of of on of as a It is of of is on of 3] , as . of of is in in ] . up as . is it is or in In as of is be in is In as of is as of of is on by In is in so it is 5is of to be of is by of of up in a as to 5] , it is in is of of he of to be of of As is , of is by [ of D We as of as In of E, of of of g/1 3 5 5be on as of by as is a is in a In we : 0. in a 60 r/a “is “in In to of of a is as in 6,7] of is to of in of we of be to as as by of of of in , Y, Z be E. of of as of to be in of of at . of a is . 0° , of mm in . by we is on as a it of n to a to be to as . to is is on of to is In of of is in a of an of to is 10 so it be is on to a a 0 105kg is in of to of of is . of of ew ld 0. to of of in E is in D is on D of of is In we by of in of in 1] Y, , 2004( [2] H, Q, E in (7) : 17 ~ 18, 22, 2006 ( [3] ( 1) : 52~ 59, 2008 [4] J, G, E ( 7) : 17 ~18, 22, 2006( [5] H, H. 2006( is a in is in is a is in is a is in 中文譯文 基于三維設(shè)計的浮動式制動卡鉗的車床夾具的研制 [1] 潘金坤 1，左萬里 2，路東升 2 1 南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，南京 211167，中華人民共和國 2 南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，南京 210009，中華人民共和國 摘要：根據(jù)制動卡鉗在生產(chǎn)過程中的技術(shù)要求，本文研究的是一個基 于三維設(shè)計的浮動式制動卡鉗的專用夾具。根據(jù)專用夾具的三維建模和運(yùn)動仿真的開發(fā)過程和驗(yàn)證數(shù)據(jù)顯示，三維設(shè)計過程可以在原型建模之前方便的預(yù)測夾具的組裝干涉和準(zhǔn)確添加在鉛磚的質(zhì)量。通過這種方式，可以消除由擺動引起的車床夾具的不平衡和改善在缸孔與機(jī)床主軸的跳動公差精度，因此制動卡鉗的缸孔加工質(zhì)量可以很大程度的被保證。 關(guān)鍵字：三維設(shè)計；制動卡鉗；車床夾具 1 緒言 汽車的浮動盤式制動器卡鉗的生產(chǎn) ,由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 ,需要專用夾具來安裝和夾緊制動卡鉗。制動器是汽車涉及行駛安全性的關(guān)鍵部件，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車速越來 越高，載荷越來越大，而對制動器的尺寸要求越來越小。這意味著制動器部件單位面積所承受的載荷及吸收的能量會大大增加，因而對制動器性能的要求也越來越高。對行駛的汽車進(jìn)行制動時，將摩擦部件 (摩擦片 )壓到車輛的轉(zhuǎn)動部件（制動盤）上，摩擦使轉(zhuǎn)動部件減速或停止運(yùn)動，因此發(fā)熱是動摩擦的必然結(jié)果。根據(jù)制動卡鉗在加工中的技術(shù)要求，本文研究一個基于三維設(shè)計的浮動制動卡鉗的專用夾具和它的模型的虛擬裝配。通過三維設(shè)計軟件的機(jī)構(gòu)仿真功能，分析車床夾具的平衡性 [1]。結(jié)果顯示這個設(shè)計過程可以方便的預(yù)測一些影響技術(shù)設(shè)備質(zhì)量的因素，例如在樣 機(jī)里的裝配干涉和車床夾具的加工穩(wěn)定性 [2]。這個設(shè)計過程不僅可以避免在傳統(tǒng)設(shè)計里的設(shè)計誤差，還可以提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。 2 專用車床夾具的三維設(shè)計 專用夾具的制造對象是浮動盤式制動器的制動卡鉗，如圖 1 所示；其加工表面是制動器的缸孔。這個圖顯示 :當(dāng)缸孔被加工時 ,它的軸必須符合機(jī)器主軸的旋轉(zhuǎn)軸。由于制動卡鉗的不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)，夾具的不平衡質(zhì)量引起的擺動和工件會影響缸孔實(shí)際加工中的加工精度和圓度，和一些形狀公差的精度要求例如兩缸孔之間的平行度。為了避免制動卡鉗的車床夾具在設(shè)計過程中的這些問題，在本文研究了專用夾具的 三維設(shè)計。 根據(jù)制動卡鉗的形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和車床夾具的夾緊要求，在整個加工過程中，缸孔應(yīng)該在車床夾具夾緊后來完成。法蘭需要機(jī)器主軸的安裝孔和夾具兩邊的中心定位孔作為中介來連接機(jī)器主軸和夾具。確?？ㄣQ機(jī)體加工缸孔的軸的定位和在夾具的夾緊和機(jī)器旋轉(zhuǎn)主軸的相互配合 [3]，如圖 2 所示。 在本文中，專用夾具的其他部分的建模過程不進(jìn)行詳細(xì)描述，請參考文獻(xiàn) [4]。然后這些零件組裝成兩個部分，上部分和下部分，如圖 3 和圖 4 所示。在裝配時，整個夾具分兩個部分。這樣在裝配過程中避免零件被少裝或安裝錯誤。在下部分，作為法蘭的基準(zhǔn)由螺栓 來實(shí)現(xiàn)平衡的固定。在夾具生產(chǎn)過程中，柜臺平衡會被平衡調(diào)節(jié)。在正常工作狀態(tài)下，根據(jù)浮鉗盤式制動器工作原理，在靜力的某一平衡狀態(tài)下，制動鉗受力如下 :（ 1）制動盤反作用力通過內(nèi)側(cè)摩擦 , 活塞和制動液介質(zhì)作用在制動鉗體的油缸側(cè)壁。（ 2）制動盤反作用力通過外側(cè)摩擦塊對鉗體產(chǎn)生一個推力。（ 3）與支架相接螺栓孔處有來自支架對鉗體的作用力。 在上部分，作為夾具的基準(zhǔn)，用七個螺栓來固定定位板。然后，作為基準(zhǔn)的定位板，上半部分由兩個螺紋釘定在定位板上，和壓緊板通過螺栓被夾緊。在夾具里，壓緊板是直接接觸工件的，所以它收到巨大的 壓力。因此，材料選擇 45要淬火和回火的熱處理。在初始裝配中，配合塊不需要固定在夾具上，配合塊的質(zhì)量在運(yùn)動仿真的結(jié)果中可以得到。 在上部分和下部分裝配完成后，他們由螺栓和螺母組成了一個新的單元 1，如圖 5 所示。由于采用層次化裝配 [5]，在實(shí)際生產(chǎn)過程中它是合理的，部分管理是簡單的，可以有效的縮短設(shè)計周期。 3 專用車床夾具的運(yùn)動學(xué)平衡性分析 每個零件的質(zhì)量需要在專用夾具的運(yùn)動仿真過程特性之前確定。如圖 6 所示，每個零件的材料和密度是由菜單欄里的 [機(jī)構(gòu) ]/[質(zhì)量屬性 ]來確定的，如 表 1 所示，零件的體積和質(zhì)量是由三維設(shè)計軟件計算的。我們選擇碳素鋼作為其他標(biāo)準(zhǔn)零件的材料，如螺栓和螺母，其密度是 里的定義質(zhì)量的過程，也要注意單位轉(zhuǎn)換。 建立組件單元，然后，組件單元 1 將通過 “ 連接銷連接 ” 安裝在主軸上作為機(jī)器主軸的基準(zhǔn)，如圖 7 所示。在進(jìn)入力學(xué)模型后，重力是一個設(shè)定的默認(rèn)值。在矢量列表中，我們設(shè)置 X:他： 0。添加一個電動機(jī)，它的轉(zhuǎn)速是 360 r/然后建立在外部負(fù)載列表里的動態(tài)式和打開重力的設(shè)置為運(yùn)行。直到那時，運(yùn)動學(xué)仿真過程才可以運(yùn)行。為了減少缸 孔的擺動，專用夾具的平衡是本文的關(guān)鍵分析 [6,7]。平衡性分析的目的是夾具和工件在機(jī)床的旋轉(zhuǎn)主軸的整體重心。因此，我們首先要確定夾具和工件的整體質(zhì)心。然后整體和主軸之間的距離就可以得到。整體和主軸之間的距離應(yīng)該趨向于零，盡可能調(diào)整配合塊的質(zhì)量。 質(zhì)心的具體三個方向因子的 X,Y,Z 可以通過 的測量功能得到。因?yàn)樵O(shè)置機(jī)床的旋轉(zhuǎn)主軸為 Z 軸，質(zhì)心相對于旋轉(zhuǎn)中心的距離只需要質(zhì)心在 X 或 Y 方向的最大值來確定。沒有配合塊的夾具虛擬運(yùn)動的測量結(jié)果如圖 8 所示。當(dāng)夾具轉(zhuǎn)動 90° ，質(zhì)心的最大偏差距離在 X 方向是 有這樣做，我們可以知道質(zhì)心不在軸上；作為它不能滿足平衡要求的條件。 表 1 夾具主要零件材料與密度 編號 零件名稱 材料 密度 (g/1 平衡塊 法蘭盤 夾具體 配重塊 鉛 定位板 45 壓板 45為了滿足平衡條件的配合塊需要添加調(diào)整質(zhì)心，如圖 4 所示。在添加配合塊后，回歸分析，然后重新測量。結(jié)果是質(zhì)心依然不在軸上，但質(zhì)心相對于軸的距離縮短了。對于配合塊的厚度 增加，修改，測量是一次又一次的執(zhí)行仿真過程。通過大量的測試，得到質(zhì)心相對于軸的理想距離。這個值是 10如圖 9 所示，因此它可以被認(rèn)為是質(zhì)心在軸上和滿足平衡需求的結(jié)果。 根據(jù)配合塊的運(yùn)動仿真結(jié)果，一個鉛磚的厚度是 30積是 105滿足平衡性要求的專用槽夾具。在新的設(shè)計與舊的設(shè)計之間的跳動公差的測量數(shù)據(jù)的比較如表 2 所示。 表 2 跳動公差測量數(shù)據(jù) 測量次數(shù) 新設(shè)計 舊設(shè)計 1 0. 動器在車輛安全性方面起著相當(dāng)重要的作用，直接影響到這些車輛的正常行駛，因而制動器總成及其零部件的安全可靠性倍受關(guān)注 。 運(yùn)用 術(shù)對某浮鉗式盤式制動器的關(guān)鍵零件進(jìn)行了有限元分析，分析結(jié)果表明制動鉗體等關(guān)鍵零件滿足設(shè)計強(qiáng)度要求 。 當(dāng)制動時，活塞在液壓力的作用下推動內(nèi)摩擦塊沿著導(dǎo)向銷軸向移動，以一定的壓 力壓向制動盤，同時制動鉗鉗體也在液壓反向力作用下將外制動盤以一定壓力壓向制動盤，這時摩擦襯片便于制動盤間產(chǎn)生摩擦力，從而達(dá)到制動的目的 。 在制動過程中，當(dāng)受力的平衡狀態(tài)下，制動鉗鉗體受力為：（ 1）制動盤反作用力通過內(nèi)側(cè)摩擦塊，活塞和制動液作用在鉗體的油缸側(cè)壁 。 （ 2）制動盤反作用力通過外側(cè)摩擦塊對鉗體產(chǎn)生一個推力 。 （ 3）與支架相接螺栓孔處又來自支架對鉗體的作用力 。 制動器支架的受力情況為： ① 制動盤與摩擦襯塊間的摩擦力 通過制動底板傳到支架的一側(cè)，來自與支架滑槽相觸的是制動底板對滑槽的壓力，而壓力的大小取決與摩擦片 圓周摩擦力的大??； ② 支架固定處來自轉(zhuǎn)向節(jié)的反作用力； ③ 與鉗體相接處來自鉗體的反作用力 。 通過對該浮鉗盤式制動器的關(guān)鍵零件進(jìn)行受力分析，這些作用力將作為載荷邊界條件添加到有限元分析模型中 。 在 件建立該型號浮鉗盤式制動器三維模型后，通過軟件集成技術(shù)將模型導(dǎo)入到 成的有限元前處理模塊 “ 中自動劃分網(wǎng)格 [4]。 網(wǎng)格劃分前，需要簡化模型，可以減少分析求解所需要的時間 。 為了能準(zhǔn)確地反應(yīng)各零件的應(yīng)力 、 應(yīng)變及位移的規(guī)律，采用 10 節(jié)點(diǎn)四面體單元作為劃分網(wǎng)格類型 。 完成網(wǎng)格劃 分后，可在屬性編輯器評價和修改網(wǎng)格屬性以改進(jìn)網(wǎng)格，這樣能在邊緣和高應(yīng)力處細(xì)化和改善網(wǎng)格 。 通過定義好網(wǎng)格和作用邊界條件準(zhǔn)備好有限元模型 。 就可以執(zhí)行解算 。 需注意的是，為確保成功解算和精確結(jié)果，有限元模型的檢查是必需的，解算前先創(chuàng)建分析方案，將仿真文件導(dǎo)入 解器解算，順利求解后在仿真導(dǎo)航器中可顯示計算結(jié)果，在后處理模塊中，顯示或編輯相關(guān)零件的位移，應(yīng)力或應(yīng)變等指標(biāo) 。 通過后處理模塊，我們能通過云圖直觀形象地得到位移，應(yīng)力應(yīng)變的變化和顯示，并可以以動畫等方式顯示零件中最危險的部位 。 我們能直接觀察和讀 取活塞，制動鉗支架和制動鉗鉗體的應(yīng)力，并了解到各零部件是否滿足強(qiáng)度要求 。 4 結(jié)論 根據(jù)制動卡鉗的缸孔的技術(shù)要求在加工、 中結(jié)合夾具中的機(jī)械仿真功能采用三維設(shè)計的研究和運(yùn)動學(xué)仿真的研究。根據(jù)專用夾具的三維建模和運(yùn)動仿真的開發(fā)過程和驗(yàn)證數(shù)據(jù)顯示，三維設(shè)計過程可以在原型建模之前方便的預(yù)測夾具的組裝干涉和準(zhǔn)確添加在鉛磚的質(zhì)量。這樣我們可以消除由車床夾具的不平衡引起的擺動和提高缸孔與機(jī)床主軸的跳動公差精度，從而保證制動卡鉗的缸孔的加工質(zhì)量。 參考文獻(xiàn) [1] 祝凌云，李斌 ． 功仿真 和有限元分析 民郵電出版社， 2004． [2] 丁錦宏，吳國慶 ． 軟件在新產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用 008(8):13852． [3] 008(1):52 [4] 秦國華，張衛(wèi)紅 ． 機(jī)床夾具的現(xiàn)代設(shè)計方法 空工業(yè)出版社：（ 2006） ． [5] 萬志堅，羅顯光 ． 基于 建模的汽車油管檢具設(shè)計 2006(7):172． 簡介 潘金坤是南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院的一個講師，他的研究興趣在機(jī)械設(shè)計及理論。 左萬里是南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院的研究生，他的研究興趣是機(jī)械設(shè)計及理論。 路東升是南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院的研究生，他的研究興趣是機(jī)械設(shè)計及理論。