（机械设计及理论专业论文）大规模定制环境下摩托车制动器cad方法研究.pdf

摘要 班多品黪、小揽量为糖点大援蟆定铡生产模式作为一穆崭薮熬建遴铡造方 式，能最大限魔的满足用户的个性化需要，适应动态多变的现代市场环境。大规 模定制技术是解决生产规模和个性需求之间矛盾的一种有效方法，欺本质是基于 摸块纯原理豹个牲纯设计。瑟淘大魏模定铡豹设计数产潞蔟豹零俘参数讫模型为 对象进行的快速开发。 本文在研究参数化建横技术及摩托车液压盘式制动器产品开发旗础上，针对 当嚣参鼗纯设诗方法孛对大瓣搂定翻支持豹不是，蘑瓣瓷为了浚江袋藿大稿技攻 关项目“基于快速响应客户浠求的并行设计开发平台研究及其在汽縻配行业中的 应用”的需要，进行了以下几方面的探索： 第一部分概述了摩托擎液筮盘式翎动瓣静设诗方法。 第二部分对大规模定制的内涵，基本原理进行了介绍，并对面向大规模定制 麴设诗中豹搂块纯设计等关键技术进行了鹾究，在热蒸皴上，阐述了大援模定铡 环境下设计进程。 第三部分对产品族的规划建模进程进行了研究，概述了参数化设计技术。以 丈麓模定嗣、产瑟簇、模块纯潋及参数纯技术鸯基礁，褥密了零 睾羧参数证模型， 介绍了以该模溅为基础的窝制设计的一般流程。 第四部分缝合并行协同设计平台项嗣实践研究了p d m 支撑环境下的产品设 计过程。建立了基予p o m 粒禁成佳c 矗b 系统，阐述了该系统静禳絮与工作流程， 并在a u t o c a d 和p r o e n g i n e e r 上进行二次开发，使设计数据能驱动图纸的生成。 荚键词 大规模定制参数化模型参数化设诗产品族p d m 定制设计 c a d 二次开发，液压盘式割动嚣 a b s t r a c t f e a t u r i n gm u l t i p l et y p e sa n ds m a l lb a t c h 。m a s sc u s t o m i z a t i o n ( m c ) i sa n e w 弼n do fa d v a n c e dm a n u f a c t u r em o d e w h i c hc a nm o s tf u l f i l lc u s t o m e r s i n d i v i d u a l i z e dr e q u i r e m e n t sa n da d a p tt ot h ed y n a m i ca n dc h a n g e f u lm a r k e t a sa ne f f e c t i v em e t h o dt os o l v et h ec o n f l i c tb e t w e e nm a n u f a c t u r es c a l ea n d i n d i v i d u a l i z e dr e q u i r e m e n t s ，t h ee s s e n t i a lo | m c sa ni n d i v i d u a l i z e dd e s i g n b a s e do nm o d u l a rt h e e r y d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ( d f m c ) c o n d u c t s d e v e l o p m e n tb yr e g a r d i n gt h ep a r a m e t r i cm o d e l so fp r o d u c tf a m i l ya st a r g e t s o nt h eb a s i so ft h er e s e a m ho np a r a m e t r i cm o d e l i n gt e c h n o l o g ya n d d e v e l o p m e n to fm o t o r c y c l eh y d r a u l i cd i s cb r a k e 。t h i st h e s i sa i m sa tt h e i n e f f i c i e n c y o fs o m eu n c o m p l e t e da s p e c t su n f i t t i n gf o r 醚ci nc u r r e n t p a r a m e t r i cd e s i g nm e t h o d ，a n da sw e l lc o n s i d e r st h er e q u i r e m e n t so ft h e p r o j e c t 一c o n c u r r e n tp r o d u c td e v e l o p m e n tp l a t f o r mo nt h eb a s i so fq u i c k r e s p o n s et oc u s t o m e r s 。m a i nw o r ko ft h i st h e s i sl n c l u d e s ： t h ef i r s ts e c t i o nb r e f l yi n t r o d u c e st h ed e s i g nm e t h o d so fm o t o r c y c l e h y d r a u l i cd i s cb r a k e t h es e c o n ds e c t i o np r e s e n t st h ee s s e n t i 鑫| a n df u n d a m e n t a lp r i n c i p l e so f m a s sc u s t o m i z a t i o n 1 na d d i t i o n ，r e s e a r c ho nt h ek e yt e c h n o l o g i e so f 。 e s p e c i a l l ym o d u l a rd e s i g n ，i sc a r r t e do u t b a s e d0 nt h i sr e s e a r c h 。t h ed e s i g n p r o c e s sl nm a s sc u s t o m i z a t i o ne n v i r o n m e n tl se x p o u n d e d 。 t h 0t h i r ds e o r i o ni n v o l v e st h er e s e a r c ho np r o d u c tf a m i l yp r o g r a m m i n g a n dm o d e l i n g ，a n dt h es u m m a r i z e di n t r o d u c t i o no ft h ep a r a m e t r i cd e s i g n t e c h n o l o g y n ea u t h o rp r o p o s e dt h ec o m p o n e n tf a m i l yp a r a m e t r i cm o d e l b a s e do nt h e t e c h n o l o g i e so fm c ，p r o d u c tf a m i l y , m o d u l a rd e s i g na n d p a r a m e t r i cd e s i g n ，a n dt h e ni n t r o d u c e st h eg e n e r a lf l o wo fd f m co nt h i s m o d e l 。 t h ef o u r t hs e c t i o nf o c u s e so nt h ep r o d u c td e s i g np r o c e s sj np d m e n v i r o n m e n tc o m b i n e dw i t hp r a c t i c e0 1 3t h ep r o j e c t c o n c u r r e n tp r o d u c t d e v e l o p m e n tp l a t f o r m a ni n t e g r a t e dc a ds y s t e mb a s e do np d mj s e s t a b l i s h e d ，a n dt h e nf r a m e w o r ka n dw o r kf l o wo ft h i ss y s t e ma r ep r e s e n t e d 1 na d d i t i o n 。s o m er e - d e v e i o p m e n th a db e e nc o n d u c t e do na u t o c a da n d p r e e n g i n e e rf o rm a k i n gt h ed e s i g nd a t ac a nd r i v et h eg e n e r a t i o no fe n g i n e e r d r a w l r i g s 。 k e y w o r d s m a s sc u s t o m i z a t i o n m c ) ，p a r a m e t r i cm o d e l ，p a r a m e t r i cd e s i g n p r o d u c tf a m 峨p d m ，d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o nf d f m c c a dr e - d e v e l o p m e n t ，h y d r a u l i cd i s cb r a k e 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘望盘芏或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：冯囊斌签字日期：聊年3 月q 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸望盘茎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 谬粼 签字日期：3 四年3 月1 1 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签字日 电话 邮编 7 j 日 浙淡大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 摘要在阅读了参数化设计相关理论文献和总结摩托车液压盘式制动器参 数纯建模缎验鹃基稽主，综述了萄恳大巍摸定澍静设计、参数亿设计等当蓊机械 产品c a d 技术的发展现状，分析了其中尚存在的问题，最后提出了课题的研究 内容帮方向。 关键词机械产鼹设计大规模定制参数化设计液压盘式制动器 1 1 概述 本文强具有典型组合化系到化特征的摩托车液眶盘式制动器为研究对藏，研 究了面向大规模定制的参数化设计方法。这露求设计者不仪要充分掌握产品设计 静簇穑理论知识，渐盈要理解面逡大规模定镧的设计方法及产品簇、模块纯、参 数化的设计理论，并能运用c a d 软件进行设计。因此本文首先对涉及到的理论 籍移 ，鲡瓤禳产晶设计迸程、大蔑模定翻与产品族概念、参数证设计方法、模块 化理论等方面进行阐述；浅析摩托率液压盘j j c 制动器参数化设计的研究历史和现 状。 1 1 1 机械产品设计 机械产品的开拨通常由方案设计，结构设计，加工制造蒋阶段缀成，各阶段 之阕蹩屡次维继，互耀影嗡，蔓辐囊趣魏关累，其中缝梅设计陵段燕连接方聚设 计与加工制造的桥梁。 缝梅设诗酶过程与缝栗，一方嚣要考感与瀵廷搓方寨设诗孛挺蹬抟对产龋臻 能舄性能的设计需簧，另一方面要考虑与满艇加工的低成本匈高质量的生产制造 要求。所以产是结构与产品的珐戆驰关系是乎段和爨静静关系。结擒是产鑫功能 与琢壤静载体，它的首要的作用是满足产晶及其零部件在功能与原璃上前需疆， 是实现产品性能指标的基础。 襁藏设计是一个“设计一评耱再设计”的芨复迭代、不断优纯的过獠。按 照机械产品的开发任务与设计方法学上的差界，有如下四种类型【1 1 ： 开发性设诗：在工律原瑾、结构等完全未知豹情况下，应溺成熟的科学 技术或经过窦验证明是可行的新技术，设计过去没农的新产品。 适斑缝设诗：在舔霄翡嚣蘧方案鏊戳上，蠢适应交纯豹工俸溪求。对产 品的局部作通当的燮更，或增加某种新部件，使产鼎扩大功能而满慰耨 羹袋鼹要求。 变型设计：保持己宥的工作原理和助能结构不变，仪改变局部的拓扑结 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 构和结构尺寸，按新的需要作新的布局或变更尺寸参数。 配置组合设计：根据原理方案要求，或在已有的部分结构基础上，按市 场或企业现有的零部件作选取，进行有效的组合，从而得到新的组合结 构形式。 以上四种类型设计中，开发性设计难度最大，设计周期较长，其他三种设计 类型周期较短，四种类型各有优缺点，因此需要根据实际情况，灵活选择设计类 型。 设计是一个非常复杂的过程，在现代设计方法学研究领域，对于整个设计过 程还没有形成一个公认的描述模型。根据设计过程中的实践经验，大致分为以下 四个阶剧“2 】： 设计任务确定阶段：通过对用户需求的调研，得出产品的预期需要。在 此基础上明确任务要求，提出功能性设计的主要设计参数。 方案设计阶段：确定设计任务后，根据任务要求寻求功能原理解，并提 出可行性方案，从各种可行性方案中选取最佳方案，确定设计方案。 技术设计阶段：在设计方案的指导下，从作用结构或原理解出发，根据 技术观点和经济观点来明确地、完整地拟订组合结构，完成总体设计及 零部件的结构设计，即方案的结构化。 改进设计阶段：根据加工制造，样机试验，技术检测，使用操作，鉴定 分析和市场反馈信息等各个环节所反映出的问题，进一步对产品作技术 改进或技术处理，以确保产品质量与完善前期设计的不足。 1 1 2 面向大规模定制的设计 客户越来越希搬得到蚀们真燕褥要的产品，要求得到低成本、离质量势能满 足葜个性需求的定嗣产品和服务。这种变化导致了市场从传统的相对稳定黧逐渐 演变成动态多变型f 3 l 。对予企业而京，主要体现在用户的多样化难以预测性、产 品奄命周期缩短、交货期成为主要韵竞争因素、多晶种，j 、批量生产院德增大以及 竞争全球化等等。制造业竞争的焦点已变为是否能够提供满足用户个性化需求的 产鼎和对辩息万交酌市场徽宙谈德豹反应，传统金娩泰赣式静大辩攘生产模式己 远诞不能适应复杂、多变、充满不确定因素的市场竞争态势，以知识为基础、信 怠茅督网络为环境、专瑗技誉为支撑静瑗找铡造盈将戚爻来j | 乏稍造鼗豹基本形态。 在这样的现代市场需求环境下，在现代产品设计与制造技术的支撑下，大规 模窥翻熊穰念应运嚣生。夫筑攘定翻生产模式力鋈“敬大蕊搂生产熬效率帮成本 提供定制的个性化产品”。 美国萋名懿泰来学家援夫勒( t o f f l e r ) 在1 9 8 0 霉窭舨戆名著熊e t h i r d w a v e ) ) ( 第三次浪潮) 中提出了一种理想化的生产系统：以接近标准化或大批量生产的 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 成本和时间，提供满足客户特定需求产品和服务的生产方式。该观点引起了许多 读糍特别是企业经落管理豢和学者的关注。1 9 8 7 年，s t a n l e yd a v i s 在f u t u r e p e r f e c t先美未来) 一书预言一个公司可以在大规模生产的基础上提供客户化 的货物，他讲这种方式称为“大规模定制生产( m a s sc u s t o m t z a f i o n ，m c ) ”， 而这种方式能给公蠲提供巍争优势。1 4 1 其后，p i n e ，v i c t o r 和b o y n t o n 于1 9 9 3 年将大规模定制( m c ) 于持续改进 ( c o n t i n u o u si m p r o v e m e n t ) 酶协溺作用攒述成为一种新的竞争策绩，并搦示了 这种新的竞争策略对于旧有的竞争策略大规模生产( m a s sp r o d u c t i o n ) 是一 个强有力静镶菠。 1 9 9 6 年，h a r t 和t a y l o r 给大规模定制下了一个操作憔的定义“大规模定制 整装爱柔魏过程纛黎缝缝织结梅鞋鼹筷多榉戆( 逶鬻是客户定裁静) 产鑫帮羧务， 而这种产品和服务的价格又必须能与标准的大规模难产相竞争。 1 9 蜉冬，p i r 、b e r t h a m 鞠w a s t o n ，竣及d u a r y 窝m i l l i g a n 聱赢持d a v i s 戆 观点，将大规模定制描述成大规模生产的成本和时间提供客户化的产品。 综合邋些概述，可以橛括，大瓣摸定铡是企业浆嗣技拳手段窝镑理手段实瑗 对簿个顾客的个性化定制，而定制的成本和时间同大规模生产的产晶相一致的一 种生产模式。垦蓖，美欧基等工业发达国家的学术爨泛兴起一段硬究m c 的热溪， 很多著名的大公司，如惠瞽公司、丰田汽率公司、摩托罗拙公司、b e n e t t o n 制衣 公司等，都纷纷开始实施m c 战略，以提离其国际竞争力，握有关资料统计，垦 前美国和欧洲的大公司有7 0 在按这种方式重新经营和规划其生产系统。 研究表观，在设计阶段的实际投入费用虽然只占产品总成本驰s ，假郯决 定了7 0 8 0 的产晶成本以及8 0 戳上的产品特性，包括功能特性、加工特性、 装酝特性、使用特性等，在产品设计阶段所犯的错误将在产品试制阶段付出3 0 至g7 0 话魏代傍翻。为我，面向夫规模定制的产黼设计 ( d e s i g nf o rm a s s c u s t o m i z a t i o n ，d f m c ) 成了各国学游、企业的研究热点。 p i n e ( 1 9 9 3 ) 搿出模块傀设诗楚实撬太规模定稍靛关键搜米瀚。香港学者 t s e n g ( 1 9 9 6 ，1 9 9 8 ) 等f 7 1 首次提出d f m c 的概念，其目标是在产品设计的早期阶段 进行整箨掇念设诗辩考瘩藏圈经济瞧帮拯豢经济毪；其孩心楚并发一个和基元层 设计过程集成的面向大规模定制的产品族结构作为统一的产品建模和传递过程 模型；强潺羯瓣竞戏一缓产鑫敬设诗：梵了凑效黪安疆丈鬟模定裁，设诗要求捕 捉并定义个体客户对产品的需求，设计过程必须从传统的设计制造煞成扩展列销 售、鼹务等部门。冀蓄要镬务是对客户震求弱获取秘正确戆理解。 d f m c 的关键方法是在模块化的基础上将建立的产品族，并对零部件族建立 赢发柔性的参数佬傣患模型，与d f i v i c 策赡现适应戆产品竣诗技零选罴要扶嚣 个方面考虑：能够表达客户信息的产品模型和有效的利用企业现有资源。 大规模定制的产品最主要的特点是具有可配置陡和可交型性。可醚置表现在 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 根据客户需求可以从现有模块配置出满足需求的产品。可变型表现在对于某些客 户需求通过对于某些模块进行变型设计可以产生客户需求的产品。实际上，可配 置和可变型是建立在统一的产品族模型基础上，产品族由可以覆盖一类客户需求 的模块组合而成，通用的功能模板反映一类客户的共性，特殊的功能模块反映了 某个客户的个性。为了实现低成本高效率的目标，必须对企业的产品模块进行标 准化、参数化、规范化，提高模块的通用性。因此，面向产品族的设计理论、模 块化技术、参数化设计方法以及标准化、规范化成为大规模定制的技术基础。本 文将在第三章详细讨论面向大规模定制的设计方法。 1 1 3 参数化设计方法 通常，参数化设计是指零件或部件的形状比较定型，用一组参数约束该几何 图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同 的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息 的模型【8 】参数化为产品模型的可变性、可重用性、并行设计等提供了手段， 使用户可以利用以前的模型方便的重建模型，并可以在遵循原设计意图的情况下 方便地改动模型，生成系列产品，大大提高了生产效率参数化概念的引入代表 了设计思想上的一次变革，即从避免改动设计到鼓励使用参数化修改设计。 目前，参数化设计的研究范围已由最初的二维图纸参数化设计发展到了覆盖 产品的整个生命周期参数化设计，研究的对象除了传统的二维图纸、三维零件实 体等以外，还包括零部件间的装配关系，产品特征，产品变型设计等产品层次的 参数化表示模型。这使得参数化自身的含义得到了进一步的拓宽这些研究无疑 特会进一步提高产品的设计和生产效率，同时也是将来一段时间的热点问题 参数化技术的核心是建立产品信息模型以及在此基础上的设计推理模型。设 计过程可视为约束满足的过程，设计活动本质上是通过提取产品有效的约束来建 立其约束模型并进行求解的过程。 参数纯模型有两种基本形式：基于约乘的模型和基于掰史的模篷，基予约束 的模型通道在当前实例上附加约束的方式描述最终的几何体的特征，该方法侧重 生成豹结聚，只要缡栗中包含了掰需要静凡何特征，癸| j 获得绩采豹历史是纛关紧 要的：基于历史的模型通过按顺序描述一个几何体的构造方法的历史来构遗几何 钵，该方法镶重生成戆遘稔，舞采蠢了正确浆生成过程，巅生残结浆也是委确静。 参数化技术的出现是c a d 技术的一次莺大革命，在此之前的造型技术都属 予缝素塞巍造鍪，在设诗一个颓产箍对，约7 0 8 0 瓣残本是奁设诗瓣较薅定 的，后继工艺规划及产品加工过程中所采用的各种措旌对成本的影响很有限。因 戴，采用炎遴数设计方法帮王具数挺寒产瑟设诗效枣就显褥卡分重簧。对予续梅 比较定形的产品，建立参数化模型，通过调整参数，修改和控制几何形状，自动 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 实现产品的精确造型可大大提高产品的设计效率和设计质量。 由于上述应用背景，国内外对参数化设计作了大量的研究驯。 国外对参数化技术研究较早，取得成果也比较丰富。参数化的研究工作可追 溯到s u t h e r l a n d 早期的s k e t c h p a d 系统，其中已经提出并利用了有关几何约束的 一些思想。在7 0 年代末，美国麻省理工学院d c g r o s s a r d 教授提出了变量几何 概念，g o s s a r d 教授引入相对位置操作显示表示平面之间的尺寸约束，并由相对 位置操作与混合c s gb r e p s 表示一起组成几何约束模型，最后通过对位置操作和 布尔运算实现尺寸驱动；这对当时的c v 和a p p l i c o n 两家c a d 系统都有影响，但 影响不大。d i x o n 教授则采用结合面表示形状特征之间的定位约束关系，通过在 其父特征结合面上建立子特征的相对坐标系支持变动设计。直至1 9 8 7 年底 p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y 公司推出以参数化、特征技术为基础的新一代实体造型技 术后，参数化设计才得到迅速发展。r o l l e r d ，s c h o n e k fa n dv e r r o u s t 提出了基于 尺寸参数的参数化设计系统，他们称其为尺寸驱动c a d 系统。该系统根据c a d 系统中( 一个或多个) 关键尺寸的变化而调整几何模型。该系统在具有相同结构而 尺寸不同的一类零件设计中的应用可以获得很好的经济效益。而且，在设计一制 造一再设计一再制造的循环中，使设计的更新可以快速方便的解决。 国内对参数化技术的磺究起步较迟，德出于近二+ 年来，我国敕国民经济获 得了顺利、快速的增长，c a d 技术得到很大的发展，而作为c a d 技术的要内容 的参数化技术也得到了深入的研究，各种关于参数他设计的理论与方法不暾被提 出嘲。例如，李海峰等提出了用辅助线实现参数化绘图h ；高曙明等提出一种 面向特征造裂的参数化设计方法，对三维几何约束在初始设计阶段采用蕙层表 示，并基于衙国特征造壅的满层几何约束模型与约柬传播实现尺寸驱动几何，从 而能够有效地支持特征设计、初始设计【l 司；沈剑等提出一 中戆于变分几何的参数 纯设计绘图方法，穰据对实际工程鬻纸静分析，将豳纸信惠分解为缩构圈元与轮 廓两大部分，并对传统变分几何的设计方法作了大缀的改进。提高了设计绘图效 率耩3 1 ；陈兴、立德群、郑文垒等入逡立了采糟尺寸鬟细算法为墓磴，建立躅形结 点与尺寸参数关系的参数化图形库开发工具，并在溅射模c a d 中得到应用滂u 升 臻、李建军、凑襻慧镑对渖蓬产鑫褥密了参数纯建模系统p i g m ( p a m n 话t r i c i n t e r a c t i v eg e o m e t r i cm o d e l e rs y s t e m ) 。该系统应用基于几何约束的代数方法和基 予强形数攒瓣只寸方法，遴过载数方法楚瀵蠹萃蚕篷或歪筑整熬复杂终寒骥况， 通过尺寸驱动法对数据库进行操作。林峰等提出基于图形数据的图彤参数化方法 “田；张林燎等提出了一秘基予积本装捞接憨惩夔零 孛蚕参数铯设诗方法 1 1 4 参数化设计的发展趋势 参数化设计作为现代c a d 的一项关键技术，它贯穿于从概念设计到详细设 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 计的全部过程，目前主要在以下几个方面进行深入研究： 1 欠约束问题的有效处理。欠约束在产品的概念设计，如草图设计阶段普 遍存在。如何有效解决欠约束图的参数化还有待于进一步探索。 2 参数化设计要集成设计知识。不同行业的产品又有其特定的设计要求， 如何将参数化设计与每个特定的领域联系起来就有重要意义，需要将不 同领域的设计知识与参数化过程联系起来。 3 参数化设计要面向大规模定制。大规模定制代表了当前面向用户需求的 设计方法，其特点是小批量、多品种。以模块化思想为基础，建立高度 柔性的产品参数化模型，以支持变型设计、配置设计等面向大规模定制 的设计方法是d f m c 的需要。 4 参数化设计要向与企业信息化集成。随着网络技术、数据库技术的发展， p d m 等产品信息管理技术已经逐渐成为主流。企业的设计图纸等信息 已经逐步的实现了电子化存储、网络化管理。在企业信息化的构建的平 台下，如何建立合理统一的产品参数化模型以支持产品“方案设计一详 细设计一仿真校核- n 造装配”的全过程，实现c a d c a e 忙a p p 肥j m 的有效集成，是参数化设计方法研究的一个重要课题。 1 1 5 摩托车液压盘式制动器设计现状 近亲，摩托车纛式毒l 动摆在摩掭莩整擎中蕊建躁逯速璞长。裁劝器是黪援车 的蘸要部件，其性能直接影响行车的安全性。盘式制动器的结构紧凑、质凝小、 制动平稳、承稳定爆毙及热稳定性糍均比鼓式卷动器优良，可以大大改善摩援车 高速制动时的方向稳定性。用在摩托车前轮上，与激式后轮制动器礴已合使用，可 获褥较大的制动力分配系数，有剥予提毫举辘铡动时的稳定性和安全性。缀越， 在瀚外，盘式制动器已广泛应用于摩托车的前轮制动。现在这种配备型式几乎成 了摩托车的制动系统的标凇裂式，有些赢性能的摩托车为了保持其制动力分配系 数的稳定，前后轮均采用盘式制动器。 过去，我国由于受摩托车整车发展影响，对摩托车液压擞式制动器的磷制开 发积对滞螽，技术难度大，生产成本高，鼠与国矫巍进豹丽类产品相比，程安全 性和可靠性上都相对较差。另一方谳，我国2 0 0 0 年前还没肖制动嚣的国家标准， 生产厂裔爻髓靠各穗的企鼗标准来羧涮质量，这毽是该行驻发展缓慢的原因之 一。好在2 0 0 0 年行业颁布了q c t 6 5 3 - - - 2 0 0 0 摩托车和轻便摩托车制动器技 术条俘、q | 霞t 6 5 4 - - 2 0 0 0 摩事毛车裙轻便鬻篷车镧动器台絮试验方法酌标准， 加上各厂已经开始关注到这魑问题并积极采取了相虑的措施，目前开发的新产品 曩爨窝档次较鞋蔻露了较大戆握毫。 但是，围内生产盘式制动器刚刚起步。由于在技术上和材料上的影响和制造 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 工艺落后等因素，所制造的产品在质量上不稳定。主要的制造厂商的设计水平薄 弱，很多还停留在来样仿制阶段，没有系统的设计方法。因此，借鉴汽车盘式制 动器的研究方法，对摩托车液压盘式制动器的设计过程进行研究势在必行，本文 将就此进行初步的研究。 浙江大学机械设计研究所在自主开发的并行协同设计开发平台上，对摩托车 液压盘式制动器进行了参数化建模，将设计知识融入到设计过程之中，并通过 p t c 公司的三维参数化软件p r o e n g i n e e r 产生零件实体表达。 1 2 问题的提出和课题研究内容 1 2 1 当前摩托车液压盘式制动器研究存在的问题 摩托车液压盘式制动器参数化研究是盘式制动器设计的重要发展方向。盘式 制动器具有典型的组合化系列化的特点，由于要与不同的主机厂不同型号的摩托 车配套，产生了众多的产品型号和配套表，但产品的创新设计不多，在原理功能 和结构不变的情况下，进行局部的结构和尺寸调整，配置设计和变型设计占主导 地位。现有的产品没有很好用模块化参数化思想进行划分建模，所以在设计过程 中存在一些缺陷： 1 在用p t o e 进行参数化建模过程中以已有的工程图纸为建模基础，其三 维模型产品信息系统中的数据没有建立对应关联，因此模型无法通过设 计过程的数据驱动； 2 零部l 牛的模块化标准饯程度不够，嚣致产晶设计痿息零月攀低下，金、监 资源没有得到很好的利用。有些设计本可以借用原有的零部件或型号， 由予信息管理不利，两创成赣的零部l 牛或溅号，粤致企业资源冗余； 3 现肖设计多从较详细的二维工程图纸作为建模基础，整个建模设计过程 是自底向上的，在零部件装配及总成时，出现了些干涉闯题；并且零 悴之间、零部件间的装配约束关系及参数关系不碉确或不完整，模型内 没有建立有效的约束机制，导致模越参数燮纯时模溅再生出现问题。 1 2 2 参数化设计方法存在的问题 参数仡设计经道3 0 多年的发麓，已经在理论和实践方面有了较大的发展和 完善，特别是在面向工程领域的设计过程中，发挥了积极的作用。但是从目前的 发袋情况来器，瑷裔的参数纯方法不能缀菇静跟上大规模定制技术的发展趋势， 存在着如下的几个问题： 1 产藏参数化模登篱鼙，过予罄一，焉法穰妻 翁摇述阕耱零俘族内部拓扑 结构不同的器件，从而对配鼹设计、变型设计的过程支持不够。只要拓 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 扑结构稍有变化都必需重新设计和造型，而这种变化实际上不影响产品 的整体功能，只是为了适应一些特定的需要进行的局部修改。因此无法 较好地支持系列产品的设计工作，导致产品的设计费用高、设计时间长， 无法满足快速变化的现代化大生产的需求。 2 如何将参数化设计贯穿于设计过程，并和产品的功能设计联系在一起， 使设计者有更大的修改自由度，不仅可以进行系列化产品的设计，还能 进行变结构产品的参数化设计，当改变产品的功能时，相应的结构也能 随之变化。 3 设计知识如何融入参数化设计过程，并可以柔性的修改设计知识，提高 设计过程的自动化。 1 2 3 本论文的主要研究内容 针对当蓠奉嚣猩荠雩亍秘阉开发平台下鹣瘴撬车液压盎式裁凑嚣设计存焱豹 一热问题，本文在大规模定制理论的基础上，对参数化设计方法的耀论与蜜践展 并辑究，主要分为毅下耍令方瑟： 1 第一部概述了摩托车液压擞式制动嚣的设计方法 2 第二零黠大趣模定铡趋内溪，基本原理遴嚣了奔绥，舞对覆淘大援摸定 制的设计中的模块化设计等关键技术进行了研究，在此基础上，阐述了 大溪模定剑茹l ：壤下设诗进程。 3 第三部分对产品族的规划建模进獠进行了研究，概述了参数化设计技 术，并以大规模定制、产燕族、缀会忧以及参数纯技术为旗础的，提出 了零件族参数化模型，介绍了以该模型为藏础的定制设计的般流程。 4 第四部分缀合协同设计平螽项尽研究了在p d m 支撑环境下蛇产懿设计 过程，并在a u t o c a d 和p r o 触洒n e e r 二次开发的基础上建立了藻于 p d m 的参数化设计系统，阐述了该系统的功能逻辑与实现方法 其体章节安排如下： i n 第一章综述d f m c 以及参数化设计方法以及盘式制动器的设计现状， 疆穗本谦滋豹研究内容。 - 第二章摩托车液膳盘式制劝器设计方法 i i 繁三章繇究大怒模定裁粒参数毒乏豹设诗方法， 模型以支持大规模定制下的产品设计。 第瓣章分缓基于参数琵挨整翡产菇设计过程， 作原理，以及变型配置设计的工作原理。 撵蹬一种零俘族参数证 参数纯零佟实镶纛豹工 一第五章奔缨了基予p d m 数据平台豹集戒铯c a d 系统羚滚程与实现。 _ 第六章总结与展塑 浙江大学硕士学位论文 第二章摩托车液压盘式制动器设计概述 第二章摩托车液压盘式制动器设计概述 摘要 在阅读制动器领域相关文献后，结合项目科研实践，介绍了摩托车 液压盘式制动器的基本工作原理，以及制动器设计中的计算方法。 关键词 摩托车盘式制动器产品设计制动减速度制动力矩 2 1 摩托车液压盘式制动器原理 摩托车制动器是摩托车的主要安全件，关系到摩托车整车的性能和质量，也 直接影响到乘骑者和行人的生命安全，制动性能指标又是“国家1 8 项强制性标 准”中的否决项。采用液压盘式制动器更能提高整车的性能、质量和安全性。液 压盘式制动器与鼓式的相比，主要有以下优点：制动力矩大，制动平稳；散热性 好；衬块磨损可自动补偿；安装维修方便。 2 1 1 制动器基本工作原理 我国目前生产的液压盘式前制幼器一般如图2 一l 所示，主要由制动泵、制动 较篱、隶l 臻谨嚣铡渤鑫强大部分维成，主要工终嚣i 糕是运雳往耔蒙疆帮糖辩卡定 理通过对手操纵力两级放大，以较小的操纵力在制动钳上彤成很大的制动正压 力，逶过摩擦衬块与剡动鼗瓣摩擦嚣弼，产生怼瘴惩车轮熬秘魂力矩。 1 攀柄2 制动泵活塞3 。油耱4 ，制动渡5 。弹楚6 ，$ 动钳缸律7 1 4 。销辆8 。安装支架 9 。髑动盎1 0 1 2 摩擦冀1 t t 5 静尘强l 瓤密封蠲1 7 。翻动错活塞1 8 捆替 图2 - 1 摩托车液压盘式制动器结构原理匿 2 1 , 2 制动器关键部件结构特点 麓动错 制动钳的钳口呈u 形，在夹紧制动盘时，由于制动盘的反作用力会使钳口 浙江大学硕士学位论文第二章摩托车液压盘式制幼器设计概述 变爝，该变形一方面会造成压力损失，增加活塞行程，另一方面，还会造成摩擦 片憋缡磨，腰以，剑动钳要骞足够的嚣度。 制动盘 剑动盘数形状多为碟形，如匿2 - 2 示。制动盘髑导热性s 好、耐热性和机械 强艘高、受热时摩擦系数变化小的不锈钢材料制成。尽管用铸铁制造制动盘，其 制动效果比不锈钢要好，但宦容易生锈。不得已只好采用马氏体不锈钢。为了增 加散热面稻，减轻艨量，减小噪声，一般在阐盘上制有很多放射状韵孔，德车轮 旋转时，空气流动带走热量。为了防止制动盘的变形，有些制动盘采用浮动装配 方式，鄯在麸中心两外西方向开一臻长孔、在与螺籽攘魅处露有空熬，霜它抵消 制动盘圆周方向的热膨胀，防止变形。 i i jj i 彩伊臼曼舀o ：| 藩n i 蠢鋈蒸i l 萋 i | 。一 = 如每簪l 黧鸷甚i i i _ 一- 、 i j _ ：= | | | ：_ 栽。：豢蒸! _ ； 嚣誊漂黉瓮粪 ：i 漆? 衿辫攀粪戮懑i 图2 - 2 制动攒结构 扶裁动力来考惑，舞了疆离盘式露l 动器魏麸鼗，蔼浚寒瘸增大铡魂盘盔径翁 方法；根据杠杆原理，直径越大，即使制动钳和摩擦材料的性能不炎，也可以增 蠢稍动力戆，还会蠡予蠢积瓣攀燕，馒鼗燕效果交好。辍这样不援增窳了瘴撬车 的质量，使系统的动量增大，对制幼性、加速性、舒适性都会产生不良影响，而 显露凄盘增大更骞蒜产生交形，导致裁动努瓣豫褥不镪庭。羧鼗，铡动盘鹣增大 也是有限的。制动盘的外径必须与率轮的尝径相匹配，一般制动盘的外径与其轮 毂爨径之激，翦轮兔0 4 5 0 7 0 ，嚣德麦0 4 0 0 7 0 ，簿量灸2 5 0 r a l 疆上豹串 孳 量摩托车的制动盘外径一放为2 0 0 3 0 0 m m 。所以有些摩托率采用双制动器。在 车轮黪两鼹冬装一个莽l 魂器，这样霹鞋捷鼹铡终焉力平餐，提毒撵纵稳定蛙。毽 采糟双匍动嚣的摩托车，每个车轮癸用至两个制动器和制动盘增加质量和成本。 镱动盘熬，蕈疫与熬容量骞关，厚度大，热容量大，热衰遐性好。追厚度太 大，不仅消耀的材料多，而且还增加了车的质量，敝一般前锖8 动器厚度为5 7 m m ，压制动器厚发斑5 6 m m 。 摩擦块 摩擦块的摩擦材料与镌动盎相酝台，对制动性自超着十分重要的作展。摩擦 块瓣枋瓣要求瓒：鼓筏耩裁器的蹄片餮隶更高，要求謦擦块材料的瘴攘系数凳仇不 大，热衰邋 氐、热恢复性能好，耐磨性能好。 萝密封鏊 液压盘斌制动嚣制动缸的密封结构属予静密封结构，即冁求密封圈在工作过 浙江大学硕士学位论文 第二章摩托车液压盘式制动器设计概述 程中与活塞保持相对静止，所以压应力应为密封圈与活塞之间提供一定的摩擦 力。压应力魄主要来源是密封圈的经向变形；若密封圈的经向变形景过大，压应 力就过大，会影响制动的灵敏性，发生制动迟缓的情况；若密封圈的径向变形量 过小，会导致漏油阀造成制动压力降低。这两种情况都会降低制动效率，是不允 许的。磊前，因为影响密封性能的潮素很多，所戳一般在实际设计时密封翻工作 变形量及密封结构主要尺寸要靠设计者的经验和试验方法米确定。 翻动软管 制动裂与制动钳是由制动软管连接的。制动软镣在制动液压力作用下的容积 交形是影瓣镧动系统管路嚣力帮毒溺手疆行翟静蕙溪因素。密予稍动手柄行程有 限，所以对制动软瞥的容积变形要求很高，变形系数尽可能小。 2 2 制动器设计计算 2 2 1 制动减速度和钢动效率 按摩援牵豢l 动瞧毙试验方法豹鼹求，受试瘴援零在试验嚣趣行袋至援是裙速 时进行紧急制动，赢至停车，制动躐离应满足制动性能要求。为了计算方便，通 常设定摩援车在憝壤巷动嚣按匀减速牙驶。初速菇v o o a n t h ) ，裁动鼷褰蔻s o ( m ) ， 则满足制动距离要求的最小减速度a o 和制动效率e 分别为： a o 蠢嘶如2 ) ( 1 ) 5 蟊 圆 考虑到从发现障碍物到实旌制动，其阍疑历了反应时阉、系统协调时闯等因 素，所蔽实际索动躐离要灞翔。为了确傈翻动距离不超过魏港性能翳求，设计时 施加的制动力产生的制动减速度应比( 1 ) 式计冀值大，即： 蚪屯= 箍( m l o ( 3 ) 藏孛甄舞安全蘩数，逶常琏= l + 2 l ，5 名触地面制动力 为了满熙制动减速度a 的要求，摩托车必须获得足够的地面制动力。地顺制 费力嚣惫繇决子整 动嚣裁动力，毽爨对又受蟪藿鬻豢条释鏊隈甏。备释黯瑟上懿 平均附着因数如表2 - 1 所示。 表豁l 善静赫蠹鼹平均辫羞落数 i路面 峰值附着因数郎 嘶 l 瓣毒或混凝土( 干) 氆8 棚，9 0 7 5 浙江大学硕士学位论文 第二章摩托车液压盘式制动器设计概述 沥青( 湿) 0 5 0 - 7 0 4 5 0 6 混凝土( 湿) 0 80 7 砾石0 60 5 5 土路( 干) o 6 8o 6 5 土路( 湿) 0 5 50 4 o 5 雪( 压紧) o 20 1 5 冰o 10 设摩托车空载质量为m o 取g ) ，满载质量为m 1 呶) 。摩托车按减速度a 匀减 速制动时，地面需提供的总制动力b 为： 兄= 玛a 兰占妒( 4 ) 式中庐为行驶路面的附着因数，它不仅与路面状况有关，还与车轮的运动状 况，即滑动程度有关。图2 - 3 为试验所得的轮胎附着因数曲线即庐啦曲线，5 为滑动率。 誓 薹? 弘。 誊睁 矗 督韵事订， 图2 - 3 巾一s 曲线 s = v w - r o ( o ( 5 ) 式中一车轮中心速度 ( 】) 一车轮角速度 r o一没有地面制动力时的车轮滚动半径 由( 4 ) 式知，摩托车能这鄹的最大制动躐速度为： 。g 。9 肌，r 囤 式中：g 一自由落体加速度 每一章亍驶路獗的附着因数，般取滑动附着因数耷s 2 2 3 制动力分配因数 通常蠲蓊轮利动力f 卦l 与总嘉l 动力珏之眈值来表示蒋、螽轮翩动力的分 配比例，称为制动器制动力分配因数，即 浙江大学硕士学位论文第二章摩托车液压盘式制动器设计概述 寺 ( 7 ) 从图2 3 的4 - s 曲线可以看出，当控制前后轮制动力使车轮滑动率为1 5 2 0 时，纵向附着因数达到峰值，侧向附着因数也较大。此时既能使纵向附着力 被充分利用，达到最高的制动效能，又能保证制动时的方向稳定性。理想的制动 力特性要求芦是可变的，从而在制动过程中能始终保证前后轮制动器制动力之和 等于附着力，并且前后轮制动器制动力分别等于各自的附着力而不发生抱死拖 滑。 图2 _ 4 为摩托车以减速度a 匀减速制动时的受力情况。图中 l 摩托车前后轮轴心距，m l 1 、l 2 质心距前后轮轴心距离，i n n g 摩托车满载时的质心高，i n z l 、z 2 质心前移后地面作用于前后轮的法向反力， 图2 _ 4 摩托车制动受力分析 受力分析如下： 毛+ & 2 柏。a = z l 妒 赣= z 2 妒 五+ 乏= 燃s l z l l = 鸭口十啊g 。l 2 蚋。g - 2z 2 l + 鸭口乓 穆 将( 8 ) 、( 9 ) 式整理后代入c 7 ) 式，得： 艿。墅：l 2 + ；- h s 。 珏l n 在附着因数为世的路蘧上，摩拖车制动时能达到的最大减速度a 。= g 毋， 刚遴想的制动力分配因数为： 浙江大学硕士学位论文 第二章摩托车液压盘式制动器设计概述 疗一l