(The Study of the Parameterization of the Drum Brake Design Based on UG)外文翻譯

1、基于UG的鼓式制動(dòng)器參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究摘要本文運(yùn)用UG三維軟件來(lái)設(shè)計(jì)以及研究各零部件參數(shù)化的制動(dòng)器。在離散原則的基礎(chǔ)上，對(duì)被研究的鼓式制動(dòng)器的組件進(jìn)行了離散化處理。選擇具有典型特征的制動(dòng)器組件以及各組件的三維參數(shù)建模的工作，目的是為了，建立一個(gè)模型參數(shù)庫(kù)以備后期使用。制動(dòng)器是汽車(chē)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的普遍提高，對(duì)汽車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)也提出了更為嚴(yán)格的要求。不僅要滿(mǎn)足制動(dòng)器基本性能的要求，還要滿(mǎn)足環(huán)保的嚴(yán)格要求。本文主要對(duì)鼓式制動(dòng)器的參數(shù)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行研究。1. 制動(dòng)器的離散化隨著參數(shù)的變化，即模塊化特征可能會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化情況：a) 特征保持不變，只是尺寸大小由

2、縮放儀重新展現(xiàn)出來(lái)；b) 結(jié)構(gòu)特征性質(zhì)的改變。上述兩種變化情況，在實(shí)際操作過(guò)程中，由于必須設(shè)計(jì)的模擬目標(biāo)模板的差異不是非常大，因此可能主要出現(xiàn)第一種尺寸大小改變?cè)诒３衷刑卣鞣秶鷥?nèi)情況。當(dāng)參數(shù)變化比較顯著時(shí)，會(huì)出現(xiàn)第二種情況，這個(gè)就必須建模必須綜合性地描述我們所研究的模型。當(dāng)然，如果某個(gè)模板十分接近模型，那么我們所需要的自己去增加的特征參數(shù)是少了，但是這個(gè)模型所具有的代表性和特征性就顯得有點(diǎn)不足；以預(yù)期的模板來(lái)構(gòu)造模型有一定差異的話(huà)，那么需要我們自行去增加的特征參數(shù)可能比較多，但它所具有的代表性和典型性可能就比較符合我們得要求。這是相互矛盾的兩面，在模板構(gòu)造時(shí)就應(yīng)該找到一個(gè)比較這種的平衡點(diǎn)，這

3、樣就既可以具有代表性的模板，也可以加速零部件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)速度。然后，依據(jù)一定的規(guī)則分開(kāi)，分離每個(gè)模型來(lái)達(dá)到制動(dòng)相應(yīng)零部件的作用，一旦退出系統(tǒng)，這些零部件的典型特征就會(huì)形成符合設(shè)計(jì)要求的模板參數(shù)。所需尊重獨(dú)立的原則有：1.1近似構(gòu)件選取相同的特征參數(shù)；1.2異常部分單獨(dú)進(jìn)行特征參數(shù)的選??；1.3選取特征參數(shù)，應(yīng)盡可能地撤銷(xiāo)相類(lèi)似的特征；1.4選取特征參數(shù)，要考慮到其實(shí)現(xiàn)的可能性。當(dāng)把鼓式制動(dòng)器的每一部分都拆分開(kāi)，所有部件如下：l 摩擦片（大約兩片）；l 制動(dòng)蹄片（類(lèi)型種類(lèi)）；l 支承銷(xiāo)l 缸體（類(lèi)型種類(lèi)）l 活塞（類(lèi)型種類(lèi)）l 皮碗（類(lèi)型種類(lèi)）l 制動(dòng)鼓（類(lèi)型種類(lèi)）l 制動(dòng)底板（類(lèi)型種類(lèi)）l 浮動(dòng)

4、支承桿（類(lèi)型種類(lèi)）l 彈簧（類(lèi)型種類(lèi)）l 附件（襯套防塵套、活塞防塵套、放氣螺釘帽、進(jìn)油口防護(hù)罩、密封圈、螺栓防松皮筋、分離主缸出油密封環(huán)和各種彈簧等)上面列出的只是離散化后零件統(tǒng)一的名稱(chēng),對(duì)于具體的一個(gè)名稱(chēng)下面,都有許多種特征不同的零件,這就要求分別建立模板,來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需求,比如缸體名稱(chēng)下面,有至少5種不同類(lèi)型的缸體,因此要分別建立模板。雖然抽出了一定套數(shù)的制動(dòng)器作為模板,但也建立了許多特殊特征零件的模板,因此從本質(zhì)上說(shuō),還是基于每個(gè)零件的離散化。通過(guò)選擇離散化后的模板零件,并按照要求的尺寸生成新的零件模型,再組裝成制動(dòng)器系統(tǒng)。對(duì)各個(gè)零件參數(shù)化時(shí),參數(shù)的個(gè)數(shù)要嚴(yán)格控制,要用盡量少的參數(shù)描述

5、整個(gè)零件。當(dāng)然這里的參數(shù)指的是可以變化的尺寸,零件的大部分尺寸要用這些可以變化的尺寸驅(qū)動(dòng)(即以變化的尺寸為自變量,寫(xiě)出被驅(qū)動(dòng)尺寸的函數(shù)形式),也就是使眾多的尺寸關(guān)聯(lián)起來(lái),使整體聯(lián)動(dòng),完成參數(shù)化建模工作。2. 制動(dòng)器的參數(shù)化本次設(shè)計(jì)采用的是基于特征的參數(shù)化建模方法,來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)制動(dòng)器零部件的快速設(shè)計(jì)及自動(dòng)設(shè)計(jì)因此需要搞清楚以下幾個(gè)跟特征相關(guān)的概念。2.1.特征定義特征(Feature)是設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的功能、形狀、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、檢驗(yàn)、管理與使用信息及其關(guān)系等具有確切的工程含義的高層次抽象描述。特征模型用邏輯上相互關(guān)聯(lián)、互為影響的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)對(duì)特征事例及其關(guān)系進(jìn)行描述和表達(dá)。它與低層次的幾何元素面

6、、邊、點(diǎn)來(lái)表示幾何實(shí)體的方法區(qū)別是:特征模型表達(dá)高層次的具有功能意義的實(shí)體,如孔、槽等,其操作對(duì)象不是原始的幾何元素,而是產(chǎn)品的功能要素,產(chǎn)品的技術(shù)信息和管理信息,體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的意圖。 2.2.特征分類(lèi) 特征是產(chǎn)品描述信息的集合。不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的對(duì)象,特征的抽象和分類(lèi)方法有所不同。通過(guò)分析機(jī)械產(chǎn)品大量的零件圖紙信息和加工工藝信息,可將構(gòu)成零件的特征分為五大類(lèi)：l 管理特征:與零件管理有關(guān)的信息集合,包括標(biāo)題欄信息(如零件名、圖號(hào)、設(shè)計(jì)者、設(shè)計(jì)日期等),零件材料,未注粗糙度等信息；l 技術(shù)特征:描述零件的性能和技術(shù)要求的信息集合；l 材料熱處理特征:與零件材料和熱處理有關(guān)的信息集合,如材料性

7、能、熱處理方式、硬度值等；l 精度特征:描述零件幾何形狀、尺寸的許可變動(dòng)量的信息集合,包括公差(尺寸公差和形位公差)和表面粗糙度；l 形狀特征:與描述零件幾何形狀、尺寸相關(guān)的信息集合,包括功能形狀、加工工藝形狀、裝配輔助形狀；l 裝配特征:零件相關(guān)方向、相互作用面和配合關(guān)系。上述特征中,形狀特征是描述零件或產(chǎn)品的最重要特征。它又可分為主特征和輔特征,前者用來(lái)描述構(gòu)造物體的基本幾何形狀,后者是對(duì)物體局部形狀進(jìn)行表示的特征。2.3.特征聯(lián)系為了描述特征之間的聯(lián)系,可應(yīng)用特征類(lèi)、特征實(shí)例的概念。特征類(lèi)是關(guān)于特征類(lèi)型的描述,是所有相同信息的特征概括。特征實(shí)例是對(duì)特征屬性賦值后的特定特征,是特征類(lèi)的成員

8、。特征類(lèi)之間、特征實(shí)例之間、特征類(lèi)與特征實(shí)例之間有如下聯(lián)系:l 繼承聯(lián)系。構(gòu)成了特征之間的層次聯(lián)系,位于層次上級(jí)的叫超類(lèi)特征,位于層次下層的叫亞類(lèi)特征。亞類(lèi)特征可繼承超類(lèi)特征的屬性和方法,這種繼承聯(lián)系稱(chēng)為AKO聯(lián)系。另一類(lèi)繼承聯(lián)系是特征類(lèi)與該類(lèi)特征實(shí)例之間的聯(lián)系,這種聯(lián)系稱(chēng)為INS聯(lián)系。如某一具體的圓柱體是圓柱體特征類(lèi)的一個(gè)實(shí)例,它們之間反映了INS聯(lián)系。l 鄰接聯(lián)系。反映形狀特征之間的相互位置關(guān)系,用CONT表示。構(gòu)成鄰接聯(lián)系的形狀特征之間的鄰接狀態(tài)可共享。例如一根階梯軸,每相鄰兩個(gè)軸段之間的關(guān)系就是鄰接關(guān)系,其中每個(gè)鄰接面的狀態(tài)可共享。l 從屬聯(lián)系。描述形狀特征之間的依從或附屬關(guān)系,用IS

9、T表示。從屬的形狀特征依賴(lài)于被從屬的形狀特征而存在,如倒角附屬于圓柱體l 引用聯(lián)系。描述特征類(lèi)之間作為關(guān)聯(lián)屬性而相互引用的聯(lián)系,用RE表示。引用聯(lián)系主要存在于形狀特征對(duì)精度特征!材料特征的引用。2.4.特征建模以特征作為建?；驹孛枋霎a(chǎn)品的方法叫基于特征的建模技術(shù)。特征建?？纱笾職w納為交互式特征定義、特征識(shí)別和基于特征的設(shè)計(jì)三種模式。l 交互式特征定義。利用現(xiàn)有的幾何造型系統(tǒng)建立產(chǎn)品的凡何模型,用戶(hù)在圖形交互式繪制過(guò)程中,定義特征的幾何要素,并將特征參數(shù)或精度、技術(shù)要求、材料熱處理等信息作為屬性添加到幾何模型中。這種建模方法自動(dòng)化程度低,產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享也難于實(shí)現(xiàn),信息處理過(guò)程中容易產(chǎn)生人為的

10、錯(cuò)誤。l 特征識(shí)別。將幾何模型與預(yù)先定義的特征進(jìn)行比較,確定特征的具體類(lèi)型及其它信息。通常由下列步驟組成:搜索產(chǎn)品幾何數(shù)據(jù)庫(kù),匹配特征的拓?fù)鋷缀文Ｐ?從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取己識(shí)別的特征信息;確定特征參數(shù);完成特征幾何模型;組合簡(jiǎn)單特征成為新的特征。l 基于特征的設(shè)計(jì)。用戶(hù)直接用特征來(lái)定義零件幾何實(shí)體,即將特征庫(kù)中預(yù)定義的特征實(shí)例化后,以實(shí)例特征為基本單元建立特征模型,從而完成產(chǎn)品的定義或設(shè)計(jì)。2.5. 參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念 參數(shù)化設(shè)計(jì)是用一組參數(shù)來(lái)定義幾何圖形(體素)尺寸數(shù)值并約定尺寸關(guān)系,提供給設(shè)計(jì)者進(jìn)行幾何造型使用。參數(shù)的求解較簡(jiǎn)單,參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯式的對(duì)應(yīng)關(guān)系,設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動(dòng)

11、。生產(chǎn)中常用于設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型的產(chǎn)品,系列化標(biāo)準(zhǔn)件就是屬于這一類(lèi)型"參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理如圖1 圖1 參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理方程求解實(shí)例求解實(shí)例匹配幾何尺寸幾何約束幾何形體2.6. 參數(shù)設(shè)計(jì)方法參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中,從己有CAD圖形文件中查找約束關(guān)系,將固定尺寸的圖形自動(dòng)轉(zhuǎn)化成參數(shù)化圖形,新開(kāi)發(fā)的參數(shù)繪圖軟件的算法應(yīng)有利于舊圖的參數(shù)化重建目前,這是參數(shù)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用最多的方法。對(duì)于系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品(如模具、夾具、液壓缸、組合機(jī)床、閥門(mén)等)設(shè)計(jì)所采用的數(shù)學(xué)模型及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都是相對(duì)固定不變的,所不同的只是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸有所差異,而結(jié)構(gòu)尺寸的差異是由于相同數(shù)目及類(lèi)型的已知條件

12、在不同規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中取不同值而造成的。這類(lèi)產(chǎn)品可以將已知條件和隨著產(chǎn)品規(guī)格而變化的基本參數(shù)用相應(yīng)的變量代替,然后根據(jù)這些已知條件和基本參數(shù),由計(jì)算機(jī)自動(dòng)查詢(xún)圖形數(shù)據(jù)庫(kù),由專(zhuān)門(mén)的繪圖軟件在屏幕上自動(dòng)地設(shè)計(jì)出圖形來(lái)。如圖2所示為參數(shù)化設(shè)計(jì)的過(guò)程。派生出新的三維模型三維模型樣板參數(shù)化設(shè)計(jì)程序讀入設(shè)計(jì)參數(shù)修改設(shè)計(jì)參數(shù) 圖2 三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程3. 三維實(shí)體的參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化造型的主體思想是用幾何約束、數(shù)學(xué)方程與關(guān)系來(lái)說(shuō)明產(chǎn)品模型的形狀特征,從而達(dá)到設(shè)計(jì)一族在形狀和功能上具有相似性的設(shè)計(jì)方案。參數(shù)化實(shí)體造型的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取表達(dá)、求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。三維實(shí)體幾何約束關(guān)系可表示為

13、:l)由算術(shù)運(yùn)算符、邏輯比較運(yùn)算符和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)組成的等式或不等式關(guān)系,它們可以在參數(shù)化造型系統(tǒng)的命令窗中直接以命令行形式輸入;2)曲線(xiàn)關(guān)系,直接把物理實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)或其它特性曲線(xiàn)用于幾何造型;3)關(guān)系文件,是許多關(guān)系命令行語(yǔ)句和特定語(yǔ)句的集合。多種幾何約束關(guān)系,包括聯(lián)立方程組可以寫(xiě)成一種特定格式的文件(即用戶(hù)編程),輸入到計(jì)算機(jī),成批驅(qū)動(dòng)幾何設(shè)計(jì)。例如,確定一個(gè)立方體的長(zhǎng)L、寬W、高H約束條件可以用立方體的底面積和底面周長(zhǎng)來(lái)形成;4)面向人工智能的知識(shí)表達(dá)方式,這種方式將組成幾何形體的約束關(guān)系、幾何與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用一階邏輯謂詞的形式描述,并寫(xiě)入知識(shí)庫(kù)中。知識(shí)表達(dá)的方式一方面是以符號(hào)化為形式表達(dá)各種類(lèi)型

14、的數(shù)據(jù),求取符號(hào)解;另一方面是加上基于約束的幾何推理,求取數(shù)值解,從而在更大程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的智能設(shè)計(jì)。3D參數(shù)化模型是由幾何模型和約束信息兩大部分組成。根據(jù)幾何尺寸約束和拓?fù)湫畔⒌哪Ｐ蜆?gòu)造的先后次序,亦即它們之間的依存關(guān)系,參數(shù)化造型可分為兩類(lèi)。一類(lèi)是幾何約束作用在具有固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形體的幾何體素上, 幾何約束值不改變幾何模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),而是改變幾何模型的公稱(chēng)大小。這類(lèi)參數(shù)化造型系統(tǒng)以B-rep為其內(nèi)部表達(dá)的主模型.另一類(lèi)是先說(shuō)明參數(shù)化模型的幾何構(gòu)成要素及它們之間的約束關(guān)系,而模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由約束關(guān)系決定的。這類(lèi)參數(shù)造型系統(tǒng)以CSG表達(dá)式為內(nèi)部的主模型,可以改變實(shí)體模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并且便于

15、以過(guò)程化的形式記錄構(gòu)造的整個(gè)過(guò)程。4. 鼓式制動(dòng)器模型建立實(shí)例通過(guò)對(duì)鼓式制動(dòng)器離散零件的結(jié)構(gòu)分析,零件建?？刹捎萌N建模方法。4.1對(duì)于片狀零件采用飯金建模飯金建模與參數(shù)化的過(guò)程與實(shí)體建模相似,通過(guò)二維草圖sketch繪制零件相關(guān)特征,加入約束,并標(biāo)注相關(guān)尺寸。利用飯金模塊中彎邊,凹坑,沖壓除料等操作生成三維實(shí)體模型。并通過(guò)表達(dá)式將主要參數(shù)與次要參數(shù)相互關(guān)聯(lián)。如圖3為制動(dòng)蹄飯金件模型 圖3 鈑金件三維模型4.2 對(duì)于彈簧等回旋狀結(jié)構(gòu)零件采用規(guī)律曲線(xiàn)函數(shù)編輯建模以彈簧為例,首先分析彈簧在各個(gè)部位的結(jié)構(gòu),并用特征函數(shù)進(jìn)行表達(dá)設(shè)定彈簧外圓直徑,內(nèi)圓直徑,圈數(shù)等主要參數(shù),然后根據(jù)主要參數(shù)在規(guī)律曲線(xiàn)中編

16、輯彈簧在X,Y,Z軸方向的規(guī)律函數(shù)例如X1=radius-r1-cosdir*180*t*rl Y1=r Z1=r1*sindir*180*t+height+wire-dia2+r+l運(yùn)行這些規(guī)律曲線(xiàn)函數(shù),可生成彈簧的中心軌跡曲線(xiàn),再通過(guò)掃掠生成彈簧實(shí)體模型。 4.3. 對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件可采用復(fù)合法建模 對(duì)于復(fù)雜形狀零件往往采用上面幾種建模方法的任何一種不能實(shí)現(xiàn),這時(shí)我們可以將上述方法靈活運(yùn)用,利用幾種方法的綜合運(yùn)用來(lái)建立所需要的幾何模型。如圖4所示制動(dòng)器底盤(pán)就是采用實(shí)體建模與飯金建模相結(jié)合的復(fù)合法來(lái)完成。 圖4 底盤(pán)三維模型References1 Guan xin, Shen Junfeng, Guan renmei, Zhan jun. Drum brake multi-flexible body ADAMS modeling and simulation.Automobile technology, 2007,(10).2 Meng Jie. Drum brake design system development research based on parametrization technology. Hebei industrialuniversity, 2009,(6):17-24.3 Guan xin, S