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

1、基于UG的鼓式制動器參數(shù)化設(shè)計的研究摘要本文運用UG三維軟件來設(shè)計以及研究各零部件參數(shù)化的制動器。在離散原則的基礎(chǔ)上，對被研究的鼓式制動器的組件進行了離散化處理。選擇具有典型特征的制動器組件以及各組件的三維參數(shù)建模的工作，目的是為了，建立一個模型參數(shù)庫以備后期使用。制動器是汽車系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的普遍提高，對汽車制動器的設(shè)計也提出了更為嚴格的要求。不僅要滿足制動器基本性能的要求，還要滿足環(huán)保的嚴格要求。本文主要對鼓式制動器的參數(shù)化設(shè)計等問題進行研究。1. 制動器的離散化隨著參數(shù)的變化，即模塊化特征可能會出現(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；b) 結(jié)構(gòu)特征性質(zhì)的改變。上述兩種變化情況，在實際操作過程中，由于必須設(shè)計的模擬目標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在保持原有特征范圍內(nèi)情況。當(dāng)參數(shù)變化比較顯著時，會出現(xiàn)第二種情況，這個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，但是這個模型所具有的代表性和特征性就顯得有點不足；以預(yù)期的模板來構(gòu)造模型有一定差異的話，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)造時就應(yīng)該找到一個比較這種的平衡點，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)計開發(fā)速度。然后，依據(jù)一定的規(guī)則分開，分離每個模型來達到制動相應(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形成符合設(shè)計要求的模板參數(shù)。所需尊重獨立的原則有：1.1近似構(gòu)件選取相同的特征參數(shù)；1.2異常部分單獨進行特征參數(shù)的選取；1.3選取特征參數(shù)，應(yīng)盡可能地撤銷相類似的特征；1.4選取特征參數(shù)，要考慮到其實現(xiàn)的可能性。當(dāng)把鼓式制動器的每一部分都拆分開，所有部件如下：l 摩擦片（大約兩片）；l 制動蹄片（類型種類）；l 支承銷l 缸體（類型種類）l 活塞（類型種類）l 皮碗（類型種類）l 制動鼓（類型種類）l 制動底板（類型種類）l 浮動

4、支承桿（類型種類）l 彈簧（類型種類）l 附件（襯套防塵套、活塞防塵套、放氣螺釘帽、進油口防護罩、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,對于具體的一個名稱下面,都有許多種特征不同的零件,這就要求分別建立模板,來滿足設(shè)計的需求,比如缸體名稱下面,有至少5種不同類型的缸體,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,還是基于每個零件的離散化。通過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,再組裝成制動器系統(tǒng)。對各個零件參數(shù)化時,參數(shù)的個數(shù)要嚴格控制,要用盡量少的參數(shù)描述

5、整個零件。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(即以變化的尺寸為自變量,寫出被驅(qū)動尺寸的函數(shù)形式),也就是使眾多的尺寸關(guān)聯(lián)起來,使整體聯(lián)動,完成參數(shù)化建模工作。2. 制動器的參數(shù)化本次設(shè)計采用的是基于特征的參數(shù)化建模方法,來實現(xiàn)汽車制動器零部件的快速設(shè)計及自動設(shè)計因此需要搞清楚以下幾個跟特征相關(guān)的概念。2.1.特征定義特征(Feature)是設(shè)計者對設(shè)計對象的功能、形狀、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、檢驗、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)、互為影響的語義網(wǎng)絡(luò)對特征事例及其關(guān)系進行描述和表達。它與低層次的幾何元素面

6、、邊、點來表示幾何實體的方法區(qū)別是:特征模型表達高層次的具有功能意義的實體,如孔、槽等,其操作對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)計者的意圖。 2.2.特征分類 特征是產(chǎn)品描述信息的集合。不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的對象,特征的抽象和分類方法有所不同。通過分析機械產(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：l 管理特征:與零件管理有關(guān)的信息集合,包括標題欄信息(如零件名、圖號、設(shè)計者、設(shè)計日期等),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,前者用來描述構(gòu)造物體的基本幾何形狀,后者是對物體局部形狀進行表示的特征。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、特征實例的概念。特征類是關(guān)于特征類型的描述,是所有相同信息的特征概括。特征實例是對特征屬性賦值后的特定特征,是特征類的成員

8、。特征類之間、特征實例之間、特征類與特征實例之間有如下聯(lián)系:l 繼承聯(lián)系。構(gòu)成了特征之間的層次聯(lián)系,位于層次上級的叫超類特征,位于層次下層的叫亞類特征。亞類特征可繼承超類特征的屬性和方法,這種繼承聯(lián)系稱為AKO聯(lián)系。另一類繼承聯(lián)系是特征類與該類特征實例之間的聯(lián)系,這種聯(lián)系稱為INS聯(lián)系。如某一具體的圓柱體是圓柱體特征類的一個實例,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,每相鄰兩個軸段之間的關(guān)系就是鄰接關(guān)系,其中每個鄰接面的狀態(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精度特征!材料特征的引用。2.4.特征建模以特征作為建模基本元素描述產(chǎn)品的方法叫基于特征的建模技術(shù)。特征建模可大致歸納為交互式特征定義、特征識別和基于特征的設(shè)計三種模式。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,用戶在圖形交互式繪制過程中,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。這種建模方法自動化程度低,產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享也難于實現(xiàn),信息處理過程中容易產(chǎn)生人為的

10、錯誤。l 特征識別。將幾何模型與預(yù)先定義的特征進行比較,確定特征的具體類型及其它信息。通常由下列步驟組成:搜索產(chǎn)品幾何數(shù)據(jù)庫,匹配特征的拓撲幾何模型;從數(shù)據(jù)庫中提取己識別的特征信息;確定特征參數(shù);完成特征幾何模型;組合簡單特征成為新的特征。l 基于特征的設(shè)計。用戶直接用特征來定義零件幾何實體,即將特征庫中預(yù)定義的特征實例化后,以實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。2.5. 參數(shù)化設(shè)計的概念 參數(shù)化設(shè)計是用一組參數(shù)來定義幾何圖形(體素)尺寸數(shù)值并約定尺寸關(guān)系,提供給設(shè)計者進行幾何造型使用。參數(shù)的求解較簡單,參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式的對應(yīng)關(guān)系,設(shè)計結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動

11、。生產(chǎn)中常用于設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型的產(chǎn)品,系列化標準件就是屬于這一類型"參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的原理如圖1 圖1 參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的原理方程求解實例求解實例匹配幾何尺寸幾何約束幾何形體2.6. 參數(shù)設(shè)計方法參數(shù)設(shè)計過程中,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轉(zhuǎn)化成參數(shù)化圖形,新開發(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)計中應(yīng)用最多的方法。對于系列化、通用化和標準化的定型產(chǎn)品(如模具、夾具、液壓缸、組合機床、閥門等)設(shè)計所采用的數(shù)學(xué)模型及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都是相對固定不變的,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)目及類型的已知條件

12、在不同規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計中取不同值而造成的。這類產(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),由計算機自動查詢圖形數(shù)據(jù)庫,由專門的繪圖軟件在屏幕上自動地設(shè)計出圖形來。如圖2所示為參數(shù)化設(shè)計的過程。派生出新的三維模型三維模型樣板參數(shù)化設(shè)計程序讀入設(shè)計參數(shù)修改設(shè)計參數(shù) 圖2 三維模型的參數(shù)化設(shè)計過程3. 三維實體的參數(shù)化設(shè)計參數(shù)化造型的主體思想是用幾何約束、數(shù)學(xué)方程與關(guān)系來說明產(chǎn)品模型的形狀特征,從而達到設(shè)計一族在形狀和功能上具有相似性的設(shè)計方案。參數(shù)化實體造型的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取表達、求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。三維實體幾何約束關(guān)系可表示為

13、:l)由算術(shù)運算符、邏輯比較運算符和標準數(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)曲線關(guān)系,直接把物理實驗曲線或其它特性曲線用于幾何造型;3)關(guān)系文件,是許多關(guān)系命令行語句和特定語句的集合。多種幾何約束關(guān)系,包括聯(lián)立方程組可以寫成一種特定格式的文件(即用戶編程),輸入到計算機,成批驅(qū)動幾何設(shè)計。例如,確定一個立方體的長L、寬W、高H約束條件可以用立方體的底面積和底面周長來形成;4)面向人工智能的知識表達方式,這種方式將組成幾何形體的約束關(guān)系、幾何與拓撲結(jié)構(gòu)用一階邏輯謂詞的形式描述,并寫入知識庫中。知識表達的方式一方面是以符號化為形式表達各種類型

14、的數(shù)據(jù),求取符號解;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現(xiàn)機械產(chǎn)品的智能設(shè)計。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)幾何尺寸約束和拓撲信息的模型構(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。一類是幾何約束作用在具有固定拓撲結(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撲結(jié)構(gòu),而是改變幾何模型的公稱大小。這類參數(shù)化造型系統(tǒng)以B-rep為其內(nèi)部表達的主模型.另一類是先說明參數(shù)化模型的幾何構(gòu)成要素及它們之間的約束關(guān)系,而模型的拓撲結(jié)構(gòu)是由約束關(guān)系決定的。這類參數(shù)造型系統(tǒng)以CSG表達式為內(nèi)部的主模型,可以改變實體模型的拓撲結(jié)構(gòu),并且便于

15、以過程化的形式記錄構(gòu)造的整個過程。4. 鼓式制動器模型建立實例通過對鼓式制動器離散零件的結(jié)構(gòu)分析,零件建?？刹捎萌N建模方法。4.1對于片狀零件采用飯金建模飯金建模與參數(shù)化的過程與實體建模相似,通過二維草圖sketch繪制零件相關(guān)特征,加入約束,并標注相關(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體模型。并通過表達式將主要參數(shù)與次要參數(shù)相互關(guān)聯(lián)。如圖3為制動蹄飯金件模型 圖3 鈑金件三維模型4.2 對于彈簧等回旋狀結(jié)構(gòu)零件采用規(guī)律曲線函數(shù)編輯建模以彈簧為例,首先分析彈簧在各個部位的結(jié)構(gòu),并用特征函數(shù)進行表達設(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運行這些規(guī)律曲線函數(shù),可生成彈簧的中心軌跡曲線,再通過掃掠生成彈簧實體模型。 4.3. 對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件可采用復(fù)合法建模 對于復(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現(xiàn),這時我們可以將上述方法靈活運用,利用幾種方法的綜合運用來建立所需要的幾何模型。如圖4所示制動器底盤就是采用實體建模與飯金建模相結(jié)合的復(fù)合法來完成。 圖4 底盤三維模型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