数字化样机技术在制动器研发中的应用

宋玉涛， 杨京兰，季洪博

(1.大连华锐重工集团股份有限公司液压装备厂，辽宁 大连 116035；2.北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141)



数字化样机技术在制动器研发中的应用

宋玉涛1， 杨京兰1，季洪博2

(1.大连华锐重工集团股份有限公司液压装备厂，辽宁 大连 116035；2.北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141)

数字化样机技术作为一种新型的设计手段，能够在设计的早期尽可能的发现设计环节存在的不足并进行及时的完善优化，达到产品最优化设计的目的。本文利用数字化样机技术，搭建了制动器3维模型并将其导入到Ansys Workbench环境，加以条件限定，通过数值分析进行优化设计，选定满足制动器要求的性能材料。

数字化样机；Ansys Workbench；仿真分析

0 前言

随着世界经济和科学技术的飞速发展，产品的消耗结构不断的向多元化、个性化方向发展。面对无法预测、持续发展的市场需求，企业为了提高竞争力，必须尽快改变品种，更新设计，提高产品质量的同时，缩短新产品的研发周期，提高产品的设计质量，降低产品的研发成本，进行创新性设计，这样才能迎合市场的需求。数字化样机技术就是在这种迫切需要的驱动下产生的，目前这种技术在一些较发达国家已经得到了广泛的应用。

1 搭建制动器三维模型

制动器由于其功能的特殊性，其工作的安全可靠性对整车设备而言起着决定性作用。制动器结构的合理性是保证制动器安全工作的前提。制动器整机结构相对较复杂，传统的设计方法一般是通过二维设计的手段来完成装备图及零件图的设计，而在后期图纸完善阶段，零件图与装配图之间不具备跟随性，重复性劳动强度大，准确度也相对较低。

图1 制动器三维模型Fig.1 3D brake model

三维设计软件的应用很好的避免了这一弊端。图1为利用UG NX4.0设计软件对制动器搭建的三维模型，从图中可以清晰的看到各零件相互的位置及配合关系，且在设计过程中可以实现装配图与零件图实时改动。

2 仿真计算与结果分析

从制动器的整体结构及工作原理角度出发，将其结构件部分提取出来进行相关的仿真计算，如图2所示。

图2 结构件三维模型Fig.2 3D model of the structure

模拟制动器在实际工作过程中所承受的载荷力情况，对导入到ANSYS Workbench环境中的三维模型进行力学加载及相关定位条件限定，如图3所示，并对其进行网格划分如图4所示。

图3 力学模型Fig.3 Mechanical model

图4 网格划分Fig.4 Meshing model

在ANSYS Workbench工作环境中经过计算可以得到图5制动器最大型变量及图6制动器最大等效应力值。从图5的数值分析结果可以看出，制动器的最大型变量为0.206 mm，对其三种结构件的型变量数值分别进行分析，可以得到在制动器的工作过程中发生最大型变量的为被动支架，且靠近被动支架的尾部如图5(c)。

图5 最大值型变量为0.206 mmFig.5 Image under max. deformation of 0.206mm

同样，从图6的数值分析结果可以看出，在工作过程中制动器所承受的最大等效应力为211.13MPa，对其三种结构件的等效应力值分别进行分析，可以得到在制动器的工作过程中产生最大等效应力的仍然为被动支架，且从其图谱中可以看到，等效应力集中点为被动支架中凸台的位置，如图6(c)所示。

图6 最大等效应力为211.13 MPaFig.6 Image under max. equivalent stress of 211.13 MPa

以上的分析结果中可以判定，制动器在工作过程中被动支架为整个机构的相对薄弱环节，根据计算结果以设计经验，选定材料QT500-7即可满足制动器使用的性能要求。

另外在结果输出阶段如过对输出的结果不理想，可根据输出结果进行相应的设计优化改进。即返回三维设计阶段，在三维设计软件中对制动器的结构件进行相应的改进，后期通过ANSYS Workbench中的更新模型参数的命令来实现分析软件中三维模型的的同步改进。在其他工作条件如加载力等不变的情况下，可直接进行相应的计算，直到得到满意的输出结果为止。这样既方便又快捷，也很大程度上的提高了设计的准确性。在得到满意的分析结果后可从三维设计软件中直接输出二维设计图纸进行下一步的生产工作。

4 结 论

从上述论述中可以看到，数字化样机技术在工业领域尤其是机械设计领域有着独特的优势。一方面，能够较大程度的提高设计的准确性，缩短了产品研发的周期，一定程度上的降低了研发成本，提高了其市场竞争力。另一方面，数字化样机的应用，有利于设计人员很好的掌握产品的特点，便于对该产品进行实时的改进，得到最优的设计效果。

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Application of digital prototyping technology in development of brake

SONG Yu-tao1， YANG Jing-lan1，JI Hong-bo2

(Hydraulic Equipment Plant of Dalian Huarui Heavy Industry Group Co.,Ltd.,Liaoning Dalian 116035)

Digital prototyping technology is a new kind of design method, which can find out the deficiencies in design forepart and optimize it shortly to be a perfect design. Using virtual prototyping technology, this paper put up a 3D brake model and imported that into Ansys Workbench with boundary condition，which could selected the required materials through numerical analysis.

digital prototype; Ansys Workbench; simulation analysis

2014-10-31；

2014-12-06

宋玉涛(1977-)，男，大连华锐重工集团股份有限公司工程师，研究方向：机械电子工程。

TH122

A

1001-196X(2015)01-0080-04