逆向工程在汽车盘式制动系统设计中的运用

张海英

摘 要：逆向工程在汽车盘式制动系统设计中的应用主要是为了对其设计技术过程进行再现，通过将汽车盘式制动系统的实物通过数字化技术及信息化技术来将其重新转化为CAD模型，这种设计手段的应用可以对汽车盘式制动器的特点进行完全整的再现展示。由于汽车盘式制动器在实际中具有结构复杂、零件较多等特点，因此在逆向工程中可以采用三维扫描仪来对其进行扫描，从而获取数据点，应用CATIA对所得数据进行处理，通过逆向工程原理来进行虚拟装配，以此来保证汽车盘式制动系统设计的效果。

关键词：逆向工程；装配思想；盘式制动器；CATIA；CAD

制动系统作为汽车中重要的组成部分，其对汽车的行驶安全、行驶体验有着极为重要的影响，因此在实際中通过装配性能良好的制动器可以提高汽车的整体性能，使汽车制动效能可以得到有效提升并维持在恒定状态，从而避免因制动而引起的事故问题。目前在制动系统中，盘式制动器在应用中性能较好，因此其应用量也较多，本文主要研究的就是汽车盘式制动系统设计的特点，分析逆向工程在其中运用的要求及需要注意的事项。

一、逆向工程与汽车盘式制动系统设计的内容

1、汽车盘式制动系统的特点

根据汽车盘式制动系统组成来看，其主要是由制动盘、分泵、制动钳、活塞组件、油管等部件组合而成，其在运行中主要由液压所控制，具有散热快、重量轻、结构简单等优点，在实际的应用中盘式制动器具有运行稳定、耐高温、高负载等特点使其被广泛应用于汽车制动系统中。

2、逆向工程的特点

逆向工程的实施需要由数字技术、几何模型重构、产品制造等技术作为支持，其可以对产品的制造生产流程进行虚拟装配，从而得出产品的制造流程、组织结构、性能特点及技术工艺等设计中所必备的要素，同时其还可以对设计进行优化，使最终所得模型整体性能得以提升，有效的改善设计、缩短设计周期，具有极高的应用价值。

二、数据采集

在逆向工程应用中必须要通过数据采集来获取产品的参数信息，目前其采集方式主要分为接触及非接触两种。数据采集方法分为接触式采集法和非接触式采集法。所谓接触式采集法是指包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。非接触数据采集则是通过光学原理来对产品的各项参数进行获取及收集，主要包括：激光三角形法、激光测距法、结构光法以及图像分析法等。这里采用非接触采集法获取复杂零件的点云数据，即三角面片数据。

在对汽车盘式制动器零部件进行数据采集扫描时需要注意以下原则：第一，对测量头进行软件标定和硬件标定；第二，显影剂喷涂均匀；第三，标志点粘贴无序；第四，扫描环境（包括光照，振动等）要稳定。

三、数据处理

经三维扫描仪扫描后获取的零件点云数据，一般可能存在破洞、背景点和坏点等现象，可通过配套软件ATOS Professional进行处理或将三角面片数据导入CATIA中，利用CATIA中的Remove功能对噪点进行清理。利用三维扫描仪获取的数据其误差保持在10μm以上，主要来源于设备误差。通过对设备的标定，可将该误差减小到40μm以下。

四、曲面拟合

CATIA曲面拟合方法有多种，对于平面，我们可以通过以下几种方法创建：Extrude，Sweep，Basic Surface Recognition以及Power Fit。对于规则曲面，可以通过Extrude，Revolve，Sweep，Basic Surface Recognition等功能创建出来。对于不规则曲面，主要通过Sweep，Blend，Multi-Sections Surfaces以及Power Fit等功能来创建。还有其它一些拟合功能，如Fill，Surfaces Network等。总之，对于拟合方法的选取，要根据零件的具体特征而定。曲面拟合前，必须要创建一个基准面，该基准面作为之后所有创建平面的基准，具有至关重要的作用。因为实际的产品设计都有尺寸公差和形位公差的要求，公差都是建立在一定的基准上的。由于制动器零件较多，具有复杂的装配关系，并且部分零部件是通过游标卡尺测量建模得到的，为保证虚拟装配工作的顺利进行，在曲面拟合的过程中必须要以装配的思想来构建曲面。

五、实体重构

曲面拟合后，下一步进行实体重构，即由面形成体的过程。CATIA提供了两种构造实体模型的方法，Thick Surfaces和Close Surfaces。对于结构比较简单，规则的零件，只需要加厚就能完成的则选用Thick Surfaces构建实体模型；对于结构比较复杂的零件，则选用Close Surfaces构建实体模型。对于复杂结构的制动器钳体，首先创建各表面并合并为一体，最后通过封闭曲面构建实体模型。螺纹孔、光孔等其他零件特征则在实体模型的基础上建立。

六、虚拟装配所

有零件实体构造完成以后，则要进行盘式制动器的虚拟装配工作。在进行装配时，可按组件和零件并存的方式进行，如螺杆机构组件，活塞机构组件，拉索支架，拉杆等。每一组件都由相应的零件装配而成。组件与组件之间可以是并列关系，也可以是包含关系。所有零件装配完成后，还要进行干涉和间隙检查。在盘式制动器装配过程中允许部分零件之间出现干涉的情况，如弹簧片，回位弹簧，滑销防尘套等。

七、有限元分析

利用逆向工程设计完成装配件后，为检验设计的合理性，对主要零件进行有限元分析，校核其强度和刚度。以计算钳体强度和刚度为例进行有限元分析。按照规范要求，选择缸内液压值为6.86MPa的典型工况进行分析。为了得到更加稳定的应力应变值，采取惯性释放的方法进行计算，可以分析出其最大应力为67.1Mpa，而钳体材料为铝合金，其屈服强度为150Mpa，许用应力为100MPa，故满足其强度要求。其沿轴线方向最大位移为0.1mm，小于国标要求的0.2mm，故满足其刚度要求。

结语：从上述分析可以看出，基于逆向工程方法的盘式制动器设计高效，准确，大大缩短摸索的时间，为后续自主创新，优化设计奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]张小玲.汽车盘式制动器的优化设计[J].工程技术：文摘版，2016（9）：00048-00048.

[2] 彭龙，于德介，吕辉，等.汽车盘式制动器的制动结构优化设计[J].计算机仿真，2016，33（8）：146-152.

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