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英文原文 of of a 11167, P. R. 10009, P. R. to of in of a of D in D of of is In by be of in be of in a be 3D n of of an to of a is to of in a of is D in D is D of a is 1. of as 2 of is in of 2 3D of he of is of a ; is of is be in to of is by by of in of as To in of of a is D in to of of be a of in of of on of as a It is of of is on of 3 , as . of of is in in . up as . is it is or in In as of is be in is In as of is as of of is on by In is in so it is 5is of to be of is by of of up in a as to 5 , it is in is of of he of to be of of As is , of is by of D We as of as In of E, of of of g/1 3 5 5be on as of by as is a is in a In we : 0. in a 60 r/a “is “in In to of of a is as in 6,7 of is to of in of we of be to as as by of of of in , Y, Z be E. of of as of to be in of of at . of a is . 0 , of mm in . by we is on as a it of n to a to be to as . to is is on of to is In of of is in a of an of to is 10 so it be is on to a a 0 105kg is in of to of of is . of of ew ld 0. to of of in E is in D is on D of of is In we by of in of in 1 Y, , 2004( 2 H, Q, E in (7) : 17 18, 22, 2006 ( 3 ( 1) : 52 59, 2008 4 J, G, E ( 7) : 17 18, 22, 2006( 5 H, H. 2006( is a in is in is a is in is a is in 中文译文 基于三维设计的浮动式制动卡钳的车床夹具的研制 1 潘金坤 1，左万里 2，路东升 2 1 南京工程学院机械工程学院，南京 211167，中华人民共和国 2 南京工业大学机械与动力工程学院，南京 210009，中华人民共和国 摘要：根据制动卡钳在生产过程中的技术要求，本文研究的是一个基 于三维设计的浮动式制动卡钳的专用夹具。根据专用夹具的三维建模和运动仿真的开发过程和验证数据显示，三维设计过程可以在原型建模之前方便的预测夹具的组装干涉和准确添加在铅砖的质量。通过这种方式，可以消除由摆动引起的车床夹具的不平衡和改善在缸孔与机床主轴的跳动公差精度，因此制动卡钳的缸孔加工质量可以很大程度的被保证。 关键字：三维设计；制动卡钳；车床夹具 1 绪言 汽车的浮动盘式制动器卡钳的生产 ,由于其结构的复杂性 ,需要专用夹具来安装和夹紧制动卡钳。制动器是汽车涉及行驶安全性的关键部件，随着汽车工业的发展，车速越来 越高，载荷越来越大，而对制动器的尺寸要求越来越小。这意味着制动器部件单位面积所承受的载荷及吸收的能量会大大增加，因而对制动器性能的要求也越来越高。对行驶的汽车进行制动时，将摩擦部件 (摩擦片 )压到车辆的转动部件（制动盘）上，摩擦使转动部件减速或停止运动，因此发热是动摩擦的必然结果。根据制动卡钳在加工中的技术要求，本文研究一个基于三维设计的浮动制动卡钳的专用夹具和它的模型的虚拟装配。通过三维设计软件的机构仿真功能，分析车床夹具的平衡性 1。结果显示这个设计过程可以方便的预测一些影响技术设备质量的因素，例如在样 机里的装配干涉和车床夹具的加工稳定性 2。这个设计过程不仅可以避免在传统设计里的设计误差，还可以提高产品的设计质量。 2 专用车床夹具的三维设计 专用夹具的制造对象是浮动盘式制动器的制动卡钳，如图 1 所示；其加工表面是制动器的缸孔。这个图显示 :当缸孔被加工时 ,它的轴必须符合机器主轴的旋转轴。由于制动卡钳的不规则形状结构，夹具的不平衡质量引起的摆动和工件会影响缸孔实际加工中的加工精度和圆度，和一些形状公差的精度要求例如两缸孔之间的平行度。为了避免制动卡钳的车床夹具在设计过程中的这些问题，在本文研究了专用夹具的 三维设计。 根据制动卡钳的形状结构特点和车床夹具的夹紧要求，在整个加工过程中，缸孔应该在车床夹具夹紧后来完成。法兰需要机器主轴的安装孔和夹具两边的中心定位孔作为中介来连接机器主轴和夹具。确保卡钳机体加工缸孔的轴的定位和在夹具的夹紧和机器旋转主轴的相互配合 3，如图 2 所示。 在本文中，专用夹具的其他部分的建模过程不进行详细描述，请参考文献 4。然后这些零件组装成两个部分，上部分和下部分，如图 3 和图 4 所示。在装配时，整个夹具分两个部分。这样在装配过程中避免零件被少装或安装错误。在下部分，作为法兰的基准由螺栓 来实现平衡的固定。在夹具生产过程中，柜台平衡会被平衡调节。在正常工作状态下，根据浮钳盘式制动器工作原理，在静力的某一平衡状态下，制动钳受力如下 :（ 1）制动盘反作用力通过内侧摩擦 , 活塞和制动液介质作用在制动钳体的油缸侧壁。（ 2）制动盘反作用力通过外侧摩擦块对钳体产生一个推力。（ 3）与支架相接螺栓孔处有来自支架对钳体的作用力。 在上部分，作为夹具的基准，用七个螺栓来固定定位板。然后，作为基准的定位板，上半部分由两个螺纹钉定在定位板上，和压紧板通过螺栓被夹紧。在夹具里，压紧板是直接接触工件的，所以它收到巨大的 压力。因此，材料选择 45要淬火和回火的热处理。在初始装配中，配合块不需要固定在夹具上，配合块的质量在运动仿真的结果中可以得到。 在上部分和下部分装配完成后，他们由螺栓和螺母组成了一个新的单元 1，如图 5 所示。由于采用层次化装配 5，在实际生产过程中它是合理的，部分管理是简单的，可以有效的缩短设计周期。 3 专用车床夹具的运动学平衡性分析 每个零件的质量需要在专用夹具的运动仿真过程特性之前确定。如图 6 所示，每个零件的材料和密度是由菜单栏里的 机构 /质量属性 来确定的，如 表 1 所示，零件的体积和质量是由三维设计软件计算的。我们选择碳素钢作为其他标准零件的材料，如螺栓和螺母，其密度是 里的定义质量的过程，也要注意单位转换。 建立组件单元，然后，组件单元 1 将通过 “ 连接销连接 ” 安装在主轴上作为机器主轴的基准，如图 7 所示。在进入力学模型后，重力是一个设定的默认值。在矢量列表中，我们设置 X:他： 0。添加一个电动机，它的转速是 360 r/然后建立在外部负载列表里的动态式和打开重力的设置为运行。直到那时，运动学仿真过程才可以运行。为了减少缸 孔的摆动，专用夹具的平衡是本文的关键分析 6,7。平衡性分析的目的是夹具和工件在机床的旋转主轴的整体重心。因此，我们首先要确定夹具和工件的整体质心。然后整体和主轴之间的距离就可以得到。整体和主轴之间的距离应该趋向于零，尽可能调整配合块的质量。 质心的具体三个方向因子的 X,Y,Z 可以通过 的测量功能得到。因为设置机床的旋转主轴为 Z 轴，质心相对于旋转中心的距离只需要质心在 X 或 Y 方向的最大值来确定。没有配合块的夹具虚拟运动的测量结果如图 8 所示。当夹具转动 90 ，质心的最大偏差距离在 X 方向是 有这样做，我们可以知道质心不在轴上；作为它不能满足平衡要求的条件。 表 1 夹具主要零件材料与密度 编号 零件名称 材料 密度 (g/1 平衡块 法兰盘 夹具体 配重块 铅 定位板 45 压板 45为了满足平衡条件的配合块需要添加调整质心，如图 4 所示。在添加配合块后，回归分析，然后重新测量。结果是质心依然不在轴上，但质心相对于轴的距离缩短了。对于配合块的厚度 增加，修改，测量是一次又一次的执行仿真过程。通过大量的测试，得到质心相对于轴的理想距离。这个值是 10如图 9 所示，因此它可以被认为是质心在轴上和满足平衡需求的结果。 根据配合块的运动仿真结果，一个铅砖的厚度是 30积是 105满足平衡性要求的专用槽夹具。在新的设计与旧的设计之间的跳动公差的测量数据的比较如表 2 所示。 表 2 跳动公差测量数据 测量次数 新设计 旧设计 1 0. 动器在车辆安全性方面起着相当重要的作用，直接影响到这些车辆的正常行驶，因而制动器总成及其零部件的安全可靠性倍受关注 。 运用 术对某浮钳式盘式制动器的关键零件进行了有限元分析，分析结果表明制动钳体等关键零件满足设计强度要求 。 当制动时，活塞在液压力的作用下推动内摩擦块沿着导向销轴向移动，以一定的压 力压向制动盘，同时制动钳钳体也在液压反向力作用下将外制动盘以一定压力压向制动盘，这时摩擦衬片便于制动盘间产生摩擦力，从而达到制动的目的 。 在制动过程中，当受力的平衡状态下，制动钳钳体受力为：（ 1）制动盘反作用力通过内侧摩擦块，活塞和制动液作用在钳体的油缸侧壁 。 （ 2）制动盘反作用力通过外侧摩擦块对钳体产生一个推力 。 （ 3）与支架相接螺栓孔处又来自支架对钳体的作用力 。 制动器支架的受力情况为： 制动盘与摩擦衬块间的摩擦力 通过制动底板传到支架的一侧，来自与支架滑槽相触的是制动底板对滑槽的压力，而压力的大小取决与摩擦片 圆周摩擦力的大小； 支架固定处来自转向节的反作用力； 与钳体相接处来自钳体的反作用力 。 通过对该浮钳盘式制动器的关键零件进行受力分析，这些作用力将作为载荷边界条件添加到有限元分析模型中 。 在 件建立该型号浮钳盘式制动器三维模型后，通过软件集成技术将模型导入到 成的有限元前处理模块 “ 中自动划分网格 4。 网格划分前，需要简化模型，可以减少分析求解所需要的时间 。 为了能准确地反应各零件的应力 、 应变及位移的规律，采用 10 节点四面体单元作为划分网格类型 。 完成网格划 分后，可在属性编辑器评价和修改网格属性以改进网格，这样能在边缘和高应力处细化和改善网格 。 通过定义好网格和作用边界条件准备好有限元模型 。 就可以执行解算 。 需注意的是，为确保成功解算和精确结果，有限元模型的检查是必需的，解算前先创建分析方案，将仿真文件导入 解器解算，顺利求解后在仿真导航器中可显示计算结果，在后处理模块中，显示或编辑相关零件的位移，应力或应变等指标 。 通过后处理模块，我们能通过云图直观形象地得到位移，应力应变的变化和显示，并可以以动画等方式显示零件中最危险的部位 。 我们能直接观察和读 取活塞，制动钳支架和制动钳钳体的应力，并了解到各零部件是否满足强度要求 。 4 结论 根据制动卡钳的缸孔的技术要求在加工、 中结合夹具中的机械仿真功能采用三维设计的研究和运动学仿真的研究。根据专用夹具的三维建模和运动仿真的开发过程和验证数据显示，三维设计过程可以在原型建模之前方便的预测夹具的组装干涉和准确添加在铅砖的质量。这样我们可以消除由车床夹具的不平衡引起的摆动和提高缸孔与机床主轴的跳动公差精度，从而保证制动卡钳的缸孔的加工质量。 参考文献 1 祝凌云，李斌 功仿真 和有限元分析 民邮电出版社， 2004 2 丁锦宏，吴国庆 软件在新产品设计中的应用 008(8):13852 3 008(1):52 4 秦国华，张卫红 机床夹具的现代设计方法 空工业出版社：（ 2006） 5 万志坚，罗显光 基于 建模的汽车油管检具设计 2006(7):172 简介 潘金坤是南京工程学院机械工程学院的一个讲师，他的研究兴趣在机械设计及理论。 左万里是南京工业大学机械与动力工程学院的研究生，他的研究兴趣是机械设计及理论。 路东升是南京工业大学机械与动力工程学院的研究生，他的研究兴趣是机械设计及理论。
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