逆向工程在汽車盤式制動系統設計中的運用

張海英

摘 要：逆向工程在汽車盤式制動系統設計中的應用主要是為了對其設計技術過程進行再現，通過將汽車盤式制動系統的實物通過數字化技術及信息化技術來將其重新轉化為CAD模型，這種設計手段的應用可以對汽車盤式制動器的特點進行完全整的再現展示。由于汽車盤式制動器在實際中具有結構復雜、零件較多等特點，因此在逆向工程中可以采用三維掃描儀來對其進行掃描，從而獲取數據點，應用CATIA對所得數據進行處理，通過逆向工程原理來進行虛擬裝配，以此來保證汽車盤式制動系統設計的效果。

關鍵詞：逆向工程；裝配思想；盤式制動器；CATIA；CAD

制動系統作為汽車中重要的組成部分，其對汽車的行駛安全、行駛體驗有著極為重要的影響，因此在實際中通過裝配性能良好的制動器可以提高汽車的整體性能，使汽車制動效能可以得到有效提升并維持在恒定狀態，從而避免因制動而引起的事故問題。目前在制動系統中，盤式制動器在應用中性能較好，因此其應用量也較多，本文主要研究的就是汽車盤式制動系統設計的特點，分析逆向工程在其中運用的要求及需要注意的事項。

一、逆向工程與汽車盤式制動系統設計的內容

1、汽車盤式制動系統的特點

根據汽車盤式制動系統組成來看，其主要是由制動盤、分泵、制動鉗、活塞組件、油管等部件組合而成，其在運行中主要由液壓所控制，具有散熱快、重量輕、結構簡單等優點，在實際的應用中盤式制動器具有運行穩定、耐高溫、高負載等特點使其被廣泛應用于汽車制動系統中。

2、逆向工程的特點

逆向工程的實施需要由數字技術、幾何模型重構、產品制造等技術作為支持，其可以對產品的制造生產流程進行虛擬裝配，從而得出產品的制造流程、組織結構、性能特點及技術工藝等設計中所必備的要素，同時其還可以對設計進行優化，使最終所得模型整體性能得以提升，有效的改善設計、縮短設計周期，具有極高的應用價值。

二、數據采集

在逆向工程應用中必須要通過數據采集來獲取產品的參數信息，目前其采集方式主要分為接觸及非接觸兩種。數據采集方法分為接觸式采集法和非接觸式采集法。所謂接觸式采集法是指包括使用基于力的擊發原理的觸發式數據采集和連續式掃描數據采集、磁場法、超聲波法。非接觸數據采集則是通過光學原理來對產品的各項參數進行獲取及收集，主要包括：激光三角形法、激光測距法、結構光法以及圖像分析法等。這里采用非接觸采集法獲取復雜零件的點云數據，即三角面片數據。

在對汽車盤式制動器零部件進行數據采集掃描時需要注意以下原則：第一，對測量頭進行軟件標定和硬件標定；第二，顯影劑噴涂均勻；第三，標志點粘貼無序；第四，掃描環境（包括光照，振動等）要穩定。

三、數據處理

經三維掃描儀掃描后獲取的零件點云數據，一般可能存在破洞、背景點和壞點等現象，可通過配套軟件ATOS Professional進行處理或將三角面片數據導入CATIA中，利用CATIA中的Remove功能對噪點進行清理。利用三維掃描儀獲取的數據其誤差保持在10μm以上，主要來源于設備誤差。通過對設備的標定，可將該誤差減小到40μm以下。

四、曲面擬合

CATIA曲面擬合方法有多種，對于平面，我們可以通過以下幾種方法創建：Extrude，Sweep，Basic Surface Recognition以及Power Fit。對于規則曲面，可以通過Extrude，Revolve，Sweep，Basic Surface Recognition等功能創建出來。對于不規則曲面，主要通過Sweep，Blend，Multi-Sections Surfaces以及Power Fit等功能來創建。還有其它一些擬合功能，如Fill，Surfaces Network等。總之，對于擬合方法的選取，要根據零件的具體特征而定。曲面擬合前，必須要創建一個基準面，該基準面作為之后所有創建平面的基準，具有至關重要的作用。因為實際的產品設計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準上的。由于制動器零件較多，具有復雜的裝配關系，并且部分零部件是通過游標卡尺測量建模得到的，為保證虛擬裝配工作的順利進行，在曲面擬合的過程中必須要以裝配的思想來構建曲面。

五、實體重構

曲面擬合后，下一步進行實體重構，即由面形成體的過程。CATIA提供了兩種構造實體模型的方法，Thick Surfaces和Close Surfaces。對于結構比較簡單，規則的零件，只需要加厚就能完成的則選用Thick Surfaces構建實體模型；對于結構比較復雜的零件，則選用Close Surfaces構建實體模型。對于復雜結構的制動器鉗體，首先創建各表面并合并為一體，最后通過封閉曲面構建實體模型。螺紋孔、光孔等其他零件特征則在實體模型的基礎上建立。

六、虛擬裝配所

有零件實體構造完成以后，則要進行盤式制動器的虛擬裝配工作。在進行裝配時，可按組件和零件并存的方式進行，如螺桿機構組件，活塞機構組件，拉索支架，拉桿等。每一組件都由相應的零件裝配而成。組件與組件之間可以是并列關系，也可以是包含關系。所有零件裝配完成后，還要進行干涉和間隙檢查。在盤式制動器裝配過程中允許部分零件之間出現干涉的情況，如彈簧片，回位彈簧，滑銷防塵套等。

七、有限元分析

利用逆向工程設計完成裝配件后，為檢驗設計的合理性，對主要零件進行有限元分析，校核其強度和剛度。以計算鉗體強度和剛度為例進行有限元分析。按照規范要求，選擇缸內液壓值為6.86MPa的典型工況進行分析。為了得到更加穩定的應力應變值，采取慣性釋放的方法進行計算，可以分析出其最大應力為67.1Mpa，而鉗體材料為鋁合金，其屈服強度為150Mpa，許用應力為100MPa，故滿足其強度要求。其沿軸線方向最大位移為0.1mm，小于國標要求的0.2mm，故滿足其剛度要求。

結語：從上述分析可以看出，基于逆向工程方法的盤式制動器設計高效，準確，大大縮短摸索的時間，為后續自主創新，優化設計奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

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