基于proengineer实现汽车自动调整臂机构运动仿真

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1、基于Pro/Engineer实现汽车自动调整臂机构的运动仿真作者：李国平，谭跃刚  频道：自动调整臂  发布时间：2008-03-25   汽车刹车间隙自动调整臂是位于气室推杆和制动凸轮轴之间，对凸轮轴施加力矩，并同时能自动调整制动蹄片与制动鼓之间间隙的部件，简称自动调整臂。现在我国法律要求所有采用凸轮制动的客车、货车和挂车都安装自动调整臂。近几年，我国调整臂生产厂家都在抓紧时间研究，改进自己的产品。自动调整臂发展迅速，产品发展主要经历了三种：开式的基于活塞行程的自动调整臂，闭式的齿条式自动调整臂，闭式的采用两套蜗轮蜗杆机构的

2、自动调整臂。显然，自动调整臂工作环境恶劣，开式的机构装置容易损坏；目前我国自动调整臂的主流产品是齿条式自动调整臂，但受齿条的来回运动空间的限制，给自动调整臂的设计及使用带来很多不便；采用两套蜗轮的自动调整臂是目前最有发展空间的设计。对于处于设计阶段的产品，产品可装配性、功能实现、产品的优化，最直观、经济的方法，就是用计算机对仿真产品进行建模装配、运动学分析、动力学分析，以检查产品的装配干涉、运动受力等等。三维设计软件Pro/Engineerwildfire是美国PTC（美国参数技术公司）推出的一款CAD/CAM/CAE一体化软

3、件，具有强大的机械装配和运动学仿真的功能模块。本文利用Pro/Engineerwildfire对要设计的自动调整臂进行装配与运动仿真分析。   1自动调整臂及其工作原理   如上所述，自动调整臂有很多种设计方案，这里以采用两套蜗轮蜗杆来实现自动调整的设计方案为例。这种设计的基本结构就是在原先采用齿条齿轮进行自动调整的地方改为使用一套小蜗轮蜗杆机构来进行自动调整。为实现自调机构对调整臂运动机械2005年第8期总第32卷计算机应用技术·29·的正常间隙角，超量间隙角，弹性间隙角的区分，自调机构的一种设计方案如图1所示。   这种设

4、计的自动调整臂的工作过程如下：制动分室活塞推杆推动调整臂，使调整臂转动，转过正常间隙角度，超量间隙角度，弹性角度，进行制动；制动结束后，制动鼓的回位弹簧起作用，使调整臂回到与活塞推杆成直角的位置。随着制动过程不断重复，蹄片磨损积累大，超量间隙角度积累到超过自动调整的调整量后，就会在制动结束后，由棘齿的作用产生自动调整，由棘齿带动小蜗轮，小蜗杆带动小蜗轮，小蜗轮带动大蜗杆，大蜗杆带动大蜗轮，大蜗轮带动凸轮轴，使凸轮轴旋转一个角度后固定不动，这样完成一次调整。   这种设计方案，自动调整臂的最小的正常间隙转角、自动调整臂的调整量，

5、是由自调机构的棘齿和整个机构的传动比来综合确定的。例如，按上述方案，设计的一种自动调整臂的设计参数如下：控制臂支架上的固定齿圈上齿数为z1=61，自调机构的齿轮凸角的齿数为z2=22；自调机构棘齿一圈共有n1=15个棘齿；自调机构上的左旋小蜗杆的头数为z2=4，左旋小蜗轮上齿数为z4=20；左旋小蜗轮与大蜗杆的锥形啮合齿有n2=90个；大蜗杆的头数为z5=1，大蜗轮上的齿数为z6=22，控制缺口与齿轮凸角之间的间隙转角为θ=4°。理论上，自动调整臂的调整量折算到凸轮轴转角δ为：   设计的自动调整臂的最小正常间隙转角Cmin为

6、：   这样，自动调整臂的超量间隙转角Ce保持在到δ之间，当超量间隙角转角超过δ时，自调机构的棘齿就会打滑跳动到下一个啮合棘齿上，调整臂回位时，就会产生自调作用，使自动调整臂的超量间隙角减少δ。把上述设计的自动调整臂的数据代入式（1）、式（2），可得：该自动调整臂的调整调整量折算到凸轮轴转角δ为0.2184°；自动调整臂的正常间隙转角Cmin为9.8803°。不考虑弹性间隙角，则自动调整臂的运动角度总是处于9.8803°到10.0987°之间，当运动角度超过10.0987°时，就会产生自调，使转角减少0.2184°。   2基

7、于Pro/Engineer自动调整臂机构的建模与装配   自动调整臂机构的建模与装配是具体设计各个机械零部件，在计算机上进行二维绘图和三维实体造型，然后通过装配模块完成各个零件的组装，形成整体机构。装配是运动仿真的前提保障，装配关系的正确与否直接影响着运动仿真的结果。装配要实现产品的运动，对产品的各零件组装不能采用传统的装配模式——完全约束，要采用连接装配，这样才能把各个零件或组件在整体机构上发挥的作用及职能（自由度）。装配好的自动调整臂在装配模式下进入Mechanism模式下就可以对机构进行定义，运动仿真。Pro/Engin

8、eer的Mechanism是对机构定义，使机构中的零件移动，以及对机构的运动进行分析研究的模块。Pro/Engineer的运动仿真模拟设计的流程是：建立模型→检查模型→补充相关建模实体→准备分析→分析模型→取得结果。按照Pro/Engineer提供的工具，对自动调整臂的零部件