一種手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過幾十年的發(fā)展已經(jīng)逐步走向成熟，結(jié)構(gòu)設(shè)計者借助計算機虛擬技術(shù) 和結(jié)構(gòu)設(shè)計理論設(shè)計出安全可靠的結(jié)構(gòu)，也借此更好地選擇材料。與傳統(tǒng)的設(shè)計相比，連續(xù) 體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的最大優(yōu)點是能在不知道結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤畹那疤嵯?，根?jù)已知邊界條件和載 荷條件確定較合理的結(jié)構(gòu)形式，為設(shè)計師提供全新的設(shè)計和最優(yōu)的材料分布方案。
[0003] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：采用現(xiàn)有設(shè)計 主要依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗和對標(biāo)競品結(jié)構(gòu)，由于零件使用環(huán)境等因素不同，不能完全照搬。 同時也缺少必要的理論支持，一旦開模，后期的修改將帶來成本浪費，甚至開發(fā)周期也不能 滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種確定底座合理結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)了零件輕量化目 標(biāo)，滿足強度與剛度要求，優(yōu)化手制動操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)，滿足結(jié)構(gòu)最優(yōu)、性能最好的手制動操 縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種手制動操縱機構(gòu)的底 座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟：
[0006] 1)確定制動操縱機構(gòu)性能目標(biāo)；
[0007] 2)建立適合于手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的有限元初始設(shè)計域，利用 三維建模軟件將參數(shù)化模型導(dǎo)入有限元軟件中，通過提取出底座的最大設(shè)計空間尺寸建立 有限元初始設(shè)計域；
[0008] 3)建立拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型：
[0009] 根據(jù)手制動操縱機構(gòu)的材料，設(shè)定手柄、底座、轉(zhuǎn)軸、繞線盤和車身安裝板的彈性 模量、泊松比和密度；
[0010] 對模型進行網(wǎng)格劃分，設(shè)定手柄、轉(zhuǎn)軸、繞線盤和車身安裝板為非設(shè)計區(qū)域，底座 除安裝孔附近其他都為設(shè)計區(qū)域；
[0011] 在底座與車身安裝板的安裝孔施加固定約束，轉(zhuǎn)軸與手柄固定連接，轉(zhuǎn)軸與底座 設(shè)置Y向旋轉(zhuǎn)自由度，在手柄端部附近施加載荷；
[0012] 4)迭代求解：
[0013] 采用變密度優(yōu)化材料分布法，以底座滿足剛度和強度為設(shè)計目標(biāo)，求出底座設(shè)計 區(qū)域的最佳材料分布方案，并以此方案設(shè)計出優(yōu)化后的底座的形狀；
[0014] 5)獲得手制動操縱機構(gòu)的底座的優(yōu)化結(jié)構(gòu)；
[0015] 6)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果創(chuàng)建CAD模型；
[0016] 7)分析優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的剛度和強度。
[0017] 在第4步中，以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)。
[0018] 在第4步中，優(yōu)化約束：設(shè)計空間體積分?jǐn)?shù)上限為0. 3。
[0019] 在第3步中，施加載荷的位置為離手柄端部50mm處。
[0020] 在第7步中，建立手制動操縱機構(gòu)有限元模型，手柄與轉(zhuǎn)軸剛性連接，轉(zhuǎn)軸與底座 設(shè)置Y向轉(zhuǎn)動自由度，底座與車身接觸連接，在手柄上施加測試載荷，進行剛度與強度校 核。
[0021] 剛度與強度校核內(nèi)容包括：手柄最大應(yīng)力、轉(zhuǎn)軸最大應(yīng)力、繞線盤最大應(yīng)力、底座 最大應(yīng)力，并與各自屈服應(yīng)力比較；校核內(nèi)容還包括：手剎安裝點剛度與手剎控制手柄側(cè) 向剛度。
[0022] 測試載荷為：兩個側(cè)向載荷100N和一個垂向載荷400N。
[0023] 上述技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果，通過優(yōu)化設(shè)計理論， 借助計算機虛擬分析技術(shù)，分析優(yōu)化了手制動操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)，滿足結(jié)構(gòu)最優(yōu)、性能最好。綜 合考慮剛度、強度和結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。1、降低零件重量，減少材料使用量。2、縮短開發(fā)周期，減 少樣件實驗次數(shù)。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實施例中提供的一種手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法 的初始設(shè)計域；
[0025] 圖2為底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)；
[0026] 圖3為底座結(jié)構(gòu)的最終三維模型；
[0027] 圖4為底座結(jié)構(gòu)裝配的有限元模型；
[0028] 圖5為手柄的應(yīng)力分布圖；
[0029] 圖6為轉(zhuǎn)軸的應(yīng)力分布圖；
[0030] 圖7為繞線盤的應(yīng)力分布圖；
[0031] 圖8為底座的應(yīng)力分布圖；
[0032] 圖9為現(xiàn)有底座結(jié)構(gòu)不意圖；
【具體實施方式】
[0033] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細(xì)描述。
[0034] 參見圖1，一種手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟：
[0035] 1)確定制動操縱機構(gòu)性能目標(biāo)；
[0036] 2)建立適合于手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的有限元初始設(shè)計域，利用 三維建模軟件將參數(shù)化模型導(dǎo)入有限元軟件中，通過提取出底座的最大設(shè)計空間尺寸建立 有限元初始設(shè)計域，如圖1所示；
[0037] 3)建立拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型：
[0038] 根據(jù)手制動操縱機構(gòu)的材料，設(shè)定手柄、底座、轉(zhuǎn)軸、繞線盤和車身安裝板的彈性 模量、泊松比和密度；
[0039] 對模型進行網(wǎng)格劃分，設(shè)定手柄、轉(zhuǎn)軸、繞線盤和車身安裝板為非設(shè)計區(qū)域，底座 除安裝孔附近其他都為設(shè)計區(qū)域；
[0040] 在底座與車身安裝板的安裝孔施加固定約束，轉(zhuǎn)軸與手柄固定連接，轉(zhuǎn)軸與底座 設(shè)置Y向旋轉(zhuǎn)自由度，在手柄端部附近施加載荷；
[0041] 4)迭代求解：
[0042] 采用變密度優(yōu)化材料分布法，以底座滿足剛度和強度為設(shè)計目標(biāo)，求出底座設(shè)計 區(qū)域的最佳材料分布方案，如圖2所示，并以此方案設(shè)計出優(yōu)化后的底座的形狀；
[0043] 5)獲得手制動操縱機構(gòu)的底座的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，如圖3所示；
[0044] 6)根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果創(chuàng)建CAD模型；
[0045] 7)分析優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的剛度和強度。
[0046] 在第4步中，以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)。
[0047] 在第4步中，優(yōu)化約束：設(shè)計空間體積分?jǐn)?shù)上限為0. 3。
[0048] 在第3步中，施加載荷的位置為離手柄端部50mm處。
[0049] 優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)重量為I. 096kg，最終優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)（圖3)比初始結(jié)構(gòu)（圖9)有如 下優(yōu)點：1、結(jié)構(gòu)簡單，重量相比減輕416g;2、底座與車身安裝面積減少，避免因底座平面度 要求帶來沖壓工藝的浪費，也能更好地控制手制動安裝的居中性。
[0050] 在第7步中，建立手制動操縱機構(gòu)有限元模型，如圖4所示，手柄與轉(zhuǎn)軸剛性連接， 轉(zhuǎn)軸與底座設(shè)置Y向轉(zhuǎn)動自由度，底座與車身接觸連接，在手柄上施加測試載荷，進行剛度 與強度校核，如圖5、6、7、8所示。
[0051] 測試載荷為：兩個側(cè)向載荷100N的匕和一個垂向載荷400N的F3。
[0052] 剛度與強度校核內(nèi)容包括：手柄最大應(yīng)力、轉(zhuǎn)軸最大應(yīng)力、繞線盤最大應(yīng)力、底座 最大應(yīng)力，并與各自屈服應(yīng)力比較；校核內(nèi)容還包括：手剎安裝點剛度與手剎控制手柄側(cè) 向剛度。對比結(jié)果如表1和表2,均滿足要求：
[0053] 表1應(yīng)力計算結(jié)果
【主權(quán)項】
1. 一種手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 確定制動操縱機構(gòu)性能目標(biāo)； 2) 建立適合于手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的有限元初始設(shè)計域，利用三維建 模軟件將參數(shù)化模型導(dǎo)入有限元軟件中，通過提取出底座的最大設(shè)計空間尺寸建立有限元 初始設(shè)計域； 3) 建立拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型： 根據(jù)手制動操縱機構(gòu)的材料，設(shè)定手柄、底座、轉(zhuǎn)軸、繞線盤和車身安裝板的彈性模量、 泊松比和密度； 對模型進行網(wǎng)格劃分，設(shè)定手柄、轉(zhuǎn)軸、繞線盤和車身安裝板為非設(shè)計區(qū)域，底座除安 裝孔附近其他都為設(shè)計區(qū)域； 在底座與車身安裝板的安裝孔施加固定約束，轉(zhuǎn)軸與手柄固定連接，轉(zhuǎn)軸與底座設(shè)置Y向旋轉(zhuǎn)自由度，在手柄端部附近施加載荷； 4) 迭代求解： 采用變密度優(yōu)化材料分布法，以底座滿足剛度和強度為設(shè)計目標(biāo)，求出底座設(shè)計區(qū)域 的最佳材料分布方案，并以此方案設(shè)計出優(yōu)化后的底座的形狀； 5) 獲得手制動操縱機構(gòu)的底座的優(yōu)化結(jié)構(gòu)； 6) 根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果創(chuàng)建CAD模型； 7) 分析優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的剛度和強度。
2. 如權(quán)利要求1所述的手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，在 第4步中，以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)。
3. 如權(quán)利要求1所述的手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，在 第4步中，優(yōu)化約束：設(shè)計空間體積分?jǐn)?shù)上限為0. 3。
4. 如權(quán)利要求1所述的手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，在 第3步中，施加載荷的位置為離手柄端部50mm處。
5. 如權(quán)利要求1所述的手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，在 第7步中，建立手制動操縱機構(gòu)有限元模型，手柄與轉(zhuǎn)軸剛性連接，轉(zhuǎn)軸與底座設(shè)置Y向轉(zhuǎn) 動自由度，底座與車身接觸連接，在手柄上施加測試載荷，進行剛度與強度校核。
6. 如權(quán)利要求5所述的手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，剛 度與強度校核內(nèi)容包括：手柄最大應(yīng)力、轉(zhuǎn)軸最大應(yīng)力、繞線盤最大應(yīng)力、底座最大應(yīng)力，并 與各自屈服應(yīng)力比較；校核內(nèi)容還包括：手剎安裝點剛度與手剎控制手柄側(cè)向剛度。
7. 如權(quán)利要求5所述的手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，測 試載荷為：兩個側(cè)向載荷100N和一個垂向載荷400N。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，對現(xiàn)有底座結(jié)構(gòu)按拓?fù)鋬?yōu)化方法進行優(yōu)化，通過優(yōu)化設(shè)計理論，借助計算機虛擬分析技術(shù)，分析優(yōu)化了手制動操縱機構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)，達到結(jié)構(gòu)最優(yōu)、性能最好。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104794302
【申請?zhí)枴緾N201510218800
【發(fā)明人】武立勝
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月30日