应用中望3D轻松设计陶瓷盘式制动器

1.概述

我是一名机械专业的高校学生，在学校学的是UG、Pro/e，一次偶然机会发现身边同学在用中望3D这款三维CAD软件参加全国3D工业设计大赛，于是我抱着尝试的心态开始学习并使用中望3D参赛。那时离比赛投稿结束时间只剩下不到一个月了，没想到最后我不仅按时交了稿还获得学生组的优胜奖。中望3D虽然是国产三维CAD软件，但是丝毫不比国外三维CAD软件逊色：不仅功能强大，而且易学易用。尤其是中望3D的参数化设计、装配设计和混合建模方面的出色表现，让我在保证质量的同时又有如此高的效率。这次参赛除了感谢身边老师和同学的帮助，也非常感谢中望3D“线上互动培训”的技术专家奉老师在软件的学习和使用上给我提供了大量指导。希望通过这次作品的设计经历分享给更多的人，互相学习，也希望收到更多的指导建议。

由于一直对汽车结构非常感兴趣，而且我本身学习的是机械设计，这次的作品主题就定位在我本人较感兴趣的汽车刹车系统领域。目前主流的汽车刹车系统的制动器主要有：鼓式制动器和盘式制动器两种。鼓式制动器发展最早，现在已经逐步减少应用，中高端的汽车都是用盘式制动器，但是盘式制动器一些问题：在连续高速制动时，制动盘会产生相当高的温度，传统的制动盘是有金属材料制造的，耐热性较差。而这个陶瓷盘式制动器则是为了解决这个问题的，除了传统的机构外，这个制动器的制动盘是使用碳纤维材料制造（图1），代替了传统的金属材料，大大提高耐热性与耐磨性。

在整个三维建模当中，都是使用中望3D设计的，其中除了单个零部件的参数化设计，还使用了自下而上和自上而下的两种混合装配建模，这确保了主体零件之间保持了很好的参数化关联驱动，而像螺栓、油嘴等标准零件则是从标准件库直接插入进行装配。

下面分享一下使用中望3D设计过程中的关键要点：

2.轮胎的快速设计

轮胎的设计其实是这个制动器中还不是最关键的要素，不过为了呈现作品的完整性，方便制动器机构的展示，最后还是决定把轮胎画了上去。

其中在画轮胎花纹的时候，主要使用了中望3D的阵列和替换面的功能，简单几步就在旋转主体上面做好了复杂的花纹，这是令我觉得很好的地方，整个轮胎的设计在中望3D特征树不超过15步（图2），让我节省了很多时间，使得后面能重点关注在制动器机构的设计。

3.参数化设计轮毂

轮毂的设计通过表达式控制尺寸，实现参数化设计。中望3D方便快捷的表达式驱动在整个轮毂设计中发挥了很大的作用，因为这个轮毂分别有13 inch和14 inch，而在这个作品中，只要建立相关的表达式，通过简单的数值输入就能快速生成两种尺寸的轮毂。而更关键的是其它刹车钳、联接轴等模型全部关联到此参数，只要轻松的修改，整个制动器的机构尺寸大小都会一起发生变化（图3）。

4.制动盘的设计

制动盘的设计还是主要使用了大量的草图进行旋转。而不得不提的是中望3D里面的预制草图功能，里面有一些现成的常用的草绘线框，无需从头绘制，只需直接调用标注尺寸即可，这也大大节省了我的设计时间（图4）。

5.刹车钳的设计

刹车钳的设计花了不少时间，一方面是刹车钳的工程要求较高，对强度刚性有要求；另一方方面自己对曲面建模不是很熟悉。但是设计下来发觉中望3D的曲面还是相当不错的：首先单个零件支持多实体设计，其次实体和曲面的混合建模，显得更灵活自由，也确保能够获得想要的造型。最后中望3D在一些细节特征的设计上如倒圆角、孔等也表现出色，很好的在复杂的边缘倒圆角成功并且创建出符合GB的各种螺纹孔（图5）。

6.加力泵的设计

加力泵的设计大量参考了来自刹车钳的面和边缘，进行创建，这有赖于中望3D在装配环境下不同部件的参考引用，能够快速复制来自外部部件的图素进行部件间建模，而且能够很好的保证两个部件之间的关联关系，只要刹车钳已修改，加力泵也随之更新（图6）。

7.装配设计

装配设计对于主零件的设计运用的是自顶而下的设计方式，中望3D在这一块我认为表现非常优秀，特别是提供了不同的部件间建模的命令，能够快速切换不同工作零件，并且互相建立关联参考。而对于螺钉、油嘴、轴承这样的标准件在中望3D中可以直接从Partsolution的标准件库里面进行导入，无需从头建模，这也节省了我大部分的时间。

同时中望3D的装配约束和装配管理器符合主流软件的设计思想，这让使用NX的我很快就掌握了装配的使用，为整个设计添加完整的装配约束，并且创建相应的爆炸视图（图7） 。

8.渲染

最后是渲染：这一次渲染的工作直接在中望3D中完成，包括添加材质灯光等（图8 ）。

9.结语

经过这次三维CAD设计经历，我个人觉得再好的想法和原理，要制造样机，也必须借助专业三维CAD设计工具。在参加大赛之前，我曾经犹豫过选择中望3D还是其它CAXA或者山大华天等三维CAD软件，但是安装试用之后，还是觉得中望3D在操作习惯、参数化建模、特征树装配树管理上面，更接近我以前学习的其它NX，Pro/E软件，更容易实现我的想法。中望3D果然没让我失望！通过两个星期的边学习边设计，我最终完成了个陶瓷盘式制动器的设计，并且获得了学生组的优胜奖。真心希望中望3D能够发展得更好更快，尽快走入校园，造福更多理工类专业的学生！