盘式制动器建模及制动盘的有限元分析

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盘式制动器建模及制动盘的有限元分析

课程设计任务书目录1、实体建模步骤、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、31、1制动盘建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、31、2摩擦片建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、41、3制动活塞建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、61、4制动钳建模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、61、5整体装配、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、82、导入过程、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、93、有限元分析得过程分析得过程、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、103、1对导入得模型进行单元属性定义、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、103、2网格划分及添加约束、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、103、3进行模态分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、113、4制动盘得振型分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、123、5结论、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、15参考文件、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、161 实体建模步骤建模选用catia三维操作软件,建模步骤如下。

盘式制动器热_结构耦合的数值建模与分析_黄健萌

w2 ——摩擦功率转化为热流密度的权值，假定摩擦功全部转化为摩擦热，w2=1
Ff ——摩擦力 Ff = µ p(x, y,t)
制动盘工作表面(S1)上的边界条件：与片接触的摩擦表面上具有盘片之间的自然热传导以及摩擦热
流的输入，而在非接触表面上还存在与空气的对流
换热、热辐射的作用，即
λd
∂ Td ∂z
器热传导的有限元计算模型简图如图 1。图 1 中 S1、 S2、S3、S4 分别表示盘的工作表面、中心平面、外圆侧面以及内圆侧面，d1、d2 分别表示盘与片的总厚度以及盘的一半厚度，A1、A2、A3 分别表示片的摩擦工作表面、侧表面、背面，r1、r2 分别表示片的内、外半径，r3、r4 分别表示盘的内、外圆半径， θ为摩擦片包角。
上只有与空气的对流换热，可得
Abstract：According to the real dimension of the braking disc and the pads, the modeling for three-dimensional transient thermal-structure coupling during the emergency braking is established based on the effect of the moving heat source with relative sliding variation and the coupling of the frictional thermal flow between the disc and the pad. By using the nonlinear multiphysics field of the ANSYS software, the braking process of the disc brake is simulated. The distribution of the temperature and the stress of the disc during the braking are analyzed. The temperature and the stress are coupled. During the braking, the transient temperature/stress variation present periodical fluctuations due to the entering heat flux and the thermal convection alternately. The variational period of the temperature/stress increases with the braking time prolonged. And the reason of radial thermal fatigue fracture of the disc is discussed. Key words：Disc brakes Thermal-structure coupling Numerical modeling Thermal fatigue fracture

基才Maxwell的盘式制动器辅助电磁制动装置的有限元分析

分布云图，分析了磁感应强度和电涡流密度分布的特点及变化规律，并计算了制动转矩，为实际设计和优
化制动装置提供了一定的依据。
关键词：电涡流；盘式制动器；辅助制动；电磁感应；有限元
中图分类号：Ｕ４６３．５文献标志码：Ａ
（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳｃｈｏｏｌ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｂｒｉｅｆｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｂｒａｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｕｓｅｄｉｎｄｉｓｃｂｒａｋｅ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｃｔｏｒｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｓｃａｌａｒｐｏｔｅｎｔｉａｌｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｏｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆａｕｘｉｌｉａｒｙｅｌｅｃｔｒｏ — ｍａｇｎｅｔｉｃｂｒａｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｆｄｉｓｃｂｒａｋｉｎｇ．Ａｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃ

盘式制动器有限元分析方案

一、三维模型的建立在建立热-结构耦合分析模型时，做如下假设：(1) 盘、片接触界面为理想平面；(2) 作用在制动片背面的压力均匀分布；(3) 内外两侧的制动片所产生的热负荷相等，即温度场对称于制动盘中心平面；(4) 忽略材料磨损的影响，认为动能全部转化为摩擦热而被摩擦副吸收。

在计算时，把制动盘与摩擦片的热流输入都当作边界热流输入来处理，则摩擦表面输入热流密度满足：rttrptrvtrptrq⋅⋅⋅=⋅⋅=)(),(),(),(),(ωµµ 式(1) 式中μ—制动盘与摩擦片间的摩擦系数；p(r,t)—摩擦表面上的比压，这里视为常数，MPa；v(r,t)—零件的相对移动速度，m/s；ω(t)—制动盘角速度，rad/s；r—径向坐标，m。

(5) 摩擦片作为强度热源；(6) 盘、片接触区域内界面温度相等；(7) 轮胎与地面之间的附着系数以及滑移率在制动过程中没有发生变化，车轮处在纯滚动运动状态。

根据实际情况，摩擦片不动，制动盘作圆周运动，故对摩擦片背面施加x、y轴两个方向的固定约束。

盘的中心平面沿z 方向轴向固定约束。

由于盘的内孔与轴相连接，故在内圆侧面施加z轴方向的固定约束对于为了模拟减速运动而建立的参考点，只释放其周向旋转的自由度，其他方向的自由度均被约束。

而整个模型的载荷，只是在摩擦片的背面施加压力载荷。

在直角坐标系原心处建立参考点，建立参考点与制动盘内圈的刚性接触关系。

首先在参考点施加初始运动角速度场，之后施加减速度载荷，同时约束参考点其他方向的速度自由度，这样便实现了制动盘的减速运动二、输入热流三、摩擦片外表面施加均匀压力载荷，设定初始温度和角速度变化规律公式四、耦合仿真分析1 紧急制动工况下制动盘的温度场分析（1）制动盘表面径向温度分布（2）制动盘表面轴向温度分布（3）制动盘表面周向温度分布2 紧急制动工况下制动盘的等效应力场分析（1）制动盘表面沿径向的节点等效应力分布（2）制动盘表面沿轴向的节点等效应力分布（3）制动盘表面沿周向的节点等效应力分布3 紧急制动工况下制动盘的三向应力场分析（1）制动盘表面的径向应力分布（2）制动盘表面的轴向应力分布（3）制动盘表面的周向应力分布五、重复制动工况下盘式制动器热-结构耦合分析1 重复制动工况的定义2 相关边界条件的确定3 重复制动工况下制动盘的温度场分析（1）首个制动周期制动盘的温度场分布（径向、轴向、周向）（2）重复制动15次制动盘的温度场分析4重复制动工况下制动盘的温度场分析（1）首个制动周期制动盘的等效应力分布（径向、周向、轴向）（2）重复制动15次制动盘的等效应力分布5重复制动15次制动盘的三向应力分量对比分析六、制动盘的寿命研究七、改进结构1温度场分析2应力场分析3寿命研究。

关于盘式制动器的分析

关于盘式制动器的分析摘要：盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。

特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定,能显著减少制动距离,为车辆提供可靠的安全保障。

同时,能显著减少制动噪声,有效解决制动引起噪声污染。

关键词：盘式制动器一、盘式制动器优点与鼓式制动器相比,盘式制动器具有以下突出优点:(l)热稳定性好盘式制动器无自增力作用,因而与有自增力的鼓式制动器相比,制动器效能受摩擦系数的影响较小,即制动效能稳定。

鼓式制动器受热膨胀后,工作半径增大,使其只能与制动蹄中部接触,从而降低了制动效能。

而盘式制动器中制动盘的轴向热膨胀极小,径向热膨胀根本与性能无关,故不会因此而降低制动效能。

(2)水稳定性好盘式制动器中摩擦块对制动盘的单位压力较高,易于将水挤出。

在车轮涉水后,制动效能变化较小,且由于离心力的作用及衬块对制动盘的摩擦作用,出水后只需一二次制动,性能即可恢复。

而鼓式制动器则需多次甚至10余次制动,性能方能恢复。

(3)反应灵敏盘式制动器刹车片与制动盘之间的间隙相对与鼓式制动器来说要小;此外,鼓式制动器制动行程要比盘式制动器的长,制动鼓热膨胀也会引起制动踏板行程损失,使得制动反应时间变长,而制动盘不存在此现象,故反应较之鼓式制动器更加灵敏。

(4)散热性好盘式制动器的制动盘采用的是通风盘结构,再加上盘式制动器相对开放的结构,散热性能良好。

(5)在输出制动力矩相同的情况下,尺寸和质量较小。

(6)制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小,不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大。

(7)容易实现间隙自动调整,其他保养修理作业也较简便。

除了以上制动性能的优势外,盘式制动器在使用中还有噪音低,符合环保要求;振动小,改善了乘坐舒适性等优点。

由于具备稳定可靠的制动性能,盘式制动器大大改善了汽车高速制动时的方向稳定性,因此取代传统的鼓式制动器已成为现代制动器发展的必然趋势。

其中液压盘式制动器(以下简称HDB)体积较小,提供的制动力矩也相对较小,一般用于轿车等轻型车辆上,尤其是轿车,盘式制动器几乎已经成为现代轿车的标准配置之一。

盘式制动器关键零部件模态分析

1.2盘式制动器的优点盘式制动器与鼓式制动器相比，具备的优点较多。

一是盘式制动器具有较好的热稳定性。

盘式制动器不需要自己增力，因此摩擦表面压力可以均匀分布在衬块上，与鼓式制动器明显不同；二是盘式制动器具有较好的水稳定性。

制动衬块可以将单位压力施加在盘上，且施加的单位压力较高，方便水挤出。

因此盘式制动器即便是在进水状态下，其自身的效能也不会明显降低。

加上衬块对盘的擦拭作用和离心力作用，要想恢复正常只需要在出水后经一次或者两侧的制动即可，而鼓式制动器则需要经过最少十次的制动；三是盘式制动器制动力矩不受汽车运动方向的影响；四是制动衬块上的压力分布较为均匀，因此衬块的磨损也呈现出均匀的特征；五是衬块一旦磨损严重需要更换时，更换操作也较图1盘式制动器的结构图活塞护罩活塞密封圈制动钳体自调螺杆密封圈膜片弹簧支承垫圈驻车制动杠杆护罩自调螺杆膜片弹簧驻车制动杠杆推力球轴承挡片自调螺母螺母扭簧活塞Internal Combustion Engine&Parts为简单；六是制动盘与衬块两者之间的间隙较小，一般在0.05-0.15mm，在间隙较小的情况下可以将制动协调时间明显缩短，由此满足自动调整间隙的需求；七是盘式制动器可以较为容易地构成双回路制动系统，双回路制动系统下可以确保车辆运行的安全性和可靠性[1]。

2构建盘式制动器有限元模型在有限元软件的辅助下构建起了盘式制动器关键零部件的三维物理模型。

其中盘式制动器的关键零部件材料的属性情况如表1所示。

为了确保所构建的三维物理模型与盘式制动器的实际工作情况尽可能相一致，需要将相应的位移约束条件施加在各个零部件上，并对其进行网格划分。

其中制动盘之间D需要设置相对大一点，因为增大制动盘的有效半径可以将制动钳的夹紧力适当降低，进而促使摩擦衬块的单位压力和工作温度降低。

但是实际中轮辋直径会限制制动盘直径D，因此一般情况下轮辋直径的70-79%为制动盘直径D的大小。

并且在汽车质量超过2t的情况下，制动盘直径D需要取上限数值[2]。

摩托车液压盘式制动器钳体的有限元分析系统的研究

摩托车液压盘式制动器钳体的有限元分析系统的研究作者：谢树泳李晓辉钟绍华来源：《时代汽车》2020年第06期摘要：将VC++的界面封装功能和ANSYS软件的二次开发功能结合起来，开发了液压盘式制动器钳体的有限元分析系统。

用户将参数通过界面输入，形成摩托车液压盘式制动器钳体APDL文件，ANSYS软件在VC++的调用下对APDL文件进行计算分析，这极大的降低了摩托车液压盘式制动钳体的设计与分析的工作量。

关键词：摩托车液压盘式制动钳体;VC++;ANSYS二次开发车辆制动器在车辆安全性中扮演者重要的角色，而制动器钳体作为制动器的主要部件，对它进行研究，意義十分重大。

ANSYS软件是一款非常专业和操作复杂的分析软件，想要学习、了解、掌握并进行工程分析是件非常困难的事情，以此设计一款针对摩托车液压盘式制动器钳体的有限元分析系统对摩托车制动器设计是非常必要的。

本文借助VC++的界面设计功能和ANSYS软件的二次开发功能针对摩托车液压盘式制动器钳体，设计了基于VC++的ANSYS二次开发的摩托车液压盘式制动器钳体的有限元分析系统。

借助此系统，普通工作人员不需要针对性的积累有限元分析知识也能对摩托车液压盘式制动器钳体进行有限元的分析工作，并且此系统可视化程度高，操作简单，重复性强，极大的节省了研发制造的时间成本。

1 框架设计此系统的设计目的有两个：第一，借助VC++的界面开发技术与ANSYS软件的二次开发技术实现摩托车制动器钳体的分析功能，第二，此系统的人机交互界面向导，具有较高的方便性和可视性，增强交互功能。

此系统以方便，可靠，易用为原则。

此系统框架主要有三个功能模块组成，首先是参数输入模块，用户通过界面输入液压盘式制动器钳体模型参数，VC++通过关联变量的方法将参数数据录入到相关变量中。

第二是APDL钳体模型文件模块，VC++通过对象封装能力，将摩托车的液压盘式制动器钳体进行APDL命令封装。

最后是VC++对ANSYS软件的接口封装，本文通过函数UINT WinExec （LPCSTR lpCmdLine，UINT uCmdShow）实现VC++软件和ANSYS软件之间的接口技术，第一个参数是命令行参数，输入ANSYS软件的启动路径和APDL参数文件所在路径，第二个参数为软件的打开方式，其值有SW_HIDE，SW_SHOW等。

乘用车钳盘式制动器的结构设计及建模

本科毕业设计（论文）乘用车钳盘式制动器的结构设计与建模Structural design and modeling of the passenger caliper disc brakes摘要本次毕业设计，是进行汽车钳盘式制动器的结构分析与建模，首先文章的开头介绍了什么是汽车的制动系统，以及汽车制动系统的组成，其中汽车在行驶时和停止时的制动是我们考虑的重点，然后依据制动器的制动形式介绍了电磁式，液力式以及最常用的摩擦式制动器。

在说明完基础知识之后，我重点讨论了所涉及的重点，即摩擦式制动器，摩擦式的制动器可依据摩擦副的种类可分为鼓式，盘式与带式，其中鼓式与盘式运用的最为广泛，而由于盘式制动器的优点多，而且随着生产力水平的提升，以及成本的降低，盘式制动器愈来愈多的运用到汽车的生产之中，而盘式之中又以钳盘式制动器运用的最为广泛，因此本文决定设计钳盘式制动器。

在确定了设计的制动器类型之后，查阅车身的各种参数后以及国家标准中对制动系统的要求，对制动器本身的结构尺寸，诸如制动盘的直径与厚度，制动钳，摩擦因数以及制动间隙进行了初步设计。

在设计好了之后，对各项指标进行校核，在符合标准所制定的要求后，画出了钳盘式制动器的零件图，并进行三维建模。

关键词：盘式制动器；设计方法；三维建模AbstractThe graduation project is to carry automobile caliper disc brakes structural analysis and modeling, the first beginning of the article describes what constitutes automotive braking systems, and automotive braking systems, where the traffic and the parking brake is our key consideration, and then based on the brake in the form of electromagnetic brake introduced, and the most mon type of hydraulic friction brakes.After instructions in the basics, I focused on the focusing involved, namely friction brakes, friction brakes can be based on the type of friction can be divided into the drum, disc and tape, in which the use of drum and disc the most widely used, and because of the advantages of multi-disc brakes, and with increased productivity levels, as well as lower costs, more and more use of disc brakes to the car into production, and the disc into the caliper disc brakes use the most widely used, and therefore decided to design this paper caliper disc brakes.In determining the design of the brake type after the inspection body and the national standards of various parameters on the braking system requirements, the structural dimensions of the brake itself, such as the diameter and the thicknessof the brake disc, brake caliper, friction factor and brake clearance preliminary design.After the design is good, the various indicators checked, after pliance with the requirements established standards, draw the caliper disc brake parts diagram, and three-dimensional modeling.Keywords: disc brakes; design method; dimensional modeli目录摘要III第一章绪论11.1 制动系统的基本概念 (1)1.2制动器的结构分类 (2)1.3 制动系统研究现状 (2)第二章制动器的结构形式选择32.1鼓式制动器的工作原理 (3)2.2 盘式制动器结的简单说明 (4)2.3盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优点 (5)2.4盘式制动器方案比较 (5)2.4.1 固定钳式盘式制动器 (5)2.5乘用车制动器结构的最终选择 (7)第三章制动器的设计流程73.1设计参数73.2 钳盘式制动器主要元件73.2.1 制动盘73.2.2 制动块113.2.3 制动钳 (12)3.2.4摩擦材料 (13)3.2.5 制动器间隙及调整 (14)3.3 制动器制动力分配曲线分析 (15)3.4 同步附着系数的选取 (18)3.5 确定前后轴制动力矩分配系数 203.6 有关制动效能的计算 (20)3.7 制动器制动力矩的计算 (21)3.8 制动系统性能要求 (21)3.8.1 制动时汽车的方向稳定性的要求 (21)3.8.2制动减速度j的计算 (23)3.8.3制动距离S的要求 (23)3.8.4对车轮制动器的比能量耗散率的要求 (24)3.8.5 对比摩擦力的要求 (24)3.8.6防止水和污泥进入制动器工作表面 (24)3.8.7紧急制动时踏板力的计算 (24)3.9 磨损特性之计算25第四章校核及技术要求274.1有关温度情况校核 (27)4.2 制动器的技术要求 (28)4.2.1制动盘 (28)4.2.2 制动钳 (28)4.2.3 前轮轮毂总成技术要求 (28)第五章制动器的三维模型295.1三维建模软件之介绍 (29)5.2 制动器零件图的三维的建模 (29)5.2.1 制动盘的三维建模 (29)5.2.2制动钳的三维建模 (30)5.2.3 轮毂的三维建模 (30)5.2.3 支架的三维建模 (31)5.2.3 轴承的三维建模 (32)5.2.6制动片的三维建模 (33)5.2.7隔泥板的三维建模 (33)5.2.8其他小部件的三维建模 (34)5.3制动器装配图 (36)参考资料41致39第一章绪论1.1 制动系统的基本概念制动性是反应汽车自生性能的一个十分有意义的参考标准，其包括是否可以让汽车保持有合适减速度，是否可以让汽车在下长坡制动时保持有相对平缓的随动，以及可使其停在原地或坡道上等判定标准；这之中包含有一系列的特殊装置安装在汽车上，使人们能根据道路和交通条件，在脚踩下踏板后可控的改变汽车运动状态的力叫做制动力，如此的一系列特殊的装配系统，就被人们称为制动系统。

有限元分析在盘式制动器设计中的应用

更好的制动性能。
关键词：提升机；盘式制动器；ＳｌＷｏｋｉｌｔｎｏｉｄｒｓＳｍｕａｉｏ
中图分类号：Ｄ３￣Ｔ５４．５
文献标志码）５０７ — ３６３９３（００ — ０１０１
ＴｈｐｉａｉｎｏｅＦｉｉｅＥｌｍｅｔａｙｓｓｉｓｇｆｓａｅｅＡｐｌｃｔｏｆｈｎｔ— ｅｎｔＡｎｌｉｎｔＤｅｉｎｏｋＢｒｋｈｅＤｉ
Ａｂｓｒｃ：ＴｈｐｒｔｎａｒｎｉｌｎｅｓｒｃｕｅｏｘｓｎｒｋｓａｅａａｙｅＡｉｎｇａｓｍａａｉｓｏｏｒｔａｔｅｏｅａｏｌｉｃｐｅａｄｔｔｕｔｒｆｅｉｔｇｂａｅｒｎｌｚｄ．ｍｉｔｔｌｄｅｆｐｏｉｐｈｉｉ
２ＸｉｎｍｅａｅｉｅＥｕｐｎ．Ｌｄ，Ｚｈｚｏｎｎ４２０．ａｇｉＬｅｄｒｎｑｉｍｅｔＭＣｏ，ｔ．ｕｈｕＨｕａ１０３，Ｃｎ；ｉｈａ
３Ｔａｈｎｆｉｆｃ，ＨｎｎＵｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙＺｕｈｕＨｎｎ４２０，Ｃｉａ）．ｅｃｉｇａａｓｉｅｕａｎｖｒｔｆｃｎｌｇ，ｈｚｏｕａ１０７ｈｎｒＯｉＴ
病，运用ＳｌＷｏｋ软件对制动器整体结构进行自下而上的建模，再利用ＳｌＷｏｋｉｌｔｎｏｉｒｓｄｏｉｒｓｍｕａｉ软件对关键ｄＳｏ
零件进行了有限元分析，从而优化了盘式制动器的结构设计，有效提高了制动器的安全可靠性，使其具有

轿车盘式制动器关键零部件的设计及有限元分析

科技信息1.前言汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上[1]。

目前汽车制动大多采用摩擦制动，在摩擦制动过程中产生的制动器的受迫振动，不但会产生噪声，而且还影响刹车效果[2]。

制动时制动系产生的制动噪声尽可能小是制动器设计的主要要求之一。

汽车制动过程中，作用在制动器各零件上的载荷都是动载荷，若激振频率与制动零件的固有频率接近，零件将产生强烈的共振，从而产生严重的制动噪声，甚至造成零件寿命降低和结构破坏。

制动盘作为盘式制动器的主要摩擦副，对其进行有限元模态分析，分析其振型特征，提出相应的修改方案，尽量避免产生共振和噪声，为进一步的模态试验提供参考和依据[3~5]。

2.盘式制动器结构简介制动器有鼓式与盘式之分。

行车制动是用脚踩制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动操纵，且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。

按摩擦副中的固定摩擦元件的结构来分，盘式制动器分为钳盘制动器和全盘制动器两大类。

全盘制动器的固定摩擦元件和旋转元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触。

这种制动器的散热性差，为此，多采用油冷式，结构复杂。

钳盘式制动器按制动钳的结构形式可分为固定钳式和浮动钳式两种。

本文以普通轿车为例其制动系统选择前盘后鼓，下面主要针对盘式制动器进行结构介绍及设计。

图1所示为盘式制动器的整体结构。

与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下优点：（1）热稳定性好。

因无自行增力作用，衬块摩擦表面压力分布较鼓式制动器更为均匀；（2）水稳定性好。

制动衬块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而进水后效能降低不多；又由于离心力及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一、二次制动即能恢复正常。

鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复；（3）制动力矩与汽车运动方向无关；（4）易于构成双回路制动系，使系统具有较高的可靠性和安全性；（5）尺寸小、质量小、散热良好；（6）压力在制动衬块的分布比较均匀，故衬块磨损也均匀；（7）更换衬块简单容易；（8）衬块与制动盘之间的间隙小（0.05～0.15mm），从而缩短了制动协调时间，且易于实现间隙自动调整。

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课程设计任务书
目录
1.实体建模步骤 (3)
1.1制动盘建模 (3)
1.2摩擦片建模 (4)
1.3制动活塞建模 (6)
1.4制动钳建模 (6)
1.5整体装配 (8)
2.导入过程 (9)
3.有限元分析的过程分析的过程 (10)
3.1对导入的模型进行单元属性定义 (10)
3.2网格划分及添加约束 (10)
3.3进行模态分析 (11)
3.4制动盘的振型分析 (12)
3.5结论 (15)
参考文件 (16)
1 实体建模步骤
建模选用catia三维操作软件,建模步骤如下。

1.1制动盘建模
（1）打开catia软件，进入零件设计界面，在xy平面分别做r71和r127的圆，退出草图平面，拉伸出圆柱体，分别拉伸长度为51mm和6mm,如图1.1所示。

图1.1拉伸后实体
（2）凹槽打孔等处理后如图1.2所示。

图1.2凹槽打孔等处理后实体1.2摩擦片建模
（1）用轮廓线画如图1.3所示草图。

图1.3摩擦片草图轮廓线（2）退出草图平面，拉伸4mm如图1.4所示。

图1.4拉伸后实体（3）经打孔倒角等处理后如图1.5所示。

图1.5打孔倒角处理后实体
1.3制动活塞建模
建模成型后如图1.6所示。

图1.6制动活塞
1.4制动钳建模
（1）用轮廓线画如图1.7所示草图。

图1.7制动钳草图轮廓线
（2）退出草图平面，拉伸91mm且部分倒角后如图1.8所示。

图1.8拉伸倒角后实体
（3）新建一个面距yz面62mm，在此面上画r50，r54的圆，退出草图平面，分别拉伸32mm和-15mm，且进行部分凹槽倒角后如图1.9所示。

图1.9拉伸凹槽后实体
（4）做端耳，半径分别为4mm和10mm，端耳中心距坐标系中心为60mm,端耳厚度为10mm；做液压缸，半径为16mm，深度为40，输油孔，半径为3，且进行局部凹槽倒角如图1.10所示。

图1.10制动钳实体
1.5整体装配
装配后如图1.11所示。

图1.11装配模型
2 导入过程
将零件保存为modle格式，在运行ANSYS之前，将系统的时间改为2010年。

点击File>Import>CATIA,选择model文件，打开，依次选PlotCtrls>Style>SolidModelFacets>Fine选择Plot>Volumes，生成实体如图2.1所示。

图2.1用于网格划分的实体模型
3 有限元分析的过程
3.1对导入的模型进行单元属性定义
依次选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,定义SOLID187单元类型，打开如图3.1所示对话框。

图3.1“单元类型库”对话框
依次选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modles,打开如图3.2所示对话框，分别填写弹性模量1.13e5,泊松比0.23，密度7e3。

图3.2材料类型的定义
3.2网格划分及添加约束
（1）网格划分
依次选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool,打开网格划分工具对话框。

在单元分配属性部分，选择“Volums”.单击“set”按钮，弹出体拾取对话框，拾取实体，单击“OK”,将材料分配给体。

依次选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool,打开网格划分工具对话框，点击Smart Size,点击Mash,选择体，单击OK.如图3.3所示。

图3.3有限元网格模型
（2）添加约束
依次选择Main Menu>Slolution>Define
Loads>Apply>Structrual>Displacement>on Areas选择制动盘圆柱面，加载全约束。

3.3进行模态分析
（1）模态分析前处理
Solution>Analysis Type>New Analysis>Model，在Analysis Option 中，选择算法，选择“Block Lanzcons”,选择8阶矩阵运算，在算法选项中选择截止频率为“100000”。

（2）计算制动盘的固有频率
依次选择“Solution>solve>Current LS。

跳过步骤中警告，观察运行代码，并等待运算结束。

待出现“Solution done”提示，点击“Close”。

依次点击“General Postproc>Results Summary”出现计算的结果，即制动盘的固有频率如图3.4所示。

图3.4制动盘的固有频率及阶数
3.4制动盘的振型分析
（1）依次选择“Solution>>Load step opts>>ExpansionPass>>Single Expand>>Expand Model”进行设置。

再次进行运算，步骤同第一次运算。

图3.5计算结果列表
（2）依次选择“General Postproc>>Read Result>>First Set”>>Plot Result>>Contour Plot>>Nodal Solu。

振型如下图，每查看一种振型，要选择“Next Set”。

图3.6 1阶振型
图3.7 3阶振型
图3.8 6阶振型
图3.9 8阶振型
3.5结论
通过ANSYS软件对盘式制动器制动盘的前8阶模态进行分析可知最大形变为0.654e-4m，且固有频率越大最大变形越集中，不利于制动盘的使用寿命，但固有频率过小可能增加共振的可能性，所以应适当增大固有频率且对制动盘结构的质量和刚度的分布进行适当的调整（如增大最大变形处的刚度）以增大制动盘使用寿命。

参考文献
1.乐乐，树强，谭南林.ANSYS辅助分析应用基础教程上机指导.交通大学，2007.12
2.王新敏.ANSYS工程结构数值分析..人民，2007
3.胡海龙.CATIA V5 R18基础设计.：清华大学，2010.7
4.家瑞.汽车构造.：机械工业，2009.2。