汽车盘式制动器轻量化设计研究
紧凑型轿车盘式制动器的结构设计与优化分析
紧凑型轿车盘式制动器的结构设计与优化分析紧凑型轿车盘式制动器是现代汽车中常见的制动系统之一。
它通过将制动力转化为摩擦力，实现车辆的减速和停车。
本文将对紧凑型轿车盘式制动器的结构设计和优化分析进行讨论。
首先，紧凑型轿车盘式制动器的结构包括刹车片、刹车盘、刹车卡钳和刹车总泵等主要部件组成。
刹车片是制动器的重要组成部分，它通过与刹车盘的接触产生摩擦力，实现制动效果。
刹车片通常由摩擦材料、支撑片和背板组成。
摩擦材料应具有良好的热稳定性和摩擦性能，能够提供足够的制动力并且不易产生噪音。
支撑片和背板起到固定和支撑刹车片的作用，使其能够与刹车盘紧密接触。
刹车盘是另一个关键部件，常用的材料包括铸铁和碳陶瓷。
铸铁刹车盘具有成本低、制动效果稳定的优点，但容易产生热褪色和噪音。
碳陶瓷刹车盘则具有重量轻、散热性能好的特点，但成本较高。
因此，在设计时需要根据车辆的使用需求和制动性能要求来选择合适的刹车盘材料。
刹车卡钳是用来夹持刹车盘的部件，通过施加压力使刹车盘停止转动。
常见的刹车卡钳有固定卡钳和浮动卡钳两种类型。
固定卡钳通过固定在车轮悬挂系统上来实现制动，而浮动卡钳可以在一定范围内自由移动，有利于提高刹车片与刹车盘的接触性能。
刹车总泵是刹车系统的核心部件，用来提供刹车液压力。
刹车总泵通常由主缸和辅助缸组成。
主缸通过踏板的力量产生压力，将刹车液体送到刹车卡钳，实现制动效果。
而辅助缸则是为了补充刹车液体的压力变化而设计的。
在紧凑型轿车盘式制动器的优化设计中，需要考虑以下几个方面。
首先，制动器的冷却性能是重要的设计指标之一。
持续制动会使刹车盘和刹车片产生大量热能，如果不能及时散热，会导致刹车性能下降甚至失效。
因此，在设计时需要合理设置散热孔和散热片，提高制动器的散热效率，保证刹车系统的稳定性能。
其次，制动器的噪音和振动问题也需要考虑。
刹车片与刹车盘之间的接触会产生噪音，尤其是在高速制动时更为明显。
为了减少噪音和振动，可以优化刹车片和刹车盘的接触面积和形状，采用噪音防止衬片等方法。
紧凑型轿车盘式制动器设计的关键因素探讨
紧凑型轿车盘式制动器设计的关键因素探讨为了提高紧凑型轿车的制动性能和安全性，盘式制动器的设计变得越来越重要。
本文将探讨紧凑型轿车盘式制动器设计的关键因素。
1. 制动器材料选择盘式制动器的关键组成部分是刹车盘和刹车片。
对于紧凑型轿车，制动器材料的选择十分重要。
常用的制动材料有铸铁、复合材料和碳陶瓷。
铸铁制动盘成本低，性能稳定，适合大多数传统紧凑型轿车。
复合材料制动盘重量轻，散热性能好，但成本较高，适合高性能紧凑型轿车。
碳陶瓷制动盘重量轻、耐磨损、耐高温，适用于高性能紧凑型轿车，但成本较高。
2. 制动片设计制动片与刹车盘之间的摩擦效果直接影响制动性能和刹车效果。
制动片的摩擦系数、面积和材料选择等因素需要综合考虑。
较高的摩擦系数能提供更好的制动力，但会增加制动片和刹车盘的磨损。
因此，在设计制动片时需要权衡摩擦系数和磨损之间的平衡。
此外，制动片的面积也会影响制动力的大小。
增加制动片面积可以提高制动效果，但也会增加制动片和刹车盘的磨损。
最后，制动片材料的选择也会影响制动性能。
常用的制动片材料有有机材料、半金属材料和陶瓷材料。
有机材料制动片成本低、噪音小，但磨损较快。
半金属材料制动片具有较高的耐磨性和稳定性，但会增加刹车盘的磨损。
陶瓷材料制动片具有优异的耐磨性和高温稳定性，适用于高性能紧凑型轿车。
3. 刹车盘散热设计制动时会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致制动性能下降甚至发生刹车失效。
因此，刹车盘的散热设计是关键因素之一。
刹车盘的散热性能受到材料、结构和通风设计的影响。
优良的散热性能可以减少刹车盘的温度升高，提高刹车效果和持续制动性能。
一种常用的刹车盘散热设计是通过通风设计增加散热面积，并采用风道来引导空气流动，提高热量的散发。
4. 制动系统液压设计紧凑型轿车的盘式制动器通常采用液压制动系统。
液压设计的关键因素包括主缸、制动管路、制动油和制动助力装置等。
主缸的设计应考虑制动力和刹车踏板力的平衡，以及刹车盘和制动片之间的接触面积。
紧凑型轿车盘式制动器设计优化策略探析
紧凑型轿车盘式制动器设计优化策略探析制动系统是车辆安全性能的重要组成部分，而盘式制动器作为一种常见的制动装置之一，在现代汽车上得到了广泛应用。
通过优化盘式制动器的设计，可以提升制动效能、减少制动噪音和磨损等问题，从而进一步提高车辆的制动性能和驾驶舒适性。
本文将探讨紧凑型轿车盘式制动器设计的优化策略。
首先，要优化盘式制动器的设计，需要关注盘与刹车片的材料选择。
通常情况下，盘和刹车片都由金属材料制成，如铸铁、钢等。
合理的材料选择可以提高制动器的散热性能和耐久性，以及减轻整个制动系统的重量。
同时，材料的选择也会对制动噪音和磨损产生影响，应根据平衡性能的要求进行合理的权衡。
其次，制动器的结构设计也是优化的重点。
在紧凑型轿车中，空间通常较为有限，因此盘式制动器的结构要尽可能紧凑。
一种常见的优化策略是采用透气式盘刹车。
透气式盘刹车通过在刹车片表面开设气道，提高了制动器的散热效果，减少了刹车片与盘之间的磨损，从而延长了制动器的使用寿命。
另外，制动器的冷却也是一个需要考虑的因素。
制动过程中会产生大量的热量，如果无法及时散热，会影响制动效能和制动器的寿命。
因此，设计合理的冷却系统是优化盘式制动器设计的关键。
传统的冷却方式包括使用散热片或通风孔，新型的设计还可以加入冷却液循环系统等。
在进行冷却系统设计时，需要考虑空气动力学特性、冷却效果等因素，以实现最佳的制动性能。
此外，盘式制动器的刹车片磨损与制动性能密切相关。
设计合理的刹车片形状和材料可以减少磨损，提高制动效能。
一种常用的优化策略是采用复合材料制作刹车片，如陶瓷复合材料。
这种材料具有较高的耐热性和耐磨性，可以提供更稳定的制动性能，并且在湿滑路面上的制动效果也更为突出。
最后，为了进一步优化紧凑型轿车盘式制动器设计，需要进行系统级的综合优化。
这包括制动系统的控制和调节、制动力分配的优化等。
在现代车辆中，电子控制单元（ECU）可以通过传感器和执行器实时监测车辆的制动状态，并进行相应的控制和调节，以达到最佳的制动性能。
紧凑型轿车盘式制动器设计的结构优化与性能提升
紧凑型轿车盘式制动器设计的结构优化与性能提升为了提高紧凑型轿车的制动性能和减小制动器的尺寸，可以通过优化制动器的结构设计和提升其性能来实现。
本文将探讨如何通过结构优化和性能提升来改善紧凑型轿车的盘式制动器。
首先，我们可以考虑优化盘式制动器的散热性能。
散热是盘式制动器性能的重要指标之一，通过有效地散热，可以避免制动温度过高导致刹车衰退或失效。
为了优化散热性能，可以采用以下措施：1) 使用高效的散热材料：选择散热性能良好的材料，如铝合金，以提高盘式制动器的散热效果。
2) 优化散热片的设计：通过增加散热片面积和改变其形状，可以增大制动器与空气之间的接触面积，提高散热效果。
3) 推动空气流动：通过合理设计制动器的结构，例如增加风扇或导向板来引导空气流动，可以加强散热效果。
其次，我们可以考虑优化盘式制动器的制动性能。
制动性能的优化可以通过以下方式实现：1) 使用高效的制动材料：选择制动效果良好的制动材料，如碳陶瓷材料，以提高制动器的性能。
2) 优化刹车片和刹车盘的接触面积：增加刹车片和刹车盘的接触面积可以提高制动力的传递效率。
3) 增大刹车盘的直径：增大刹车盘的直径可以增加刹车片在单位时间内的制动力，从而提升制动性能。
最后，还可以考虑优化盘式制动器的结构设计。
通过合理设计制动器的结构，可以减小制动器的尺寸，并提升其性能。
1) 采用轻量化设计：通过使用轻量化材料和减少不必要的结构部件，可以减小制动器的重量，提高轮毂的悬挂性能。
2) 优化制动器的结构强度：通过合理设计制动器的结构，提高制动器的结构强度，减小制动器的变形和振动，从而提高制动器的性能和寿命。
总之，通过结构优化和性能提升，可以改善紧凑型轿车的盘式制动器。
通过优化散热性能、提升制动性能和优化结构设计，可以提高制动器的性能和安全性，满足紧凑型轿车的制动需求。
基于紧凑型轿车需求的盘式制动器优化设计
基于紧凑型轿车需求的盘式制动器优化设计简介盘式制动器是汽车的重要安全设备之一，它能够将车辆的动能转化为热能，通过摩擦来实现制动效果。
针对紧凑型轿车，优化盘式制动器设计可以提高制动效果、降低制动系统质量、提升热容量等方面。
一、制动效果的优化1. 制动盘材料选择：针对紧凑型轿车，制动盘的轻量化设计是一个关键因素。
可以选择高强度、低密度的材料，如碳纤维增强陶瓷复合材料。
这样可减轻制动盘的质量，提高刹车响应速度，同时降低车辆整体质量。
2. 制动盘直径和厚度的优化：根据车辆的需求和动力性能，合理选择制动盘的直径和厚度。
较大的制动盘直径和适当的厚度可以增加制动盘的散热面积，提高制动效果和制动稳定性。
3. 制动盘表面处理：为了提高制动盘与刹车片之间的摩擦系数以及耐磨性，可以通过表面处理来改善制动盘的性能。
采用电镀、氧化等技术可以形成一层保护层，增加盘片与制动片之间的摩擦效果，提高制动力。
二、制动系统质量的降低1. 制动卡钳材料和结构优化：使用高强度、低密度的材料制造制动卡钳，如铝合金等，可以减轻制动系统的质量。
同时，通过结构优化，如减少制动卡钳的孔径尺寸、增加材料切割的孔数等，进一步减小制动系统的整体质量。
2. 制动液体优化：采用高性能的制动液体可以提高制动系统的灵敏度和性能。
选择具有较高沸点和抗气泡性能的制动液体，可提高制动系统的可靠性和制动效果，尤其在高温环境下有较好的表现。
三、热容量的提升1. 制动系统散热设计：为了提高制动系统的热容量，可以在设计中合理设置散热片和通风孔，加强制动系统的散热效果。
通过增加散热片的面积和适当设置通风孔，能够快速散热，降低制动系统的温度，提高制动性能。
2. 制动盘内部通风片设计：在制动盘内部加入通风片，可以提高制动盘的内部空气流通性，增加散热效果。
通过通风片的设计，能够使热量更加迅速地从制动盘中散发出来，提高制动能力和稳定性。
结论基于紧凑型轿车需求的盘式制动器优化设计是为了提高制动效果、降低制动系统质量、提升热容量等方面。
紧凑型轿车盘式制动器设计原理与优化探究
紧凑型轿车盘式制动器设计原理与优化探究紧凑型轿车盘式制动器是现代汽车制动系统中常用的一种制动装置，其设计原理和优化对于车辆制动性能和安全性至关重要。
本文将探究紧凑型轿车盘式制动器的设计原理，并着重分析如何优化其性能。
一、紧凑型轿车盘式制动器的设计原理紧凑型轿车盘式制动器由刹车盘、刹车片和刹车钳组成。
当驾驶者踩下刹车踏板时，通过刹车液压系统，液压力将刹车片推向刹车盘，从而实现制动。
以下为紧凑型轿车盘式制动器的设计原理：1. 刹车盘：刹车盘是一个金属圆盘，固定在车轮中心，通过车轮运动带动刹车盘旋转。
车辆制动时，刹车钳的刹车片将会与刹车盘接触摩擦，产生制动力。
2. 刹车片：刹车片是由摩擦材料制成的，固定在刹车钳上。
当刹车踏板被踩下时，刹车液压系统会推动刹车片与刹车盘接触，产生摩擦力使车辆减速。
3. 刹车钳：刹车钳是盖在刹车片上的一种装置。
刹车钳的设计使得刹车片可以与刹车盘完全接触，从而实现更高的制动效果。
二、紧凑型轿车盘式制动器的优化1. 刹车盘材料优化：原来的刹车盘材料普遍使用铸铁，但是随着车辆重量和速度的增加，铸铁刹车盘可能会出现热裂纹等问题。
现在一些高性能车辆采用了碳陶瓷刹车盘，其具有更好的耐高温性能和制动性能。
2. 刹车片材料优化：刹车片的材料可以选择有机材料或金属材料，如钢铁或陶瓷。
有机材料刹车片具有良好的制动性能和低噪声，但磨损较快；而金属材料刹车片则具有更好的耐磨性能，但噪声较高。
优化选择适合车辆特征和使用环境的刹车片材料，可以提高制动性能和耐久性。
3. 刹车钳结构优化：刹车钳结构的优化可以提高刹车系统的刚性和散热性能。
例如，采用多活塞刹车钳可以提供更均匀的刹车力分布，降低制动不平衡问题。
此外，增加刹车钳的散热设备，如散热片或风道，可以提高刹车系统的散热效果，避免制动衰减或制动失效。
4. 制动液压系统优化：制动液压系统的优化可以提高刹车踏板的感觉和操作性。
例如，采用更灵敏的刹车总泵和辅助助力器可以提高刹车踏板的响应速度和制动力度的调节。
紧凑型轿车盘式制动器设计优化策略探究
紧凑型轿车盘式制动器设计优化策略探究为了提高紧凑型轿车盘式制动器的性能和效率，设计优化策略是一个重要的研究领域。
本文旨在探究紧凑型轿车盘式制动器的设计优化策略，以满足其性能需求并提高制动器的可靠性和安全性。
1. 引言紧凑型轿车盘式制动器是现代汽车制动系统的重要组成部分，它负责将动能转化为热能，通过摩擦力产生制动效果。
有效的制动器设计对确保驾驶安全至关重要。
2. 目前的设计优化策略2.1 硬件材料选择制动器盘和刹车片的材料选择对制动效果至关重要。
根据车辆的具体需求和使用环境，选择适当的材料可以提高制动器的性能。
2.2 结构参数优化制动器盘和刹车片的结构参数包括盘的直径、刹车片的面积等。
通过优化这些参数，可以实现更好的散热性能和更高的刹车效果。
2.3 制动力分配策略为了实现更好的制动效果，车辆的前后制动力分配也需要进行优化。
通过合理分配前后制动力，可以提高车辆的制动平衡性和驾驶稳定性。
3. 设计优化策略的探究3.1 材料选择方案探究不同材料的制动片和盘在高温下的摩擦特性存在差异。
通过对不同材料的摩擦特性进行研究，选择最适合紧凑型轿车盘式制动器的材料，可以提高制动器的性能。
3.2 结构参数优化方案探究通过优化制动器盘和刹车片的结构参数，如盘的内部散热结构、片的形状等，可以改善散热性能、降低制动器质量，并提高制动效果。
3.3 制动力分配策略方案探究根据车辆的动态特性和驾驶要求，优化前后制动力分配策略，如使用电子制动力分配系统，可以提高制动平衡性和驾驶稳定性。
4. 设计优化策略的实施与评估设计优化策略的实施需要进行仿真和实际测试。
通过构建数学模型和进行实际实验，评估设计优化策略的有效性和可行性，并进一步改进和优化。
5. 结论紧凑型轿车盘式制动器设计优化策略是一个多学科交叉的研究领域。
通过选择合适的材料、结构参数优化和制动力分配策略优化，可以实现紧凑型轿车盘式制动器的设计优化，提高制动器的性能和效率。
总结而言，紧凑型轿车盘式制动器设计优化策略的探究涉及材料选择、结构参数优化和制动力分配策略优化等方面。
基于性能要求的紧凑型轿车盘式制动器设计优化方法探究
基于性能要求的紧凑型轿车盘式制动器设计优化方法探究在基于性能要求的紧凑型轿车盘式制动器设计优化方法探究中，为了满足车辆制动的性能要求，设计一个紧凑型的盘式制动器是非常重要的。
本文将从制动器的设计优化方法入手，探讨如何实现性能要求并优化紧凑型轿车盘式制动器的设计。
首先，为了设计一个紧凑型的盘式制动器，我们需要确定性能要求。
这些性能要求通常包括制动力、制动距离、耐磨性等指标。
通过分析车辆的使用场景和运行要求，我们可以确定制动器设计所需的性能要求。
接下来，我们可以使用一些常见的制动器设计优化方法来实现性能要求。
一种常用的方法是参数优化法，通过调整制动器的参数来达到最佳性能。
在此过程中，我们需要考虑盘面直径、刹车盘和刹车片的材料选择、刹车盘和刹车片的数量等因素。
例如，较大的盘面直径可以提供更大的制动力，但也会增加重量和成本。
另外，合适的材料选择也是非常重要的，可以提高制动器的耐磨性和热稳定性。
另一种常用的方法是流体动力学仿真。
流体动力学仿真可以帮助我们分析制动器的流体流动情况，以及制动片和盘面的接触压力分布。
通过仿真分析，我们可以优化制动器的形状和结构，改善制动性能。
例如，通过调整刹车盘的散热通道设计，可以提高制动器的散热性能，降低制动温度，从而提高制动性能和耐久性。
此外，材料的选择也是制动器设计优化中的关键因素。
优良的材料可以提高制动器的工作效果。
高性能的材料可以提供更好的摩擦性能和热稳定性。
例如，一些高性能陶瓷材料可以提供更高的摩擦系数和更低的磨损率，从而增强制动器的性能。
最后，通过进行性能测试和验证，可以评估和优化制动器的设计。
在测试过程中，我们可以使用测试台和实际的车辆进行性能测试，以确保制动器的性能符合要求。
通过分析测试数据，我们可以发现潜在的问题并进行相应的优化。
综上所述，基于性能要求的紧凑型轿车盘式制动器设计优化方法需要综合考虑参数优化、流体动力学仿真、材料选择和性能测试等因素。
只有通过合理的设计和优化方法，才能实现紧凑型轿车盘式制动器的优良性能，从而提高车辆的安全性和可靠性。
基于性能优化的紧凑型轿车盘式制动器设计方案
基于性能优化的紧凑型轿车盘式制动器设计方案在设计紧凑型轿车盘式制动器的方案中，性能优化是一个重要的考量因素。
为了确保制动器能够在紧急制动情况下提供可靠的制动力和短制动距离，以下是一个基于性能优化的设计方案。
首先，我们需要选择适当的材料以确保制动器的耐磨性和散热性能。
常见的材料选择包括钢铁和复合材料，其中钢铁具有较高的散热性能和耐磨性，而复合材料则具有较轻的重量和出色的散热性能。
其次，设计中应注意盘式制动器的散热系统。
通过增加散热片的数量和面积，可以有效提高散热性能，防止制动器因过热而降低制动效果。
同时，选用高效的散热片材料，如铝合金，能够进一步提升散热效果。
另外，制动器的制动力矩也是一个重要的性能指标。
通过优化制动器的力矩传递机构，如刹车钳和刹车片，可以提高制动器的制动力矩输出。
采用高效的力矩传递机构可提高制动器的制动效果，使车辆在制动时更加稳定和安全。
在设计紧凑型轿车盘式制动器时，还应考虑制动器的重量和尺寸。
通过采用轻量化的材料和紧凑的设计，可以减小制动系统的重量，提高车辆的燃油经济性和操控性能。
此外，紧凑型设计还可以适应紧凑型轿车空间有限的要求。
随着科技的发展，电子辅助制动系统也可以用于提高制动器的性能。
例如，采用电子控制的制动系统可以更加准确地控制刹车力度，并提供与车辆动态特性匹配的制动力分配。
此外，电子制动系统还可以提供基于操控者的制动输入的快速响应和稳定性。
最后，为了确保设计方案的可行性和性能优化效果，设计师应充分利用计算机辅助设计和数值仿真技术。
通过使用有限元分析和流体力学仿真等工具，可以对制动器的结构和性能进行全面分析和优化，以确保设计方案满足各项性能指标要求。
综上所述，基于性能优化的紧凑型轿车盘式制动器设计方案应包括材料选择、散热系统设计、力矩传递机构优化、轻量化和紧凑化设计、电子辅助制动系统等方面的考虑。
通过综合运用各种设计和仿真工具，制动器设计师可以有效提高制动器的性能和可靠性，为驾驶员提供更加安全稳定的制动体验。
紧凑型轿车盘式制动器设计的关键技术探索
紧凑型轿车盘式制动器设计的关键技术探索随着汽车工业的发展和人们生活水平的提高，轿车已成为现代交通工具的主力。
为了确保驾驶者和乘客的安全，轿车的制动系统被赋予了重要的作用。
其中，盘式制动器作为一种常见的制动系统，起着至关重要的作用。
本文将探讨紧凑型轿车盘式制动器设计的关键技术。
首先，紧凑型轿车盘式制动器设计需要考虑的一个关键技术是制动器的材料选择。
良好的制动器材料能够提供稳定的制动性能和较长的使用寿命。
通常情况下，轿车制动器的盘和制动片通常采用钢材，因其具有出色的热导性和耐磨性。
此外，为了降低制动器质量，提高燃油经济性，一些制动器还采用了轻质合金材料。
而对于盘式制动器热应力较高的工况下，可能需要使用复合材料来提高制动器的散热性能和耐磨性。
其次，紧凑型轿车盘式制动器设计中需要重视的一个关键技术是制动器的散热设计。
在制动过程中，制动器会产生大量热量，如果不能及时散热，就会导致制动性能的下降甚至失效。
因此，在制动器设计中需要考虑如何有效地散热。
一种常见的方法是通过设计合理的散热通道，以提高制动器的散热效率。
此外，还可以采用不锈钢散热盖等散热辅助部件来增强散热效果。
另外，制动器辅助散热风扇的应用也可以有效提高制动系统的散热性能，在长时间制动或制动次数频繁的情况下，能够保持制动器的稳定性能。
再次，紧凑型轿车盘式制动器设计需要关注的一个关键技术是制动器的制动力分配。
在实际驾驶过程中，不同车轮的制动力分配对于行驶稳定性和制动效果至关重要。
通常情况下，前轮的制动力通常应该略大于后轮，这可以提高车辆的操控性能，减少制动时的失控风险。
因此，在制动器设计中，需要考虑如何实现前后轮制动力的合理分配。
一种常见的方法是采用制动力分配阀，通过调整前后制动油压来实现制动力分配的调节。
另外，智能制动力分配系统的应用也是制动技术进步的方向，通过传感器对车辆的动态参数进行监测，并通过电子控制单元实时调整制动力分配。
最后，紧凑型轿车盘式制动器设计需关注的一个重要技术是制动器的制动性能评估。
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•46•汽车盘式制动器轻量化设计研究赵树国 张庆良 程金霞 李丽荣(邯郸职业技术学院，河北 邯郸 056005)0 引言当前，随着我国经济的快速发展，汽车工业也得到了快速发展。
随着汽车保有量的增加，家用汽车已经渗透到人民生活的各个方面。
汽车产业的快速发展为汽车消费提供了更多的选择空间。
大众需要制动性能更加突出，能耗更低，动力更足，操纵性更加平稳的汽车产品。
但是，由于能源不足和环境的不断恶化阻碍了汽车工业的快速发展。
为了实现和谐社会，有必要从汽车的生产链入手，运用各种先进的技术手段，降低汽车的排放和能耗。
汽车降低排放的最有效手段就是电动汽车，可以实现零排放。
降低能耗的最可行方案之一就是汽车轻量化技术。
有研究表明，如果把一辆轿车的质量降低10%，那么它的能耗可以减少4%～6%，排放量降低5%～6%。
因此，汽车轻量化技术不但对排放的降低和环境污染治理起着重要作用，还对汽车能耗的降低起到至关重要的作用，同时也是实现社会可持续发展的重要举措。
此外，汽车轻量化还可以降低车身的重心，提升汽车的行驶性能，减少动力系统的外在负荷，降低汽车的生产成本。
作为汽车的关键部件之一的盘式制动器的轻量化是汽车轻量化未来发展的一个方向。
作为CAE 技术的代表，有限元法是分析解决各种结构问题的一个有力工具。
有限元分析法是伴摘 要：随着汽车工业的发展，汽车轻量化已成为当前汽车发展的一个趋势。
盘式制动器作为汽车上的一个重要零部件，轻量化设计显得尤为重要。
利用UG 软件进行了建模设计，利用ABAQUS 软件进行了有限元分析，利用Optistruct 软件进行了拓扑优化。
优化后的盘式制动器质量减少了45%。
关键词：盘式制动器；有限元；优化；轻量化文献标识码：A 文章编号：1009-5462（2019）01-0046-05收稿日期：2019-01-30基金项目：本文系2017年度邯郸市科技局项目“汽车盘式制动器质量优化的研究”(项目编号：1721202046)研究成果。
作者简介：赵树国，男，河北邯郸人，邯郸职业技术学院机电工程系讲师。
随着计算机技术的发展而出现的一种数值分析方法。
本文采用UG 软件进行建模，采用ABAQUS 软件进行有限元分析，采用Optistruct 软件进行拓扑优化分析。
1 利用UG 软件进行几何模型构建将某车型的盘式制动器相关参数输入到UG 软件中，初步构建模型。
模型包括壳体、支架、摩擦片、背板、活塞等几个部件。
此次分析中不用支架，因此在UG 软件中建立了除去支架以外部件的几何模型，同时根据实际装配关系装配好，装配的几何模型如图1所示。
在进行有限元建模时可以适当简化模型，简化后的模型不仅缩短建模时间，还能突出重点研究问1外摩擦片；2内摩擦片；3内背板；4活塞；5壳体；6外背板图1 制动器总成模型•47•题。
此次分析中去掉壳体活塞侧面的底面小孔以及拳侧两个小孔，去掉部分影响不大的轮廓线，去掉所有影响不大的倒角、圆角。
由于模型为对称的，采取一半模型进行模拟计算。
为了分析方便，取X 轴正半轴方向的模型为研究对象。
模型见图2所示。
图2 制动器总成简化几何模型图3 盘式制动器有限元模型2 利用UG 软件进行有限元模型的建立2.1 格式的转换UG 软件默认产生文件的后缀名为.Prt ，由于这种格式的文件无法被ABAQUS 软件识别，必需将文件格式转换成parasolid 格式。
打开ABAQUS 软件，选择开始选项的导入选项，在弹出窗口中选择parasolid 格式，打开保存的装配文件，此时就可以完成格式转换后装配文件的打开。
2.2 盘式制动器有限元模型的建立2.2.1 建立壳体的有限元模型壳体呈不规则形状，对壳体进行划分时采取四面体网格。
先对壳体表面进行2D 三角形单元划分，之后检查单元质量，找出最小角在10°以下的单元，然后手动调整，调整完之后进行四面体网格的划分，划分完四面体网格后再次检查单元的质量，调整最小角小于10°的单元。
删除表面2D 单元，把所有的单元变为二阶四面体单元C3D10M ，以提高计算精度。
壳体的单元数为69384，节点数为107599。
2.2.2 建立活塞的有限元模型首先对活塞底部进行填平处理，并将局部的轮廓线去掉，划分网格时使活塞外壁和缸体内壁在圆周方向的单元数量一致，均为20个。
对活塞进行对称分割，切换单元类型为C3D8I 和C3D6，单元数量为8276，节点数为6390。
2.2.3 建立摩擦片的有限元模型摩擦片结构相对简单，对其进行六面体网格划分，单元类型为C3D8，外摩擦片单元数量为3130，节点数为3956，内摩擦片单元数为3130，节点数为3950。
为简化起见，将摩擦片变形为两块钢板。
2.2.4 建立摩擦片背板的有限元模型背板采用六面体网格，单元类型为C3D8I 和C3D6，内背板单元数为157，节点数为1559，外背板单元数为1148，节点数为1617。
2.2.5 盘式制动器总成有限元模型单个零件的有限元模型建好之后，选择显示全部，如图3所示。
各个零件的单元类型、单元数目和节点数如表1所示。
表1 盘式制动器各个零件的设置零件名称单元类型单元数节点数壳体C3D10M 69384107599内摩擦片C3D831303950外摩擦片C3D831303956内背板C3D8I C3D61571559外背板C3D8 C3D611481617活塞C3D8I C3D682766390制动盘C3D8I81811562.2.6 材料参数的定义根据实际产品所用到的材料，定义各个零件材料的属性，各个零部件对应的材料参数见表2。
表2 材料参数的定义零件名称杨氏模量E/MPa泊松比密度、T/mm 3壳体1700000.287.2000E-06内钢板2100000.37.8200E-06外钢板2100000.37.8200E-06内背板2068000.297.8200E-06外背板2068000.297.8200E-06活塞2000000.37.8500E-06制动盘1150000.257.2000E-06•48•2.2.7边界条件及载荷的添加盘式制动器总成有多个相互接触面，根据经验，铸铁和钢间的摩擦因数通常为0.1～0.15，摩擦片与制动盘之间的摩擦因数为0.4，活塞与背板之间的摩擦因数为0.15，壳体和背板之间的摩擦因数为0.15。
施加15.5MPa 的制动压力在活塞底部和壳体的底部，将制动盘固定，活塞与壳体之间采取软接触。
载荷的施加和边界条件的设定结果如图4和图5所示。
由图可知，制动器受力后的最大位移是壳体油缸底部，最大位移量为0.26mm ，说明在液压油压力的作用下，壳体油缸底部会出现最大的变形。
模型刚度的计算采用变形产生的容积变化来进行衡量，即采用压力容积计算。
压力容积计算公式为4000V Z D 2$$T T =rV V R clast T T +=V RT +式中∆Z 为相对位移，D 为活塞的直径，∆V clast为鼻尖受压力引起的容积变化，∆V R 为间隙和制动液自身压缩引起的容积变化。
忽略掉∆V R ，可得V T =213U U -+]g224U U +]g4D 2#$r制动钳的重要输出点位移云图如图8所示。
图4 载荷的施加图5 边界条件的设定3 利用ABAQUS 软件进行有限元分析将设置完的模型采用parasolid 格式输出，然后将其导入到ABAQUS 软件中，提交计算，从date 及ODB 等文件中读取应力及应变结果。
其中，制动器壳体应力云图如图6所示。
图6 制动器壳体应力云图从壳体应力云图可知，制动器受力后的最大应力出现在图上标注的SMAX 区域，最大应力值为396MPa ，标注的A ，B ，C 三个位置出现了应力集中，其应力值分别为350MPa 、396MPa 、157MPa 。
壳体采用的是许用应力为300～510MPa 之间的铸钢，而加在壳体上的最大应力为396MPa ，低于510MPa 的上限值。
制动钳位移云图如图7所示。
图7 制动钳位移图图8 制动钳重要点输出云图图8中U 为Y 轴方向的位移，分别为U1=16.58mm ；U2=-565.78mm ；U3=20.83mm ，U4=-921.26mm 。
代入上述公式可得∆V =684.6mm 2。
该盘式制动器的压力容积实验结果为674.23mm 2，•49•比计算结果小，因此，由计算结果大于试验结果可知，壳体的刚度满足要求。
4 盘式制动器的拓扑优化此处以壳体为例进行拓扑优化。
首先将壳体的有限元模型进行区域划分，将壳体部分分成设计区和非设计区，使材料在设计区进行重新优化以达到对设计区进行优化的目的，非设计区保持不变，用来保证装配功能。
拓扑优化设计包含设计变量、约束条件和目标函数三个要素。
针对壳体创建设计变量，props 选择设计区域完成设计变量的设定；完成设计变量创建之后，进行创建响应，首次创建响应体积响应，然后创建柔度响应；约束条件为两个响应，约束条件为0.3倍的体积分数；目标函数为最小化柔度，同时约束在0.3倍的体积分数。
设置完成后进行拓扑优化计算。
优化计算完成后观看优化结果如图9所示。
由应力云图11可知，图中标注的A 、B 、C三处出现的最大应力值为445Moa 、495MPa 、500MPa ，说明在C 出现较大应力，但没有超出材料的许用应力值510MPa 。
根据位移云图12可知，出现最大变形量在壳体油缸的底部，最大值为0.5934mm ，再设计范围之内。
由重要位移输出点位移云图13可知U1=0.1595mm ，U2=-0.1587，U3=0.4340mm ，U4=0.1041mm 。
代入压力容积计算公式可得。
该盘式制动器系统的压力容积实验结果为905.41mm 3，实验结果比计算结果小10.44mm 3，满足刚度要求。
6 结论(1)采用UG 软件对盘式制动器的各个零件进行了建模，并对各个零件进行了有限元网格划分。
定义了材料的属性，施加了载荷。
(2)采用ABAQUS 软件，利用压力容器计算方图9 拓扑优化结果根据优化得到的几何模型，在UG 中重新生成模型，生成的模型如图10所示。
对比数据可知，拓扑优化使质量减轻了60%。
图10 优化模型5 模型重生成及有限元模型分析在UG 软件中根据优化后的数据对盘式制动器进行模型的重生成，并按照前面的步骤进行网格划分材料定义等设定。
设定完成后导入到ABAQUS 软件中进行有限元分析。
以壳体为例，应力、应变云图及重要点位移图如图11、12、13所示图11 应力云图图12 应变云图图13 重要输出点位移云图法计算了盘式制动器的刚度。
以壳体为例进行了应力和应变分析，分析结果符合要求。
(3)采用Optistruct软件对盘式制动器进行了拓扑优化。