盘式制动装置制动盘的有限元分析及优化

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制动系统的优化设计与仿真分析

制动系统的优化设计与仿真分析随着汽车工业的发展，制动系统的设计和制造技术也在不断进步。

制动系统是汽车行驶过程中最关键的安全系统之一，能够在紧急情况下尽快将车辆停止，保障车辆和行人的安全。

因此，制动系统的优化设计和仿真分析对于汽车行业至关重要。

一、制动系统的构成制动系统主要由制动器、制动盘/鼓、制动液、制动管路、制动泵等几个部分组成。

其中，制动器可以分为基本制动器和辅助制动器两类。

基本制动器主要包括气压制动器、液压制动器和机械制动器等。

其工作原理是通过施加制动力使车轮停止旋转，从而阻止汽车运动。

辅助制动器则是指制动制动器处理无法满足制动要求时所使用的辅助装置。

主要包括泊车制动器和驻车制动器等。

制动盘/鼓是制动系统主要能量转换的地方，它将制动液通过制动器送到刹车片与制动盘接触的位置，转化为制动力。

制动管路是用于传输制动液的管道，而制动泵则是产生并提供制动液压力的终端设备。

二、制动系统的优化设计在实际的汽车制动系统应用中，制动系统需要满足多种复杂的要求。

如何实现较好的制动性能和较低的成本是设计者需要解决的首要问题。

因此，下面分别从黏着力、稳定性和制动力三个方面探讨制动系统的优化设计。

1.黏着力在制动系统中，刹车片和制动盘必须要有良好的黏着力才能实现高效的制动效果。

所谓黏着力，指的是刹车片表面和制动器内壁之间的摩擦力，它决定了汽车能够在多大范围内停止。

优化黏着力的方法主要有以下几个方面：（1）选择合适的材料。

选择合适的刹车片材料可以改善制动器与制动盘之间的黏着力，从而提高制动性能。

目前主流的刹车片材料有金属、有机和陶瓷等，不同材料的优缺点也不同。

（2）改善制动盘表面。

制动盘表面会因为使用而损耗，会影响刹车片与制动盘之间的黏着力。

对制动盘进行适当的处理或涂层处理可以改善黏着性能。

（3）优化刹车片结构。

刹车片的厚度和面积也会影响制动性能。

适当增加刹车片的面积或者采用具有弹性可调的刹车片结构可以增强黏着性能。

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。

面向制动噪声的盘式制动器有限元复模态分析

MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺面向制动噪声的盘式制动器有限元复模态分析何家盼　何俊艺湖南汽车工程职业学院　湖南省株洲市　412001摘要：本文主要针对面向制动噪声的盘式制动器有限元复模态进行分析。

关键词：盘式制动器　制动噪声　复模态　有限元制动噪声复模态理论基础上，在ANSYS 软件支持下构建起了盘式制动器的复模态，并在摩擦耦合单元下构建起了制动器的有限元模型，求解复模态和实验得出的噪声频率，并对其进行比较分析。

结果显示制动噪声复模态理论下可以对盘式制动器的制动噪声进行分析，该方法可行性较强。

1　构建有限元模型1.1　网格和单元类型要求模态阶数与自由度规模在一样的时候，复模态计算量与实模态计算量的比为4：1，因此在确保精度的情况下可以将计算规模尽量减小。

六面体单元与四面体单元比较，前者所占比例在整个模型中是最大的，但是在六面体单元结构复杂的情况下，要想实现百分百的所占比较为困难，此时则需要将不同类型的单元体混合在一起，构建成高阶金字塔单元。

其中每个单元每个节点上都要保持三个方向的移动自由度。

其中用来划分形状规则部分的是六面体单元，划分形状不规则部分的是四面体单元，实现两者之间过渡的为金字塔单元[1]。

1.2　引入摩擦耦合自定义的摩擦单元被引入制动盘和制动块之间可以实现摩擦耦合。

其中自定义的摩擦单元有两个节点，分别是i和j，制动块的摩擦单元节点为i，制动盘的摩擦单元节点为j。

任何一个节点上都有三个方向的移动自由度。

如果{F}e为节点力列向量，{U}e为节点位移列向量，{K}e为单元刚度矩阵，Z为摩擦面的法向，那么{F}e={K}e{U}e。

在耦合节点较多的情况下，如果单纯依靠手工耦合难度较大并且正确率不高，因此可以使用ANSYS软件自带的语言编写程序来耦合，在对节点之间距离计算的过程中对两个节点是否存在耦合关系进行判断，由此满足耦合自动化需求。

1.3　装配各个部件自定义的摩擦单元可以实现制动块和制动盘两者之间的装配，剩余的部件则可以在ANSYS软件约束方程下完成装配。

整体制动盘热应力有限元仿真分析

4 1 轴 2 盘的热应力分析
前面我们对 1 个车轴 3 个盘的不同材料性质不同结构类型的制动盘的热应力进行了分析 , 本节将分析 1 个车轴 2 个制动盘的热应力。制动初速度为 220 km ·h - 1 紧急制动情况下 , 合金铸铁三筋板制动盘盘面上点 1 —点 3 的温度场和 Mises 应力场随时间变化的关系如图 5 所示。
供理论依据。
1 实验验证
为了验证模型和参数 , 首先将计算结果和实验
结果进行比较。受实验条件的限制 , 实验中只提供
温度场数据 , 未能提供热应力场数据。不同结构、
不同材料的制动盘盘面最高温度的计算结果和实验
结果比较见表 1 。此外 , 在制动初速度为 220
km ·h - 1 紧急制动情况下 , 球墨铸铁和蠕墨铸铁散
图 5 点 1 —点 3 的温度和热应力曲线 (1 个车轴 2 个合金铸铁三筋板制动盘 , 制动初速度 220 km ·h - 1 紧急制动)
与图 3 (a) 和图 4 (a) 相比可知 , 当 1 个车轴 2 个制动盘时 , 制动过程中盘面的最高温度达到 308 ℃, 远远大于 1 个车轴 3 个制动盘的 220 ℃;
收稿日期 : 2006204212 ; 修订日期 : 2006211208 基金项目 : 铁道科学研究院机车车辆所项目 (0350JL0607) 作者简介 : 刘金朝 (1971 —) , 男 , 湖南常宁人 , 博士后 , 副研究员。
第 2 期整体制动盘热应力有限元仿真分析
整体制动盘热应力有限元仿真分析
刘金朝1 , 卜华娜2 , 刘敬辉1 , 钱立新1 , 王成国1
(1. 铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心 , 北京 100081 ; 2. 铁道科学研究院机车车辆研究所 , 北京 100081)

CRH380B动车组制动盘有限元分析与优化

CRH380B动车组制动盘有限元分析与优化摘要：动车组制动盘在列车制动过程中起到重要的作用，为了保证制动效果和制动安全性能，有限元分析和优化方法被广泛应用于制动盘结构设计中。

本文以CRH380B动车组为研究对象，采用有限元分析方法对制动盘进行了结构分析，并通过参数优化方法对其结构进行改进和优化，以提高制动性能和制动安全性。

1. 引言动车组制动盘是高速列车制动系统的重要组成部分，它负责将制动力通过摩擦将能量转化为热能，并将速度转化为制动力。

制动盘的结构与性能直接影响了列车的制动效果和制动安全性能。

因此，深入研究制动盘的结构和性能，并进行有限元分析与优化，对于提高动车组的制动效果和制动安全性能具有重要意义。

2. 有限元分析模型建立针对CRH380B动车组制动盘的结构特点，建立了有限元模型。

首先，采用三维建模软件对制动盘的几何形状进行建模，并根据实际情况给予适当的约束条件。

然后，将建模结果导入有限元分析软件，进行网格划分和材料属性设置。

最后，通过施加相应的载荷，得到制动盘在制动过程中的应力和变形分布。

3. 结果分析通过有限元分析，得到了CRH380B动车组制动盘在制动过程中的应力和变形分布。

结果表明，制动盘表面的应力集中区主要集中在制动盘的刹车面和孔洞周围，而变形较大的区域主要集中在制动盘的孔洞附近。

这些应力集中和变形较大的区域容易导致制动盘的疲劳破裂和变形失效，从而降低了制动效果和制动安全性能。

4. 优化方法探讨为了改善制动盘的结构和性能，采用了参数优化方法进行改进和优化。

首先，对制动盘的材料参数进行优化，选择具有较高抗疲劳性能和热稳定性的材料，以提高制动盘的耐久性和热稳定性。

其次，优化制动盘的几何形状参数，减小制动盘刹车面的应力集中区，降低变形区域的变形值，以提高制动性能和制动安全性能。

5. 优化结果分析通过参数优化方法，得到了改进后的制动盘结构。

与初始结构相比，改进后的制动盘表面应力集中区减小了约20%，变形区域的变形值降低了约15%。

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

基于有限元的制动器活塞优化设计

基于有限元的制动器活塞优化设计有限元分析是一种计算力学方法，广泛应用于工程设计中，进行各种结构、材料和加载情况下的模拟、分析和优化。

在车辆制动器设计中，有限元方法可以模拟制动器的各种工作情况，包括制动力、温度和应力等。

本文将基于有限元分析，探讨制动器活塞的优化设计。

制动器活塞是制动器的重要组成部分，其作用是将制动器片压在制动盘或制动鼓上，发挥制动效果。

在制动器的工作过程中，活塞受到制动力、摩擦力和热膨胀等多重因素的影响，可能会出现变形、裂纹和疲劳等问题。

因此，通过有限元分析对活塞进行优化设计，可以提高制动器的性能和可靠性。

首先，进行活塞的材料选择。

制动器活塞需要具有较高的强度和刚度，以承受制动力、摩擦力和热膨胀等多方面的载荷。

一些常见的活塞材料包括铝合金、钢和铸铁等。

在进行有限元分析时，需要将活塞的材料特性输入到有限元分析软件中，以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。

其次，进行活塞的设计。

在活塞的设计中，需要考虑活塞的几何形状和尺寸。

活塞的几何形状和尺寸会影响到活塞的刚度和强度。

因此，在进行有限元分析时，需要对不同设计方案进行模拟计算，以得出最佳的活塞设计方案。

此外，还需要考虑活塞的表面处理方式，如镀铬、喷涂或阳极氧化等，以提高活塞的表面硬度和抗腐蚀性能。

最后，进行活塞的优化。

在进行有限元分析后，可以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。

如果发现存在应力集中或变形过大的问题，需要对活塞进行优化设计。

针对应力集中问题，可以对活塞的几何形状进行调整；针对变形过大问题，可以对活塞的截面积或材料进行修改。

通过不断进行有限元分析和优化，可以得出最优化的活塞设计方案，以满足制动器的性能和可靠性需求。

综上所述，有限元分析是制动器活塞优化设计中非常重要的工具，可以帮助设计人员预测活塞在不同工况下的应力和变形情况，提供有效的设计方案，提高制动器的性能和可靠性。

为了更好地进行数据分析，我们需要先确定要分析的数据类型和相关特征。

浅析城市轨道列车盘式制动与踏面制动的优缺点及发展趋势

浅析城市轨道列车盘式制动与踏面制动的优缺点及发展趋势摘要：本论文在分析城市轨道车辆运输特点基础上，结合城市轨道车辆基础制动装置具体类型，分析了城市轨道车辆踏面制动与盘式制动的优缺点关键词：城市轨道车辆，基础制动，盘形制动。

地铁、轻轨等作为城市轨道交通的重要组成部分，在缓解交通压力、拓展城市空间等方面发挥着重要作用，其运行速度也由最初的30km／h，逐渐提高到80 km／h，甚至更高。

随着速度的提高，在运营过程中城市轨道车辆所装配的踏面制动装置已暴露出车轮踏面产生高温剥离或热裂纹、车轮和钢轨踏面异常磨耗进而恶化轮轨匹配关系、维修工作量和运营成本大大增加等问题。

迫使我们对城市轨道列车的运输特点及其基础制动装置匹配问题进行认真分析，并做出合理选择。

1 城轨运输的特点城市轨道交通运输与铁路运输有很多相似之处，但是与铁路运输相比还有许多差异，其中与制动系统有关的有以下几个方面：(1)运行速度低。

目前国内外地铁的运行速度一般都在135 km／h以下，而铁路机车车辆和动车组的发展趋势是重载和高速，我国高速动车组的持续运行速度已经达到350 km／h。

(2)减速度大、制动距离短。

地铁站间距短，只有起动加速快、制动减速度大才能提高列车的运行速度和效率，因此地铁车辆的紧急制动平均减速度一般定为1．2～1．3 m／s2，有的甚至到1．4 m／s2，而铁路机车车辆和动车组的紧急制动平均减速度一般为0．7～1．2 m／s2；大连地铁3号线要求紧急制动初速120 km／h时，制动距离≤427 m，而铁路机车车辆和动车组在同样速度时，制动距离≤800 m。

(3)制动频繁。

地铁运输有城市公交站间距短的特点，一般只有几百米，长的也只有几公里。

这就要求列车必须频繁的制动停车，以满足乘客的上下车要求。

而铁路运行的站间距一般都在几十公里，甚至一百公里以上。

(4)制动的准确性要求高。

地铁车站普遍装有屏蔽门，对定位停车的精度要求比铁路机车车辆和动车组高，停车位置精度一般在±250 mm左右。

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盘式制动装置因其构造简单、散热快、质量
轻、调整方便，特别是高负载时耐高温性能好，
制动效果稳定，常被用作下运带式输送机的制动系统。其主要由制动器、制动盘、支架和底座等部分组成，制动器成对对称安装，如图１所示。
ｔｅｄｓｒｋｓｎＳｏｔａｅｎｉｉｌｍｅｔａａｙｉｉｐｒｒｄｆｒｔｉｄｌｂａｎｎｈｔｓｎｈｉｃｂａｅｕｉｇＡＮＹＳｓｆｒ，ａｄｆｔｅｅｎｎｌｓｓｓｅｆｍｅｏｈｓｍｏｅ，ｏｔｉｉｇｔｅｓｒｓａｄｗｎｅｏｅ
和切向摩擦力．由于两者的接触可以看成是面接厂。触，所以，力的形式可以看成接触区域受垂直盘
ｔｄｆｒｔｅｓｒｃｕｅｏｅｂａｅｄｓ，ａｄｔｅｒｓｌｎｉａｅｔａｈｐｉｚｄｓｒｃｕｅｃｎｎｔｏｌｅｅｓｒｎｔｅｅｏｔｔｒｆｈｒｋｉｃｎｈｅｕｔｉｄｃｔｔｅｏｔｈｕｔｓｈｔｍｉｅｔｔｒａｏｎｙｍｅｔｈｔｇｈｒ — ｕｔｅ
ｑｉｍｎｓｂｔａｌｆｃｖｌｒｄｃｅｉｅｕｉｇｂａｉ．ｕｒｅｔｕｃｎａｓｅｅｔｅｕｅｔｔｒｒｒｋｎｅｏｆｉｙｅｈｊｔｄｎｇ
Ｋｅｗｏｄ：ｄｗｎａｄｂｌｃｎｅｏ；ｄｓｒｋ；ｂａｅｄｓｙｒｓｏｗｒｅｔｏｖｙｒｉｃｂａｅｒｋｉｃ；ＡＮＳＹＳ；ｆｉｌｍｅｔｎｌｓｓｐｉｚｔｎｉｔｅｅｎａｙｉ；ｏｔｎｅａｍｉａｉｏ
ｓｒｉａｔａｎｌｗｓ，ａｔｒｌｆｅｕｅｙｏｈｒｋｉｃ．Ｔｈｒｕｇｈｅａｌｓｓｏｈｅｕｔｕｒｈｅｐｔａｅｉｎｉｏｎｕｎｄｎａｕａｒｑｎｃｆｔｅｂａｅｄｓｏｈｔｎａｙｉｎｔｅｒｓｌｓ，ｆｔｒｏｉｌｄｓｇｓｃｄｃ— ｍ
制动力，通过改变进入液压缸中的油压Ｐ来调节
一
图１盘式制动装置
１动器．制２．制动盘３座．底４．支架
制动力矩。
图２盘式制动装主要集中于制动
该模型进行有限元分析，得到制动盘的应力、应变规律和固有频率，通过结果分析，对制动盘的结构做了进一
步的优化设计，结果显示，优化后的结构不仅能够满足强度要求，而且能有效减轻制动过程中的抖动现象。关键词：下运带式输送机；盘式制动装置；制动盘；ＡＳＳＮＹ；有限元分析；优化
变形来校核其强度，另外还对制动盘进行模态分析，得到低ｌ０阶模态的固有频率，再通过优化设制动过程中，由于制动盘与制动器的接触摩
擦，其主要受力表现为：制动器的径向正压力 Ⅳ
盘式制动装置制动盘的有限元分析及优化
王道明王和伟韩强强陈小辉张卓辉
中国矿业大学机电工程学院
摘
徐州２１１２１６
要：以有限元理论及振动力学为基础，运用ＡＳＳ件对盘式制动装置的制动盘进行三维建模，并对ＮＹ软
１．液压缸活塞
３衬．闸
２．碟形弹簧
４．制动盘
盘强度和结构变形分析、热应力及温度场分析以及制动抖动和噪声分析等。本文基于某型盘式制动装置，根据各部件图纸，使用ＡＳＳ软件对制ＮＹ动盘进行三维建模，再对其施加制动过程中的载荷，进而进行有限元分析，用计算得到的应力和
中图分类号：Ｔ２２Ｈ１．Ｈ２：Ｔ１３１文献标识码：Ａ文章编号：１００８（００８— ０２— ４０１— ７５２１）００５０
Ａｂ￣ａ：ＢｓｄＯｈｎｔｌｍｅｔｈｏｙａｄｖｂａｉｎｍｅｈｎｃ．ｔｒｅｄｍｅｓｏａｄｌｇｉｃｒｉｄｏｔｏｓｄａｅｉｔｅｆｉｅｅｎｅｒｎｉｒｔｃａｉｓｈｅ．ｉｎｉｎｌｍｏｅｉｓａｒｅｕｒｌｉｅｔｏｎｆ
１制动原理及受力分析
盘式制动装置是通过制动器与转动中的制动盘接触摩擦产生制动力矩。见图２，通常情况下，制动器采用常闭式，即无油压时制动器的闸衬３
靠碟形弹簧２紧压在制动盘４上，提供最大的摩擦