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 (3)

制动盘建模 (3)

摩擦片建模 (4)

制动活塞建模 (6)

制动钳建模 (6)

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)

对导入的模型进行单元属性定义 (10)

网格划分及添加约束 (10)

进行模态分析 (11)

制动盘的振型分析 (12)

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。

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,如图所示。

图拉伸后实体

（2）凹槽打孔等处理后如图所示。

图凹槽打孔等处理后实体

摩擦片建模

（1）用轮廓线画如图所示草图。

图摩擦片草图轮廓线

（2）退出草图平面，拉伸4mm如图所示。

图拉伸后实体

（3）经打孔倒角等处理后如图所示。

图打孔倒角处理后实体

制动活塞建模

建模成型后如图所示。

图制动活塞

制动钳建模

（1）用轮廓线画如图所示草图。

图制动钳草图轮廓线

（2）退出草图平面，拉伸91mm且部分倒角后如图所示。

图拉伸倒角后实体

（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所示。

图拉伸凹槽后实体

（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所示。

图制动钳实体

整体装配

装配后如图所示。

图装配模型

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，生成实体如图所示。

图用于网格划分的实体模型

3 有限元分析的过程

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，打开如图所示对话框。

图“单元类型库”对话框

依次选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modles,打开如图所示对话框，分别填写弹性模量,泊松比，密度7e3。

图材料类型的定义

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.如图所示。

图有限元网格模型

（2）添加约束

依次选择Main Menu>Slolution>Define

Loads>Apply>Structrual>Displacement>on Areas选择制动盘内圆柱面，加载全约束。

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所示。

图制动盘的固有频率及阶数

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 1阶振型

图 3阶振型

图 6阶振型

图 8阶振型

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，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。