盘式制动器建模及制动盘的元分析

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

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 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ５ 文献标 志码 ： Ａ
（ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ４ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｂ ｒ ｉ ｅ ｆ ｌ ｙ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｉ ｓ ｃ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ．Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｌ ａ ｒ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ａ ｕ ｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ ｙ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｃ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ．Ａ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｉ ｃ

基于ANSYSWorkbench的汽车盘式制动器性能分析基于ANSYS Workbench的汽车盘式制动器性能分析引言：随着汽车行业的快速发展和技术的不断进步，制动系统作为汽车安全的重要组成部分之一，其性能分析和优化显得尤为重要。

盘式制动器作为应用广泛的一种制动系统，具有较高的制动效率和稳定性。

本文基于ANSYS Workbench平台，针对汽车盘式制动器的性能进行了详细分析，旨在提高汽车制动系统的制动效果和安全性。

背景：盘式制动器是目前汽车制动系统中使用最广泛的一种制动器。

它由刹车盘、刹车钳、刹车片等组成，通过刹车钳将刹车片夹紧在刹车盘上，利用摩擦产生的阻力来实现制动效果。

然而，盘式制动器在长时间高温工况下容易出现刹车片和刹车盘的热膨胀、磨损、裂纹等问题，严重影响了制动器的性能和安全性。

方法：本文采用ANSYS Workbench软件进行盘式制动器的性能分析。

首先，建立了盘式制动器的三维模型，并导入到ANSYS Workbench平台中。

然后，通过网格划分、材料参数设置、边界条件的设定等步骤对盘式制动器进行预处理。

接着，运用有限元方法对盘式制动器的应力和温度分布进行模拟计算。

最后，通过结果分析和对比，得出有关盘式制动器性能的相关结论。

结果与讨论：通过对盘式制动器进行应力分析，可以得到盘式制动器在工作过程中的应力分布情况。

结果显示，在制动过程中，刹车片对刹车盘施加了大的接触应力，而刹车盘则承受了均匀分布的应力。

这些应力对制动器的磨损和热裂纹等问题具有重要影响。

同时，在温度分析中，可以通过计算刹车片和刹车盘的温度分布情况，了解制动过程中产生的热量。

结果显示，在长时间高温工况下，刹车片和刹车盘的温度会显著升高，造成制动效果下降和刹车系统失灵的风险增加。

结论：通过ANSYS Workbench平台的性能分析，我们可以得到汽车盘式制动器的应力和温度分布情况，找出制动器的潜在问题。

在这基础上，可以采取相应的优化措施，如使用高性能材料、改善制动器散热系统等，以提高制动器的制动效果和安全性。

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。

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]。

制动片固定弹簧
制动盘
摩擦片
按 28 N.M 扭力紧固制动 钳导销螺栓。 按规定顺序分次预紧， 按 140 N.M 的扭力安装 车轮 。
注意安装方向、注意安 全。
注片固定 弹簧
更换制动片
安装制动钳
安装车轮
整理
放下车辆
工量具归位
更换盘式制动摩擦片和制动盘工程建模图
手套、车轮挡块、举 升垫块 自制铁钩、 工作绵布 世达 150 件套、 扭力 扳手、专用工具 举升机、百分表、磁 力 表 座 、 0 — 25mm 千分尺、游标卡尺
防护设施 前期准备 更换盘式制动摩擦片和制动盘
辅料准备
工具准备
仪器准备
使用指针式扭力扳手按 顺序预松轮胎螺栓。
将汽车举升到合适位置
检查制动钳导销是否松 旷、 导销护套有无裂纹或 损坏
有无泄漏、用专用工 具压回轮制动钳活塞
拆卸、 检查
预松轮胎螺栓
拆卸并检查无变形、裂 纹或损坏
拆卸轮胎螺栓并取 下车轮 清洁，目视、 0 — 25mm 千分尺测量制动盘厚 度、跳动量的检查。
检查制动钳导销
制动钳活塞
用游标卡尺测量摩擦片 的厚度，如厚度不在规 定范围内应更换。

图解盘式制动器1.盘式制动器概述盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，被称为制动盘。

其固定元件则有着多种结构型式，大体上可分为两类。

一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块，每个制动器中有2～4个。

这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，总称为制动钳。

这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器。

另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形，制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触，这种制动器称为全盘式制动器。

钳盘式制动器过去只用作中央制动器，但目前则愈来愈多地被各级轿车和货车用作车轮制动器。

全盘式制动器只有少数汽车(主要是重型汽车)采用为车轮制动器。

这里只介绍钳盘式制动器。

钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。

盘式制动器结构图如下图所示2.定钳盘式制动器跨置在制动盘1上的制动钳体5固定安装在车桥6上，它不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动，其内的两个活塞2分别位于制动盘1的两侧。

制动时，制动油液由制动总泵(制动主缸)经进油口4进入钳体中两个相通的液压腔中，将两侧的制动块3压向与车轮固定连接的制动盘1，从而产生制动。

这种制动器存在着以下缺点：油缸较多，使制动钳结构复杂；油缸分置于制动盘两侧，必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通，这使得制动钳的尺寸过大，难以安装在现代化轿车的轮辋内；热负荷大时，油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化；若要兼用于驻车制动，则必须加装一个机械促动的驻车制动钳。

定钳盘式制动器示意图1.制动盘2.活塞3.摩擦块4.进油口5.制动钳体6.车桥部3.浮钳盘式制动器制动钳体2通过导向销6与车桥7相连，可以相对于制动盘1轴向移动。

制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。

制动时，液压油通过进油口5进入制动油缸，推动活塞4及其上的摩擦块向右移动，并压到制动盘上，并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向左移动，直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘上夹住制动盘并使其制动。

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。

《制动器的动力学仿真》专业：机械设计制造学号：姓名：2015年1月12日目录第一章、概述 (1)1.1 制动器的分类 (1)1.2 国外针对盘式制动器的研究 (2)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2 国研究现状 (2)第二章基于ADAMS 建模的理论基础 (3)2.1 系统动力学 (3)第三章动力学仿真 (4)3.1 刚柔体混合动力学模型 (4)3.2 改变弹簧弹性系数的仿真分析 (7)3.3 结果分析 (11)第一章、概述1.1 制动器的分类制动器即为刹车，通常称之为刹车、闸，它能使机械系统中的执行构件运动运动或减速慢行。

其重要装置主要有传动装置、制动构件和操纵装置以及动力能源装置等。

并且某些制动器存在有自隙调整机构。

制动器可分为行车制动器和驻车制动器，即分别为脚刹和手刹，其中脚刹一般都用于行车过程中，但如果制动失效时，我们需要使用手刹。

但车在停稳时，需使用手刹的方式以防止车向前滑行或者向后滑动。

制动器的分类方法还有很多：例如制动器按接触方式能够被分成非摩擦式与摩擦式这两大类。

其中，前者按结构形式分类，主要可以分成磁涡流式制动器（利用励磁电流的改变来使制动力矩大小得以改变）、磁粉式制动器（磁化磁粉产生的剪力进行制动）与水涡流式制动器等[3]；还能够根据制动件的结构的组成形式进行分类，又能够把它分为外抱块式制动器、蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器（碟刹）等；按制动件的工作状态一般可以分为常处于闭合制动器（只有施加外力才能把使制动不工作，正常为紧闸状态）和常处于开状态的制动器（只有在受到外力时才可会正常工作即具有制动作用，正常为松闸状态）；按操纵的形式进行分类时，又可以分为人力、液压、气压和电磁力操纵的制动器；按制动系统的作用进行分类，又可以把它分为驻车与行车这两种类型的制动系统以及应急、辅助类型的制动系统等。

而当前各辆的汽车上都一定备置脚刹同手刹；按制动操纵的能源装置进行分类，可以把它分为人力、动力和伺服类型等；按制动能量的传输方式分类，可以分为机械式、液压式、气压式、电磁式及组合式（同时含量中已上两种供能方式）等。

应用这些仿真分析软件可以最大化使 设计贴近实际，并且最大化地减少成 本，这对于汽车业的发展具有深远的 意义。在对盘式制动器作相应的设计 的时候，我们普遍利用ADAMS软件进 行对其进行仿真模拟及动力的分析。 同时，也可以仿照盘式制动器采用软 件仿真、设计、改进和优化的运动过 程的模拟，对不同参数的比较和分析， 使工作性能得以优化，因此可以大量 减少物理样机的制造和试验的次数， 使得产品的设计质量得到一定程度的 提高，在很大程度上使产品的研发制 造周期及经济损耗得以减少。同时， ADAMS软件强大的分析求解功能使盘 式制动器的仿真分析既直观又方便， 对于当前制动器存在的噪音问题能够 得到很好的优化。
盘式制动器仿真分析
选择课题的意义
目前盘式制动器在汽车领域以及矿 物采集等领域都有着广泛的应用， 同时，制动器在汽车领域的应用是 最流行的，当前的大多数汽车生产 厂家，在产品的生产上时的前轮配 备盘式制动器，甚至四个轮子，一 些制造商均配备盘式制动器。制动 器是汽车制动系统中真正是汽车停 止的部件，而随着经济的发展与计 算机技术的深入，盘式制动器的设 计也得以飞跃，相较于传统的设计 方式来说，ADAMS等仿真分析软件 的应用对于汽车制造业是一个巨大 的进步。
研究内容
1）该课题是针对某品牌汽车的盘式制动器，利用动 力学分析软件ADAMS对其进行仿真分析，建立了盘 式制动器相应的动力学模型，改变相应的边界条件， 得到相应的研究结果，为制动器振动噪声或异常磨 损等现象的研究打下基础。 （2）该课题通过分析仿真曲线，进而研究摩擦系数 等因素对于制动器的速度、加速度以及制动力的综 合影响，进而得出相应的实验结论。
研究步骤
1 熟悉盘式制动器的结构和工作原理，建立盘式制动 器的三维模型，并分析各零部件的相对运动关系。 2 学习ADAMS建模的理论基础 3 盘式制动器刚-柔混合体模型的建立以及动力学模 型的建立 4 盘动力学模型进行了仿真分析，通过 改变盘式制动器的制动块与制动盘接触处的摩擦系 数并改变弹簧弹力，进而分析了制动力矩、制动力、 制动盘的角加速度、弹簧力的变化情况，经分析研 究得出了一系列的结论，并分析了仿真分析结果与 实际存在偏差的原因

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 。
ｔ ｅ ｄ ｓ ｒ ｋ ｓｎ Ｓ ｏｔ ａ ｅ ｎ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔ ａ ａｙ ｉ ｉ ｐ ｒ ｒ ｄ ｆ ｒ ｔｉ ｄ ｌ ｂ ａｎ ｎ ｈ ｔ ｓ ｎ ｈ ｉｃ ｂ ａ ｅ ｕ ｉ ｇ ＡＮ ＹＳ ｓ ｆ ｒ ，ａ ｄ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｓ ｅｆ ｍｅ ｏ ｈ ｓ ｍｏ ｅ ，ｏ ｔｉ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓｒ ｓ ａ ｄ ｗ ｎｅ ｏ ｅ
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
ｔｄ ｆｒｔ ｅｓｒ ｃ ｕ ｅｏ ｅ ｂ ａ ｅ ｄ ｓ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｎ ｉ ａｅ ｔａ ｈ ｐ ｉ ｚ ｄ ｓｒ ｃｕ ｅｃ ｎ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｅｓｒ ｎ ｔ ｅ ｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｆ ｈ ｒ ｋ ｉｃ ｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ｉ ｄ ｃ ｔ ｔ ｅ ｏ ｔ ｈ ｕ ｔ ｓ ｈ ｔ ｍｉｅ ｔ ｔ ｒ ａ ｏ ｎｙ ｍｅ ｔ ｈ ｔ ｇｈ ｒ — ｕ ｔ ｅ
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Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｄ ｗｎ ａ ｄ ｂ ｌ ｃ ｎ ｅ ｏ ；ｄ ｓ ｒ ｋ ；ｂ ａ ｅ ｄ ｓ ｙ ｒｓ ｏ ｗ ｒ ｅ ｔ ｏ ｖ ｙ ｒ ｉｃｂ ａ ｅ ｒ ｋ ｉｃ；ＡＮＳ ＹＳ；ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ａｙ ｉ ；ｏ ｔ ｎｅ ａ ｍｉａｉ ｏ

某轿车通风盘式制动器有限元分析及优化设计一、概述轿车通风盘式制动器是现代汽车中非常重要的一个部分，它的主要作用是在车辆行驶过程中提供有效的制动效果。

然而由于各种因素的影响，如高温、高湿等环境条件，以及长时间的使用和磨损等原因，通风盘式制动器的性能可能会受到一定程度的影响。

因此为了保证车辆的安全性和稳定性，对其进行有限元分析及优化设计是非常必要的。

本文将对某轿车通风盘式制动器的有限元分析及优化设计进行介绍，以期为相关领域的研究提供一些参考和借鉴。

1. 通风盘式制动器的基本原理和应用在汽车技术的发展过程中，制动系统扮演着至关重要的角色。

而通风盘式制动器作为一种高效、安全的制动方式，已经得到了广泛的应用。

通风盘式制动器的基本原理就是利用气流对制动盘进行冷却，从而提高制动效果和稳定性。

当驾驶员踩下刹车踏板时，制动钳会将刹车片压向制动盘，使之产生摩擦力来阻止车辆前进。

而通风盘式制动器通过引入气流，使得刹车片与制动盘之间的热量能够更快地散发出去，减少热衰退现象的发生，从而保证了制动性能的稳定和可靠性。

通风盘式制动器的应用非常广泛，不仅适用于传统的轿车、SUV等车型，还广泛应用于卡车、巴士等大型车辆中。

此外随着新能源汽车的发展，通风盘式制动器也成为了电动汽车重要的制动方案之一。

通风盘式制动器的优越性能使得它成为了现代汽车制动系统中不可或缺的一部分。

2. 通风盘式制动器的有限元分析方法在研究通风盘式制动器的性能和优化设计时，我们首先需要对其进行有限元分析。

有限元分析是一种常用的工程分析方法，它通过将复杂的结构分解成若干个简单的单元，然后利用计算机模拟这些单元之间的相互作用，从而得到整个结构的性能指标。

在进行通风盘式制动器的有限元分析时，我们需要先建立一个三维模型，这个模型要尽可能地接近实际的制动器结构。

然后我们需要为这个模型选择合适的材料属性和边界条件，以便在模拟过程中能够准确地反映实际制动器的工作环境。

接下来我们就可以使用有限元软件对这个模型进行计算了。

基于ansys的盘式制动器结构分析与优化
姓名：王瑜斌 学号：14721631
指导老师：胡小梅
汽车的制动器作为汽车的重要部件，其制动的性能 好坏直接影响到汽车行驶的安全性。在这里通过有限元 技术对盘式制动器的钳体和制动盘进行强度分析和模态 分析，并进行相应的优化研究。
盘式制动器
定钳盘式制动器的工作原理
应力分析：
将有限元模型导入ANSYS中进行有限元分析。得到制动 钳体的应力云图如图所示，最大的应力值为123.816MPa， 出现在钳体的四个螺栓连接处，而最大应力出现在此处的 原因也是孔的应力集中。
应力最大处
制动钳体应力云图
应力分析：
制动盘的应力云图，从图中可以看出制动盘的最大应 力13.7039MPa，出现在摩擦衬块和制动盘的接触地方。
模态分析
盘式制动器的实际模型与理论模型之间 存在差异,所以在进行分析时,做出一系列假 设:
(l)假设盘式制动器的材料是均匀的各向同性 材料; (2)不考虑制动过程中温度变化对材料性能的 影响; (3)不考虑制动器组成部分之间的影响
模态分析
对制动盘和制动钳体进行模态分析可以得到他们 的固有频率和模态振型。
三维模型
制动钳体
摩擦衬块
制动盘
采用四面体单元对盘式制动器的内外制动钳体和 摩擦衬块底板，摩擦衬块划分网格,对活塞和制动盘 采用六面体单元类型划分网格。
制动盘材料参数
制动盘参数设置包括各个部件的材料、密度、 弹性模量和泊松比，如表1所示。
边界条件的设置：
边界条件包括载荷和约束的设置，通过对制动盘的结构， 工作原理，受力分析进行载荷约束设置：
制动钳的第4阶模态

制动盘的第10阶模态图
对制动盘和制动钳体进行自由模态分析，运用ANSYS 软件的Block Lanczos模态分析方法，计算提取11阶模态， 结果如表所示。

2011届毕业生毕业设计（论文）汽车盘式制动器分析Analysis of automotive disc brake系别：汽车工程系专业：班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：2010年12月14日河北交通职业技术学院摘要汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。

汽车上使用最多的制动器就是盘式制动器，盘式制动器各部件在如此高温的状况下磨损非常严重，为了保证制动器的工作性能就需要定期的对盘式制动器进行检测，如果发现问题就需要及时进行维修与更换。

本文通过对盘式制动器结构的了解，提出了对各项部件维护前的准备和注意事项，然后利用举升机或千斤顶将车举起，用专用工具进行拆卸和检测，对制动器摩擦衬片的厚度是否合格，制动卡钳是否大修，以及对制动盘的精整和更换进行了系统的描述，确保了盘式制动器的正常工作性能。

关键词：盘式制动器检测维修AbstractAutomobile brake simple speaking, is to use friction at converting kinetic energy into heat energy, that car losing kinetic energy and stop. Car use most of the brake is disc brakes, disc brake parts in such high temperature condition wear very serious, in order to guarantee the brakes work performance is needs regular to disc brakes for testing, if found that the problem will need timely maintenance and replacement. This article through to disc brakes structure understanding, proposed to the various components maintenance preparation before and attention, then use lift or jack will raise, use a special tool car dismantled and testing, the brake friction facing the thickness is unqualified, brake calipers whether overhaul, and brake disc of finishing and replace the system are described, and ensure the normal work of disc brake performance.Keywords: disc-brake test and maintenance【目录】1.引言 (1)2. 盘式制动器概述 (1)3. 钳盘式制动器结构 (3)3.1 定钳盘式制动器 (3)3.2 浮钳盘式制动器 (3)4. 盘式制动器的检测与维修 (4)4.1 维修时的注意事项和诊断参数 (4)4.2 盘式制动器的故障检测和维修方法 (5)4.3 典型车型案例分析 (6)5. 结论 (7)参考文献： (8)致谢 (9)附录 (10)1.引言汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。

盘式制动器建模及制动盘的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>V olumes，⽣成实体如图所⽰。

乘用车钳盘式制动器的结构设计与建模乘用车钳盘式制动器是一种常见的汽车制动系统。

它由制动钳、制动盘和制动片组成，通过压缩制动片让制动盘减速来实现对车辆的制动控制。

本文将详细介绍该制动器的结构设计与建模，以便更好地理解制动器的工作原理和优化设计方法。

首先，我们来介绍一下乘用车钳盘式制动器的结构组成。

1. 制动钳制动钳是钳盘式制动器中的重要组件，其主要作用是将制动力传递给制动片。

制动钳有固定式和浮动式两种形式。

其中，固定式制动钳是通过螺栓固定在车轮大盘上，而浮动式制动钳则是直接安装在车轮悬挂系统上。

2. 制动盘制动盘是制动器中的另一个主要部件。

它通常由铁质或铝合金制成，可抵御高温和高压。

制动盘的厚度、直径和形状都会影响制动器的效果。

制动盘的直径越大，其转动惯量就越大，散热效果也会更好。

3. 制动片制动片包括了摩擦块和支撑杆，为钳盘式制动器的摩擦元件。

制动片的材料通常是硬质合金、软质合金、有机纤维材料等。

制动片可以根据需求分为正向和反向两种形式。

以上是乘用车钳盘式制动器的主要结构部件，接下来我们来具体介绍这些部件的建模方法。

1. 制动钳建模制动钳的建模是基于先前钳子设计的工作，在CAD中的三维建模便于看到钳子的结构，同时也可以分别看到每个组成部分，例如压力板，油路和现车等。

CAD中的建模不但方便实现钳子良好的设计，还能准确测量和划算CAD图纸的尺寸。

2. 制动盘建模制动盘的建模基于其形状和尺寸，通常使用CAD模型进行建模。

CAD建模可以保证尺寸的准确性，以及实现盘形、直径和制动片安装孔的设计。

3. 制动片建模制动片建模通常使用计算机辅助设计（CAE）技术。

CAE 技术能够计算和模拟制动片的摩擦力，从而提高其强度和耐久性。

制动片的建模过程中，需要确定其材料和工艺，并确定制动片的生产和安装方法。

通过以上建模方法，我们可以将乘用车钳盘式制动器各部分进行建模，并实现组合和设计优化。

这使我们可以更好地理解制动器的工作原理，提高制动器的性能和效率。

关于《轿车盘式制动器的设计与分析》的开题报告0陈文镇1.课题目的和意义近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，车辆制动器在车辆的安全方面表现得越来越明显。

目前汽车制动器主要分为鼓式和盘式两种，按照制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气—液混合式。

它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。

鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。

其刹车鼓的设计1902年就已经使用在马车上了，直到1920年左右才开始在汽车工业广泛应用。

然而随着汽车速度的提高和对制动性能的要求越来越高，现代乘用车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用综合性能较好的盘式制动器。

盘式制动器逐渐开始取代了鼓式制动器在汽车上应用。

因此设计一个性能稳定同时安全可靠地盘式制动器很重要，并且通过盘式制动器设计计算，有助于初步掌握汽车新产品的开发与设计的方法，培养了汽车零部件的设计能力，提高了综合运用所学知识解决实际问题的能力，具有十分重要的意义。

2.国内发展现状随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，汽车上采应用盘式制动器配置才逐步在我国形成规模。

特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥了很大的作用。

在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面：在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前车轮盘式制动，后车轮鼓式制动。

因轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，所以前轮制动力要比后轮大。

生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合制动方式。

采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。