基于ansys的盘式制动器结构的强度分析和优化

文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）熟悉ANSYS Mechanical的朋友知道，早年ANSYS经典界面风行一时，后来随着2000年后ANSYS Workbench平台的推出，经过十多年的发展完善，其易用性、功能性进入了一个非常强健稳定的状态，现在用Workbench平台进行分析的工程师越来越多，毋容置疑的是其易用性远超ANSYS经典界面，在功能角度也实现了相当的水平。

早年学习ANSYS的朋友会使用一些经典的练习案例进行学习，熟悉软件的操作及基本特性，那这些经典案例是非常有学习意义的，不过这些官方的经典案例并没有Workbench的版本，所以我们集中资源对一些经典的ANSYS学习算例进行了梳理，在workbench中进行了一些复现的尝试，并将以连载的方式与爱好者们分享，希望能对大家的学习工作有所帮助。

之前，我们分享了结构中的密封圈仿真分析，本期为大家分享汽车刹车盘制动噪音分析。

图1 刹车系统几何模型工程背景在汽车制动时，刹车盘和刹车片之间的摩擦会引起刹车盘剧烈而持续的振动，从而导致噪音。

所以，消除汽车刹车盘制动噪音是汽车行业一个重要课题。

目前，主要有两种理论来解释这种现象：静动摩擦理论：该理论认为当静摩擦系数大于滑动摩擦系数时，会导致刹车系统的自激振动。

正是由于这种阶跃的摩擦力，导致了系统中的一部分能量无法耗散，从而产生噪音。

模态耦合理论：当两种具有相似特征的模态互相耦合时，会导致刹车系统变得极不稳定。

这种不稳定性主要是由于结构几何特征的不合理性导致的。

总而言之，根据上述两种理论，制动噪音是由刹车盘片间变化的摩擦力导致的。

此外，制动噪音大致可以分为以下三类：1 低频噪音：出现频率往往在100~1000Hz之间，声音较为低沉；2 低频尖响：转动盘的面外模态和刹车片的弯曲模态耦合而产生的刺耳噪音；3 高频尖响：转动盘的面内模态之间互相耦合而产生的刺耳噪音。

其中，后两种噪音形式可以通过仿真的方法进行分析。

link appraisement余毅权 南京中车浦镇海泰制动设备有限公司余毅权（1985浙江金华，硕士，城规列车基础制动装置的设计及研究。

杠杆支点闸片销轴复位弹簧理，由原来2片摩擦体增加到4片，减少单片摩擦体的变形量。

同时，增加金属网与背板之间的焊接点（由原先8个焊接点增加到16个焊接点），提高金属网与背板之间的贴合。

优化前后的方案如图8所示。

针对优化后的方案，通过ANSYS软件对制动状态下的闸片变形进行分析：当制动夹紧力F=15kN时，摩擦系数0.36，图9为加载模型，图10为仿真结果压力云图，图11为仿真结果摩擦应力云图。

从图11上可分析摩擦体与背板边缘局部摩擦应力至2.08MPa（红色部分），小于实际测试值。

表1为优化前后的仿真结果对比表。

表1 优化前后LRV闸片应力场仿真结果对比表类型优化前优化后结论整体应力云图18.5MPa 5.3MPa减小应力集中摩擦应力云图7.68MPa 2.08MPa减小摩擦体所受应力结语本文针对LRV闸片摩擦体与背板出现开裂的问题提出了切实可行的解决方案。

根据产品实际受力分析，确认了问题的产生原因，进行有目的性的仿真分析，并利用 ANSYS仿真分析手段，进行分析优化，提出优化建议，快速提升LRV闸片的整体性能，提高其可靠性，为后续同类产品设计开发提供实际参考意义。

并得出通过以下几个方面可有效防止LRV闸片摩擦体与背板出现开裂的现象： 1）合理分布金属网与背板之间的焊接点，提高金属网与背板之间的贴合。

2）合理选择摩擦体结构布局，使应力场分布更为均匀，减少单片摩擦体的变形量。

图5 有限元模型（优化前）图6 LRV闸片整体应力云图（优化前）图7 LRV闸片摩擦体应力云图（优化前）（a）优化前（b）优化后图8 LRV闸片结构示意图图11 LRV闸片摩擦体应力云图（优化后）图9 有限元模型（优化后）图10 LRV闸片整体应力云图（优化后）。

基于ANSYS的起重机结构设计优化作者：李聪张亚鹏连冬晓来源：《时代汽车》2021年第12期摘要：在随车起重机的前期設计论证阶段，需进行详细的结构设计及强度校核计算，结构设计包括整机外形的布置、技战术指标的实现及三维模型的建立等方面，在初步确定三维模型结构后，可对整体结构进行有限元分析计算，加入强度及刚度有限元计算后，可有效模拟实际工作状况中部件的受力状况，从而对危险受力点及截面进行预判，根据分析结果对结构进行改变并重新分析直至受力状况优化，从而能对结构优化及实际生产起到有效的指导作用。

正确的有限元分析常常会有效的提高产品质量，以致减小实际生产的成本，对于从设计到生产都能起到极大的促进作用。

关键词：随车起重机三维模型有限元分析结构优化Study on the Performance of Lithium-ion Battery in Electric Vehicle during Cycling TestLi Cong Zhang Yapeng Lian dongXiaoAbstract：In the preliminary design demonstration stage of the truck-mounted crane， detailed structural design and strength check calculations are required. The structural design includes thelayout of the overall machine shape， the realization of technical and tactical indicators， and the establishment of three-dimensional models. The three-dimensional model structure is initially determined After that， finite element analysis and calculation of the overall structure can be carried out. After adding the finite element calculation of strength and stiffness， it can effectively simulate the force status of the components in actual working conditions， so as to predict the dangerous force points and cross-sections. According to the analysis results The structure is changed and re-analyzed until the stress condition is optimized， which can effectively guide the structure optimization and actual production. Correct finite element analysis can often effectively improve product quality， so as to reduce the actual production cost， which can greatly promote the process from design to production.Key words：Truck mounted crane， 3D model， Finite element analysis，Structure optimization1 引言随车起重机是指安装在汽车底盘上，在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的起重机械，又称随车吊，属于物料搬运机械，是众多起重运输机械中的一个分支。

紧凑型轿车盘式制动器的结构设计与性能优化紧凑型轿车盘式制动器是现代汽车中常见的刹车系统之一，它由刹车盘、刹车片、刹车卡钳、刹车泵等组成。

本文将重点讨论紧凑型轿车盘式制动器的结构设计与性能优化的相关内容。

首先，紧凑型轿车盘式制动器的结构设计需要考虑以下几个方面。

首先是刹车盘的选择和设计。

刹车盘的材料应具有良好的热导性和强度，以确保刹车过程中能够快速散热并保持稳定的刹车效果。

同时，刹车盘的形状和尺寸也需要与车辆的动力特性相匹配，以确保刹车过程中能够产生足够的制动力。

其次是刹车片的设计。

刹车片的材料需要具有良好的摩擦性能和耐磨性，以确保在刹车过程中能够产生稳定的制动力。

此外，刹车片的形状和尺寸也需要与刹车盘相匹配，以确保能够充分接触刹车盘，并均匀受力，减少刹车片的磨损和热膨胀。

再次是刹车卡钳的设计。

刹车卡钳是刹车系统中的关键组件，它负责将刹车片与刹车盘进行接触和分离。

刹车卡钳的设计需要考虑刹车片的快速响应和平衡力的分配，以确保刹车过程中产生稳定的制动力和减速效果。

同时，刹车卡钳的材料和制造工艺也需要具备一定的刚性和耐久性，以应对长时间的刹车使用和高温环境下的挑战。

最后是刹车泵的设计。

刹车泵是刹车系统中的重要组成部分，它负责将驾驶员的脚力转化为刹车力，并通过液压传递到刹车卡钳。

刹车泵的设计需要考虑液压系统的安全性和敏感性，以确保在任何情况下都能够快速响应驾驶员的刹车指令并产生稳定的刹车力。

同时，刹车泵的材料和密封件也需要具备耐高温和耐腐蚀的特性，以保证刹车系统的长期可靠性和稳定性。

除了结构设计，紧凑型轿车盘式制动器的性能优化也是非常重要的。

性能优化的目标是提高刹车系统的制动效果和稳定性，并减少刹车过程中的磨损和热损失。

为了实现性能优化，可以采取以下几个措施。

首先是材料的优化。

刹车系统中的材料需要具备良好的摩擦性能、热导性能和耐磨性能。

通过引入新的材料和改进制造工艺，可以提高刹车片和刹车盘的耐用性和稳定性，减少磨损和热损失。

紧凑型轿车盘式制动器设计的关键参数分析与优化制动系统是汽车安全性能的重要组成部分，而盘式制动器作为一种常用的制动器类型，其设计的关键参数对于整个制动系统的性能和效果具有重要的影响。

在紧凑型轿车盘式制动器的设计中，关键参数的分析与优化是确保制动系统稳定可靠工作的基础。

1. 制动器压力分析与优化制动器的工作压力是制动力的主要来源，对于制动效果和制动稳定性有着直接影响。

通过对制动器工作压力的分析与优化，可以实现制动性能的最佳平衡。

在紧凑型轿车盘式制动器设计中，应该考虑的参数包括制动器主缸的内径、制动软管的长度和直径以及制动卡钳的设计等。

通过合理调整这些参数，可以达到更好的制动性能和制动力分配。

2. 制动器盘片尺寸分析与优化盘片尺寸是制动器的重要参数之一，直接影响制动器的散热效果、制动力矩以及制动器的重量等。

在紧凑型轿车盘式制动器的设计中，应该综合考虑盘片的外径、厚度和材料等参数。

外径的选取会影响制动器的散热表面积，从而影响制动器的散热能力；厚度的选取会影响制动力矩的大小，从而影响制动性能；材料的选取应综合考虑制动性能、制动器重量和制动器成本等因素。

3. 制动器刹车片摩擦材料分析与优化制动器刹车片的摩擦材料是决定制动力、制动稳定性和制动器使用寿命的关键因素。

在紧凑型轿车盘式制动器的设计中，应该综合考虑刹车片的摩擦系数、耐磨性和热稳定性等参数。

摩擦系数的选取应使得刹车片在各种工况下都能产生足够的制动力，同时避免过高的摩擦系数导致制动力分配失衡或制动器卡滞；耐磨性和热稳定性的选取应使得刹车片在长时间高温工况下仍能保持良好的制动性能。

4. 制动器冷却系统分析与优化制动器冷却系统的设计对于制动器的散热效果和工作温度的控制至关重要。

在紧凑型轿车盘式制动器的设计中，应该考虑冷却气道的设计、盘片的散热片数量和形状以及冷却风道的布置等参数。

通过合理设计冷却系统，可以提高制动器的散热能力，降低制动器的工作温度，从而提高制动器的稳定性和寿命。

基于受力特点的紧凑型轿车盘式制动器结构优化研究1. 紧凑型轿车盘式制动器的基本结构紧凑型轿车盘式制动器是一种广泛应用于汽车制动系统的重要设备。

它主要由刹车盘、刹车片、刹车卡钳、刹车主缸、刹车管路等组成。

刹车盘固定在车轮轴上，刹车片通过刹车卡钳施加压力使其与刹车盘接触，实现制动作用。

而刹车主缸则控制刹车片的紧密程度。

2. 受力特点对紧凑型轿车盘式制动器结构的影响在制动过程中，紧凑型轿车盘式制动器会受到很大的力的作用，这些力主要包括刹车盘与刹车片之间的摩擦力、刹车卡钳对刹车片的压力以及刹车主缸对刹车片的施力等。

因此，受力特点是影响该结构设计的关键因素。

3. 结构优化的目标针对紧凑型轿车盘式制动器的结构优化，主要目标是提高其制动性能，包括刹车效率、制动力分配的均衡性以及制动距离的缩短。

同时还要考虑结构的紧凑性、轻量化和成本控制等因素。

通过优化设计，可以满足这些需求。

4. 结构优化方法为了实现紧凑型轿车盘式制动器的结构优化，可以采用以下方法：a. 材料选择：选用高强度和耐磨损性能良好的材料，以保证制动器在高温和高负荷下的可靠运行。

b. 结构几何设计：通过对刹车盘、刹车片和刹车卡钳等结构的几何参数进行优化，提高刹车面积的利用效率，达到更好的制动效果。

c. 流体力学模拟：采用流体力学的数值模拟方法，研究刹车片与刹车盘之间的摩擦热耗散和热膨胀，以优化刹车卡钳和刹车片的设计。

d. 制动系统的调节和控制：通过合理的刹车主缸设计，实现制动力的均衡分配，避免车轮的侧滑或锁死。

e. 可靠性分析与测试：通过可靠性分析和实验测试，评估优化后结构的稳定性和性能，确保制动器在各种工况下的可靠运行。

5. 结构优化效果评估结构优化后，可以通过下述指标对紧凑型轿车盘式制动器的优化效果进行评估：a. 刹车效率：通过测定刹车盘和刹车片之间的摩擦系数，评估制动器的刹车能力和效率。

b. 制动力分配均衡性：通过测定刹车卡钳施加在刹车片上的压力分布情况，评估制动力的均衡性。

基于紧凑型轿车特征的盘式制动器设计优化分析盘式制动器是汽车制动系统中的重要组成部分，用于实现车辆的制动功能。

随着汽车工业的发展和用户对安全性能和驾驶舒适性的不断追求，盘式制动器的设计优化分析显得尤为重要。

本文将基于紧凑型轿车的特征，对盘式制动器的设计进行优化分析。

首先，紧凑型轿车在整车尺寸上相对较小，对盘式制动器的空间要求较为苛刻。

因此，在设计中需要考虑尽可能减小盘式制动器的尺寸，同时保证其性能和安全可靠性。

优化分析的第一个目标是将盘式制动器的尺寸控制在适当的范围内，以满足紧凑型轿车的要求。

其次，盘式制动器的材料选择也是设计优化的关键因素之一。

一方面，盘式制动器需要具备良好的摩擦性能和磨损耐久性，以保证长时间的制动效果。

另一方面，材料的选择还需要考虑制动器的重量和成本控制。

在设计优化分析中，需要综合考虑这些因素，选择合适的材料，以提高盘式制动器的性能和经济性。

此外，盘式制动器的散热性能也是一个需要优化的方面。

紧凑型轿车在运行时会产生大量的热量，特别是在制动时。

如果盘式制动器的散热性能不好，就会导致制动器过热，降低制动效果，并可能造成制动失效。

因此，设计优化分析中需要考虑如何提高盘式制动器的散热效果，以保持其长时间的制动性能。

另外，盘式制动器的制动力分配也是设计优化的重要内容之一。

在紧凑型轿车中，前后轮的制动力分配需要合理平衡，以保证车辆的稳定性和操控性能。

优化分析中，需要通过合理的设计和调整，确保盘式制动器前后轮的制动力分配达到最佳状态，提高整车的制动性能。

最后，设计优化分析还需要考虑盘式制动器的制动效率和制动平衡。

制动效率是指盘式制动器在实际制动过程中的性能表现，包括制动力大小、制动距离等指标。

优化分析中需要通过合理的设计和选用合适的部件，提高盘式制动器的制动效率，以满足紧凑型轿车的要求。

而制动平衡则是指盘式制动器在制动时前后轮的制动力平衡情况，只有充分的制动平衡才能保证整车的稳定性和操控性能。