经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算毕业论文盘式制动卡钳(编辑修改稿)

经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算毕业论文盘式制动卡钳(编辑修改稿)内容摘要：

度计算；王营，曹献坤 [16]等人对盘式制动器摩擦片的温度场进行了研究。 20xx 年，张佳蓉，严瑾，殷德宏，张静江 [17]分析了制动盘早期磨损失效问题，对失效的汽车制 动盘进行电镜分析、化学分析、金像分析、硬度检测等，归纳出制动盘早期磨粒磨损失效的现象与变化，对进口和国产的制动盘及制动片进行对比分析，讨论了材质及摩擦副匹配对制动盘使用性能的影响。 20xx 年，余卓 [18]平等人研究了盘式制动器的抖动问题；杨莺，王刚 [19]对某机车制动盘的瞬态温度场进行了仿真，讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法；杨晓明 [20]等人对某型盘式制动器做了全性能优化设计，以实际制动器的设计参数作为初始方案，采用改进的差分进化算法进行优化设计，在保持热衰退率和热恢复率性能不劣化的情况下，使制动器 的制动性能和经济性能得到显著提高。 20xx 年，王登峰，王玉为 [21]等人对盘式制动器制动时产生的尖叫问题做了有限元分析与试验，分析了可能产生制动尖叫的不稳定模态，分析了各零件的振动模态对产生制动尖叫不稳定模态的贡献大小，揭示出有尖叫倾向的不稳定模态是由于结构未祸合时的多阶振动模态叠加而成，分析讨论了摩擦因数、摩擦片结构及其背板阻尼对制动尖叫的影响，为控制制动尖叫提供了途径；同年，董鹏 [22]对盘式制动器及其与整车的匹配做了研究，李衡 [23]等人对盘式制动器的结构场做了有限元分析，黄健萌 [24]等人对盘式制动 器摩擦界面接触压力的分布做了研究，葛振亮 [25]等人做了盘式制动器热弹性祸合分析； 20xx年，高向前 [26]进行了盘式制动器的热强度计算分析，黄健萌，高诚辉 [27]等人进行了盘式制动器热结构藕合的数值建模与分析。 20xx 年，杜鹏，刘辉，毛英慧 [29]南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 9 等人基于目前前后处理功能比较强大的有限元软件 ABAQus 对 ABS 盘式制动器进行了动应力分析，杨智勇 [30]等人进行了铝合金和锻钢制动盘摩擦面热损伤研究， 20xx 年，柴少彪，王铁 [31]等人基于 ANSYS/LsDYNA 对鼓式制动器做了接触仿真分析。 值得一提的是 ，在武汉理工大学过学迅、马力等老师的研究下，先后进行了大量 CAD/CAE 方面的仿真分析，并且取得了很多不错的研究成果，同时也发表了很多具有实际研究意义和参考价值的学术论文，其中有面向制动噪声的盘式制动器的有限元实模态和复模态分析，他们基于实模态、复模态分析理论和有限元法，研究了某盘式制动器的制动噪声问题，分别建立了制动盘、制动块、制动钳钳体和制动钳支架的几何模型和有限元模型，计算了它们固有频率分别在 20kHz和 18kHz 以下的各阶实模态和复模态，并对与制动噪声有关的各阶模态进行了分析；还针对车辆设计做了大量 参数化方面的研究，有基于 CAD 软件如 UG 等的几何参数化分析，也有基于 CAE 软件如 ANSYS 等的参数化有限元分析；进行了结构强度刚度等代设计、轻量化研究以及形貌优化和拓扑优化等 [3236]，使一些大型自卸车、重型货车和全半挂车等的结构更为合理，质量更轻，为许多特种车厂、专用车厂和商用车厂的设计研发提供技术参考和技术保证；结合参数化和优化技术对高空作业半挂车和自卸车货厢进行了相应有限元研究 [3738]；对各种自卸车的举升机构、内燃机的凸轮磨损、大客车车身和飞轮强度极限转速等做了动态仿真研究，得到了相应结构的 运动学特征和动力学特征；研究了大量有限元线性问题和非线性问题，对不同车辆上不同结构的静力学问题进行了有限元分析，同时将该思想该技术应用到了桥梁、铁轨和船舶等大构件的各个零部件；对不同车辆的某些零部件及声场进行了模态分析，研究了重型特种车复合材料车架和汽车手制动臂总成的模态，为得到客车车内的声场振动频率，研究了豪华大客车车内声场的模态；分析研究了客车车身 CAD模型导入到 CAE软件的数据互换问题，为许多 CAD 模型和 CAE 模型之间的数据转换提供了参考，这些工作均为本项目的研究提供了良好的研究和参考，为项目的开展打 下了良好的基础。 综合上述的文献资料可以得出以下结论 : 1)有关汽车制动器总成方面的资料多为工作原理、热应力分析、结构设计、南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 10 热机 耦合 、噪声分析和维修保养方法等方面的介绍，对其制动过程中强度是否符合要求的仿真分析比较少见，对减少研发周期的高级研究如参数化有限元分析更是比较少。 2)随着各种有限元软件的出现，极大的减少了产品试制研发的周期，提高了产品的质量。 3)我国在研究领域逐渐与国际接轨，利用各种软件工具使得产品在设计研发的过程中更具自主性、创新性。 4)我国各研究机构、高校、科研院所所做的大量仿真分析结果 己被越来越多的厂家、企业所接受，被社会认可。 主要研究内容 本 文 研究的具体内容包括以下几方面 : 1)总体研究方案和理论的确定 总体研究方案的确定 ： 考虑到制动器总成的工作情况、现阶段国内对于该类总成的研究状况以及企业需要，故确定总体研究方案为 :汽车盘式制动器总成的制动分析、机械应力分析、结构强度刚度分析、振动模态分析和基于制动器总成的参数化有限元分析等，面向制动器总成理论的确定以及适合本课题的分析软件及其求解器的选择。 总体研究理论的确定 ： 制动器总成主要由制动钳体、制动钳支架、活塞、制动块和制动盘等多 个零部件组成。 零部件间的连接关系较多且对于接触要求较高。 因此，首先分析制动器总成的结构特点是本 文 研究的基础。 本 文 研究的目标是对该总成产品进行机械应力分析、结构强度刚度分析和振动模态分析等，得到不同工况下的结构强度刚度振动等分析结果，其中结构强度分析需要定义不同零件间的接触状况，这就需要用到非线性理论中的接触理论；振动模态分析需要研究的是各阶模态下的频率响应，从而涉及到模态方面的理论。 因此，在仿真分析之前，研究面向制动器总成方面的理论是很有必要的。 2)基于制动器总成的有限元建模研究 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 11 建立制动器总成的几何模型 ，根据规范要求，确定计算工况，保证仿真计算时的边界条件、载荷与规范要求相符，分析不同工况下的边界条件和载荷，为约束和载荷的施加作准备，针对不同的分析情况设置材料属性、单元类型等，定义相关参数，划分网格。 其中，单元类型、网格密度、材料本构模型和不同工况下的接触对等因素对计算收敛性、计算时间、计算规模和计算精度有直接影响。 因此，在制动器总成建模过程中，需充分考虑这些因素，以保证计算精度、计算规模和计算时间的协调，为参数化设计平台提供参考，施加边界条件和载荷，为各种有限元仿真计算作准备。 3)基于制动器总成的有限 元仿真分析 制动器总成的有限元仿真分析包括机械应力分析、结构强度刚度分析和振动模态分析几部分。 主要分析机械应力的变化对结构强度刚度的影响以及制动器总成各阶模态下的动态特征；从经验和理论上初步判断仿真结果的合理性并根据规范的要求判断结果的准确性。 4)参数化有限元分析 建立参数化的几何模型和参数化的有限元模型，对盘式自动器总成进行参数化有限元强度刚度分析。 浮钳盘式制动器概述 浮钳盘式制动器的结构及其原理 汽车盘式制动器根据结构的不同，主要分为全盘式和钳盘式两种。 其中钳盘式又分为固定卡钳盘式 、浮动卡钳盘式和摆动卡钳盘式三种 (如图 )。 本文研究的盘式制动器基于国内某知名汽车零部件企业的某款 经济型 车辆，属于浮动钳盘式制动器，其结构图和总成模型（如图 1. 2 所示）。 该型盘式制动器总成由多个零部件组成，主要包括制动器钳体、制动 钳 支架、制动主 板 、摩擦片和制动盘等 (如图 1. 3) 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 12 固定卡钳盘式 浮动卡钳盘式 摆动卡钳盘 式 图 盘式制动器分类 图 浮动钳盘式制动器结构图和总 成图 图 浮动钳盘式制动器主要零件模型 浮钳盘式制动器的制动钳体安装在制动盘中心轴上。 制动盘轴起沿轴导向作用。 为了维修方便，液压油缸一般只安装在制动盘的内侧。 而外侧的摩擦片与钮体安装到一起。 制动器简图如 图所示 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 13 图 浮钳盘式制动器简图 制动钳支架 3 安装在转向节上。 制动钳体 1 和支架 3 可沿导杆 2 进行轴向滑动。 制动时，油 缸 8 在液压力 1p 的作用下，将活动摩擦片 6 推近制动盘 4。 同时作用在制动钳体 1 上的反作用力 P2 推动制动钳体沿导杆 2 向右运动 ，将固定制动钳体上的固定摩擦片 5 压紧在制动盘上。 此时，制动盘两侧的摩擦片在和 P2的作用下夹紧制动盘。 致使制动盘上产生与制动盘运转方向相反的制动力矩。 达到汽车制动的目的。 浮钳盘式制动器制动前后的工作简图如 图所示。 图 制动前、后的工作简图 浮钳盘式制动器的优点 ① 工作表面为平面，不易发生大变形，制动效能比较稳定； ② 浸水后制动效能降低较小，只需一两次制动操作后就可恢复正常； ③ 油 缸 通常只安装在单侧。 使得结构简单，方便安装和布局。 空间尺寸占用小。 而且，当制动器更靠近轮毂时，摩擦片同样 可用于驻车制动； 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 14 ④ 液压油管一般都在单侧，不用跨越制动盘。 方便安装的同时也降低了液压油的受热可能。 单侧的液压油虹较多的面积暴漏在空气中，更有利于散热； ⑤ 单侧油缸的深度相对于两侧安装的油社来说，深度更深。 这就增大了油缸柱面的散热面积。 使得制动油工作温度比固定甜式的低 40 度左右，汽化的可能性小； ⑥ 热稳定性好，制动盘只在径向产生热膨胀，在厚度方向上热膨胀极小，不影响制动性能； ⑦ 容易实现间隙自动调整，保养修理作业方便。 本章小结 本章强调了汽车制动性能是汽车行驶安全的主要决定因素。 汽车制动系统的可靠性 程度 ,决定着车辆的整体安全性能。 汽车的制动性能直接关系着人的生命安全。 随后在第二节对国外汽车制动系统技术发展的历史和重要历史阶段进行了概述；在第三节通过主要相关文献的列举，概括性的叙述了近年来国内高校和科研院所在汽车制动系统理论方面的主要研究成果。 基于汽车制动系统对于整车安全性的影响，及国内与国外在制动系统设计和理论研发上的差距，最后概括了论文的主要内容结构，阐述了本课题的研究意义，不仅分析了盘式制动器主要零部件的强度、制动等问题 ,更重要的是为企业对其产品的设计、生产和制造给予理论的参考。 对提高汽车制动系 统可靠度、制动系统结构的合理性、降低成本和提高设计水平都有着重要的实际意义。 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 15 第 2 章 浮钳盘式制动器的设计计算 汽车液压制动系统概述 汽车的制动性能是汽车的主要性能之一，它是由汽车的制动系统来保证的。 汽车的制动系统包括行车制动系统、驻车制动系统、紧急制动和辅助制动系统。 它们的基本功能是：（ 1）在汽车行驶过程中能以适当的减速度将汽车速度减低到所需的车速或停止；（ 2）使汽车在下坡行驶时保持适当的车速；（ 3）使汽车可靠地停住，包括在上、下坡道上停住。 本文 所研究的内容主要是汽车液压制动系计算机辅助设 计与分析系统。 汽车液压制动系统主要由供能装置、控制装置、驱动装置、制动力调节装置和制动器组成。 供能装置和控制装置由司机、制动踏板以及一套杠杆机构组成。 驱动装置的作用是将来自驾驶员或其它力源的力传给前、后车轮制动器，使之产生制动力矩。 一般轿车和中小型客车的液压制动系统中的驱动装置为伺服制动驱动机构。 伺服制动的制动能源是人力和发动机动力并用，在正常情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统产生。 在伺服系统失效时，还可以全靠人力驱动液压系统以产生一定程度的制动力。 在用汽油机或带气动全速调速器的柴油机的汽车上液压制动 系统中的伺服力源，是发动机进气管中节气门后的真空度（负压）。 伺服用真空度一般可达 /mm2，故称此伺服制动为真空助力制动。 由真空伺服气室、制动主缸和控制阀组成的总成就是轿车和中小型客车的液压制动系统的驱动装置，通常称为真空助力器。 如图 所示。 图 真空助力器带总泵总成 接后轮制动器 制动踏板机构 接前轮制动器 接发动机进气管 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 经济型轿车浮钳式制动器制动钳体三维建模及强度计算 16 在真空助力器中，伺服气室置于踏板与主缸之间，其控制阀直接由踏板通过推杆操纵。 伺服气室的输出力也作用在制动主缸活 塞上，以助踏板力不足。 制动力调节装置的作用是调节制动力分配特性，扩大前轴车轮先抱死的附着系数范围值，尽可能避免后轮先抱死。 制动力调节装置大多装在后轮制动管路中，当前轮制动管压增长到一定程度后，它自动限制或节制后轮制动管路压力的增长。 轿车和中小型客车的液压制动系统中的制动力调节装置大都采用比例阀实现。 在汽车进入制动状态时，制动主缸输出到前轮。