某汽车盘式制动器结构设计与仿真优化开题报告

全文总字数：5820字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景

随着科学技术的进步以及人们生活水平的提高，汽车逐渐进入大部分家庭。截止2018年底中国的汽车保有量已经达到了2.4亿辆。我们在享受汽车带来生活方便的同时，也在担心其安全问题。汽车行车制动器是汽车的重要部件，能有效的保证汽车的行车安全。盘式制动器以其众多的优异性能广泛应用于汽车制动系统中^[1]。汽车盘式制动器主要由制动盘，摩擦块，制动卡钳，活塞等组成。在制动时，靠摩擦片与制动盘的摩擦产生制动力。目前盘式制动器由于性能优异，被应用于绝大多数乘用车的前后轮制动和商用车的后轮制动中。

在盘式制动器的设计与应用过程中也存在许多需要不断去解决和优化的问题。多频率的制动尖叫严重影响着汽车的乘坐舒适性，也对对汽车使用者及周围人群的身心健康也构成了威胁^[2，3]。在世界石油消耗过度的大背景下，盘式制动器的轻量化设计对节能减排有着十分重要的意义^[4]。汽车制动器在制动时，主要靠制动盘和摩擦块的摩擦产生制动力，会产生大量的制动热，若制动器散热性能不佳会导致制动器温度急剧上升，使制动器产生热衰退，严重影响制动器的制动效率，甚至可能使制动器失效。而制动盘的结构例如有无通孔，通槽的形状等等都会严重影响制动器的散热性能^[5]，而汽车盘式制动器的散热问题一直是盘式制动器设计的难题之一。汽车制动器特别是钳壳体和托架等关键零部件在实际工作中不仅承受着制动摩擦力和制动力，同时也受因制动热产生的热变形的影响，容易使得制动器关键部件发生断裂等情况，所以对于盘式制动器的强度也有着较高的要求^[6]。本课题主要从汽车盘式制动器的结构设计入手，对制动盘进行热力学分析和对钳壳体等进行静力学强度分析以实现对汽车盘式制动器进行优化设计。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

计算汽车盘式制动器的主要参数，确定制动器的基本结构类型，完成主体结构设计与分析，主要设计内容如下：

（1）汽车盘式制动器基本类型的确定：根据摩擦副中固定元件的不同，汽车盘式制动器可分为全盘式、定钳盘式、浮钳盘式；根据几种型式盘式制动器的优缺点以及汽车的实际需求等确定盘式制动器的型式。

（2）汽车盘式制动器结构设计，包括制动盘、制动块、制动块背板、钳壳体等元件的设计与确定：根据制动器的制动压力，制动力矩合理确定制动盘等元件参数，并用UG进行三维建模。

（3）制动钳相关零部件强度计算：根据汽车的制动力和制动力矩等用ABAQUS进行零部件静力学分析，得出最终的强度分析结果，并进行优化。

（4）制动盘散热分析：通过ABAQUS对盘式制动器制在制动时对制动盘进行（热力/耦合）的分析，最终得出制动盘的散热性能。

（5）工程图纸:在满足盘式制动器的相关设计后，按照要求生成工程图纸。

2.2研究目标

（1）了解汽车盘式制动器的结构型式，明确其优缺点；设计并确定制动盘，制动块等元件的参数

（2）学会运用UG绘制制动器的三维模型，学会用ABAQUS对零件进行强度和（热力/耦合）学分析，得出的分析结果，并进行优化。

（3）通过汽车盘式制动器的设计与优化，掌握汽车盘式制动器的设计方法。

2.3技术方案及措施

对于某汽车盘式制动器的设计包含很多方面的内容：基本参数的选择与计算，盘式制动器几何的绘制，盘式制动器的三维建模，关键零部件的静力学强度分析，制动盘的热力/耦合分析。详细内容及流程图如下所示。

（1）结构尺寸的合理：通过三维总装模型可以观察到盘式制动器的结构设计得合不合理，如果不合理，则需要对基本参数的选取与计算步骤以及三维建模步骤查找原因，改进三维模型。

（2）关键零部件的强度：通过在ABAQUS中对关键零部件进行静力学分析，判断关键零部件是否强度的设计要求。如不符合，则需要重新对三维模型的优化设计。

（3）制动盘的热力耦合分析：通过在ABAQUS中对制动盘进行热力耦合分析，判断制动盘的散热性能是否满足要求。如果不符合，需要重新进行模型的优化设计。

3. 研究计划与安排

3．进度安排

1-2（7 学期第19-20周）：确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内外资料收集。

3（8 学期第1周）：方案构思、文献检索、完成开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

4．参考文献

[1] 向友,王剑彬,周为.汽车盘式制动器多目标函数优化设计[j].机械工程师,2016(01):104-1

[2]管迪华,杜永昌,王霄锋,李清.对一盘式制动器高频尖叫及抑制的分析[j].工程力学,2014,31(12):217-222.