某轿车盘式制动器的设计分析开题报告

全文总字数：3878字

1. 研究目的与意义

近年来，国内、外对汽车制动系统的研究与改进的大部分工作集中在通过对汽车制动过程的有效控制来提高车辆的制动性能及其稳定性，如abs技术等，而对制动器本身的研究改进较少。

然而，对汽车制动过程的控制效果最终都须通过制动器来实现。

现代汽车普遍采用的摩擦式制动器的实际工作性能是整个制动系中最复杂、最不稳定的因素，因此对传统盘式制动器的设计仍然有着不可替代的基础性作用，也可为后续的改进设计提供理论参考。

2. 国内外研究现状分析

经过了百年的传承与发展，汽车不再仅仅是简单的交通工具或工业产品，它成为了我们正常生活中不可或缺的生活用品，从十九世纪卡尔本茨发明第一台汽车时的简单结构，到如今对安全性，舒适性，经济性，通过性等众多指标的严苛要求，汽车已经成为了工业产品的集成体。为了更好地匹配和集成，需要我们对重要零部件进行设计分析。 汽车生活中最普遍，最方便的的交通工具，制动系统是制约汽车运动的装置，而制动器又是制动系统中直接作用制约的重要部件，是汽车上最重要的安全部件，制动器设计的好坏直接影响汽车行驶的安全性。 随着道路交通的不断完善和发展，车流密度日益增大，人们对安全性，可靠性的要求也越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备可靠，高效的制动器。因此，设计一个性能稳定，同时安全可靠的的盘式制动器很重要。本次毕业设计帮助我们在熟悉制动器功能和结构的同时，，应用所学知识对盘式制动器进行结构方案论证，运用三维建模软件对其进行建模，学习有限元软件，在此基础上应用该软件对制动器进行有限元分析，与传统分析方法作比较，训练我们对汽车零部件的设计能力，并通过对实际问题的处理提高我们应用cae解决实际工程问题的能力。

一、国外研究概况

国外对汽车盘式制动器的研究时间比较早，二十世纪中期就已经开始运用cad/cae进行辅助设计，经过几十年发展，如今给予计算机模拟对盘式制动器技术研究已经非常成熟。1902年，英国工程师佛雷德里克威廉兰切斯特设计出了汽车盘式制动器并申请了专利。兰切斯特成为最早装备盘式制动器的轿车。但是受到金属材料制造水平的限制，当时的盘式制动器中的刹车片由铜制造，再加上恶劣的路况，使得铜制的刹车片很快磨损，因而那时的盘式制动器寿命很短，导致那时盘式制动器并没有流行起来。由于没有解决好前后轮制动力分配的问题，早期的汽车只有后轮有制动器。1909年阿罗约翰逊发明了四轮刹车系统。随着技术的完善，四轮制动系统在20世纪20年代开始普及。 虽然采用了四轮制动系统，但是制动效果不是非常理想，问题出在鼓式制动器上。鼓式制动器的造价虽然便宜，但是制动力稳定性差，在不同路况下制动力变化很大，驾驶者不易掌控。且由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量，容易产生热衰竭现象，引起制动效率下降。面对鼓式制动器的这些先天不足，并且随着金属加工制造工艺的进步，制造出寿命更长、制动效果更好的盘式制动器成为可能，设计师把注意力转向了盘式制动器。50年代，由于缺乏足够的道路验证，盘式制动器出现了腐蚀性和可靠性的问题，因而那时流行的制动器依然是鼓式制动器。不过，盘式制动器进入到了一个快速发展的阶段，1953年，捷豹c-type赛车装备了英国邓禄普公司为其设计的卡钳盘式制动器。1955年法国雪铁龙ds成为第一辆装备现代概念盘式制动器的量产车型。随着技术的发展，到20世纪60年代时， 很多新问世的轿车都开始采用盘式制动器。2002年，ji hoon choi和in lee主要研究在反复制动过程中的仿真模拟，对盘式制动器瞬态热弹性进行了分析，并对碳-碳成分的制动器进行了研究，结果表明各向异性的盘式制动器比各项同性的压力分布更均匀柔和，其制动性能更好^[1]。2006年阿文美驰公司的ramesh edara利用cae工具对盘式制动器总成水平下的制动能和组件的结构强度以及结构质量进行了优化设计，优化结果得到了试验验证，并强调利用仿真模型的优势对于加快可靠性产品开发的重要性^[2]。2007年p.liu等人通过abaqus软件利用复杂特征值方法对盘式制动器的尖叫进行了研究，指出摩擦衬垫的弯曲振动可能是引起制动尖叫的原因，降低摩擦系数，增大制动盘刚度，摩擦衬片的背板使用阻尼材料都能减小制动尖叫^[3]。2008年kerem karakoc等人基于有限元建模仿真，使用退火与序列二次规划相结合的优化方法对一种汽车用的新型磁制动器进行结构优化，使得制动力矩大大提高^[4]。2009年a.akay等人通过试验研究了制动尖叫现象，阐述了制动器产生尖叫的不稳定性机理^[5].2010年honner和vold研究了发生在制动系统中的热弹性不稳定性过程，此过程中在接触面上具有热点的非均匀温度分布明显，采用试验和计算来分析过程中制动器机械性能变化^[6]。2011年mehrnoosh和mohammad研究了在制动过程中旋转制动盘的温度及厚度对于热应力和机械应力的影响，并得出了不同表面轮廓的制动盘由于材料性能的分布不同而使其特性复杂^[7]。adamowi和piotr grzes基于有限元模型技术对盘式制动器两滑动部件各个方向的温度分布进行了研究比较，揭示了接触表面温度分布及热传导效应，验证了摩擦生热理论及制动盘热通量的非均匀性分布^[8]。2012年mesut duzgun研究在汽车连续制动下，对三种不同通风盘式制动器进行有限元分析，主要以产生热量和热应力作为衡量性能指标，结果表明，盘表面相互开槽的通风制动器散热量最大，散热性能最好^[9] 。

3. 研究的基本内容与计划