【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度計(jì)算；王營(yíng)，曹獻(xiàn)坤 [16]等人對(duì)盤式制動(dòng)器摩擦片的溫度場(chǎng)進(jìn)行了研究。 20xx 年，張佳蓉，嚴(yán)瑾，殷德宏，張靜江 [17]分析了制動(dòng)盤早期磨損失效問題，對(duì)失效的汽車制 動(dòng)盤進(jìn)行電鏡分析、化學(xué)分析、金像分析、硬度檢測(cè)等，歸納出制動(dòng)盤早期磨粒磨損失效的現(xiàn)象與變化，對(duì)進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的制動(dòng)盤及制動(dòng)片進(jìn)行對(duì)比分析，討論了材質(zhì)及摩擦副匹配對(duì)制動(dòng)盤使用性能的影響。 20xx 年，余卓 [18]平等人研究了盤式制動(dòng)器的抖動(dòng)問題；楊鶯，王剛 [19]對(duì)某機(jī)車制動(dòng)盤的瞬態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真，討論了邊界條件和各種相關(guān)參數(shù)的確定方法；楊曉明 [20]等人對(duì)某型盤式制動(dòng)器做了全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)際制動(dòng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)作為初始方案，采用改進(jìn)的差分進(jìn)化算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保持熱衰退率和熱恢復(fù)率性能不劣化的情況下，使制動(dòng)器 的制動(dòng)性能和經(jīng)濟(jì)性能得到顯著提高。 20xx 年，王登峰，王玉為 [21]等人對(duì)盤式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的尖叫問題做了有限元分析與試驗(yàn)，分析了可能產(chǎn)生制動(dòng)尖叫的不穩(wěn)定模態(tài)，分析了各零件的振動(dòng)模態(tài)對(duì)產(chǎn)生制動(dòng)尖叫不穩(wěn)定模態(tài)的貢獻(xiàn)大小，揭示出有尖叫傾向的不穩(wěn)定模態(tài)是由于結(jié)構(gòu)未禍合時(shí)的多階振動(dòng)模態(tài)疊加而成，分析討論了摩擦因數(shù)、摩擦片結(jié)構(gòu)及其背板阻尼對(duì)制動(dòng)尖叫的影響，為控制制動(dòng)尖叫提供了途徑；同年，董鵬 [22]對(duì)盤式制動(dòng)器及其與整車的匹配做了研究，李衡 [23]等人對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)場(chǎng)做了有限元分析，黃健萌 [24]等人對(duì)盤式制動(dòng) 器摩擦界面接觸壓力的分布做了研究，葛振亮 [25]等人做了盤式制動(dòng)器熱彈性禍合分析； 20xx年，高向前 [26]進(jìn)行了盤式制動(dòng)器的熱強(qiáng)度計(jì)算分析，黃健萌，高誠(chéng)輝 [27]等人進(jìn)行了盤式制動(dòng)器熱結(jié)構(gòu)藕合的數(shù)值建模與分析。 20xx 年，杜鵬，劉輝，毛英慧 [29]南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 9 等人基于目前前后處理功能比較強(qiáng)大的有限元軟件 ABAQus 對(duì) ABS 盤式制動(dòng)器進(jìn)行了動(dòng)應(yīng)力分析，楊智勇 [30]等人進(jìn)行了鋁合金和鍛鋼制動(dòng)盤摩擦面熱損傷研究， 20xx 年，柴少彪，王鐵 [31]等人基于 ANSYS/LsDYNA 對(duì)鼓式制動(dòng)器做了接觸仿真分析。 值得一提的是 ，在武漢理工大學(xué)過學(xué)迅、馬力等老師的研究下，先后進(jìn)行了大量 CAD/CAE 方面的仿真分析，并且取得了很多不錯(cuò)的研究成果，同時(shí)也發(fā)表了很多具有實(shí)際研究意義和參考價(jià)值的學(xué)術(shù)論文，其中有面向制動(dòng)噪聲的盤式制動(dòng)器的有限元實(shí)模態(tài)和復(fù)模態(tài)分析，他們基于實(shí)模態(tài)、復(fù)模態(tài)分析理論和有限元法，研究了某盤式制動(dòng)器的制動(dòng)噪聲問題，分別建立了制動(dòng)盤、制動(dòng)塊、制動(dòng)鉗鉗體和制動(dòng)鉗支架的幾何模型和有限元模型，計(jì)算了它們固有頻率分別在 20kHz和 18kHz 以下的各階實(shí)模態(tài)和復(fù)模態(tài)，并對(duì)與制動(dòng)噪聲有關(guān)的各階模態(tài)進(jìn)行了分析；還針對(duì)車輛設(shè)計(jì)做了大量 參數(shù)化方面的研究，有基于 CAD 軟件如 UG 等的幾何參數(shù)化分析，也有基于 CAE 軟件如 ANSYS 等的參數(shù)化有限元分析；進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度等代設(shè)計(jì)、輕量化研究以及形貌優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化等 [3236]，使一些大型自卸車、重型貨車和全半掛車等的結(jié)構(gòu)更為合理，質(zhì)量更輕，為許多特種車廠、專用車廠和商用車廠的設(shè)計(jì)研發(fā)提供技術(shù)參考和技術(shù)保證；結(jié)合參數(shù)化和優(yōu)化技術(shù)對(duì)高空作業(yè)半掛車和自卸車貨廂進(jìn)行了相應(yīng)有限元研究 [3738]；對(duì)各種自卸車的舉升機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃機(jī)的凸輪磨損、大客車車身和飛輪強(qiáng)度極限轉(zhuǎn)速等做了動(dòng)態(tài)仿真研究，得到了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和動(dòng)力學(xué)特征；研究了大量有限元線性問題和非線性問題，對(duì)不同車輛上不同結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)問題進(jìn)行了有限元分析，同時(shí)將該思想該技術(shù)應(yīng)用到了橋梁、鐵軌和船舶等大構(gòu)件的各個(gè)零部件；對(duì)不同車輛的某些零部件及聲場(chǎng)進(jìn)行了模態(tài)分析，研究了重型特種車復(fù)合材料車架和汽車手制動(dòng)臂總成的模態(tài)，為得到客車車內(nèi)的聲場(chǎng)振動(dòng)頻率，研究了豪華大客車車內(nèi)聲場(chǎng)的模態(tài)；分析研究了客車車身 CAD模型導(dǎo)入到 CAE軟件的數(shù)據(jù)互換問題，為許多 CAD 模型和 CAE 模型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供了參考，這些工作均為本項(xiàng)目的研究提供了良好的研究和參考，為項(xiàng)目的開展打 下了良好的基礎(chǔ)。 綜合上述的文獻(xiàn)資料可以得出以下結(jié)論 : 1)有關(guān)汽車制動(dòng)器總成方面的資料多為工作原理、熱應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 10 熱機(jī) 耦合 、噪聲分析和維修保養(yǎng)方法等方面的介紹，對(duì)其制動(dòng)過程中強(qiáng)度是否符合要求的仿真分析比較少見，對(duì)減少研發(fā)周期的高級(jí)研究如參數(shù)化有限元分析更是比較少。 2)隨著各種有限元軟件的出現(xiàn)，極大的減少了產(chǎn)品試制研發(fā)的周期，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。 3)我國(guó)在研究領(lǐng)域逐漸與國(guó)際接軌，利用各種軟件工具使得產(chǎn)品在設(shè)計(jì)研發(fā)的過程中更具自主性、創(chuàng)新性。 4)我國(guó)各研究機(jī)構(gòu)、高校、科研院所所做的大量仿真分析結(jié)果 己被越來(lái)越多的廠家、企業(yè)所接受，被社會(huì)認(rèn)可。 主要研究?jī)?nèi)容 本 文 研究的具體內(nèi)容包括以下幾方面 : 1)總體研究方案和理論的確定 總體研究方案的確定 ： 考慮到制動(dòng)器總成的工作情況、現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)于該類總成的研究狀況以及企業(yè)需要，故確定總體研究方案為 :汽車盤式制動(dòng)器總成的制動(dòng)分析、機(jī)械應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度分析、振動(dòng)模態(tài)分析和基于制動(dòng)器總成的參數(shù)化有限元分析等，面向制動(dòng)器總成理論的確定以及適合本課題的分析軟件及其求解器的選擇。 總體研究理論的確定 ： 制動(dòng)器總成主要由制動(dòng)鉗體、制動(dòng)鉗支架、活塞、制動(dòng)塊和制動(dòng)盤等多 個(gè)零部件組成。零部件間的連接關(guān)系較多且對(duì)于接觸要求較高。因此，首先分析制動(dòng)器總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是本 文 研究的基礎(chǔ)。本 文 研究的目標(biāo)是對(duì)該總成產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度分析和振動(dòng)模態(tài)分析等，得到不同工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度振動(dòng)等分析結(jié)果，其中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析需要定義不同零件間的接觸狀況，這就需要用到非線性理論中的接觸理論；振動(dòng)模態(tài)分析需要研究的是各階模態(tài)下的頻率響應(yīng)，從而涉及到模態(tài)方面的理論。因此，在仿真分析之前，研究面向制動(dòng)器總成方面的理論是很有必要的。 2)基于制動(dòng)器總成的有限元建模研究 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 11 建立制動(dòng)器總成的幾何模型 ，根據(jù)規(guī)范要求，確定計(jì)算工況，保證仿真計(jì)算時(shí)的邊界條件、載荷與規(guī)范要求相符，分析不同工況下的邊界條件和載荷，為約束和載荷的施加作準(zhǔn)備，針對(duì)不同的分析情況設(shè)置材料屬性、單元類型等，定義相關(guān)參數(shù)，劃分網(wǎng)格。其中，單元類型、網(wǎng)格密度、材料本構(gòu)模型和不同工況下的接觸對(duì)等因素對(duì)計(jì)算收斂性、計(jì)算時(shí)間、計(jì)算規(guī)模和計(jì)算精度有直接影響。因此，在制動(dòng)器總成建模過程中，需充分考慮這些因素，以保證計(jì)算精度、計(jì)算規(guī)模和計(jì)算時(shí)間的協(xié)調(diào)，為參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)提供參考，施加邊界條件和載荷，為各種有限元仿真計(jì)算作準(zhǔn)備。 3)基于制動(dòng)器總成的有限 元仿真分析 制動(dòng)器總成的有限元仿真分析包括機(jī)械應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度分析和振動(dòng)模態(tài)分析幾部分。主要分析機(jī)械應(yīng)力的變化對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度的影響以及制動(dòng)器總成各階模態(tài)下的動(dòng)態(tài)特征；從經(jīng)驗(yàn)和理論上初步判斷仿真結(jié)果的合理性并根據(jù)規(guī)范的要求判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。 4)參數(shù)化有限元分析 建立參數(shù)化的幾何模型和參數(shù)化的有限元模型，對(duì)盤式自動(dòng)器總成進(jìn)行參數(shù)化有限元強(qiáng)度剛度分析。 浮鉗盤式制動(dòng)器概述 浮鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及其原理 汽車盤式制動(dòng)器根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，主要分為全盤式和鉗盤式兩種。其中鉗盤式又分為固定卡鉗盤式 、浮動(dòng)卡鉗盤式和擺動(dòng)卡鉗盤式三種 (如圖 )。本文研究的盤式制動(dòng)器基于國(guó)內(nèi)某知名汽車零部件企業(yè)的某款 經(jīng)濟(jì)型 車輛，屬于浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)圖和總成模型（如圖 1. 2 所示）。該型盤式制動(dòng)器總成由多個(gè)零部件組成，主要包括制動(dòng)器鉗體、制動(dòng) 鉗 支架、制動(dòng)主 板 、摩擦片和制動(dòng)盤等 (如圖 1. 3) 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 12 固定卡鉗盤式 浮動(dòng)卡鉗盤式 擺動(dòng)卡鉗盤 式 圖 盤式制動(dòng)器分類 圖 浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖和總 成圖 圖 浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器主要零件模型 浮鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗體安裝在制動(dòng)盤中心軸上。制動(dòng)盤軸起沿軸導(dǎo)向作用。為了維修方便，液壓油缸一般只安裝在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)。而外側(cè)的摩擦片與鈕體安裝到一起。制動(dòng)器簡(jiǎn)圖如 圖所示 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 13 圖 浮鉗盤式制動(dòng)器簡(jiǎn)圖 制動(dòng)鉗支架 3 安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上。制動(dòng)鉗體 1 和支架 3 可沿導(dǎo)桿 2 進(jìn)行軸向滑動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，油 缸 8 在液壓力 1p 的作用下，將活動(dòng)摩擦片 6 推近制動(dòng)盤 4。同時(shí)作用在制動(dòng)鉗體 1 上的反作用力 P2 推動(dòng)制動(dòng)鉗體沿導(dǎo)桿 2 向右運(yùn)動(dòng) ，將固定制動(dòng)鉗體上的固定摩擦片 5 壓緊在制動(dòng)盤上。此時(shí)，制動(dòng)盤兩側(cè)的摩擦片在和 P2的作用下夾緊制動(dòng)盤。致使制動(dòng)盤上產(chǎn)生與制動(dòng)盤運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)力矩。達(dá)到汽車制動(dòng)的目的。浮鉗盤式制動(dòng)器制動(dòng)前后的工作簡(jiǎn)圖如 圖所示。 圖 制動(dòng)前、后的工作簡(jiǎn)圖 浮鉗盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) ① 工作表面為平面，不易發(fā)生大變形，制動(dòng)效能比較穩(wěn)定； ② 浸水后制動(dòng)效能降低較小，只需一兩次制動(dòng)操作后就可恢復(fù)正常； ③ 油 缸 通常只安裝在單側(cè)。使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便安裝和布局?？臻g尺寸占用小。而且，當(dāng)制動(dòng)器更靠近輪轂時(shí)，摩擦片同樣 可用于駐車制動(dòng)； 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 14 ④ 液壓油管一般都在單側(cè)，不用跨越制動(dòng)盤。方便安裝的同時(shí)也降低了液壓油的受熱可能。單側(cè)的液壓油虹較多的面積暴漏在空氣中，更有利于散熱； ⑤ 單側(cè)油缸的深度相對(duì)于兩側(cè)安裝的油社來(lái)說(shuō)，深度更深。這就增大了油缸柱面的散熱面積。使得制動(dòng)油工作溫度比固定甜式的低 40 度左右，汽化的可能性??； ⑥ 熱穩(wěn)定性好，制動(dòng)盤只在徑向產(chǎn)生熱膨脹，在厚度方向上熱膨脹極小，不影響制動(dòng)性能； ⑦ 容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，保養(yǎng)修理作業(yè)方便。 本章小結(jié) 本章強(qiáng)調(diào)了汽車制動(dòng)性能是汽車行駛安全的主要決定因素。汽車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性 程度 ,決定著車輛的整體安全性能。汽車的制動(dòng)性能直接關(guān)系著人的生命安全。 隨后在第二節(jié)對(duì)國(guó)外汽車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的歷史和重要?dú)v史階段進(jìn)行了概述；在第三節(jié)通過主要相關(guān)文獻(xiàn)的列舉，概括性的敘述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)高校和科研院所在汽車制動(dòng)系統(tǒng)理論方面的主要研究成果?；谄囍苿?dòng)系統(tǒng)對(duì)于整車安全性的影響，及國(guó)內(nèi)與國(guó)外在制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和理論研發(fā)上的差距，最后概括了論文的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)，闡述了本課題的研究意義，不僅分析了盤式制動(dòng)器主要零部件的強(qiáng)度、制動(dòng)等問題 ,更重要的是為企業(yè)對(duì)其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造給予理論的參考。對(duì)提高汽車制動(dòng)系 統(tǒng)可靠度、制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性、降低成本和提高設(shè)計(jì)水平都有著重要的實(shí)際意義。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 15 第 2 章 浮鉗盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)概述 汽車的制動(dòng)性能是汽車的主要性能之一，它是由汽車的制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)保證的。汽車的制動(dòng)系統(tǒng)包括行車制動(dòng)系統(tǒng)、駐車制動(dòng)系統(tǒng)、緊急制動(dòng)和輔助制動(dòng)系統(tǒng)。 它們的基本功能是：（ 1）在汽車行駛過程中能以適當(dāng)?shù)臏p速度將汽車速度減低到所需的車速或停止；（ 2）使汽車在下坡行駛時(shí)保持適當(dāng)?shù)能囁?；?3）使汽車可靠地停住，包括在上、下坡道上停住。 本文 所研究的內(nèi)容主要是汽車液壓制動(dòng)系計(jì)算機(jī)輔助設(shè) 計(jì)與分析系統(tǒng)。汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置和制動(dòng)器組成。供能裝置和控制裝置由司機(jī)、制動(dòng)踏板以及一套杠桿機(jī)構(gòu)組成。驅(qū)動(dòng)裝置的作用是將來(lái)自駕駛員或其它力源的力傳給前、后車輪制動(dòng)器，使之產(chǎn)生制動(dòng)力矩。一般轎車和中小型客車的液壓制動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)裝置為伺服制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。伺服制動(dòng)的制動(dòng)能源是人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力并用，在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動(dòng)力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生。在伺服系統(tǒng)失效時(shí)，還可以全靠人力驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)以產(chǎn)生一定程度的制動(dòng)力。在用汽油機(jī)或帶氣動(dòng)全速調(diào)速器的柴油機(jī)的汽車上液壓制動(dòng) 系統(tǒng)中的伺服力源，是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中節(jié)氣門后的真空度（負(fù)壓）。伺服用真空度一般可達(dá) /mm2，故稱此伺服制動(dòng)為真空助力制動(dòng)。由真空伺服氣室、制動(dòng)主缸和控制閥組成的總成就是轎車和中小型客車的液壓制動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置，通常稱為真空助力器。如圖 所示。 圖 真空助力器帶總泵總成 接后輪制動(dòng)器 制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu) 接前輪制動(dòng)器 接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)型轎車浮鉗式制動(dòng)器制動(dòng)鉗體三維建模及強(qiáng)度計(jì)算 16 在真空助力器中，伺服氣室置于踏板與主缸之間，其控制閥直接由踏板通過推桿操縱。伺服氣室的輸出力也作用在制動(dòng)主缸活 塞上，以助踏板力不足。 制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的作用是調(diào)節(jié)制動(dòng)力分配特性，擴(kuò)大前軸車輪先抱死的附著系數(shù)范圍值，盡可能避免后輪先抱死。制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置大多裝在后輪制動(dòng)管路中，當(dāng)前輪制動(dòng)管壓增長(zhǎng)到一定程度后，它自動(dòng)限制或節(jié)制后輪制動(dòng)管路壓力的增長(zhǎng)。轎車和中小型客車的液壓制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置大都采用比例閥實(shí)現(xiàn)。在汽車進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)主缸輸出到前輪