基于ansys的盘式制动器结构的强度分析和优化

汽车最大制 动力矩公式
1）从CATIA导入到ansys中,为了简化模型，将制动钳体上的 4个螺栓及螺母模型去除掉，而采用刚性单元的螺栓连接来 约束孔的6个自由度；钳体的下部份两个孔是通过2个螺钉固 定在车桥上的，因此要约束这两个孔的6个自由度。
2）制动时通过液压油推动活塞，再推动摩擦块压 向制动盘，因此约束住活塞和制动块的的3个旋转 自由度和X、Z方向的平动自由度； 3）约束制动盘的X、Y、Z的3个平动自由度和X、 Z的旋转自由度，使制动盘只能绕Y轴进行转动。
应力分析：
将有限元模型导入ANSYS中进行有限元分析。得到制动 钳体的应力云图如图所示，最大的应力值为123.816MPa， 出现在钳体的四个螺栓连接处，而最大应力出现在此处的 原因也是孔的应力集中。
应力最大处
制动钳体应力云图
应力分析：
制动盘的应力云图，从图中可以看出制动盘的最大应 力13.7039MPa，出现在摩擦衬块和制动盘的接触地方。
应力最大处
制动盘应力云图
强度分析
在分析制动器工作的受力状态时，强度校核时以最大拉 应力为强度准则，查表1得到各材料力学性能参数，如表所示。
表1 材料的力学性能
根据许用应力计算公式，安全系数n取2，钳体的 许用应力为290/2=145，制动盘的许用应力250/2=125， 钳体，制动盘最大应力均小于其材料的许用应力。
模态分析
盘式制动器的实际模型与理论模型之间 存在差异,所以在进行分析时,做出一系列假 设:
(l)假设盘式制动器的材料是均匀的各向同性 材料; (2)不考虑制动过程中温度变化对材料性能的 影响; (3)不考虑制动器组成部分之间的影响
模态分析
对制动盘和制动钳体进行模态分析可以得到他们 的固有频率和模态振型。
三维模型
制动钳体
摩擦衬块
制动盘
采用四面体单元对盘式制动器的内外制动钳体和 摩擦衬块底板，摩擦衬块划分网格,对活塞和制动盘 采用六面体单元类型划分网格。
制动盘材料参数
制动盘参数设置包括各个部件的材料、密度、 弹性模量和泊松比，如表1所示。
边界条件的设置：
边界条件包括载荷和约束的设置，通过对制动盘的结构， 工作原理，受力分析进行载荷约束设置：
基于ansys的盘式制动器结构分析与优化
姓名：王瑜斌 学号：14721631
指导老师：胡小梅
汽车的制动器作为汽车的重要部件，其制动的性能 好坏直接影响到汽车行驶的安全性。在这里通过有限元 技术对盘式制动器的钳体和制动盘进行强度分析和模态 分析，并进行相应的优化研究。
盘式制动器
定钳盘式制动器的工作原理
作为约束条件；钳体的第4阶固有频率和制
动盘的的第9阶和10阶固有频率接近，将第4
阶的固有频率作为目标函数，提高它的固有
频率能够避免与制动盘出现共振。
优化结果：
制动钳体的固有频率提高到3942Hz。
优化后制动钳的单元密度分布云图
来自百度文库
制动钳的第4阶模态
制动盘的第10阶模态图
对制动盘和制动钳体进行自由模态分析，运用ANSYS 软件的Block Lanczos模态分析方法，计算提取11阶模态， 结果如表所示。
钳体和制动盘的10阶模态的固有频率
固有频率 非常接近！
制动钳体的优化：
采用变密度法对制动钳优化，选择材料
密度作为设计变量，以制动钳30%体积约束