基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化设计及实践.pdf
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1、2023年 第 11 期 /微信号 auto195014特别策划|Special Plan基于ANSYS Workbench软件的汽车盘式制动器轻量化设计及实践许锐1,哈菲2,史楠21.西安华雷船舶实业有限公司陕西西安7100002.西安汽车职业大学陕西西安710605摘要:以汽车原鼓式制动器为研究对象,采用ANSYS Workbench软件对其进行盘式制动器轻量化设计与优化。通过研究得出以下结论:盘式制动器在制动性能、散热能力和整体轻量化方面相对于鼓式制动器具有更大的优势。因此,将鼓式制动器改为轻量化的盘式制动器是一种可行且有效的设计方案。关键词:ANSYS Workbench;盘式制动器;
2、轻量化设计;仿真分析随着汽车工业的发展,人们对汽车的安全性和性能表现要求越来越高。制动系统作为汽车安全性能的重要组成部分,其性能直接关系到汽车的制动效果和行车安全。鼓式制动器是汽车上常见的制动器类型,但由于其结构的限制,存在一些问题,如制动效果稳定性差、散热能力不足及质量大等。盘式制动器相比于鼓式制动器具有更好的制动性能、散热能力和轻量化特性,因此在现代汽车上得到了广泛应用。本文旨在将汽车鼓式制动器改为更轻量化的盘式制动器,以提升制动系统的性能和轻量化设计。首先对鼓式制动器的工作原理和结构进行了分析,找出存在的问题和不足之处。然后,基于盘式制动器的原理和结构特点,对鼓式制动器进行改进和优化设计
3、。在设计过程中,充分考虑了制动力、散热能力和轻量化等因素,并利用ANSYS Workbench软件进行了仿真分析。通过仿真分析,优化了盘式制动器的结构参数,在理论上证明了设计方案的可行性。最后,通过实践验证,对轻量化盘式制动器的性能进行了实际测试,并与鼓式制动器进行了对比评估。ANSYS Workbench软件的分析流程ANSYS Workbench的分析流程包括以下几个步骤:首先是初步确定,即根据需要确定所要进行的分析类型和需要考虑的影响因素;其次进行前处理,包括几何建模、网格划分和载荷条件的设置等;第三是求解,使用适当的数值方法进行计算,得出结果;最后是后处理,对计算结果进行可视化和分析,
4、以获取所需的工程信息,如图1所示。微信号 auto1950 /2023年 第 11 期15Special Plan|特别策划图1ANSYS Workbench软件分析流程原鼓式制动器存在的问题以及盘式制动器设计的原因在汽车制动系统中,鼓式制动器和盘式制动器是两种常见的制动器类型。鼓式制动器由一个大的圆筒形鼓和内置的制动鼓组成,而盘式制动器由一个旋转的制动盘和卡钳组成。随着汽车技术的不断发展,越来越多的汽车开始采用盘式制动器,原因在于鼓式制动器存在以下问题:1)散热性能不佳。鼓式制动器由于结构的限制,散热性能较差。制动时产生的热量无法有效地散发,容易导致制动系统过热,从而影响制动效果1。2)制动
5、效果不稳定。鼓式制动器由于结构的特点,制动鼓和制动蹄之间会出现一定的间隙,这种间隙会导致制动效果不稳定。同时,鼓式制动器容易受到水、灰尘等外部因素的影响,从而降低制动效果。3)质量较大。鼓式制动器由于内部结构较为复杂,所以相对来说质量较大。在汽车轻量化的需求下,质量较大的鼓式制动器不符合现代汽车轻量化的发展趋势。4)维修难度较大。鼓式制动器由于结构的复杂性,维修和更换零部件的难度相对较大。需要拆装鼓、更换制动蹄等操作,相对来说更为麻烦。从以上问题可以看出,鼓式制动器在散热性能、制动效果、质量以及维修等方面都存在一定的不足。盘式制动器则能够较好地解决这些问题:1)散热性能优异。盘式制动器的制动盘
6、外露,可以通过风力进行散热,制动盘和制动片之间无间隙,散热效果更好。在高温条件下,盘式制动器的制动效果更加稳定可靠。2)制动效果稳定。盘式制动器结构简单,制动片和制动盘之间摩擦面积大,制动效果稳定。同时,盘式制动器受水、灰尘等外部因素的影响较小,制动效果不容易受到干扰。3)轻量化设计。盘式制动器相对于鼓式制动器在结构上更简化,减少了不必要的零部件,因此质量更小。在汽车轻量化的发展需求下,盘式制动器更符合现代汽车的要求。4)维修便捷。盘式制动器结构简单,维修和更换零部件相对较为简单。只需拆卸卡钳,更换制动盘或制动片即可。相对于鼓式制动器,维修难度较小。盘式制动器设计的考虑因素1.制动器盘片和刹车
7、片的材料盘片和刹车片的材料是盘式制动器设计中最重要2023年 第 11 期 /微信号 auto195016特别策划|Special Plan的考虑因素之一。盘片和刹车片的材料应具备高温稳定性、良好的耐磨性和优秀的制动性能。目前常用的盘片材料有铸铁、钢、复合材料和碳陶瓷等。铸铁是传统的盘片材料,具有较高的热传导性和良好的刹车性能。然而,铸铁盘片的密度较大,会增加车辆的整体质量。因此,在轻量化设计中,可以选择使用钢制盘片。钢制盘片具有较高的强度和刚性,并且可以通过合理的结构设计来实现轻量化。另外,复合材料和碳陶瓷盘片由于具有较低的密度和出色的高温性能,被广泛应用于高性能汽车上。复合材料盘片由纤维增
8、强材料和树脂基体组成,具有较高的强度和刚度,同时具备良好的耐磨性和热稳定性。碳陶瓷盘片由碳纤维和陶瓷基体组成,具有出色的刹车性能、低疲劳性和抗腐蚀性。在材料选择时,需要考虑盘片和刹车片的制造成本、制造工艺和可靠性等因素,以满足车辆性能要求和经济性2。2.盘式制动器的尺寸设计和结构设计盘式制动器的尺寸设计和结构设计是决定其性能和质量的关键因素之一。1)尺寸设计方面,需要考虑盘片和刹车片的直径、厚度和散热表面积等参数。盘片的直径和厚度会影响刹车的力矩和刹车效果,而散热表面积则会影响制动器的散热性能。通常情况下,较大直径的盘片可以提供更大的制动力矩,但同时也会增加制动器的质量。因此,在尺寸设计时需要
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