摘 要

由于中国的飞速成长，国内汽车行业也在飞速的进步，同时伴随人们对汽车的购买欲望越来越强，越来越多的人对汽车的安全性能重视起来了。汽车各系统之中，制动系是车辆主动安全的重要系统。跟着高速公路的急迅发展和各种型号汽车日常车速的不停提高以及中国路况中车流密度不断增长，为了保证人们日常的用车安全性，必须保证汽车制动系的可靠性。

制动器是制动系统的重要构成部分，本论文先对制动器的分类、原理、优缺点进行了深入分析，再根据所研究的车型的各种结构参数进行选择，最终选择使用浮动钳盘式制动器，然后参考相关资料对其参数进行设计。并对设计出的盘式制动器进行了CAE建模以及用ABAQUS进行有限元分析。

关键词：盘式制动器；参数设计；三维建模；有限元分析。

Abstract

As China's rapid growth, the domestic auto industry is also rapid progress, accompanied by people's desire to buy more and more cars, more and more people pay attention to the safety of the car up. In the system of the car, the braking system is an important system for the active safety of the vehicle. With the quickly progress of the highway and the continuous improvement of the daily speed of various models and the increasing traffic density in the Chinese road conditions, in order to ensure the safety of the daily car, it is necessary to ensure the reliability of the automobile brake system.

The brake is the major part of the braking system. In this paper, the classification, principle, advantages and disadvantages of the brake are analyzed in depth. Then, according to the structural parameters of the model, the final choice is to use the floating clamp disc brake, And then refer to the relevant information on its parameters to design. CAE modeling of the designed disc brakes and finite element analysis with ABAQUS were carried out.

Key words: disk brake；design parameters；three dimensional modeling；finite element analysis.

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究意义 1

1.2国内外的发展现状 1

1.2.1国外现状 1

1.2.1国内现状 2

1.3 本章小结 2

第2章 制动系统概述 3

2.1制动系的功用 3

2.2制动系的组成 3

2.3制动系的分类 4

2.4制动器的结构方案 4

2.4.1鼓式制动器 4

2.4.2盘式制动器 5

2.4.3盘式制动器的优缺点 5

2.5本章小结 6

第3章 参数设计 7

3.1车型的结构参数 7

3.2制动器的主要参数 8

3.2.1制动盘直径 8

3.2.2制动盘厚度 8

3.2.3摩擦衬块内外半径 8

3.2.4摩擦衬块面积 9

3.2.5摩擦材料及摩擦因数 9

3.3 制动器的设计与计算 9

3.3.1同步附着系数 9

3.3.2制动器制动力矩 10

3.3.3制动力矩及最大压紧力 10

3.3.4比能量耗散率（单位功负荷） 11

3.3.5比摩擦力 12

3.3.6应急制动所需要的制动力矩 12

3.3.7驻车制动所需要的制动力矩 12

3.4 制动驱动机构的设计与计算 13

3.4.1制动轮缸压强 13

3.4.2制动轮缸直径 13

3.4.3单个轮缸的工作容积 14

3.4.4制动主缸工作容积 14

3.4.5制动主缸直径 14

3.4.6制动踏板力 15

3.4.7踏板行程 15

3.5 本章小结 15

第4章 制动器的CAE建模及其有限元分析 16

4.1 三维建模 16

4.1.1主要零件的三维建模 16

4.1.2其他零件的三维建模 18

4.1.3标准件的三维建模 20

4.1.4三维装配模型 20

4.2 二维工程图 21

4.3 有限元分析 21

4.3.1模态分析的定义 21

4.3.2单一制动盘的模态分析 22

4.3.3制动盘与制动衬块组合的模态分析 29

4.4 本章小结 35

第5章 结论 36

参考文献 37

致 谢 38

第1章 绪论

1.1研究意义

跟着中国的不断成长的步伐，中国的汽车业也在同时急迅的壮大中，人们对汽车的需求越来越大，汽车在人们的生活之中的作用也日益明显。汽车中有可以分为许多部分，其中最重要的一项便是制动系，其结构与机能的好坏将会决定乘坐人员的人身安全，特别在不断现代化的今天，为了保证人们日常行车安全性，必须保证汽车制动系工作的可靠性，因此人们对制动系提出了更严格的要求，汽车制动器的研究也变得更加重要。

1.2国内外的发展现状

1.2.1国外现状

国外由于科技水平高，对盘式制动器已经做了多年的深入研究，并在研究中逐步完成对盘式制动器的性能评估和结构优化。热分析是研究刹车系统的首要阶段，因为温度决定了结构的热机械行为，需要在设计阶段就进行考虑。对此，Ali Belhocine , Mostefa Bouchetara通过使用一种三维数值模拟来分析整个通风盘式制动器以及其热行为。以及对全盘式制动器以及通风盘式制动器制动盘在瞬态下的热反应进行数值模拟，来完成对制动盘瞬态温度以及热梯度的评估^【1】。此外他们为了瞬态温度，从而为在汽车中安装通风系统提供便利^【2】。Abdulwahab A. Alnaqi*,David C. Barton, Peter C. Brook提出采用一种缩放方法对盘式制动器的热性能进行评估，以减小实验规模。并通过使用常规制动测力计比较全尺寸的和小型的制动盘的结果以及利用ABAQUS软件建立二维轴对称瞬态热有限元模型来对这种方法进行了可行性验证^【3】。除了热性能。盘式制动器的降噪能力也是其重要的评价指标。对此Hui Lu , Dejie Yui提出一种利用混合概率和区间模型的方法去解决在降低噪声时盘式制动器系统存在的不确定性。将具有足够信息的制动系统的不确定参数视为概率变量，将有限信息的参数视为区间变量。通过混合不确定模型，基于可靠度和置信区间优化设计，减少制动尖叫^【4】。而Jaeyoung Kang提供了一种有限元建模，来描述盘式制动系统中尖叫模式的非线性粘滑运动，其结果表明，接触区的一部分可以承受粘滑运动产生的振荡。根据粘滑区的大小，与其相应的噪声振动可以是纯粹的谐波相应又或者是周期性振荡^【5】。除此之后，在国外。各个领域的科学家们还对盘式制动器进行了器热-机耦合的研究，的热弹性不稳定过程的研究等等多元化的研究。

1.2.1国内现状

相对于国外对盘式制动器长期的多元的研究，我国国内对盘式制动器的研究起步较晚，在早期时研究单薄，而在近些年来，由于我国经济，科学发展迅猛，对盘式制动器的研究有了突飞猛进的进展。严亮以盘式制动器作为研究对象，对其匹配设计进行分研究，在设计中先要对车辆性能进行制动器特点整体研究，之后根据制动器相关理论选择对车辆整体性能影响最大的参数进行对比，最终确定制动器类型^【6】。王晓奇,陈文敏,李荣,张芳芳等人用的性能^【7】。刘献栋,任增杰,王海霞,单颖春等人则针对以及动时研究分。^【8】。田睿,曹辉运用序列二次规划理论对盘式制动器进行了结构优化及其制动噪声分析^【9】。唐进元.赵国伟等则对盘式制动器的钳体轻量化设计进行了研究^【10】。黄健,孔令洋,李卫民则对盘式制动器的温度场以及应力场进行了分析^【11】。高鸿翔,王小飞还进一步以界面摩擦热流与材料热弹变形对盘式制动器在制动时的压力分布进行了研究^【12】。

制动系统的研究一贯都是海内外的汽车行业所看重的问题。随着人们对制动安全性能不断重视，很多新兴设计和电子技术被应用到了制动系统中，如BSA制动辅助系统、ABS防抱死系统、ESP电子稳定程序等都是用来提高制动系统安全性；在制动系统的设计过程中，CAD技术和计算机技术的应用也大大提高了制动安全性，并且加快了设计周期。汽车，而^【13】。

1.3 本章小结

本章是毕业设计的第一个环节，主要内容是对毕业设计的课题做一个初步的展开，以及初步的了解。在本章中，我们首先确定了研究的这次毕业设计的课题所研究的意义目的。研究意义是对一个研究课题来说最首要应该了解的。之后，我们有就本课题在国内外的研究现状做了一个调查，得出结论：现今，就制动系这一领域国外的研究进度明显快于我们很多，但正因如此我们更需要后发先至，在这一领域去的快速的更高的突破。

第2章 制动系统概述

2.1制动系的功用

地驻车停止^【14】。车辆。特别是在高速公路急迅发展，各种型号汽车日常车速不停提高，以及中国路况中车流密度不断增长的今天，为了保证人们日常行车安全性，必须保证汽车制动系工作的可靠性，因此人们对制动系提出了更严格的要求，汽车制动器的研究也变得更加重要。制动机能良好以及制动系工作可靠是现代对车辆的基本要求。

2.2制动系的组成

基本所有制动系都由四个部分组成（如图2.1）：