汽車制動器底板結構優(yōu)化與分析

1、汽車制動器底板結構優(yōu)化與分析王巍1姚磊21上汽通用五菱股份有限公司廣西柳州市545000湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司廣西柳州市545000CA分析，提高底板強度，剛度。鼓式制動器的制動底板實驗中翹曲變形，通過結構優(yōu)化、 關鍵詞：制動底板；強度；剛度；CAE分析AUTO TIME #AUTO TIME #底板材料材料類型:彈性模量(MPa泊松比j:屈服強度(MPaDC04剛性材料2.1E+5:0.261701 |表1制動底板的材料參數(shù)引言鼓式制動器是通過制動傳動機構使得制 動蹄片將制動摩擦片壓緊在制動鼓內(nèi)側，從 而產(chǎn)生制動力，進而使車輪依據(jù)實際需要減 速，或在最短的距離內(nèi)停止，以確保行車安

2、全，同時保障汽車停放可靠而不能自動滑 移。主要由制動鼓、制動底板、制動蹄、輪 缸組成，制動過程中，蹄片和制動鼓由于摩 擦產(chǎn)生的制動力都傳遞到制動底板上，因此 制動底板需要有足夠的強度和剛度，以保證 制動過程安全有效。2制動底板變形某車型的后鼓式制動器的制動底板在試 驗過程中發(fā)生翹曲變形而影響了制動效果， 如下圖1。圖1制動底板試驗后測得變形量向下扭曲了 5.8mm受力分析：制動過程中，制動力通過蹄片作用在下圖的支點位置，F(xiàn)=10MPa x 3.14X 25.4 X 25.4X 2.2/4=11142N由于底板支點處受力較大，經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)零件變形也出現(xiàn)在這個位置，初步判斷底板強度、剛度不足是主

3、要原因。3 CAE分析對底板結構如圖2,進行CAE分析圖2制動底板結構示意圖3.1分析軟件選擇Hypermesh軟件是美國 Altair公司的產(chǎn) 品，具有強大的有限元網(wǎng)格劃分前處理功 能，并能與眾多的有限元求解器進行方便的 數(shù)據(jù)交換，對提高有限元分析工作的質(zhì)量和 效率很有幫助。Abaqus是功能強大的有限元軟件，可 以分析復雜的固體力學、結構力學系統(tǒng)， 特別是模擬高度非線性模型來解決問題。 Hyperview是后處理軟件，用于CAE的模型檢 查和結果處理。3.2分析參數(shù)確定(1) 網(wǎng)格參數(shù)制動底板屬于鈑金結構，網(wǎng)格類型采用 殼單元，網(wǎng)格大小為5mm o(2) 材料參數(shù)底板材料為DC04,如表1

4、o3.3 約束與加載在底板法蘭4個安裝孔固定約束，在底板 下方支點處加載尸=的載荷。3.4分析結果根據(jù)以上參數(shù)及約束加載，經(jīng)過軟件分 析，可得以下變形云圖及應力云圖，如表 2o表2變形云圖及應力云圖方案變形云圖應力云圖原方案3.303mm238.8Mpa根據(jù)分析結果，底板最大應力238.8Mpa, 已經(jīng)超過屈服強度，變形 3.303mm，變形也 比較大。AUTO TIME #AUTOMOTIVE TECHNOLOGY| 汽車技術e ?時代汽車 ?AUTO TIME 77AUTO TIME #圖5方案三更改示意圖板厚：3.5mm加強翻邊沖壓加 深4.5，徑向輻射 加強長度不變板厚：3.5mm,法

5、蘭安 裝面向下沖壓加深0.5， 軸承安裝孔沖壓翻邊方案變形值應力值原方案3.303 mm238.8 Mpa方案一0.607 mm i151.5 Mpa方案二1.006 mm169.8 Mpa I方案三0.619 mm149.0 Mpa表4不同方案下的數(shù)值對比4結構優(yōu)化根據(jù)分析結果和問題零件檢查，基本確 定曲翹變形問題是由于底板結構強度、剛度 不夠而引起，因此考慮從材料、結構兩方面 進行改進，進而有效提高底盤的強度和剛 度。針對該問題，做出三個參考方案：方案一，如圖3。圖3方案一更改示意圖AUTO TIME #方案三優(yōu)化方案應力貢獻貢獻百分比變形貢獻貢獻百分比板厚增加0.5mm18.3Mpaii

6、7.7%0.399mm12.1%結構更改69Mpa28.9%2.297mm69.5%表5不同更改方案的具體貢獻情況對比法蘭安裝面向下沖壓加深0.5板厚：3.5mm加強翻邊沖徑向輻射加壓加深4.5強筋加長(1) 板厚增加0.5mm，由原來3.0mm變 為 3.5mm;(2) 結構上更改：加強翻邊的沖壓深度加深，徑向輻射加強筋徑向加長；(3) 法蘭安裝面沖壓加深0.5mm，防塵 圈更改。方案二，如圖4。圖4方案二更改示意圖板厚：3mm加強翻邊沖徑向輻射加壓加深4.5強筋加長(1) 板厚不變，仍為3.0mm；(2) 法蘭安裝面不變；(3) 結構上更改：加強翻邊的沖壓深度 加深，徑向輻射加強筋徑向加長

7、。方案三，如圖5。(1) 板厚增加0.5mm，由原來3.0mm改 為 3.5mm;(2) 將底板周緣沖防塵翻邊替代防塵圈，制動鼓更改，如a處；(3) 法蘭安裝面沖壓加深0.5mm，軸承 安裝孔處沖翻邊，如b處。不同方案下分析結果的云圖對比情況, 如表3。表3不同方案下的云圖對比相應方案下進行具體分析，結果的數(shù)值 對比，如表4。通過分析對比發(fā)現(xiàn)，方案一、二中增加 厚度0.5mm，大概可以減小18Mpa的應力；采 取更改結構加強翻邊沖壓深度加深，徑向輻 射加強筋加深徑向加長，可以減小69Mpa。其 具體貢獻情況如表5。從表5可以看出，結構更改對制動底盤的 強度、剛度提升顯著，同時只通過增加板厚 較

8、難達到預期效果。此外，對比結構更改方 案，方案三中通過增加板厚，并翻邊提高剛 度，但底盤整個結構變化較大，重量也增加 較多，不推薦采用。方案一，通過增加板厚，并加深翻邊， 拉長筋條，法蘭面下沉來提高剛度，其效果 與方案三接近，但結構變化較小，重量增加 不多，建議采用。綜上所述，對比可優(yōu)化方案，最終采用 了方案一，有效解決了底板變形問題。5結語提高零件結構的強度和剛度，可以從 結構優(yōu)化、增加材料厚度，替換材料等方 面考慮，增加厚度，替換材料比較容易實 現(xiàn)，同時可能會增加零件成本。而傳統(tǒng)的 結構優(yōu)化方法不但需要工程師對零件結構 比較熟悉，而且要深入了解零件的負載工 況，從而預估結構更改的影響趨勢。

9、整個 具體的實施過程中可能需要較長的設計和 分析的循環(huán)周期，此外還可能會增加實驗 材料的消耗和成本。CAE (Computer Aided Engineering) 是用 計算機輔助求解復雜工程和產(chǎn)品結構強度、 剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、三 維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算 以及結構性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似 數(shù)值分析方法1。倘若借助CAE分析軟件， 可以更準確地模擬各種實驗負載工況，進行 機械事故原因分析及有效查找2，并提供相關的分析結果來判斷產(chǎn)品結構方案是否正向 優(yōu)化。具體的CAE分析應用越來越廣泛，可以更好的分析解決問題，提高效率。在設計階 段應用CAE分析，可以提高

10、方案的準確性， 避免批量生產(chǎn)時出現(xiàn)問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術 的不斷發(fā)展和普及，通過網(wǎng)絡信息傳遞，不 僅對某些技術難題，甚至對于全面的CAE分析過程都有可能得到專家的技術支持，這必 將在CAE技術的推廣應用方面發(fā)揮極為重要 的作用3。然而，事實上CAE技術在我國的中 小型企業(yè)發(fā)展滯后，相關專業(yè)人員缺乏。但 是在當今“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代里，利用信息 通信技術與各行業(yè)的跨界融合，推動汽車產(chǎn) 業(yè)轉(zhuǎn)型升級，不斷創(chuàng)造出新產(chǎn)品、新業(yè)務及 新模式，CAE技術的發(fā)展較好地契合了實現(xiàn) 中國制造2025進而逐漸成為制造強國的戰(zhàn)略目標。旳參考文獻：1 姜蘭蘭.CAE技術在制造業(yè)中的發(fā)展J.卷 宗，2013 (7): 228

11、-228.2 徐毅，孔凡新.三維設計系列講座(3)計算機輔助工程(CAE技術及其應用J.機械制造與自動化，2003，06: 146-150.王自勤.計算機輔助工程(CAE技術及 其應用J.貴州工業(yè)大學學報(自然科學 版)，2001，04: 16-18.AUTO TIME #AUTO TIME #(上接第75頁)標均達到了匹配設計要求。整車的動力性測 試結果0-100km/h加速時間為11.74s，最高車 速160km/h，最大爬坡度為25%，與整車動力 性仿真結果0-100km/h加速時間為10.66s，最 高車速200km/h，最大爬坡度大于 27%，除 最高車速因動力電池放電功率造成一定偏

12、差 外，其余基本吻合。試驗結果證明了本項目 中動力總成匹配設計的準確性和整車動力性 仿真模型仿真結果的有效性。4結語本論文以增程式電動車整車基本參數(shù)要 求和動力性指標為約束條件，針對增程式電 動車動力總成的匹配設計，給出了一套增程 式動力總成及驅(qū)動電機、發(fā)動機、發(fā)電機等 核心部件的性能匹配設計方法。通過仿真軟 件根據(jù)動力總成匹配參數(shù)搭建了整車動力性 模型，進行了仿真分析。并通過動力總成零 部件和整車的測試驗證了該匹配設計方法的可行性和準確性，以及仿真結果的有效性， 為今后增程式電動車開發(fā)項目中進行動力總 成的匹配設計積累了經(jīng)驗和理論依據(jù)。'/參考文獻：1 何洪文.電動汽車原理與構造M.

13、北京： 機械工業(yè)出版社，2001.2 李佳.Plug-in混合動力汽車仿真模型構建 及其仿真研究D.南京航空航天大學， 2011.3 成森，郝利君，何洪文，等.串聯(lián)型混合動力電動汽車輔助動力系統(tǒng)J.汽車工程,2003，25 (3):243-246.4 洪亮，劉成武，黃鍵.增程式電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真J.機電技術，2012 (1): 46-53.5 He ， Hong-Wen, Yu, Xiao-Jiang ， Sun,Feng-Chun. Design of engine-generator work mode for hybrid electric vehicleJ. Journal of Beijing Institute of technology (English Edition )，2004，13 (4): 4