小型电动汽车盘式制动器设计(附件)
小型电动汽车制动器结构合理设计，对于提高车辆制动性能，增强车辆的行驶安全性起着至关重要的作用。本文主要分析了小型电动汽车盘式制动器系统的结构、功能和工作要求，运用汽车及零部件设计理论，结合制动系统的相关参数，对小型电动汽车盘式制动器进行参数和结构设计，并运用Pro/E三维建模软件进行小型电动汽车盘式制动器建模，运用ANSYS软件对其进行静力学分析，再仔细分析得到的位移云图和应力云图，以确定所设计的小型电动汽车盘式制动器的结构合理性。关键词 盘式制动器，结构设计，三维建模，有限元分析
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究进展 1
1.3 研究的目的及意义 2
1.4 研究内容及方法 3
2 小型电动汽车制动器结构设计 3
2.1 整车参数及工作要求 3
2.2 小型电动汽车盘式制动器结构分析 3
2.2 小型电动汽车制动系的主要参数设计 5
2.3 小型电动汽车盘式制动器的结构参数设计 9
2.4 小型电动汽车制动器主要零件的结构设计 12
2.5 盘式制动器性能理论分析 13
3 小型电动汽车盘式制动器三维结构建模 14
3.1 制动盘建模 14
3.2 制动架建模 17
3.3 制动器总成模型建立 18
4 小型电动汽车盘式制动器有限元分析 21
4.1 静力学方程 21
4.2 基于ANSYS静力学有限元分析的操作方法 22
4.3 有限元模型的建立及相关参数导入 22
4.4 小型电动汽车制动盘的静力学有限元分析 24
4.5 小型电动汽车摩擦片的静力学有限元分析 25
4.6 小型电动汽车钳体的静力学有限元分析 26
结论 28
致 谢 29
参考文献 30
1 引言
1.1 研究背景
汽车工业是国民经济的重要产业，对经济影响巨大，对其它相关行业的发展起到至关重要的作用。汽车行业是依附于在一些高科技技术之上的，随 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
着时代技术的进步，一些新的工艺技术和新的黑科技都必将应用于汽车之上，并推动其快速发展，导致汽车产量每年都保持较快的速度增长。目前，中国交通安全形势不容乐观，道路拥堵问题变得更加严重。每年因为交通事故而死亡的人数和经济损失，数字都极其庞大，这对经济发展造成了不小的阻力。国家安全管理总局和交通运输部发布的最新研究报告显示，最近几年，中国道路交通事故呈现下降的趋势，但是，在世界交通死亡人数中，中国仍然高居第二位。对于当前的中国来说，在治理高交通事故的路上我们还要很长一段要走。为了控制道路交通而造成经济损失和人员伤亡，我们除了自身要加强交通安全防范意识之外，汽车设计人员也应当开展对车辆的安全性研究。
车辆制动性能是整车安全性最重要的指标之一。通过一些研究数据，我们可以得知，在所有的交通事故当中，居然有40%的是因为当时的汽车制动性能失效了[1]。这么看来，在我们日常生活中，车辆的制动性能与人们的生命财产安全是紧密联系在一起的，很难分开。
现代小型电动汽车制动器设计的发展已经涉及到计算机分析，优化和仿真的阶段，包括动态仿真分析和设计优化。计算机技术与现代电子测试技术的结合已成为汽车制动器的重要研究方法。本文使用ANSYS软件对小型电动汽车盘式制动器主要零部件进行静力学分析，验证其设计的合理性，为日后的深入研究提供坚实有效的理论支持。
1.2 国内外研究进展
在20世纪初，液压刹车制动器逐渐引入。刹车油通过踩下刹车踏板后，主油缸中的液压油通过管道和软管进入制动器，制动器进而实现夹紧作业。“液压制动器”的基本组件目前仍在使用，但是因为它本身存在着不稳定性，所以制动回路被分成了两个独立回路的制动系统[2]，这当然也是法律法规所要求的。两个独立的制动回路使用两个主要的制动缸，制动缸通常是可独立操作，分为并联式和串联式两种形式。随着技术的快速发展，汽车制动系统的安全性也被日益完善起来。制动系统组成优化，制动时散热性能[3]，制动时车辆稳定性，振动和噪声等方面的改进仍然是大多数科研人员的研究趋势。但是，由于科技的快速发展，这些问题终将得到相应的解决。
虽然国内汽车行业起步的时间比较迟，但是在我国大量科研人员奉献投入下，近几年，已经快追赶上了国际前列的步伐了。21世纪以来，在国家积极政策的领导下，中国独立汽车品牌逐步加大自主技术研发力度，逐步摒弃“剽窃”和依赖进口的帽子。
近些年，国内的汽车自主品牌制造商，投入大量的资金，用于各大院校的科研项目的开发，这一举措也保证了中国汽车制造业快速发展。
近年来，我国汽车制动器的主要理论研究成果是：1999，刘牧中研究了汽车制动器制动盘的磨损机理，探讨了影响制动盘异常磨损的主要因素；2003年，王良模对盘式制动器的主要部件和组件进行了有限的计算，以分析不同运行条件下的受力分布。得出了制动器部件的设计强度和所用材料的机械性能之间关系的结论[4]；2010年，柴少彪，王铁等人在ANSYS／LS DYNA平台制动接触仿真的基础上[5]，研究了制动器在使用过程中的表面摩擦机理。
科学研究人员为迅速推进中国制动系统技术的发展做出了巨大努力。今天，大多数研究都针对汽车制动器展开研究，其中包括：热应力分析、结构设计、振动和噪音分析[6]。但对于制动过程中的零部件强度，极少有人展开进行模拟仿真分析。随着有限元仿真的发展和成熟，制动器的开发和测试时间得到有效缩短，产品性能得到显著改善。在大量科研人员努力下，我国在汽车制动安全研究也步入全球顶尖的水平，拥有多项专利。
1.3 研究的目的及意义
在保证车辆安全行驶的主要因素中，车辆制动系统扮演着一个及其重要的角色。目前，在整车的设计过程中，如何来保证并且提高制动系统的安全性，是每一个科研人员不可避免的问题。在当今世界，每年都有最新的科研技术运用于车辆制动之上，由于汽车制动器工作环境复杂等诸多因素，实验方法是最可靠的数据来源，但它消耗了大量的人力物力资源，并且大量实验无法重复。因此，使用广泛使用CAD/CAE软件来设计和模拟产品性能，是更经济、直观和方便的方法，越来越复杂的算法也可以确保模拟结果的可靠性。
大多数重大交通事故由于紧急制动时的滑动，制动距离较长以及车辆前轮转向能力丧失而导致的[7]。由此看来，在降低交通事故中，完善小型电动汽车制动性在这个大家庭中，扮演着极其重要的角色。在制动期间，主制动部件上的压力很复杂。如果事先进行制动器所需零件的分析，了解制动器组件的应力分配规律，参考材料的性能，并确定是否超出了零件的强度和其他性能，可以提高小型电动汽车制动器安全性，并加快小型电动汽车制动器开发周期。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究进展 1
1.3 研究的目的及意义 2
1.4 研究内容及方法 3
2 小型电动汽车制动器结构设计 3
2.1 整车参数及工作要求 3
2.2 小型电动汽车盘式制动器结构分析 3
2.2 小型电动汽车制动系的主要参数设计 5
2.3 小型电动汽车盘式制动器的结构参数设计 9
2.4 小型电动汽车制动器主要零件的结构设计 12
2.5 盘式制动器性能理论分析 13
3 小型电动汽车盘式制动器三维结构建模 14
3.1 制动盘建模 14
3.2 制动架建模 17
3.3 制动器总成模型建立 18
4 小型电动汽车盘式制动器有限元分析 21
4.1 静力学方程 21
4.2 基于ANSYS静力学有限元分析的操作方法 22
4.3 有限元模型的建立及相关参数导入 22
4.4 小型电动汽车制动盘的静力学有限元分析 24
4.5 小型电动汽车摩擦片的静力学有限元分析 25
4.6 小型电动汽车钳体的静力学有限元分析 26
结论 28
致 谢 29
参考文献 30
1 引言
1.1 研究背景
汽车工业是国民经济的重要产业，对经济影响巨大，对其它相关行业的发展起到至关重要的作用。汽车行业是依附于在一些高科技技术之上的，随 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
着时代技术的进步，一些新的工艺技术和新的黑科技都必将应用于汽车之上，并推动其快速发展，导致汽车产量每年都保持较快的速度增长。目前，中国交通安全形势不容乐观，道路拥堵问题变得更加严重。每年因为交通事故而死亡的人数和经济损失，数字都极其庞大，这对经济发展造成了不小的阻力。国家安全管理总局和交通运输部发布的最新研究报告显示，最近几年，中国道路交通事故呈现下降的趋势，但是，在世界交通死亡人数中，中国仍然高居第二位。对于当前的中国来说，在治理高交通事故的路上我们还要很长一段要走。为了控制道路交通而造成经济损失和人员伤亡，我们除了自身要加强交通安全防范意识之外，汽车设计人员也应当开展对车辆的安全性研究。
车辆制动性能是整车安全性最重要的指标之一。通过一些研究数据，我们可以得知，在所有的交通事故当中，居然有40%的是因为当时的汽车制动性能失效了[1]。这么看来，在我们日常生活中，车辆的制动性能与人们的生命财产安全是紧密联系在一起的，很难分开。
现代小型电动汽车制动器设计的发展已经涉及到计算机分析，优化和仿真的阶段，包括动态仿真分析和设计优化。计算机技术与现代电子测试技术的结合已成为汽车制动器的重要研究方法。本文使用ANSYS软件对小型电动汽车盘式制动器主要零部件进行静力学分析，验证其设计的合理性，为日后的深入研究提供坚实有效的理论支持。
1.2 国内外研究进展
在20世纪初，液压刹车制动器逐渐引入。刹车油通过踩下刹车踏板后，主油缸中的液压油通过管道和软管进入制动器，制动器进而实现夹紧作业。“液压制动器”的基本组件目前仍在使用，但是因为它本身存在着不稳定性，所以制动回路被分成了两个独立回路的制动系统[2]，这当然也是法律法规所要求的。两个独立的制动回路使用两个主要的制动缸，制动缸通常是可独立操作，分为并联式和串联式两种形式。随着技术的快速发展，汽车制动系统的安全性也被日益完善起来。制动系统组成优化，制动时散热性能[3]，制动时车辆稳定性，振动和噪声等方面的改进仍然是大多数科研人员的研究趋势。但是，由于科技的快速发展，这些问题终将得到相应的解决。
虽然国内汽车行业起步的时间比较迟，但是在我国大量科研人员奉献投入下，近几年，已经快追赶上了国际前列的步伐了。21世纪以来，在国家积极政策的领导下，中国独立汽车品牌逐步加大自主技术研发力度，逐步摒弃“剽窃”和依赖进口的帽子。
近些年，国内的汽车自主品牌制造商，投入大量的资金，用于各大院校的科研项目的开发，这一举措也保证了中国汽车制造业快速发展。
近年来，我国汽车制动器的主要理论研究成果是：1999，刘牧中研究了汽车制动器制动盘的磨损机理，探讨了影响制动盘异常磨损的主要因素；2003年，王良模对盘式制动器的主要部件和组件进行了有限的计算，以分析不同运行条件下的受力分布。得出了制动器部件的设计强度和所用材料的机械性能之间关系的结论[4]；2010年，柴少彪，王铁等人在ANSYS／LS DYNA平台制动接触仿真的基础上[5]，研究了制动器在使用过程中的表面摩擦机理。
科学研究人员为迅速推进中国制动系统技术的发展做出了巨大努力。今天，大多数研究都针对汽车制动器展开研究，其中包括：热应力分析、结构设计、振动和噪音分析[6]。但对于制动过程中的零部件强度，极少有人展开进行模拟仿真分析。随着有限元仿真的发展和成熟，制动器的开发和测试时间得到有效缩短，产品性能得到显著改善。在大量科研人员努力下，我国在汽车制动安全研究也步入全球顶尖的水平，拥有多项专利。
1.3 研究的目的及意义
在保证车辆安全行驶的主要因素中，车辆制动系统扮演着一个及其重要的角色。目前，在整车的设计过程中，如何来保证并且提高制动系统的安全性，是每一个科研人员不可避免的问题。在当今世界，每年都有最新的科研技术运用于车辆制动之上，由于汽车制动器工作环境复杂等诸多因素，实验方法是最可靠的数据来源，但它消耗了大量的人力物力资源，并且大量实验无法重复。因此，使用广泛使用CAD/CAE软件来设计和模拟产品性能，是更经济、直观和方便的方法，越来越复杂的算法也可以确保模拟结果的可靠性。
大多数重大交通事故由于紧急制动时的滑动，制动距离较长以及车辆前轮转向能力丧失而导致的[7]。由此看来，在降低交通事故中，完善小型电动汽车制动性在这个大家庭中，扮演着极其重要的角色。在制动期间，主制动部件上的压力很复杂。如果事先进行制动器所需零件的分析，了解制动器组件的应力分配规律，参考材料的性能，并确定是否超出了零件的强度和其他性能，可以提高小型电动汽车制动器安全性，并加快小型电动汽车制动器开发周期。
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