ANSYS Workbench基礎(chǔ)上的汽車盤式制動器性能

賴劼修，肖 釩

（南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌 330029）

ANSYS Workbench基礎(chǔ)上的汽車盤式制動器性能

賴劼修，肖 釩

（南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌 330029）

在汽車設(shè)計和制造中，汽車的制動性能可靠性是衡量汽車安全的重要標志，為了有效分析汽車盤式制動器性能，本文主要利用ANSYS Workbench軟件平臺來分析影響汽車盤式制動性能。

汽車盤式制動器；制動性能；ANSYS Workbench軟件

分析盤式制動器的結(jié)構(gòu)及評價指標，采用有限元方法進行盤式制動器主要零件的靜力分析和制動器熱力學(xué)分析，從而得出影響盤式制動性能的主要因素有零部件的強度、制動振動及制動熱傳導(dǎo)等。

1 盤式制動器結(jié)構(gòu)組成及性能評價

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，汽車盤式制動器主要分為全盤式、鉗盤式等兩種，其主要由制動器鉗體、制動主缸、制動盤、摩擦片及制動鉗支架等多個零部件組成。針對汽車盤式制動性能評價指標，由于汽車的制動性能是確保汽車安全的關(guān)鍵，因此，大多數(shù)國家對汽車盤式制動的性能都做出了嚴格的規(guī)定，包括制動距離與制動減速度的效能、制動效能恒定性及進行制動時汽車行駛方向的穩(wěn)定性等。因此，根據(jù)制動器制動性能的評價指標，可以得出影響汽車制動性能的影響因素主要包制動效能、制動距離與制動減速度等。

2 盤式制動器主要零件的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

由于盤式制動器部件的強度和剛度關(guān)系到制動系統(tǒng)的可靠性，因此，利用有限元分析軟件ANSYS Workbench模塊對盤式制動器中的制動盤、鉗體、摩擦片等進行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，通過結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，則可以確定出結(jié)構(gòu)加載的應(yīng)力及位移，其靜力分析方程為：［K］={μ}={F}，其中［K］代表剛度矩陣，{μ}代表位移矢量，{F}代表靜力載荷，在靜力分析中，一般不考慮動載荷的影響。一般情況下，結(jié)構(gòu)靜力學(xué)的分析方法和步驟主要包括創(chuàng)建分析系統(tǒng)；在工程數(shù)據(jù)Engineering Data中定義材料屬性；創(chuàng)建幾何模型；零件定義；連接關(guān)系定義；建立有限元模型；施加載荷數(shù)據(jù)和約束；設(shè)置求解選項，并求解；數(shù)據(jù)顯示和動畫演示處理等步驟。

3 制動器熱力學(xué)分析

在制動器設(shè)計過程中，制動器的熱力學(xué)分析發(fā)揮著重要作用，為了全面分析制動盤、摩擦片工作時的熱傳導(dǎo)狀態(tài)，可以利用ANSYS Workbench的熱分析模塊來對其進行瞬態(tài)熱的分析。分析熱傳導(dǎo)定律，其可以被理解為直接接觸的兩個物體之間存在的溫度梯度而引起的內(nèi)能相互流動，其是一種能量的傳遞，熱傳導(dǎo)的基本理論主要是單位時間內(nèi)熱傳導(dǎo)方式傳遞的熱量與溫度梯度和垂直于熱流的截面積成正比關(guān)系，在傳熱系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)傳熱各點的溫度變化僅僅只與位置的變化有關(guān)，在單位時間內(nèi)，其外部流入系統(tǒng)的熱傳與系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量之和等于流出系統(tǒng)的熱量，其公式為：Q流入+Q產(chǎn)生=Q流出，一般情況下，在工作時間內(nèi)汽車制動器所引起的傳熱為瞬態(tài)傳熱。

采用Ansys Workbench熱分析的方式，其分析步驟包括：定義材料屬性、幾何模型簡歷、接觸、分析設(shè)置、載荷與邊界條件、結(jié)果與后處理等。分析某型汽車制動器基本參數(shù)及制動器摩擦副的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表1、表2所示：

表1 制動器摩擦副材料特新參數(shù)

表2 制動器摩擦副結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，若假設(shè)制動初始速度v=100km/h，摩擦副參數(shù)為10，摩擦系數(shù)為0.37，則可以得出汽車的制動時間為4.23s。因此，在進行瞬態(tài)熱分析中，對制動盤體和摩擦片的熱力徐進行有限元模型分析，其起始溫度為20攝氏度，結(jié)果溫度為550攝氏度。通過進行制動盤溫度場變化云圖分析［1］，可以得出制動熱主要產(chǎn)生于摩擦副的表面，其主要原因是摩擦熱產(chǎn)生是在瞬間完成的，導(dǎo)致制動器產(chǎn)生的熱量來不及傳輸給盤體內(nèi)部。分析摩擦片溫度場隨時間變化云圖［1］，可以得出制動過程中制動盤和摩擦片緊密接觸的接觸壓力主要集中于接觸區(qū)域的中間部分，這就證明了制動盤表面溫度場的邊緣溫度低于位于摩擦半徑處的溫度。

4 結(jié)束語

分析影響汽車制動性能的主要因素，包括制動器制動力與附著力之間的關(guān)系及制動力矩等力的分析等，從而驗證制動效能是影響汽車制動性能的主要因素，通過對制動器零部件進行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析和熱力學(xué)分析，從而驗證零部件、制動盤及摩擦片對制動系統(tǒng)可靠性的影響。

［1］楊龍寶.基于ANSYS Workbench的汽車盤式制動器性能分析［D］.廣西大學(xué)，2013.

［2］何亞峰.基于有限元技術(shù)的汽車盤式制動器性能研究［J］.機械傳動，2012，03：84-86.

［3］施一鳴.盤式制動器的制動抖動現(xiàn)象及熱—結(jié)構(gòu)耦合研究［D］.上海交通大學(xué)，2013.

［4］紀王芳.載重汽車行車制動器制動性能的研究［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

賴劼修（1983—），男，漢族，江西宜豐人，2007畢業(yè)于南昌大學(xué)機械制造及其自動化專業(yè)，并留校至今。讀碩期間，主要研究方向為特種加工，著力于機械工程材料的探討與應(yīng)用。