盘式制动器建模及制动盘的有限元分析

课程设计任务书

学 院 学生 汽车与交通学院 键 专 业 学 号 车辆工程 0802020611 设计题目：盘式制动器建模及制动盘的有限元分析 设计容： 1、 2、 使用CATIA建立盘式制动器主要零部件的三维实体模型并装配。 将制动盘的实体模型导入到ANSYS中，进行划分网格、添加材料属性等前处理。 3、根据制动盘的特点确定模态分析的阶数，计算制动盘的固有频率和振型。 技术要求： 1、实体建模结构尺寸和形式正确。并能进行运动模拟 2、设计说明书。其中包括： （1） 写出实体建模步骤。 （2）写出模型导入导出过程。 （3） 写出有限元分析的过程。 （4）结论（结果分析及问题讨论）。 （5） 参考文献 3、提交CATIA和有限元分析的模型文件及相关文件的电子文档。 进度安排： 1、理解题目要求，查阅资料，学习软件，确定设计方案 1天 2、实体建模 4天 3、有限元分析3天 4、说明书撰写 1天 5、答辩 1天 指导教师（签字）： 专业负责人（签字）：

年 月 日 年 月 日 目录

1.实体建模步骤.......................................................3

1.1制动盘建模....................................................3 1.2摩擦片建模....................................................4 1.3制动活塞建模..................................................6 1.4制动钳建模....................................................6 1.5整体装配......................................................8 2.导入过程...........................................................9

3.有限元分析的过程分析的过程........................................10

3.1对导入的模型进行单元属性定义.................................10 3.2网格划分及添加约束...........................................10 3.3进行模态分析.................................................11 3.4制动盘的振型分析.............................................12 3.5结论.........................................................15 参考文件............................................................16

1 实体建模步骤

建模选用catia三维操作软件,建模步骤如下。 1.1制动盘建模

（1）打开catia软件，进入零件设计界面，在xy平面分别做r71和r127的圆，退出草图平面，拉伸出圆柱体，分别拉伸长度为51mm和6mm,如图1.1所示。

图1.1拉伸后实体

（2）凹槽打孔等处理后如图1.2所示。

图1.2凹槽打孔等处理后实体

1.2摩擦片建模

（1）用轮廓线画如图1.3所示草图。

图1.3摩擦片草图轮廓线

（2）退出草图平面，拉伸4mm如图1.4所示。

图1.4拉伸后实体

（3）经打孔倒角等处理后如图1.5所示。

图1.5打孔倒角处理后实体

1.3制动活塞建模

建模成型后如图1.6所示。

图1.6制动活塞

1.4制动钳建模

（1）用轮廓线画如图1.7所示草图。

图1.7制动钳草图轮廓线

（2）退出草图平面，拉伸91mm且部分倒角后如图1.8所示。

图1.8拉伸倒角后实体

（3）新建一个面距yz面62mm，在此面上画r50，r54的圆，退出草图平面，分别拉伸32mm和-15mm，且进行部分凹槽倒角后如图1.9所示。

图1.9拉伸凹槽后实体

（4）做端耳，半径分别为4mm和10mm，端耳中心距坐标系中心为60mm,端耳厚度为10mm；做液压缸，半径为16mm，深度为40，输油孔，半径为3，且进行局部凹槽倒角如图1.10所示。

图1.10制动钳实体

1.5整体装配

装配后如图1.11所示。

图1.11装配模型

2 导入过程

将零件保存为modle格式，在运行ANSYS之前，将系统的时间改为2010年。点击File>Import>CATIA,选择model文件，打开，依次选PlotCtrls>Style>SolidModelFacets>Fine选择Plot>Volumes，生成实体如图2.1所示。

图2.1用于网格划分的实体模型

3 有限元分析的过程

3.1对导入的模型进行单元属性定义

依次选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,定义SOLID187单元类型，打开如图3.1所示对话框。

图3.1“单元类型库”对话框

依次选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modles,打开如图3.2所示对话框，分别填写弹性模量1.13e5,泊松比0.23，密度7e3。

图3.2材料类型的定义

3.2网格划分及添加约束 （1）网格划分

依次选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool,打开网格划分工具对话框。在单元分配属性部分，选择“Volums”.单击“set”按钮，弹出体拾取对话框，拾取实体，单击“OK”,将材料分配给体。依次选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool,打开网格划分工具对话框，点击Smart Size,点击Mash,选择体，单击OK.如图3.3所示。

图3.3有限元网格模型

（2）添加约束

依次选择Main Menu>Slolution>Define

Loads>Apply>Structrual>Displacement>on Areas选择制动盘圆柱面，加载全约束。

3.3进行模态分析 （1）模态分析前处理

Solution>Analysis Type>New Analysis>Model，在Analysis Option 中，选择算法，选择“Block Lanzcons”,选择8阶矩阵运算，在算法选项中选择截止频率为“100000”。 （2）计算制动盘的固有频率

依次选择“Solution>solve>Current LS。跳过步骤中警告，观察运行代码，并等待运算结束。待出现“Solution done”提示，点击“Close”。依次点击“General Postproc>Results Summary”出现计算的结果，即制动盘的固有频率如图3.4所示。

图3.4制动盘的固有频率及阶数

3.4制动盘的振型分析

（1）依次选择“Solution>>Load step opts>>ExpansionPass>>Single Expand>>Expand Model”进行设置。再次进行运算，步骤同第一次运算。

图3.5计算结果列表

（2）依次选择“General Postproc>>Read Result>>First Set”>>Plot Result>>Contour Plot>>Nodal Solu。振型如下图，每查看一种振型，要选择“Next Set”。

图3.6 1阶振型

图3.7 3阶振型

图3.8 6阶振型

图3.9 8阶振型

3.5结论

通过ANSYS软件对盘式制动器制动盘的前8阶模态进行分析可知最大形变为0.654e-4m，且固有频率越大最大变形越集中，不利于制动盘的使用寿命，但固有频率过小可能增加共振的可能性，所以应适当增大固有频率且对制动盘结构的质量和刚度的分布进行适当的调整（如增大最大变形处的刚度）以增大制动盘使用寿命。

参考文献

1.乐乐，树强，谭南林 .ANSYS辅助分析应用基础教程上机指导.交通大学，2007.12 2.王新敏.ANSYS工程结构数值分析..人民，2007 3.胡海龙.CATIA V5 R18基础设计.：清华大学，2010.7 4.家瑞.汽车构造.：机械工业，2009.2