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1、 第八代凱美瑞轎車制動器輕量化設(shè)計 學(xué)院（系）： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 3 摘要 本文目的是對第八代凱美瑞轎車的制動器進(jìn)行輕量化設(shè)計，首先依據(jù)汽車設(shè)計及相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗，確定了本次設(shè)計采用浮鉗式盤式制動器，并完成制動管路的選擇和真空助力裝置的設(shè)計，然后利用凱美瑞轎車制動器的設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行制動器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，再利用CATIA軟件進(jìn)行三維模型建立，并完成二維圖紙設(shè)計；本次設(shè)計第二部分是對設(shè)計的制動器進(jìn)行輕量化設(shè)計，輕量化的方向選擇材料C/C-SiC，通過數(shù)據(jù)分析顯示其應(yīng)用于制動器輕量化的優(yōu)越性；最后一部分是運(yùn)用abaqus軟

2、件對制動器制動過程進(jìn)行數(shù)值模擬，通過分析制動盤制動過程的熱應(yīng)力特征變化和溫度場特征變化，進(jìn)而分析C/C-SiC復(fù)合材料應(yīng)用于制動器輕量化的優(yōu)越性和合理性，最后分析C/C-SiC復(fù)合材料的制動器的抗熱衰退性能。 關(guān)鍵詞：制動器，輕量化，abaqus，C/C-SiC 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 ABSTRACT The purpose of this paper is to lightly design the brakes of the 8th generation Camry car. Firstly, based on the design of

3、the car and related design experience, the design uses the floating clamp disc brakes, and completes the selection of the brake pipe and the vacuum booster. The design, then use the design basic parameters of the Camry car brake to design the main structural parameters of the brake, and then use the

4、 CATIA software to build the 3D model and complete the 2D drawing design； the second part of the design is to lightly design the brakes. The lightweight direction selection material C/C-SiC shows its superiority in brake weight reduction through data analysis. The last part is to use abaqus software

5、 to simulate the brake braking process and analyze the brake disc braking process. The thermal stress characteristic changes and temperature field characteristics change, and then the superiority and rationality of C/C-SiC composite materials applied to brake lightweighting are analyzed. Finally, th

6、e thermal decay resistance of C/C-SiC composite brakes is analyzed. Key words：Brake; lightweight；abaqus；C/C-SiC  目錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章緒論 1 1.1制動器簡介 1 1.2國內(nèi)外汽車制動器輕量化發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢 1 第二章制動器總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 2.1第八代凱美瑞制動器結(jié)構(gòu)與工作原理 4 2.2制動器管路選擇 5 2.3第八代凱美瑞制動器設(shè)計技術(shù)參數(shù) 6 2.4浮鉗盤式制動器的主要參數(shù)選擇及計算 6

7、2.4.1制動盤直徑D 6 2.4.2制動盤厚度h 6 2.4.3摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1 7 2.4.4摩擦襯塊工作面積A 7 2.4.5 制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)對制動盤的壓緊力F0 7 第三章制動器和驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計及計算 8 3.1同步附著系數(shù)φ0 8 3.2制動器制動力分配系數(shù)β 8 3.3前后輪制動力矩確定 8 3.4摩擦襯片的磨損特性計算 9 3.5制動輪缸直徑d和工作容積V 10 3.6制動主缸直徑d0 10 3.7制動踏板力Fp和制動踏板工作行程Sp 11 第四章制動器輕量化和仿真分析 12 4.1 C/C-SiC應(yīng)用于制動器輕量化合理性 12 4.2 制

8、動器制動過程數(shù)值模擬 13 4.2.1 數(shù)值模擬前提條件 13 4.2.2 通風(fēng)盤式制動器尺寸與材料參數(shù) 14 4.2.3 制動器制動仿真過程 15 4.2.4制動器制動過程數(shù)值模擬結(jié)果分析 17 4.2.5 熱衰退性分析 20 第五章結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 附錄 MATLAB編制制動力分配曲線 25 致謝 26 第一章緒論 1.1制動器簡介 制動器是汽車的制動系統(tǒng)的主要組成部分。制動系統(tǒng)的作用第一是減速運(yùn)行的汽車停下來，也就是驅(qū)動制動；第二是保持汽車在長下坡狀態(tài)穩(wěn)定的速度和制動器的抗熱衰退性的優(yōu)異性能，即，輔助制動；第三是使停止的汽車,保

9、持靜止?fàn)顟B(tài),即駐車制動[1]。目前，汽車制動系統(tǒng)的制動器主要使用摩擦制動器，摩擦制動器之一是鼓式制動器，鼓式制動器大多應(yīng)用于商用車輛。另一種是盤式盤式制動器，它主要是用于乘用車。本次設(shè)計的是第八代凱美瑞轎車,屬于乘用車。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)被應(yīng)用到盤式制動器，例如液壓助力和空氣輔助盤式制動器。使盤式制動器的制動力更穩(wěn)定，散熱效果更好。它適用于各種路況，所以對汽車盤式制動器更廣泛的應(yīng)用。 盤式制動器進(jìn)一步細(xì)分，一般根據(jù)摩擦副中的固定元件劃分為全盤型和卡鉗型。本次設(shè)計的第八代凱美瑞轎車的盤式制動器選擇卡鉗型，而卡鉗型盤式制動器可分為浮動卡鉗盤式制動器和固定卡鉗盤式制動器。固定卡鉗盤式

10、制動器的缺點是制動鉗固定不動，既不能旋轉(zhuǎn)又不能移動，固定安裝在軸上，使得制動鉗的工藝結(jié)構(gòu)制造難度加大，且要分布管路，使制動鉗尺寸變大，安裝不方便，這些缺點使其適應(yīng)現(xiàn)代汽車的需求。浮動鉗盤式制動器的卡鉗可以沿軸向相對于該制動盤滑動，并且只需要被提供有一個單側(cè)缸。因此，具有結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便的優(yōu)點，所以大多數(shù)現(xiàn)代汽車選擇浮動卡鉗盤式制動器。 1.2國內(nèi)外汽車制動器輕量化發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢 汽車輕量化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的趨勢，輕量化概念應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)的各個方面。如輕巧的車身，輕巧的底盤，輕巧的發(fā)動機(jī)等，優(yōu)化的方向可以在結(jié)構(gòu)上也有從材料上，可以對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，也可以對零部件優(yōu)化，其概括表現(xiàn)有： （1

11、）研究和應(yīng)用輕質(zhì)材料，如鋁，鈦，鎂和其他合金，粉末冶金和合成塑料和陶瓷復(fù)合材料，并對材料的相關(guān)理化性質(zhì)進(jìn)行研究，且根據(jù)不同的輕量化零部件校核相關(guān)參數(shù)，保證質(zhì)量。 （2）使用CAD，CAE等計算機(jī)輔助技術(shù)來構(gòu)建和模塊化汽車零部件。包括應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化等理論分析汽車結(jié)構(gòu)，確定優(yōu)化部位，再利用計算機(jī)技術(shù)校核。 1）在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行輕量化研究 對制動器進(jìn)行結(jié)構(gòu)上優(yōu)化設(shè)計，從而達(dá)到輕量化的目標(biāo)國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用多種方法產(chǎn)生大量的科學(xué)研究論文與成果。對楚正中，萬連恩，丁慧慧的研究是基于有限元分析的方法，使用abaqus來對盤式制動器進(jìn)行建模。根據(jù)安全系數(shù)云圖和制動器殼體，卡鉗體，卡鉗體支架的復(fù)合應(yīng)力云圖分析氣動

12、盤式制動器，優(yōu)化這三個主要部件的設(shè)計，實現(xiàn)輕量化；王宏斌，奚樂的研究利用了拓?fù)鋬?yōu)化方法，確定了降本減重的關(guān)鍵零件，并輔助有限元分析軟件，在確保性能的前提下，通過減少主要部件中使用的材料量，可以減輕制動器的負(fù)擔(dān)；唐金元和趙國維的研究建立了ISIGHT的集成CATIA，ABAQUS和MATALAB優(yōu)化工藝，用于輕量化設(shè)計計算，減少了卡鉗的疲勞壽命，同時將質(zhì)量減少了5％。它對整體制動器的輕量化設(shè)計具有參考意義；陳征皞研究使用UG，CAE，HYPERMESH和ABAQUS軟件分析制動器在一定載荷和約束下產(chǎn)生的偏移，扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力，并分析可輕微加工的零件。調(diào)整，縮小所有指標(biāo)和目標(biāo)值之間的差距，并成功實現(xiàn)減重

13、，同時減少部分磨損的可能性。 2)在材料上的輕量化研究 從材料上進(jìn)行輕量化一般是選取制動器的某一結(jié)構(gòu)部件，其中制動盤和摩擦片的制動材料的選用對制動器的性能和輕量化起主要因素，因此如何選擇和如何制備性能優(yōu)良的適用于制動器的材料非常關(guān)鍵。制動器制動工作時所遇的工況較為復(fù)雜，因此研究在不同的工況下制動器選用新型制動材料后，制動盤與制動摩擦片的摩擦穩(wěn)定性是國內(nèi)外學(xué)者的研究和探索的一個重點。 崔星在研究中對采用了C / SiC復(fù)合材料的制動盤進(jìn)行了機(jī)械試驗，對其機(jī)械特性和C / SiC復(fù)合材料的熱性能進(jìn)行了研究。分析結(jié)果表明，該C / SiC復(fù)合材料的制動盤和摩擦對中的摩擦襯片之間的摩擦系數(shù)與制動

14、壓力的增加而略有下降。此外，他還研究了在潮濕條件下的剎車制動狀態(tài)。此時，摩擦對之間的摩擦系數(shù)由小于傳統(tǒng)鑄鐵制動盤的摩擦系數(shù)；李娜研究了FeSi75改性C / C-SiC制動材料，基于C / C-SiC復(fù)合材料提高了制動盤的耐磨性；XuXingya，F(xiàn)anShangwu等研究在干燥、淡水、海水和靜態(tài)條件下制動，對摩擦副采用C/SiC-C/C對，對偶靜摩擦系數(shù)( COF)較C/C-C/C的對偶靜摩擦系數(shù)有較大提高，此外， C/ SiC- C/ C的穩(wěn)定性幾乎不受淡水和海水的影響，對于應(yīng)用C/SiC-C/C， C/SiC的制動盤磨損量很小，這樣可以使制動器使用的C/SiC盤更薄。在直徑相同和數(shù)量一致

15、的制動器的制動盤選擇時，制動器使用C/ SiC-C /C對復(fù)合材料可以比使用C/SiC -C /SiC對復(fù)合材料，輕量化的效果更好；FanShangwu，ZhangLitong等研究采用化學(xué)氣相滲透、漿體滲透和液態(tài)硅滲透三步法制備了具有夾層結(jié)構(gòu)的C/SiC復(fù)合制動材料。所制備的制動材料包括一個富C纖維的主體和兩個表面富硅的摩擦層。研究表明具有夾層結(jié)構(gòu)的C纖維/SiC在潮濕狀態(tài)下沒有衰減，并且性能優(yōu)于三維針刺碳纖維/碳化硅。夾層結(jié)構(gòu)C / SiC的靜摩擦系數(shù)和線性磨損率均高于三維針刺C / SiC；Chen Guanyi和Li Zhuan研究了C / C-SiC復(fù)合材料的摩擦磨損性能和制動過程中

16、的熱應(yīng)力行為。模擬高速軌道制動條件下 C/ C- SiC復(fù)合材料的自雙摩擦磨損試驗， C/ C- SiC復(fù)合材料制動過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的靜摩擦因數(shù)(0.68)以及動摩擦因數(shù)(平均值為0.36)；W. Krenkel，F(xiàn)。Berndt等研究發(fā)現(xiàn)Si+C（高）和Si+鑄鐵（高）材料的制動摩擦片的摩擦系數(shù)較大，摩擦系數(shù)對溫度和環(huán)境的穩(wěn)定性比較優(yōu)異，此外與加硅和銅的摩擦片相比較，加硅和銅的摩擦片摩擦系數(shù)較小且對工況和環(huán)境的變化有較大變化。  第二章制動器總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1第八代凱美瑞制動器結(jié)構(gòu)與工作原理 查閱相關(guān)資料，可以發(fā)現(xiàn)第八代凱美瑞制動器使用的是浮動卡鉗盤式制動器。由圖可知第八

17、代凱美瑞的制動系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是由制動踏板和助力裝置以及浮鉗盤式制動器組成，其中助力裝置采用真空助力裝置和液壓管路傳遞制動踏板力，浮鉗盤式制動器的主要部件有制動鉗殼體、制動鉗活塞、制動鉗支架、制動盤以及摩擦片組成[1]。 圖2.1 浮鉗盤式制動器工作原理 制動系統(tǒng)的工作原理是在汽車需要制動時，通過制動踏板移動相應(yīng)的距離獲得需要的制動效果，制動踏板產(chǎn)生的踏板力在經(jīng)過真空助力器后將會放大相應(yīng)的倍數(shù)，然后放大后的制動踏板力經(jīng)過制動主缸變換成制動液壓力。制動液壓再經(jīng)過管道傳遞，最后作用在制動鉗殼體體內(nèi)的活塞側(cè)上，制動液壓壓動活塞壓向制動摩擦片，在摩擦片上產(chǎn)生制動壓力，制動液壓對制動鉗殼體的反作用力使

18、制動鉗殼體與活塞反向滑動，這樣制動鉗殼體將對另一側(cè)的摩擦片產(chǎn)生制動壓力，這樣制動盤兩側(cè)的摩擦片將產(chǎn)生相等的制動壓力，摩擦片與制動盤構(gòu)成摩擦副，制動力產(chǎn)生制動力矩，使摩擦片與制動盤之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動減速甚至趨于停止，而且制動器與車輪是固聯(lián)安裝，制動器與車輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動一致，從而可以完成制動的目標(biāo)。 2.2制動器管路選擇 綜合考慮，本次設(shè)計建議使用液壓制動器，這種制動器已被廣泛認(rèn)可用于汽車制動器。從安全性的角度來看，以確保汽車的制動性能的可靠性，應(yīng)該有至少兩個獨立的制動線路。即是整體車輛的所有行車制動器，它們的液壓或氣動管路均需被分成兩個或更多個獨立回路[3]。 圖2.2 制動器管路 用于雙軸車輛

19、的雙回路制動系統(tǒng)具有以下五種常見的分體式：單軸連接單軸（II）型（圖a），十字（X）型（圖b），單軸半到半軸（HI）型（圖c），半軸單軸半軸單輪（LL）型（圖d），雙半軸雙半軸（HH）型（圖e）。 下面分析這幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，其中，II型和X型管道和布局簡單，成本低，但是當(dāng)II型的其中一個回路失效時，前輪就很容易抱死從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向能力喪失，X型則會發(fā)生制動力不對稱，使汽車喪失穩(wěn)定性。HL、HH、LL型結(jié)構(gòu)和管道布置都較為復(fù)雜，本次設(shè)計不予考慮。而HI型的回路失效時，能夠使用單軸半環(huán)時，此時制動回路的制動力剩余較大，但應(yīng)用此回路的汽車在緊急制動時，后輪易抱死。 綜上所述并參考同類車型，本次設(shè)計

20、選擇X型布置方案，結(jié)構(gòu)較為簡單。 2.3第八代凱美瑞制動器設(shè)計技術(shù)參數(shù) 查閱相關(guān)資料可得如下表2.1： 表2.1 制動器設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù) 已知參數(shù) 第八代凱美瑞2019 2.0E 整車質(zhì)量（空載）（Kg） 1530 整車質(zhì)量（滿載）（Kg） 2000 軸距（mm） 2825 質(zhì)心高度（mm） 600 前軸距（mm） 1270 后軸距（mm） 1555 最大扭矩（N/m） 210 最高車速（Km/h） 205 車輪 205/65 R16 2.4浮鉗盤式制動器的主要參數(shù)選擇及計算 2.4.1制動盤直徑D 當(dāng)選擇制動盤的直徑 D時，制動盤的直徑D一

21、般選擇為輪轂直徑的70%-79%，為了匹配車輪直徑，它應(yīng)該在一個合適的范圍內(nèi)。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，當(dāng)轎車的總質(zhì)量超過2t時，制動盤的直徑取該范圍的上限。在保持有效制動性能的情況下，應(yīng)盡可能使部件更小更輕。根據(jù)設(shè)計參數(shù)，輪輞直徑Dr為16英寸（1英寸= 2.54cm），并且由于滿載質(zhì)量為2000kg，因此采用上限。在本設(shè)計中：D=?72%Dr?=?79%x16x25.4mm=?321.056mm?，取D=320mm。 2.4.2制動盤厚度h 制動盤的厚度h是制動盤質(zhì)量和運(yùn)行期間溫度升高的決定性因素。而本次設(shè)計中前輪為動力轉(zhuǎn)向輪，因此前輪選取通風(fēng)盤，后輪選取實心盤。通風(fēng)制動盤選擇兩個制動面上的冷卻葉

22、片，增加制動盤鑄件的冷卻面積，加速散熱。根據(jù)車型和一般設(shè)計準(zhǔn)則，實心式制動盤的厚度為10毫米~20毫米，設(shè)置通風(fēng)通道的制動盤厚度為20毫米~50毫米，。在本設(shè)計中，使用通風(fēng)式盤式制動盤，h為25毫米，實心盤式制動盤為15毫米。 2.4.3摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1 在制動器設(shè)計中，摩擦襯塊的外半徑R2的制動盤的外徑相匹配，并且所述摩擦墊的內(nèi)半徑R1是關(guān)系到外半徑。設(shè)計經(jīng)驗R2 / R1比應(yīng)小于1.5。當(dāng)該比率過大時，摩擦襯塊的外圓周和內(nèi)圓周的速度制動時有很大的不同，從而導(dǎo)致不均勻磨損和降低的摩擦接觸面積，這最終導(dǎo)致大的波動在制動扭矩的范圍內(nèi)。在此設(shè)計中，根據(jù)制動盤的直徑，外半徑R2=?

23、154mm，內(nèi)半徑R1=110mm.??R2/R1=1.4<1.5，符合要求。， 2.4.4摩擦襯塊工作面積A 摩擦襯塊的單位面積是根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取，基于所述車輛的質(zhì)量，范圍從1.6kg/cm2至3.5kg / cm 2的選擇，一般。當(dāng)車輛的空載質(zhì)量1530kg，在無負(fù)載在前輪的負(fù)荷842.2kg。所以計算可知在本設(shè)計中且由上述計算以及參考其他同類車型取A=70cm2。 2.4.5制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)對制動盤的壓緊力F0 如上所述并且需要簡單的結(jié)構(gòu)，在車輪制動器中的方便布置等，制動器是液壓驅(qū)動的活塞式機(jī)構(gòu)，并且制動壓力由以下關(guān)系確定。由制動缸施加到制動盤的壓力F0與輪缸直徑d和制動管路壓力P

24、之間的關(guān)系如下： F0=πPd24（2.1） 根據(jù)制動管路壓強(qiáng)一般在10 MPa~20 MPa內(nèi)選取 P=15 Mpa，根據(jù)國標(biāo) HG2865-1977標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)選擇制動缸直徑 d=45 mm時，制動盤的壓力 F0=21195 N。  第三章制動器和驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計及計算 3.1同步附著系數(shù)φ0 研究和實踐表明當(dāng)汽車在道路上制動時，同步附著系數(shù)是φ0（在前輪和后輪被同時鎖定），并且制動減速度du / dt= qg=φ0g，即q=φ0，q是制動強(qiáng)度。為了充分利用路面附著系數(shù)，并確保汽車的穩(wěn)定性，我們的理想附著系數(shù)是附著系數(shù)φ=同步附著系數(shù)φ0，此時汽車處于穩(wěn)定工況，前后輪同時抱死。 從

25、設(shè)計經(jīng)驗和類似模型的參考，同步附著系數(shù)φ0的取值范圍如下表3.1： 表3.1車型的φ0值范圍 車型 轎車 輕型客車、輕型貨車 大型客車及中重型貨車 φ0值范圍 0.65~0.80 0.55~0.70 ?0.45~0.65 本次設(shè)計的第八代凱美瑞轎車制動器，我們查閱的基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)已知車輛的總質(zhì)量和質(zhì)心位置，并且我們設(shè)計的制動器前后制動器具有固定比值。因此，在該設(shè)計中最初選擇同步附著系數(shù)φ0=0.7。 3.2制動器制動力分配系數(shù)β 根據(jù)汽車?yán)碚撝R，由已知φ0=0.7時由公式： φ0=Lβ-bhg（3.1） 則β=φ0hg+bL=0.7×0.6+1.5552.825=

26、0.7即得制動力分配系數(shù)β=0.7。 3.3前后輪制動力矩確定 為了確保汽車具有良好制動性能，能夠使汽車有效的制動至停止和駐坡，制動扭矩應(yīng)合理地分布在所述前和后輪制動器的大小?；谏鲜鲈O(shè)計參數(shù)，我們可以前后制動后計算的制動轉(zhuǎn)矩的比率： Mu1Mu2=L2+φ0hgL1-φ0hg（3.2） 代入數(shù)據(jù)Mu1Mu2=1.555+0.7×0.61.27-0.7×0.6=2.3 該設(shè)計模型具有更好的路況和更高的車速，因此，較大的同步附著系數(shù)值φ0被選擇。為了確保道路表面粘合性上的良好的路面被充分利用φ<φ0，后軸和前制動器被同時滑動（在這種情況下，制動強(qiáng)度）當(dāng)q=φ= 0.7）裝在前橋的前輪

27、制動器和裝在后橋的后輪制動器可產(chǎn)生的最大制動轉(zhuǎn)矩為： Mu2=GL(L1-φhg)φ0re（3.3） 其中車輪半徑re=330mm 帶入數(shù)據(jù)計算可得：前后輪制動器的制動力矩為Mu2=1.06 kN?m，Mu1=2.46kN?m。然后單個制動器的制動扭矩 M1= Mu1/2=1.23 kN? m。 下面驗證摩擦副之間產(chǎn)生制動壓力符合要求：首先我們假設(shè)摩擦襯塊與制動盤摩擦表面均勻接觸，并且接觸表面的壓力是相同的，則制動器的制動力矩按以下公式計算方法如下： Mu2=2fNRe（3.4） 代入相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)單個前輪制動器的制動扭矩達(dá)到1230牛頓米，靠在制動盤上的一個側(cè)的制動塊的壓力的最大值

28、可以被確定為N = 17672N< 21195N，滿足要求。 3.4摩擦襯片的磨損特性計算 摩擦片與制動盤相對運(yùn)動中將會摩擦產(chǎn)生能量耗散，摩擦襯片的磨損特性計算就利用這個過程中的制動器的能量耗散效率來評價。對于兩軸車，對于每個我們的前輪制動器和各后輪制動器的比能量耗散率應(yīng)用下面的公式： e1=12δma(v12-v22)2tA1β（3.5） e2=12δmav12-v222tA2(1-β)（3.6） 在緊急制動工況下，取=，到時，并可近似地認(rèn)為汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，把各個參數(shù)值代入上式：則制動時間t=27.8/6=4.6s 根據(jù)汽車設(shè)計要求盤式制動器的比能耗率應(yīng)小于6.0W/mm2

29、。當(dāng)能量耗散率過大時，一方面制動摩擦片的磨損會加大，另一方面會導(dǎo)致制動鼓或制動盤破裂。在緊急制動到V2=0時，可近似δ=1代入數(shù)據(jù) e1=12δma(v12-v22)2tA1β=12×1530×27.822×4.6×120×0.7=3.75W/mm2<6.0W/mm2，同理e2<6.0W/mm2符合要求。 3.5制動輪缸直徑d和工作容積V 根據(jù)制動器設(shè)計，制動輪缸對制動塊施加的壓力為F0、輪缸直徑為d、制動管路壓力為P，它們之間滿足下列關(guān)系式： d =√4F0πP（3.7） 根據(jù)汽車設(shè)計要求制動管路壓力通應(yīng)在10-12MPa的范圍內(nèi)，當(dāng)在管道中的制動壓力越高，就要求更嚴(yán)格的制動管的管

30、道和更緊湊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，這使在盤式制動器的設(shè)計和制造要求較高的密封要求。輪缸直徑d根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列：32，35，38，40，45，50，55mm。 因此，在該設(shè)計中，前車軸制動輪缸的直徑被選擇為45毫米，與后軸制動輪缸的直徑被選擇為30毫米。 一個輪缸的工作容積： （3.8） 式中為一個制動輪缸中活塞的直徑，n為所有制動輪缸中的活塞數(shù)目，為一個輪缸活塞在完全制動時的行程，對于此次設(shè)計盤式制動器取=2.5mm 全部輪缸的總工作容積 （3.9） 在本次設(shè)計中設(shè)計制動輪為4個，即m取4，那么帶入公式計算如下 Vw1=3.1441n452×2.5=3.97ml(n=1)

31、全部輪缸的工作容積 V=i=1mVw=3.97×2+1.77×2=11.48ml 3.6制動主缸直徑d0 與制動輪缸選取原則相同，制動主缸的直徑應(yīng)符合QC/T311-1999中規(guī)定的系列尺寸，主缸直徑的系列尺寸為：19，22，26，28，32，35，38，40，45mm。 制動主缸應(yīng)有的工作容積 V0=V+V' （3.10） 在初步設(shè)計時在考慮到制動液傳輸?shù)能浌茏冃蔚那闆r下，轎車制動主缸的工作容積，若是乘用車在設(shè)計中應(yīng)取V0= 1.1V；將V=11.48ml代入上式中得：V0=12.63ml 主缸活塞直徑d0和活塞行程S0可由下式確定

32、： V0=π4d02S0（3.11） 一般S0=（0.8~1.2）d0，S0取=0.8d0代入（3.11）獲得：D0 = 27.2mm，然后在本次設(shè)計中根據(jù)制動主缸直徑的標(biāo)準(zhǔn)，取D0 =28mm，S0 =22.4mm。 3.7制動踏板力Fp和制動踏板工作行程Sp 制動踏板力的驗算公式： Fp=π4d02p1ip1η（3.12） 式中ip為制動踏板機(jī)構(gòu)傳動比，在本設(shè)計中取ip=4，為制動踏板機(jī)構(gòu)及制動主缸之間傳遞產(chǎn)生制動壓力時的機(jī)械效率，η取值范圍為0.82～0.86，則取0.85。 根據(jù)上式得：Fp=π4282×15×10.85×14=2716>500N~700N 所以所需制動

33、踏板力遠(yuǎn)大于經(jīng)驗值，應(yīng)該加裝真空助力器 （3.13） 式中I為真空助力比，本設(shè)計中取4，=2716/4=679N<500N-700N符合要求。 再計算制動踏板的工作行程Sp為： Sp=ip(S0 +δ01 +δ02) （3.14） 式中δ01為制動主缸中的推桿與活塞間的空隙[1]，取δ01=2mm，δ02為制動主缸活塞的空行程，取δ02=1mm。 制動踏板的全行程應(yīng)在100mm-150mm對于汽車的范圍。上述數(shù)據(jù)代入（3.14）中得：Sp=4×（22.4+2+1）=102mm<150mm，符合設(shè)計要求。  第四章制動器輕量化和仿真分析 4.1C/C-SiC應(yīng)用于

34、制動器輕量化合理性 C/ C- SiC復(fù)合材料，即碳纖維增強(qiáng)碳和碳化硅雙基質(zhì)材料，實驗研究表明，該材料具有密度低，抗氧化性，耐腐蝕性等機(jī)械性能和熱物理性能的優(yōu)點。因此將C / C-SiC復(fù)合材料應(yīng)用于摩擦材料領(lǐng)域，在制動器的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)它具有多項優(yōu)點：第一是從性能上考慮其具有很高摩擦性能，熱穩(wěn)定性，耐腐蝕性和對環(huán)境影響抵抗性；第二，考慮到密度，傳統(tǒng)的金屬和半金屬摩擦材料的密度比的C / C-碳化硅摩擦材料低。C / C-SiC具有較低的密度，更高的耐熱性，更高的強(qiáng)度和穩(wěn)定的摩擦性能。磨損小，使用壽命長的優(yōu)點；第三是添加碳化硅陶瓷的硬質(zhì)材料的C / C矩陣以形成C / C-碳化硅材料基質(zhì)，與

35、傳統(tǒng)的C / C復(fù)合材料相比，其是在一方面有效的。該材料提高了材料的抗氧化性和摩擦系數(shù)，以及在另一方面顯著改善摩擦穩(wěn)定性和磨損外部環(huán)境介質(zhì)（水分，模具，石油等）的性質(zhì)，并且更有利于摩擦材料的復(fù)合材料的研究。除此之外C/C-SiC材料還具有一些其他優(yōu)異的性能，如更高的抗熱震性，更長的使用壽命，特別是對硅的環(huán)境敏感度更低碳化物占質(zhì)量的至少20％。 綜上所述，C / C-SiC復(fù)合材料既保留了C / C復(fù)合材料的多種優(yōu)點，而且克服了其很多的缺點，且創(chuàng)新性和適應(yīng)性更強(qiáng)。C / C-SiC復(fù)合材料在多項實驗中第一其熱膨脹系數(shù)都較低，具有很高的導(dǎo)熱率和并且有中等模量，從而具有優(yōu)異的熱沖擊穩(wěn)定性；第二在

36、具有低密度和高損傷容限行為的材料中，C / C-SiC復(fù)合材料更是表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。以上這些都表明C/C-SiC材料是先進(jìn)制動系統(tǒng)的最佳候選材料之一。 而且國內(nèi)研究學(xué)者對C/C-SiC的摩擦性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)其具有以下特性：（1）制動時的平均動摩擦系數(shù) C/ C- SiC復(fù)合材料為0.36，溫度曲線表明摩擦表面的最高溫度為445° C，仍能保證穩(wěn)定的摩擦性能。（2）制動過程中產(chǎn)生的摩擦被加熱，導(dǎo)致中間制動階段的摩擦系數(shù)略微下降。并且在制動期間裂縫在摩擦表面上傳播并會聚，因此制動器的壽命和性能受到影響。（3）由數(shù)值模擬結(jié)果分析，摩擦片與制動盤的摩擦表面的溫度場變化的峰值為463.4℃，與實

37、驗結(jié)果吻合較好。且由于制動盤的對流換熱和其軸向熱導(dǎo)率小于徑向熱導(dǎo)率，在制動盤的軸向熱梯度大于徑向熱梯度。摩擦片與制動盤的摩擦表面在仿真過程中的熱應(yīng)力圖顯示，其最大熱應(yīng)力值為11.5MPa。并且摩擦片與制動盤的摩擦表面熱應(yīng)力分布圖與溫度分布圖相匹配，有一致關(guān)系。（4）由于在此期間轉(zhuǎn)速高，摩擦系數(shù)高，熱應(yīng)力高，預(yù)計裂紋主要在制動過程初期產(chǎn)生和傳播。 由以上分析最終確定C/C-SiC可以應(yīng)用于制動器。根據(jù)前面的浮鉗式盤式制動器制動結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，對制動器的制動效能、制動減速度以及制動器輕量化有決定性影響的是摩擦副中的制動盤和摩擦片，因此，本次設(shè)計中我將C/C-SiC復(fù)合材料應(yīng)用于制動盤，作為

38、本次設(shè)計制動器輕量化的方法，從而達(dá)到減輕制動器的重量的目標(biāo)。 4.2制動器制動過程數(shù)值模擬 4.2.1 數(shù)值模擬前提條件 圖4.1 制動器裝配圖 （a）CATIA裝配圖 （b）abaqus裝配圖 該設(shè)計使用CATIA軟件建模來完成浮鉗式盤式制動器設(shè)計，并且模型的構(gòu)建如圖4.1（a）所示。在仿真時若考慮制動系統(tǒng)的所有部件，對電腦硬件設(shè)施要求較高，且最后形成結(jié)果計算仿真時間較長?？紤]到這些問題因此本文在仿真分析時采用了更為簡便的網(wǎng)格劃分方式以并降低計算量，簡化運(yùn)算量。再導(dǎo)入到abaqus中，我在此僅考慮對制動仿真分析影響較大的制動器部件，即制動盤、摩擦片，并且對摩擦片的活塞面和制動襯塊

39、面的壓力采用簡化受力，即均勻的平均壓力。對本次設(shè)計的模型進(jìn)行簡化后再導(dǎo)入abaqus中進(jìn)行制動過程模擬分析。并且為了保證制動器制動效能，選擇后輪制動器實心盤進(jìn)行簡化，簡化后的制動盤和摩擦片裝配如下圖4.1（b）。 4.2.2 通風(fēng)盤式制動器尺寸與材料參數(shù) 本次設(shè)計由前述僅考慮簡化后的制動盤和摩擦片，其尺寸如下表4.1： 表4.1 摩擦副相關(guān)尺寸 摩擦副 內(nèi)半徑Ri/mm 外半徑R0/mm 厚度h/mm 包角θ/rad 制動盤 70 160 25 2π 摩擦片 110 154 14 1.15 制動盤為了輕量化，采用C/C-SiC材料，密度為2000K

40、g/m3，泊松比為0.3，其它材料屬性如下表4.2： 表4.2 制動盤材料屬性[4] 溫度℃ 物理性質(zhì) 20 100 200 300 彈性模量（N/m2） 2.2*109 1.3*109 5.3*108 3.2*108 熱膨脹系數(shù)（K-1） 0.5*10-5 1.2*10-5 1.3*10-5 1.4*10-5 熱傳導(dǎo)系數(shù)(m W/(mm·℃) 42.38 43.06 44.23 43.55 比熱/( J/(t·℃) 503 530 563 611 摩擦片是1550kg/m3的密度和0.25的泊松比，且由酚醛樹脂系復(fù)合材料制成。其

41、它材料性質(zhì)示于下表4.3： 表4.3 摩擦片材料屬性[4] 溫度℃ 物理性質(zhì) 20 100 200 300 彈性模量（N/m2） 2.2*109 1.3*109 5.3*108 3.2*108 熱膨脹系數(shù)（K-1） 10-5 18 3*10-5 3.2*10-5 熱傳導(dǎo)系數(shù)(m W/(mm·℃) 0.9 1.1 1.2 1.5 比熱/( J/(t·℃) 120 125 129 132 在制動過程中，摩擦副之間的摩擦升溫會使摩擦副之間的摩擦力發(fā)生變化，仿真時應(yīng)考慮所以摩擦系數(shù)與溫度變化關(guān)系如下表4.4； 表4.4 溫度與摩擦系數(shù)關(guān)系[

42、4] 溫度℃ 20 100 200 300 400 摩擦系數(shù) 0.37 0.38 0.41 0.39 0.24 4.2.3 制動器制動仿真過程 根據(jù)QC / T564-2008乘用車制動性能要求和臺架試驗方法的相關(guān)規(guī)定，車輛以80km / h的初始速度進(jìn)行緊急制動。其制動減速度為5.8 m/ s2，制動時間為3.83 s[3]。在這種情況下，僅對緊急制動條件執(zhí)行完整的熱機(jī)械耦合仿真分析。 由前文所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)P最大= 3兆帕，即作用在一側(cè)摩擦片的最大制動壓力為3MPa。在制動過程中，摩擦片吸收少量的熱，這也取決于摩擦副的材料性質(zhì)。制動盤吸收大量的熱，并且它的比例

43、可以達(dá)到0.9。因此，分析應(yīng)集中在制動盤的熱耦合特性，而忽略了摩擦片的熱應(yīng)力和溫度變化。 下面對仿真過程進(jìn)行簡單描述： （1）將簡化的制動盤和摩擦片引入到abaqus中并在abaqus中完成裝配，裝配注意嚴(yán)格按照制動器制動盤和摩擦片之間摩擦副的配合關(guān)系裝配； （2）制動盤和摩擦盤材料的屬性在屬性中定義，材料屬性列在上述通風(fēng)盤式制動器尺寸與材料參數(shù)的表中，然后分別建立制動盤和摩擦片的材料橫截面，再分別給制動盤和摩擦盤以定義材料屬性，定義材料屬性后制動盤和摩擦片的顏色將變?yōu)榫G色，表示材料賦予成功； （3）在分析步環(huán)節(jié)需建立溫度-位移耦合分析步，且分析步時間由前述可知為3.83 s，再設(shè)置好

44、需要輸出的相應(yīng)的場變量和歷程變量，注意輸出溫度場變量 NT11和應(yīng)力場變量 S以完成分析步驟，為了形成有效的動態(tài)過程，分析步中的幀數(shù)不可過小，在這里我們設(shè)為50幀； （4）因制動盤和摩擦片的摩擦副之間有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動且處于空氣中，需要考慮對流換熱，查閱資料知空氣對流換熱系數(shù)為100，再定義表面熱交換條件，并設(shè)置初始溫度為20℃，再定義制動盤與摩擦片的表面與表面接觸，最后利用耦合完成制動盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，完成相互作用的設(shè)置； （5）進(jìn)入載荷環(huán)節(jié)對摩擦片施加載荷如前所述活塞側(cè)和制動卡鉗的制動壓力為3 MPa，在邊界條件中限制制動盤和摩擦片的自由度（注意根據(jù)導(dǎo)入模型所處的坐標(biāo)系設(shè)置自由度）保證其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，

45、由于前述的對流換熱，我們假定仿真環(huán)境處于20℃，那么需要對整個模型施加預(yù)定義場溫度為20℃，在施加預(yù)定場后的制動器模型圖如下圖4.2所示，這樣我們即完成載荷施加； （6）完成前述操作后，可以進(jìn)入對仿真模型網(wǎng)格化，由于簡化的模型是相對簡單的，這是沒有必要使用前處理軟件，如HYPERMESH，并直接使用ABAQUS軟件來劃分。首先對模型進(jìn)行劃分為若干區(qū)域區(qū)域，盡量使劃分區(qū)域后的部件顯示為綠色，即表示區(qū)域劃分的較為規(guī)則，便于后期分析和結(jié)果文件的處理。前期區(qū)域的劃分質(zhì)量對后期網(wǎng)格質(zhì)量有決定性影響，劃分區(qū)域后需對模型進(jìn)行布種操作，布種的質(zhì)量同樣影響網(wǎng)格劃分質(zhì)量，布種過多則網(wǎng)格越精細(xì)，但后期分析仿真計算

46、時間越長，布種過少則網(wǎng)格質(zhì)量差，后期分析結(jié)果不夠精確，因此布種操作要適宜。其次要注意，要選擇具有溫度-位移耦合的C3D8 T六面體網(wǎng)格用于簡化模型網(wǎng)格。為了使分析質(zhì)量較高，減少錯誤的產(chǎn)生，劃分后注意檢查網(wǎng)格質(zhì)量，避免后期處理產(chǎn)生錯誤影響結(jié)果分析； 圖4.2 仿真模型的相互作用和網(wǎng)格劃分 （a）場定義后仿真圖 （b）右圖為網(wǎng)格劃分后圖 （7）進(jìn)入作業(yè)環(huán)節(jié)，這里建立Disk-Brake文件名的作業(yè)，即按照上述我們的定義對本次制動盤和摩擦片的簡化模型進(jìn)行仿真分析，完成設(shè)置后提交分析，在分析過程中，可以檢測到錯誤，及時校正。仿真分析完成后，生成的結(jié)果文件。點擊這里進(jìn)入可視化和處理。 （8

47、）在可視化中，點擊場輸出，在場輸出中選擇不同的變量我們就可以觀察到不同變量在仿真過程中的變化情況。這里我們主要研究制動盤與摩擦片的熱機(jī)耦合特性，即制動盤的溫度場變化和應(yīng)力場變化，這里我們可以導(dǎo)出溫度場變化和應(yīng)力場變化的動態(tài)變化，也可以選取模型上的某一節(jié)點，從而繪制曲線分析在制動過程中某一節(jié)點的溫升曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線，以及多節(jié)點從而分析制動盤徑向和軸向溫度變化和應(yīng)力變化的區(qū)別，分析C/C-SiC材料應(yīng)用于制動器的優(yōu)缺點以及合理性，完成后處理過程。 4.2.4制動器制動過程數(shù)值模擬結(jié)果分析 （1）通風(fēng)盤式制動器溫度場變化特性及分布特征分析 在緊急情況下制動器制動，從旋轉(zhuǎn)到制動盤的停止?fàn)顟B(tài)時，

48、它是分析在熱機(jī)耦合研究制動盤的溫度場特性的關(guān)鍵部分。模擬結(jié)束后，觀察在不同的時間與制動盤表面，其結(jié)果的可視化模塊中的動態(tài)溫度場變化云圖的溫度分布圖，如下面的圖4.3。 圖4.3制動器制動溫度場云圖 從圖中可以看出，在制動的初始階段，制動盤的旋轉(zhuǎn)速度較大，與摩擦片相對運(yùn)動產(chǎn)生大量熱量，制動盤與摩擦片之間的接觸的表面溫度將迅速增加。隨著制動的進(jìn)行和制動盤自身的熱傳遞和空氣對流，制動盤與摩擦片的接觸表面溫度較高將熱量傳遞給四周，發(fā)生散熱所以制動盤整體升溫區(qū)域幅散，再由圖觀察可知溫度分布在徑向上呈現(xiàn)環(huán)狀，從摩擦表面溫度向外依次遞減，而軸向上溫度由制動盤表面向制動盤內(nèi)傳遞，也呈遞減趨勢，但制動盤整體

49、上隨著制動的進(jìn)行溫度繼續(xù)升高，整體趨勢上制動盤溫度呈上升趨勢，但圖中無法確定確定峰值出現(xiàn)的時刻。 因此為了進(jìn)一步更清晰的研究反映制動盤溫度場，選取制動盤上與摩擦片相接觸的一節(jié)點，在可視化模塊繪制該節(jié)點的溫升曲線如下圖4.4，由曲線圖可知： （1）在整個制動過程中，所選擇的節(jié)點的溫度通常顯示出上升的趨勢，但溫度與每個溫度的上升而減小，從而使整條曲線是彎曲的，并且鋸齒，以及該節(jié)點的最高溫度。當(dāng)它發(fā)生在約2.5秒，它是約230℃。據(jù)圖分析可知溫度升高是因為制動盤與摩擦片摩擦副之間的摩擦生熱，以及熱傳遞和熱對流，溫度降低是因為節(jié)點不處于摩擦區(qū)域，反而與空氣流通接觸，無摩擦生熱，僅有對流換熱和熱傳遞

50、，溫度降低；溫度最高出現(xiàn)在2.5s左右是因為后期制動盤的轉(zhuǎn)速下降，摩擦產(chǎn)生的熱量小于熱傳遞和對流換熱的熱量，因此溫度略有下降。 （2）隨著制動器仿真制動的繼續(xù)進(jìn)行，從圖中我們看到隨著時間的增加，溫度上升和下降形成的鋸齒狀曲線的幅度逐漸增加，分析原因是因為隨著制動的進(jìn)行，制動盤速度迅速減小，這樣使得制動盤上的所選選取的節(jié)點處于非摩擦區(qū)域的時間變長，也就是處于摩擦區(qū)域的摩擦生熱以及對流換熱和熱傳遞，溫度降低的變多，制動盤非節(jié)點區(qū)域處于散熱狀態(tài)的時間比較長。 圖4.4溫升曲線 （3）綜合節(jié)點溫升曲線圖和制動盤溫度場云圖來看，總體制動盤的溫度還是呈上升趨勢的，且結(jié)合溫度場云圖可知制動盤表面最高溫

51、度約為270℃。 （2）通風(fēng)盤式制動器應(yīng)力變化特性和分布特征分析 圖4.5 制動器制動等效應(yīng)力分布云圖 在本次仿真的緊急制動情況中，制動盤與摩擦片因為摩擦導(dǎo)致其溫度逐漸升高，而隨著溫度的升高將形成制動盤等部件的熱變形，但是制動器與摩擦片等裝配后，各個部件之間相互限制。據(jù)前所述，我們知道因高溫使制動盤等部件產(chǎn)生熱變形再因為裝配的空間限制將產(chǎn)生熱應(yīng)力。對于制動盤來說，它的主要失效形式是熱疲勞破壞和熱損傷，其中熱疲勞失效與熱應(yīng)力分布有緊密聯(lián)系，所以我們應(yīng)該研究制動盤熱應(yīng)力場分布和變化情況。 制動盤在仿真過程中的等效應(yīng)力分布云圖變化情況如圖4.5所示。從圖中的可以看到，一方面在制動盤的整個制動

52、階段，制動盤上的等效應(yīng)力呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，且分布由摩擦區(qū)域傳遞至非摩擦區(qū)域，分布呈環(huán)狀，徑向的熱應(yīng)力分布也與厚度有關(guān)系，這種分布是類似的制動盤的溫度分布；在另一方面，可以看出，在制動盤上的等效應(yīng)力分布是不均勻的，摩擦接觸面積的等效應(yīng)力值是最大的，上升速度快，而不是在摩擦區(qū)中的等效應(yīng)力的變化是相對緩慢，均勻。 接下來再分析制動盤上某一節(jié)點等效應(yīng)力曲線，我們發(fā)現(xiàn)它的等效應(yīng)力變化與溫升曲線趨勢變化大體相似，它們都是呈上升趨勢，并且在短暫的制動時間內(nèi)應(yīng)力有上升和下降的波動形成鋸齒狀曲線，但是顯然等效應(yīng)力在制動盤的不同同位置變化是不同的我們需要找到制動盤熱疲勞破壞的危險截面。為此需要選取位于不同位置

53、的節(jié)點，繪制節(jié)點的三向應(yīng)力曲線，通過分析其各向應(yīng)力變化確定危險截面。為此我們選取節(jié)點繪制了如圖5.6所示的三向應(yīng)力曲線。從圖中我們可以看到節(jié)點的向應(yīng)力都呈現(xiàn)波動的鋸齒狀，其中周向應(yīng)力的峰值是最大的，且變化范圍最大，周向應(yīng)力的最大值由圖可知可達(dá)140MPa；徑向應(yīng)力的峰值較周向應(yīng)力較小，其變化的趨勢類似周向應(yīng)力；制動時制動盤節(jié)點的軸向應(yīng)力最小，且變化的幅度很小可以忽略不計。據(jù)前所述我們可以確定制動盤上的節(jié)點周向應(yīng)力最大，因此制動盤制動時的周向應(yīng)力是使制動器徑向開裂或甚至脆性斷裂和熱疲勞失效的主圖4.6 三向應(yīng)力 要因素。 4.2.5 熱衰退性分析 在制動器制動時，在相同制動壓力的情況下，

54、如果制動盤和摩擦片之間的摩擦系數(shù)的減小，這將直接導(dǎo)致制動扭矩的減小，這也直接影響到制動性能，制動穩(wěn)定性和駕駛車輛制動的安全性，讓他們都減少了。那么在制動過程中由于前述分析制動盤和摩擦片將會溫升，那么摩擦副之間的摩擦系數(shù)的熱穩(wěn)定性就是重中之重，為此制動器的熱衰退性即與摩擦系數(shù)的熱穩(wěn)定性相關(guān)，研究摩擦系數(shù)的溫度變化特性即可反映制動器的熱衰退性。 在該設(shè)計中，如表4.4所示的制動盤，并與溫度摩擦盤變動的摩擦盤之間的摩擦系數(shù)，與制動盤制動過程中ABAQUS的可視化模擬制動盤溫度場云圖像。在制動過程中，制動盤的最大溫度是在該摩擦區(qū)域約270℃。據(jù)相關(guān)的實驗中，在高溫?zé)崴p試驗中，作為制動溫度的升高，摩

55、擦對第一減小的摩擦系數(shù)，然后上升。在350℃的溫度下達(dá)到最小值。我們選擇了C / C-SiC復(fù)合材料的材料是已知的，根據(jù)Li等人的實驗研究具有良好的熱穩(wěn)定性。C / C-SiC的摩擦系數(shù)隨溫度稍有變化，但其變化范圍較小時，根據(jù)模擬。分析的結(jié)果表明，該摩擦系數(shù)的制動的條件下略微降低，但總是大于0.3，這對制動器的制動性能的影響不大。在仿真中，我們使用一個實心盤，并且所設(shè)計的車輛制動器的前輪制動輪采用通風(fēng)式制動盤。通風(fēng)盤式制動器具有更好的散熱性能和更好的耐熱和耐腐蝕性。此外，對于制動盤和摩擦片這一對摩擦副，為了提高制動器的耐熱衰減性，我們可以使用各種改性酚醛樹脂作為摩擦片的材料，這樣可以提高摩擦片

56、材料的熱分解溫度，使其在制動過程中的降低它的分解和氧化速度，保證了摩擦片在制動產(chǎn)生的高溫下具有更穩(wěn)定更大的摩擦系數(shù)，從而可以提高樹脂摩擦片的耐熱性能。總而言之，提高制動器的抗熱衰退性主要是為了降低在制動盤與摩擦片摩擦生熱后，在摩擦表面上形成的潤滑膜或氣墊膜的動態(tài)潤滑，從而避免摩擦系數(shù)大幅降低，以確保制動效率和制動穩(wěn)定性。  第五章結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計完成第八代凱美瑞轎車制動器的輕量化設(shè)計，為此我們先對該車型的汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，在保證舒適性和安全性的前提下，對凱美瑞轎車前后輪制動器均采用了浮鉗式盤式制動器，但前輪采用通風(fēng)盤式制動器后輪則采用實心盤式制動器。并且對制動器助力裝置進(jìn)行

57、了設(shè)計及計算，并利用CATIA軟件完成三維模型的建立，再繪制出制動器裝配圖及零件圖，為完成凱美瑞轎車制動器的輕量化設(shè)計，在依據(jù)有關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，并且完成制動器的設(shè)計后，將建立的簡化模型導(dǎo)入至abaqus軟件中進(jìn)行制動過程仿真分析，完成了利用C/C-SiC材料對制動盤的輕量化，并對仿真分析結(jié)果進(jìn)行了說明，發(fā)現(xiàn)了C/C-SiC的優(yōu)良性質(zhì)，在輕量化的基礎(chǔ)上具有良好的抗熱衰退性能，是應(yīng)用于制動器的優(yōu)良材料之一。 本次設(shè)計依然有很多不足，如僅進(jìn)行了緊急制動過程的仿真，并未進(jìn)行多次制動過程的仿真；僅對C/C-SiC材料的選取并應(yīng)用與制動盤的輕量化，并未選取多種材料進(jìn)行比較試驗；在本次設(shè)計中，僅進(jìn)行了ab

58、aqus的制動過程數(shù)值模擬，聯(lián)系實際的深度不夠，未進(jìn)行實物試驗的得到實驗結(jié)果進(jìn)行分析。但是在本次畢業(yè)設(shè)計中我收獲了很多，對自己大學(xué)四年的所學(xué)的知識進(jìn)行了一次綜合的檢測。  參考文獻(xiàn) [1] 王望予.汽車設(shè)計[M],吉林大學(xué)：機(jī)械工業(yè)出版社，2016. [2] 史文庫，姚為民.汽車構(gòu)造[M]，吉林大學(xué)：人民交通出版社，2014. [3] 余志生.汽車?yán)碚揫M],清華大學(xué)：機(jī)械工業(yè)出版社，2012. [4] 王繼業(yè).汽車通風(fēng)盤式制動器的熱機(jī)耦合分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D],江蘇：江蘇大學(xué)，2018 [5] 崔星.C/SiC復(fù)合材料制動盤力學(xué)實驗與仿真優(yōu)化設(shè)計[D],山東：山東大學(xué),20

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