制動防塵板的優化設計

張杰　王巍　余泳泉　汪愛軍

摘要：某車型在整車強化耐久路試過程中，制動防塵板產生了開裂現象。本文針對防塵板出現的路試故障進行了原因分析，根據分析結果進行了設計優化。通過對優化方案進行頻率響應分析，獲得各方案應力云圖。結果表明：提升防塵板約束模態，可有效提升防塵板抗振性能，防止防塵板在路試過程中開裂。

關鍵詞：防塵板；斷裂；設計優化；頻響分析；約束模態

1引言

制動防塵板作為制動器防護裝置，可以使制動器工作表面避免粉塵油污等異物侵入，并起到導流空氣，對制動器散熱的作用。防塵板本身為非承載件，因此以往結構設計多以工程師經驗及對標車分析為基礎。在設計前期缺少相關CAE分析手段。本文以制動防塵板為研究對象，針對防塵板在整車耐久路試中出現的開裂現象進行了原因分析及結構優化，從而得到最佳的制動防塵板結構，確保滿足路試驗證要求。

2問題描述

某車型的制動防塵板在進行整車道路強化耐久路試時，在試驗里程為4290公里發生開裂，見圖1。該車型制動防塵板由單塊鋼板沖壓而成，材料為DC03，屈服強度為140MPa-240MPa，板厚為1mm。

3原因分析

3.1布置分析

從該防塵板安裝示意圖（圖2）可以看出防塵板3個安裝點分布不均勻，防塵板上端呈懸臂結構。由于懸臂側質量較重，且安裝點處無加強結構，零件安裝剛度不足，在外界激勵作用下，該結構易發生共振。導致在路試中發生振動疲勞斷裂。

3.2模態及頻率響應分析

約束模態分析結果顯示該防塵板低階固有頻率偏低，見表1。結合試驗場路譜信息（振動響應峰值頻率集中在17Hz-100Hz），推斷該防塵板在100Hz以下頻率發生共振可能性較大。基于該推斷對防塵板進行振動頻率響應分析，結果顯示激勵頻率為99Hz時出現最大振幅（見圖3）和最大應力（見圖4）。

應力云圖顯示防塵板頻率響應分析最大應力為272MPa大于材料屈服強度。

4制動防塵板設計方案

4.1方案一

在原方案基礎上切邊，切外圓，并將內圈進行翻邊處理。在減小懸臂重量的同時，增加零件剛度。以增加零件耐振能力。更改示意見圖5。

4.2方案二

在方案一基礎上，調整外緣筋條布置，并且在安裝點附近增加螺栓安裝凸臺筋。以提升零件剛度和耐振能力。更改示意見圖5。

4.3方案3

防塵板全新設計，安裝點調整為3點均勻布置，減輕懸臂部分質量。安裝點及附近區域均采用整體凸臺筋結構進行加強。更改示意見圖5。

5CAE分析及路試驗證

表1是各方案約束模態值，從中可以看出，優化方案各階模態相比原方案均有所提升。各階模態已避開試驗道路中主要激振頻率。

圖6是各方案頻率響應分析應力云圖，方案一最大應力為62.6MPa，方案二最大應力7.5MPa，方案三最大應力為122MPa。3個方案相比原方案（見圖4）應力均有較大改善，最大應力均小于材料屈服強度。

從各方案約束模態分析和頻率響應分析可以推斷，零件各階約束模態值的提升，有利于降低頻響分析工況零件最大應力。當防塵板約束模態大于常見道路激勵頻率時，有利于改善道路試驗中防塵板開裂問題。

最終選擇方案一進行樣件制作并搭載整車耐久路試，路試完成后，防塵板未再出現開裂問題。

6結語

綜上，防塵板安裝點布置不合理，且結構剛度較低導致在路試過程易引起共振是發生開裂的根本原因。在新方案設計時，通過減重及提升防塵板結構剛度可以有效提升防塵板各階約束模態，降低激振力作用下零件應力可以改善防塵板開裂問題。因此，通過對本文中制動防塵板開裂問題分析及解決過程可以看出，防塵板約束模態及頻響分析強度是今后制動防塵板設計的主要考慮方向。