盤式制動器參數化設計及模態分析＊

季景方，邵子君，顧鵬

（湖北汽車工業學院汽車工程學院，湖北 十堰 442002）

前言

制動器是汽車關鍵零部件，其制動性能直接影響到車輛的行車安全，盤式制動器以其良好的制動性能在汽車中廣泛應用。汽車制動過程是典型的熱結構耦合過程，同時制動器的尺寸參數對制動效能具有至關重要的影響。制動器在設計的過程中需要建立不同尺寸的數字化模型來進行耦合仿真，了解制動效能，這使得制動器的設計者在設計的過程中需要做大量重復性勞動，降低了設計的效率。另外，制動盤在運轉的過程中固有頻率和外界頻率接近使得制動盤很容易產生振動損壞，影響了行車安全。本文基于CATIA 二次開發功能，建立盤式制動器設計的可視化界面，設計者可以通過可視化界面快速獲得不同參數制動器模型，同時對獲得的制動盤模型進行模態分析，獲得了制動盤的固有頻率和振型，這對制動器的快速、可靠性設計具有一定的現實意義。

1 盤式制動器二次開發

1.1 二次開發流程

借助于VB 對CATIA 進行二次開發有兩種方式，第一種是逐句編寫程序代碼，第二種是采用CATIA 自身的宏錄制功能來獲得程序代碼。采用第一種方法比較費時，同時也容易出現錯誤，而采用第二種方法只需要將獲得的程度代碼進行適當的修改就可以。本文采用第二種方法來對盤式制動器進行二次開發設計，具體的開發流程如圖1 所示。

圖1 盤式制動器二次開發流程圖

本文針對制動盤外徑、內徑、厚度、通風孔厚度、制動盤禮帽直徑及高度、摩擦片外徑、內徑以及工作面積進行參數化。以上過程在CATIA 的宏錄制開啟時進行，以獲得這些步驟的宏錄制文件。完成后，把宏錄制的VB 語言在VB 的編程界面內進行修改編輯，并運行調試。如果出現錯誤，那就需要找到提示錯誤的那句語句進行修改，直到沒有錯誤為止。

1.2 制動器二次開發

制動盤共設計有六個參數，分別為制動盤直徑、制動盤厚度、制動盤內徑、通風孔厚度、制動盤禮帽高以及制動盤禮帽直徑，參數輸入界面如圖2 所示。輸入相應的參數，點擊“生成模型”按鈕，可以在CATIA 中建立對應的制動盤模型，建立的制動盤模型如圖3 所示。

圖2 制動盤輸入界面

圖3 制動盤模型

摩擦片共設計有三個參數，分別為襯塊外徑、襯塊內徑以及工作面積，參數輸入界面如圖4 所示。輸入相應的參數，點擊“生成模型”按鈕，可以在CATIA 軟件中建立對應的摩擦片模型，建立的摩擦片模型如圖5 所示。

圖4 摩擦片輸入界面

圖5 摩擦片模型

2 制動盤模態分析

2.1 模態分析過程

在制動盤輸入界面輸入制動盤參數獲得制動盤模型，將其轉化為.stp 格式，定義制動盤的材料參數，其彈性模量為1.05E11pa，泊松比為0.3，密度為7220kg/m3。制動盤通過螺栓和輪轂固定，在進行模態分析的過程中于四個螺栓孔處施加全約束。

2.2 模態分析結果

對制動盤進行模態分析，提取前六階模態頻率值及振型描述，如表1 所示。圖6 給出了1-6 階陣型圖。

表1 制動盤各階頻率值及振型描述

圖6 制動盤前六階陣型圖

由圖6 可見，制動盤振型的最大位移變形量是位于制動盤邊緣部分，這是因為制動盤通過中間的四個螺栓孔進行固定，此處添加的約束使得制動盤的中間部分幾乎不發生振動。為了避免共振導致制動盤在運行過程中造成的結構破壞，設置外部激勵必須有效地避開制動盤的固有頻率。

3 結論

本文利用VB 開發了制動器設計的可視化界面，完成了對制動盤和摩擦片的參數化建模，將重復性的制動器建模過程轉變為簡單的參數輸入過程，同時對制動盤進行了模態分析，獲得了制動盤的前六階振動頻率和振型，為制動盤外界激勵頻率設置提供了參考。