摘 要

安全性是汽车设计和制造的重要指标。本文基于汽车设计理论，设计了某车型盘式制动器。基于CATIA平台对盘式制动器进行了参数化建模设计，并利用Ansys Workbench软件对盘式制动器主要零件进行了模态分析。

本文对制动器参数化设计平台的国内外研究概况进行了简单的阐述，分析了制动器参数化设计的意义和背景。介绍了利用CATIA平台进行参数化建模的过程，确定了盘式制动器各零件参数化设计的驱动参数，生成出各个零件的EXCEL参数设计表，并能够根据参数驱动CATIA快速生成制动器模型。

简单介绍了模态分析的理论依据。利用Ansys Workbench软件读取了先前建好的模型，对模型进行了自由模态分析和不同预应力下的预应力模态分析，提取出前6阶模态，分析对比了不同预应力下的固有频率和振型的变化。

关键词：盘式制动器；参数化设计；模态分析

Abstract

Safety is an important index of automobile design and manufacture, and brake is one of the main safety parts of automobile. Based on the theory of automobile design, this paper designs a kind of disc brake. The parametric design of disc brake is carried out by CATIA platform, and the modal analysis of main parts of disc brake is carried out by ANSYS Workbench software.

This article briefly describes the domestic and foreign research overview of the brake parameterized design platform, and analyzes the significance and background of the brake parameterized design. The process of parametric modeling using the CATIA platform is introduced, the driving parameters for the parameterized design of each part of the disc brake are determined, the EXCEL parameter design table for each part is generated, and the brake model can be quickly driven according to the parameters to drive CATIA.

The theoretical basis of modal analysis is briefly introduced. The Ansys Workbench software was used to read the previously built model, and the model was subjected to free modal analysis and prestress modal analysis under different prestress. The first 6 modes were extracted, and the natural frequencies under different prestress were analyzed and compared And vibration mode changes.

Key Words：disc brake；Parametric design；modal analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 论文的背景和意义 1

1.2 盘式制动器的概述 1

1.2.1 制动器参数化设计平台研究概况 1

1.2.2 制动器性能分析研究概况 2

1.3 论文的意义及内容 2

1.3.1 论文的意义 2

1.3.2 论文主要内容 3

第2章 制动器参数设计计算 4

2.1 盘式制动器主要参数的确定 4

2.1.1 制动盘直径D 4

2.1.2 制动盘厚度h 4

2.1.3 摩擦衬片外半径R₂和内半径R₁ 4

2.1.4 摩擦衬片工作面积A 5

2.2 盘式制动器的设计与计算 5

2.2.1 确定同步附着系数和前后轴制动力分配系数 5

2.2.2 最大制动力矩的确定 7

2.2.3 制动力矩的计算 7

2.2.4 制动轮缸直径的确定 8

第3章 盘式制动器参数化设计 9

3.1 参数化设计的基本步骤 9

3.2 CATIA参数化建模的方法 9

3.3 参数化的主要参数确定 9

3.4 盘式制动器驱动参数文件的建立 10

3.4.1 制动盘 10

3.4.2 摩擦衬片 12

3.4.3 背板 13

3.4.4 活塞 14

3.4.5 密封圈 16

3.4.6 防尘套（活塞） 17

3.4.7 制动钳导向销 18

3.4.8 制动钳 19

3.4.9 制动钳支架 22

3.4.10 固定弹簧 23

3.5 盘式制动器的装配 24

第4章 盘式制动器模态分析 26

4.1 模态分析的概述 26

4.2 模态分析的理论基础 26

4.3 自由模态分析 26

4.4 预应力模态分析 29

4.5 模态分析结果及分析 30

第5章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 33

绪论

论文的背景和意义

随着汽车工业的发展和人们的生活水平的提高，人们对汽车的舒适性、操作性和安全性，尤其是汽车安全性提出了更高的要求。制动器作为汽车的主要零部件，其制动性能会直接影响到车辆的行驶安全性。因此，制动器的设计在整车设计中显得非常重要，只有合理设置制动器的尺寸参数，才能得到最佳的制动性能。

制动器的传统设计主要分为三步：第一步是根据整车参数设计出符合条件的尺寸参数及三维建模；第二步是将建立好的模型进行性能仿真的分析；第三步是根据第二步得出的结果来对三维模型进行调整，直到仿真分析的结果满足要求，如此反复循环。这在无形之中给设计者带来了大量的重复工作，降低了设计效率。因此，对制动器进行参数化，对减少重复性工作，提高设计效率有着重要的意义。

盘式制动器的概述

制动器参数化设计平台研究概况

近年来，为了提高设计效率，降低开发成本，企业和高校越来越重视参数化平台的开发。国内关于制动器参数化设计平台开发发展非常迅速。2003年，张静双等人基于VB语言，利用面向对象技术，将数据库、图形库和设计模块结合在一起，开发出了一套汽车制动器设计软件^[2]。同年，陈靖芯等人研究了关于CATIA 的三维参数化建模方法和技术，对CATIA 的知识工程顾问模块进行了二次开发，实现了碟簧产品的自动设计^[3]。2010年，董士琦基于CATIA平台对制动盘进行参数化建模，建立了制动盘的标准件库^[4]。2011年，叶鹏基于CATIA平台的二次开发技术，利用Catalog、VB、VC作为开发工具，完成了对制动器零件库的开发^[5]。2012年，梁英文基于ADAMS/CAR平台，利用二次开发工具实现了制动器参数化设计及整个平台对话框的设计^[6]。

2009年，Jiuchen Fan等利用ANSYS中的参数化编程语言APDL和用户界面设计语言UIDL，建立了鼓式制动器自动建模和非线性分析的参数化平台，为缩短制动器研制周期、结构优化和实现鼓式制动器的全数字化设计提供了令人信服的依据^[7]。次年，B. Wang等人利用Visual C 6开发工具开发了制动系统开发平台, 详细介绍了该开发平台的功能、结构、设计过程以及一些关键技术, 结果表明，该平台具有友好的用户界面，强大的功能，有助于用户获得更好的设计效果^[8]。