盘式制动器建模及制动盘的有限元分析.docx

1、盘式制动器建模及制动盘的有限元分析课程设计任务书车辆工程汽车与交通学院学生姓名0802020611设计题目：盘式制动器建模及制动盘的有限元分析设计内容：1、 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。2、 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）写出模型导入导出过程。（4）结论（结果分析及问题讨论）。2、设计说明书。其中包括:（1）写出实体建模步骤。（3）写出有限元分析的过程。（5）参考文献3、提交CAT

2、IA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）:1.实体建模步骤制动盘建模1.2摩擦片建模1.3制动活塞建模1.4制动钳建模1.5整体装配2.导入过程3.有限元分析的过程分析的过程103.1对导入的模型进行单元属性定义103.2网格划分及添加约束103.3进行模态分析113.4制动盘的振型分析123.5结论15参考文件161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

3、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。1.2摩擦片建模图1.2凹槽打孔等处理后实体(1)用轮廓线画如图1.3所示草图。 - - - - - r- T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。0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。UI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

4、)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, 分别拉伸32mm和-15mm，且进行部分凹槽倒角后如图图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 FilelmportCATIA

5、 ,选择 model 文件，打开，依次选PlotCtrlsStyleSolidModelFacetsFine选择 PlotVolumes,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有限元分析的过程图3.1 “单元类型库”对话框依次选择 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Modles,打开如图Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1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 Ma in MenuPrep rocessorMe

6、shi ngMesh 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“se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MainMenuPreprocessorMeshingMesh Too打开网格划分工具对话框，点击 Smart Size,点击Mash选择体，单击0K.如图3.3所示。1图3.3有限元网格模型(2)添加约束依次选择 Ma in Men uSlolutio nDefi neLoadsApplyStructrualDisplacementon Areas选择制动盘内圆柱面，加载全约束。3.3进行模态分析(1)模态分析前处

7、理SolutionAnalysis TypeNew AnalysisModel，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“ 10000Q”(2)计算制动盘的固有频率依次选择“SolutionsolveCurrent 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 Post procResults Summary出现计算的结果，即制动盘的固有频率如图 3.4所示。* 1NDEK OF DATA SETS ON RESU

8、LTS FILE +*SETT1MEZFREQLOAD STEPSUBSTEPCUMULATIUE0.10664E-02 0-10B95E-02 0-1091SE-02 011986E-02 0.12094E02 0.14805E-02 0.14810E-02 0.19603E-02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 “SolutionLoad step optsExpansionPassSingleExpandExpand Model进行设置。再次进行运算，步骤同第一次运算。* INDE OF BATA SETS ON RESULTS FILE *O.106

9、64E-O2 0-10895E-020-11986E-02 0.12094E02 0.14805E-02 0.i4810E-02 0.i9603E-02” Plot图3.5计算结果列表(2)依次选择 “General PostprocRead ResultFirst Set“NextResultContour PlotNodal Solu。振型如下图，每查看一种振型，要选择Set ”。1IJODUr SOLUTICbTANSYSsrcp=iSUB =1 pncci=,ooio6e UZ (AVG)Ray3=oB.475E-04 =-.3Cl3E-lCJUl 1 201019:35:32HX3H

10、N3HXfcp-,309E-105iE-a523E-D4 .目 65E_CI4NODAL SaLUrrONsrcp-1SOB =aFREQ=.0CllClS2(AVG)Raya- DHK - 3HN : 9UZ =657E-01 6S1E-04 -65SE-fl图3.6 1阶振型ANSYSJUL 1 OL019:3e：05NH-.-esiE-Qi -.aeoE-Dq-.QE-Q4 -31吕E-QW一 703E-D5-7 47E-CI5.2JaE-0fl51DE-a4.3E-a4 .麻旨吕E-Qq图3.7 3阶振型1MODAL aCLtraiOMANSYS3TEP=1SUB丸FREil,0014

11、0 U3 (AVG)RSYSODUX ,652E-04 3MN -x649-04 3KX =,51E-04JUL 1 20101.叭3日:5D-各4站E-04 5(5C-(弓4 .730E-05.3fi2E-045欣小fi51E-O4图3.8 6阶振型1HODAl aOLUTIOMANSYS3TEF=1 SUE -B FKEQ=,0019e UZ (ATG)RSYSDDMX 3HEJ 3HXJUL 1 2010 15:39:22= ,5OE-O4 =,e54E-01竿I-r 轻眶一川 QE-M 一 JME-帖-.SCSE-Oi21 日r50SE-0图3.9 8阶振型3.5结论通过ANSY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. 张乐乐，苏树强，谭南林.ANSYS辅助分析应用基础教程上机指导.北京交通大 学出版社，2007.122.王新敏.ANSYS工程结构数值分析.北京.人民出版社，20073.胡海龙.CATIA V5 R18基础设计.北京：清华大学出版社，2010.74.陈家瑞.汽车构造.北京：机械工业出版社，2009.2