盤式制動(dòng)器建模及制動(dòng)盤的有限元分析

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院汽車與交通學(xué)院專 業(yè)車輛工程學(xué)生姓名 姜 鍵學(xué) 號(hào)0802020611設(shè)計(jì)題目：盤式制動(dòng)器建模及制動(dòng)盤的有限元分析設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、 使用CATIA建立盤式制動(dòng)器主要零部件的三維實(shí)體模型并裝配。2、 將制動(dòng)盤的實(shí)體模型導(dǎo)入到ANSYS中，進(jìn)行劃分網(wǎng)格、添加材料屬性等前處理。3、根據(jù)制動(dòng)盤的特點(diǎn)確定模態(tài)分析的階數(shù)，計(jì)算制動(dòng)盤的固有頻率和振型。技術(shù)要求：1、實(shí)體建模結(jié)構(gòu)尺寸和形式正確。并能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬2、設(shè)計(jì)說(shuō)明書。其中包括： （1） 寫出實(shí)體建模步驟。 （2）寫出模型導(dǎo)入導(dǎo)出過(guò)程。（3） 寫出有限元分析的過(guò)程。 （4）結(jié)論（結(jié)果分析及問(wèn)題討論）。（5） 參考文獻(xiàn)3、提

2、交CATIA和有限元分析的模型文件及相關(guān)文件的電子文檔。進(jìn)度安排：1、理解題目要求，查閱資料，學(xué)習(xí)軟件，確定設(shè)計(jì)方案 1天2、實(shí)體建模 4天3、有限元分析3天4、說(shuō)明書撰寫 1天5、答辯 1天指導(dǎo)教師（簽字）：年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人（簽字）：年 月 日目錄1.實(shí)體建模步驟.31.1制動(dòng)盤建模.31.2摩擦片建模.41.3制動(dòng)活塞建模.61.4制動(dòng)鉗建模.61.5整體裝配.82.導(dǎo)入過(guò)程.93.有限元分析的過(guò)程分析的過(guò)程.103.1對(duì)導(dǎo)入的模型進(jìn)行單元屬性定義.103.2網(wǎng)格劃分及添加約束.103.3進(jìn)行模態(tài)分析.113.4制動(dòng)盤的振型分析.123.5結(jié)論.15參考文件.161 實(shí)體建模步驟 建模

3、選用catia三維操作軟件,建模步驟如下。1.1制動(dòng)盤建模 （1）打開catia軟件，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面，在xy平面分別做r71和r127的圓，退出草圖平面，拉伸出圓柱體，分別拉伸長(zhǎng)度為51mm和6mm,如圖1.1所示。圖1.1拉伸后實(shí)體 （2）凹槽打孔等處理后如圖1.2所示。圖1.2凹槽打孔等處理后實(shí)體1.2摩擦片建模（1）用輪廓線畫如圖1.3所示草圖。圖1.3摩擦片草圖輪廓線（2）退出草圖平面，拉伸4mm如圖1.4所示。圖1.4拉伸后實(shí)體（3）經(jīng)打孔倒角等處理后如圖1.5所示。圖1.5打孔倒角處理后實(shí)體1.3制動(dòng)活塞建模建模成型后如圖1.6所示。圖1.6制動(dòng)活塞1.4制動(dòng)鉗建模（1）用輪廓線

4、畫如圖1.7所示草圖。圖1.7制動(dòng)鉗草圖輪廓線（2）退出草圖平面，拉伸91mm且部分倒角后如圖1.8所示。圖1.8拉伸倒角后實(shí)體（3）新建一個(gè)面距yz面62mm，在此面上畫r50，r54的圓，退出草圖平面，分別拉伸32mm和-15mm，且進(jìn)行部分凹槽倒角后如圖1.9所示。圖1.9拉伸凹槽后實(shí)體（4）做端耳，半徑分別為4mm和10mm，端耳中心距坐標(biāo)系中心為60mm,端耳厚度為10mm；做液壓缸，半徑為16mm，深度為40，輸油孔，半徑為3，且進(jìn)行局部凹槽倒角如圖1.10所示。圖1.10制動(dòng)鉗實(shí)體1.5整體裝配裝配后如圖1.11所示。圖1.11裝配模型2 導(dǎo)入過(guò)程 將零件保存為modle格式，在

5、運(yùn)行ANSYS之前，將系統(tǒng)的時(shí)間改為2010年。點(diǎn)擊File>Import>CATIA,選擇model文件，打開，依次選PlotCtrls>Style>SolidModelFacets>Fine選擇Plot>Volumes，生成實(shí)體如圖2.1所示。圖2.1用于網(wǎng)格劃分的實(shí)體模型3 有限元分析的過(guò)程3.1對(duì)導(dǎo)入的模型進(jìn)行單元屬性定義 依次選擇Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,定義SOLID187單元類型，打開如圖3.1所示對(duì)話框。圖3.1“單元類型庫(kù)”對(duì)話框依次選擇Main

6、 Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modles,打開如圖3.2所示對(duì)話框，分別填寫彈性模量1.13e5,泊松比0.23，密度7e3。圖3.2材料類型的定義3.2網(wǎng)格劃分及添加約束（1）網(wǎng)格劃分依次選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool,打開網(wǎng)格劃分工具對(duì)話框。在單元分配屬性部分，選擇“Volums”.單擊“set”按鈕，彈出體拾取對(duì)話框，拾取實(shí)體，單擊“OK”,將材料分配給體。依次選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>

7、;Mesh Tool,打開網(wǎng)格劃分工具對(duì)話框，點(diǎn)擊Smart Size,點(diǎn)擊Mash,選擇體，單擊OK.如圖3.3所示。圖3.3有限元網(wǎng)格模型（2）添加約束依次選擇Main Menu>Slolution>Define Loads>Apply>Structrual>Displacement>on Areas選擇制動(dòng)盤內(nèi)圓柱面，加載全約束。3.3進(jìn)行模態(tài)分析（1）模態(tài)分析前處理Solution>Analysis Type>New Analysis>Model，在Analysis Option 中，選擇算法，選擇“Block Lanzcons”,

8、選擇8階矩陣運(yùn)算，在算法選項(xiàng)中選擇截止頻率為“100000”。（2）計(jì)算制動(dòng)盤的固有頻率依次選擇“Solution>solve>Current LS。跳過(guò)步驟中警告，觀察運(yùn)行代碼，并等待運(yùn)算結(jié)束。待出現(xiàn)“Solution done”提示，點(diǎn)擊“Close”。依次點(diǎn)擊“General Postproc>Results Summary”出現(xiàn)計(jì)算的結(jié)果，即制動(dòng)盤的固有頻率如圖3.4所示。圖3.4制動(dòng)盤的固有頻率及階數(shù)3.4制動(dòng)盤的振型分析（1）依次選擇“Solution>>Load step opts>>ExpansionPass>>Single

9、 Expand>>Expand Model”進(jìn)行設(shè)置。再次進(jìn)行運(yùn)算，步驟同第一次運(yùn)算。圖3.5計(jì)算結(jié)果列表（2）依次選擇“General Postproc>>Read Result>>First Set”>>Plot Result>>Contour Plot>>Nodal Solu。振型如下圖，每查看一種振型，要選擇“Next Set”。圖3.6 1階振型圖3.7 3階振型圖3.8 6階振型圖3.9 8階振型3.5結(jié)論通過(guò)ANSYS軟件對(duì)盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤的前8階模態(tài)進(jìn)行分析可知最大形變?yōu)?.654e-4m，且固有頻率越大最大變形越集中，不利于制動(dòng)盤的使用壽命，但固有頻率過(guò)小可能增加共振的可能性，所以應(yīng)適當(dāng)增大固有頻率且對(duì)制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度的分布進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整（如增大最大變形處的剛度）以增大制動(dòng)盤使用壽命。參考文獻(xiàn)1. 張樂(lè)樂(lè)，蘇樹強(qiáng)