盘式制动器建模及制动盘的有限元分析

课程设计任务书课程设计任务书 学 院汽车与交通学院专 业车辆工程 学生姓名 姜 键学 号 0802020611 设计题目 盘式制动器 建模及制动盘的有限元分析 设设计计内内容容 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 技技术术要要求求 1 实体建模结构尺寸和形式正确 并能进行运动模拟 2 设计说明书 其中包括 1 写出实体建模步骤 2 写出模型导入导出过程 3 写出有限元分析的过程 4 结论 结果分析及问题讨论 5 参考文献 3 提交CATIA和有限元分析的模型文件及相关文件的电子文档 进进度度安安排排 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 年 月 日 专业负责人 签字 年 月 日 2 目录 1 实体建模步骤 3 1 1 制动盘建模 3 1 2 摩擦片建模 4 1 3 制动活塞建模 6 1 4 制动钳建模 6 1 5 整体装配 8 2 导入过程 9 3 有限元分析的过程分析的过程 10 3 1 对导入的模型进行单元属性定义 10 3 2 网格划分及添加约束 10 3 3 进行模态分析 11 3 4 制动盘的振型分析 12 3 5 结论 15 参考文件 16 3 1 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 4 图 1 2 凹槽打孔等处理后实体 1 2 摩擦片建模 1 用轮廓线画如图 1 3 所示草图 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 5 图 1 4 拉伸后实体 3 经打孔倒角等处理后如图 1 5 所示 图 1 5 打孔倒角处理后实体 1 3 制动活塞建模 6 建模成型后如图 1 6 所示 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 退出草图平面 拉伸 91mm 且部分倒角后如图 1 8 所示 7 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 r54 的圆 退出草图平面 分别拉伸 32mm 和 15mm 且进行部分凹槽倒角后如图 1 9 所示 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 8 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 9 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 File Import CATIA 选择 model 文件 打开 依次选 PlotCtrls Style SolidModelFacets Fine 选择 Plot Volumes 生成实体如图 2 1 所 示 图 2 1 用于网格划分的实体模型 10 3 有限元分析的过程 3 1 对导入的模型进行单元属性定义 依次选择 Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete 定义 SOLID187 单元类型 打开如图 3 1 所示对话框 图 3 1 单元类型库 对话框 依次选择 Main Menu Preprocessor Material Props Material Modles 打开如图 3 2 所示对话框 分别填写弹性模量 1 13e5 泊松比 0 23 密度 7e3 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 11 依次选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh 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 set 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 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool 打开网格划分工具对话框 点击 Smart Size 点击 Mash 选择体 单击 OK 如图 3 3 所示 图 3 3 有限元网格模型 2 添加约束 依次选择 Main Menu Slolution Define Loads Apply Structrual Displacement on Areas 选择制动盘内圆柱面 加载全约 束 3 3 进行模态分析 1 模态分析前处理 Solution Analysis Type New Analysis Model 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 100000 2 计算制动盘的固有频率 依次选择 Solution solve Current 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 Postproc Results Summary 出现计算的结果 即制动盘的固有频率如图 3 4 所示 12 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 Solution Load step opts ExpansionPass Single Expand Expand Model 进行设置 再次进行运算 步骤同第一次运算 图 3 5 计算结果列表 2 依次选择 General Postproc Read Result First Set Plot Result Contour Plot Nodal Solu 振型如下图 每查看一种振型 要选择 Next Set 13 图 3 6 1 阶振型 图 3 7 3 阶振型 14 图 3 8 6 阶振型 15 图 3 9 8 阶振型 3 5 结论 通过 ANSYS 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 16 参考文献 1 张乐乐 苏