某汽车盘式制动器设计与热力耦合分析

本文通过将整车性能参数与盘式制动器设计有机结合，针对某汽车盘式制动器进行设计。首先通过选定同步附着系数以及计算在制动过程中汽车各个车轮的制动力和制动力矩，确定了盘式制动器的主要部件关键设计参数和材料，并经计算验证了制动器各项性能均符合相关法规要求。其次利用CAD软件对主要零部件进行三维建模和组装。最后利用有限元分析软件ABAQUS，建立该制动器热力耦合有限元模型，考虑制动时制动盘和摩擦片的热膨胀系数以及弹性模量随温度的变化，利用完全耦合方法，对盘式制动器的紧急制动工况进行仿真模拟，得到了该工况下制动盘温度场和应力场分布特性，并对两者之间的耦合关系进行分析，验证了本文盘式制动器设计的可行性。

盘式制动器是现代汽车制动系统中的关键组件之一。它通过将制动力转化为热能，实现车辆的安全停车。盘式制动器由刹车盘和刹车卡钳两部分组成，其设计结构精巧，性能卓越。盘式制动器的设计以及热力耦合过程的研究对制动器合理设计开发、制动副摩擦材料研制与选择、制动盘的抗热疲劳、热衰退以及抗磨损性能等都具有重要作用。

国内外学者对盘式制动器的研究取得了显著成果。

过振华[1]通过CAE 方法分析某盘式制动器性能满足设计要求并通过实验验证了其有效性。苏旭武等人[2]结合多物理场对盘式制动器进行热力耦合分析并通过实验验证了其真实性。张雪松等人[3]针对盘式制动器制动噪声问题，通过复特征值法的有限元分析得到产生制动噪声的频率，而后通过制动试验验证了仿真结果的正确性。石康等人[4]考虑汽车连续制动和颠簸路段制动等工况对周盘式制动器进行热力耦合分析，台架试验数据验证了仿真结果的准确性。沈珺等人[5]为提高水冷盘式制动器的综合散热性能， 采用CFD 方法对制动器的流固耦合传热过程进行数值模拟， 研究结果表明扰流柱顶部与静盘间距对综合散热性能的影响最为显著， 并通过正交实验进行验证。

本文首先依据整车参数对制动器主要系数进行初步设计，选取合适的同步附着系数从而计算制动力和制动力矩。而后对设计的制动器参数进行性能校核以保证其符合设计要求，再通过三维建模软件UG进行绘图。最后利用有限元分析软件ABAQUS，建立该制动器热力耦合有限元模型，考虑制动时制动盘和摩擦片的摩擦系数以及弹性模量随温度的变化，利用完全耦合方法，对盘式制动器的紧急制动工况进行仿真模拟，得到了该工况下制动盘温度场和应力场分布特性，并对两者之间的耦合关系进行分析，验证了本文盘式制动器设计的可行性。

2. 盘式制动器设计 2.1. 同步附着系数与最大制动力矩计算 整车参数如表1 所示。《汽车理论》一书中提到汽车在同步附着系数0ϕ 的道路上制动时，前后车轮会同时抱死，而此时它的制动减速度为0tddqggµϕ==，也就是0qϕ=，其中q 为制动强度。这表明只有在0ϕϕ=的道路上制动时，道路的附着条件才能被充分利用。根据有关文献推荐轿车满载时候的同步