某商务车制动器有限元分析

当车辆制动后，制动盘的速度超过了一定幅度后，刹车系统会产生共振，产生噪音，影响车辆的安全性。所以，进行制动器的模态研究很有必要。以某商务车圆盘制动器为研发目标，利用UG软件构建优化后的盘型制动器关键零部件三维造型。通过HyperMesh软件对制动盘和摩擦片之间的有限元模态研究，由此得到了制动盘和摩擦片之间的固有频率和振动模型，为降低制动过程中出现的振动以及结构优化提供理论指导。

随着世界经济和科学技术的双重发达，人类生存的经济基础日益优越，出行用具也从最初的牛羊马转变为轿车。车辆让人类日常生活更加方便，并且已经变成了人类日常生活中十分主要的组成部分。但是，由于汽车在给人类日常生活带来方便的同时却产生了大量的和汽车有关的事故，因此车辆运行的安全性问题也越来越引起人们重视，而车辆制动系统的安全性与可靠性问题也日益受到人们的关注。车轮制动作为车辆的关键部分，其性能的优劣将直接影响车辆的行驶安全性。盘式刹车制动反应迅速、散热性佳、性能平稳，不过具有温度场分配不均衡、使用寿命短、刹车噪音大等弊端，所以盘式刹车一直是国内学术界研讨的热门话题[1]。

制动器主要零部件之间产生共振会导致制动噪声等不良影响[2]。高若奇等[3]人把材料的温度关系也考虑了进来，对制动盘进行了热力耦合研究，得出了制动盘的应力场和温度场结果。曾昱皓等[4]对某新型盘式刹车的关键构件进行了静应力研究，得出零部件最大应力，为此类制动盘的优化提供理论依据。

董慧丽等人[5]阐述了盘式刹车时摩擦噪音的产生规律和原因。周昌祁等[6]研究表明通过降低工作温度、磨擦因数和制动能能够降低制动器的刹车噪音。施佳辉等人[7]对盘式刹车系统进行了振动噪音测试，发现改变制动器的阻尼比能过有效的避免制动盘与摩擦片之间的共振。张立军等[8]人对盘式刹车的接触压力和热机耦合稳定性进行了模拟研究。李志刚等[9]对盘式制动器进行了结构优化。

论文内容以某商务车圆盘制动系统为主要研究对象， 先通过UG构建盘型制动主体零件的三维建模， 然后将文件另存为STP 格式并引导到HyperMesh 软件中，进行有限元模态的解析。因为1~6 阶模态都是刚体运动模态，所以频率几乎为0，故将仿真的第七阶模态作为第一阶模态来处理。详细分析了制动盘跟摩擦片的前六阶模态，对降低刹车过程中产生的振动和结构优化问题进行了理论指导。

2. 有限元模态分析理论 模态分析主要是把系统振动微分方程组中的各带有线性时不变特征的物理坐标转变为模态坐标系， 进而解耦微分方程，并由此接触一个独立方程组，而该方程组则以模态坐标系和模态函数表示，则经过模态坐标系转变后所获得的矩阵便是体系模式振型矩阵，则此矩阵中的所列矢量即为相应的体系各阶段模式振型，把这种程序描述为体系模态分析。对结构力进行模态分析就可获取了整个体系的模态参数， 进而确定了整个体系的模态参数，还可以对整个体系的有关振动问题做出了提前预测和规避，从而减少了不必要的因震动所造成的结构破坏和故障，并且还能够为结构力特性的改善提出更强大的理论数据支持。模态分析方法主要是用来判断结构的振动特征，如固有频率和振型等，这对于避开共振十分有用， 是结构动态载荷设计的关键参数，同时也是光谱分析、谐响分析、暂态动力学分析等动力学分析方法的基石。每一种模态都有特殊的固有频率和模态振型。在本文中模态分析的各阶段固有频率理论，其自由振动方程为