基于有限元比亚迪F3制动器的设计

2023年12月1日发(作者：北京bj40缺点在哪里)

毕业设计开题报告

学生姓名 院系 专业、班级

指导教师姓名 职称 讲师 车辆工程 □是■否

题目名称 基于有限元比亚迪F3制动器的设计

汽车与交通工程学

院

从事

专业

是否外聘

一、课题研究现状，选题的目的、依据和意义

1、研究现状

虽然在汽车制动器领域，盘式制动器将逐步取代鼓式制动器是必然的趋势，但在现阶段，鼓式

制动器依然占据着很重要的位置。相对盘式制动器结构复杂，对制动钳、管路系统要求高，造价高

等缺点，鼓式制动器不仅结构较简单、成本低，而且符合传统设计，所以在轻、重型载货汽车上，

鼓式制动器还是在大量使用的。

鼓式相对盘式，其制动效能和散热性要差许多。鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上，

制动力变化很大，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量，制动蹄和制

动鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。

另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校刹车蹄的空隙。针对以上缺点，现在鼓式制动器

则采取一些改进措施： 1）合理确定制动鼓的直径 2）合理确定摩擦衬片宽度 3）合理确定轮毂散

热结构 4）合理选择轮胎和轮辋 5）加装气门嘴固定卡 6）采用目前较先进的技术，以防车轮过热，

如采用制动间隙自动调整臂、使用缓速器。设计中采用的是领从蹄式制动器，兼顾了制动器效能因

数和制动器效能的稳定性。它的工作原理是利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动

轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势，亦即由制动踏板的踏板力通

过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕支承销转

动，上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。不转的制动蹄对旋转制动鼓产生摩擦

力矩，从而产生制动力，使车轮减速直至停车。

鼓式制动器是早期设计的制动系统，其刹车鼓的设计1902年就已经使用在马车上了，直到1920

年左右才开始在汽车工业广泛应用。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占

汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此轿车生产厂家为了

节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。

目前使用计算机辅助设计已经成为如今研究现状，也必将成为以后的发展趋势，计算机辅助设

计的使用可降低工程设计成本的13%~30%，减少产品设计到投产的时间30%~60%，增加分析问题

的深度和广度3~35倍，提高作业生产率40%~70%，提高设备利用率2~3倍，减少加工过程30%~60%,

降低人工成本5%~20%。以PTC公司的Pro/Engineer为代表的基于特征的参数化设计系统的问市给机

械设计自动化奠定了坚实的现实基础，使得它变得其实可行。

近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element

Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。我国在\"九五\"计划期间

大力推广CAD技术，机械行业大中型企业CAD的普及率从\"八五\"末的20%提高到目前的70%。

随着企业CAD应用的普及，工程技术人员已逐步甩掉图板，而将主要精力投身如何优化设计，提

高工程和产品质量，计算机辅助工程分析（CAE，Computer Aided Engineering）方法和软件将成为

关键的技术要素。在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的

飞跃，主要表现在以下几个方面：增加设计功能，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期；增

加产品和工程的可靠性；采用优化设计，降低材料的消耗或成本；在产品制造或工程施工前预先

发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；进行机械事故分析，查找事故原因。

在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，

FEA在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。汽车的任何零部件都可以根据其所要求的性

能对其进行有限元分析,寻找最优的设计方案, 以做到既能降低生产成本, 又能提高其性能, 达到

最优的结合。例如,美国的ANSYS 公司已经利用有限元分析软件ANSYS 进行了钢板弹簧精确设计;

上海汇众汽车制造有限公司利用有限元分析软件ANSYS 进行油门踏板杆材料的断裂优化分析以解

决国产化材料的替代等等。汽车工业代表着一个国家制造业发展的水平,世界经济大国的经济发展

无一不与汽车工业有着极为密切的关系;作为世界经济大国的美国的汽车就一直处于汽车行业领头

地位。作为制造业的中坚,汽车工业一直是以有限元为主的CAE技术应用的先锋。既然汽车的发展

与有限元技术的应用有如此密切的联系,故必须要加大对此项技术的投入;不但要加大资金的投入,

而且一定要加大人力资源的投入,培养一批熟练掌握并能更进一步开发此项技术的人才。

2、依据、目的和意义

汽车制动性能是确保车辆行驶的主、被动安全性和提升车辆行驶的动力性决定因素之一。

汽车作为陆地上的现代重要交通工具，由许多保证其性能的大部件，即所谓“总成”组成，制动系就

是其中一个重要的总成，它直接影响汽车的安全性。随着高速公路的快速发展和车流密度的日益增

大，交通事故也不断增加。据有关资料介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系

统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，

制动系统的好坏还直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因

素。制动系既可以使行驶中的汽车减速，又可保证停车后的汽车能驻留原地不动。由此可见，汽车

制动系对于汽车行驶的安全性，停车的可靠性和运输经济效益起着重要的保证作用。

当今，随着高速公路网的不断扩展、汽车车速的提高以及车流密度的增大，对汽车制动系的工

作可靠性要求显得日益重要。只有制动性能良好和制动系工作可靠的汽车才能充分发挥出其高速行

驶的动力性能并保证行驶的安全性。由此可见，制动系是汽车非常重要的组成部分，从而对汽车制

动系的机构分析与设计计算也就显得非常重要了。

鼓式制动器是应用非常广泛的一种制动器，有

其优良的制动效果及简单的结构形式。

应用Pro/E 软件建立鼓式制动器主要零件的实体模型, 并完成虚拟装配，然后利用Ansys

软件对制动器摩擦衬片有限元分析，为鼓式制动器的设计与研究提供了一种方法,，可缩短鼓

式制动器的研发周期, 降低产品的研发成本, 并为以后进一步的结构优化设计、制造及运动分

析奠定了基础。对于我来说，车辆工程本科毕业能做好这样一个设计，对今后的工作是非常宝

贵的一次设计经验，能为我以后的工作奠定基础，作为本科时代一个完美的结束，我会尽力做

好制动器的设计，完美完成这一项意义非凡的设计。

二、设计的基本内容、拟解决的主要问题

1、基本内容

(1)基本参数：轴距2600mm；车轮滚动直径：615mm；轮距前/后：1480/1460；整备质量：1200kg；

空载是前轴分配负荷 60%；空载是质心高度：600mm；最高车速：180km/h；最大

爬坡度：21%（12度左右）；最小转向直径：10.2m；最大功率/转速：78/6000 kw/rpm

最大转矩转速：134/4500 n*m/rpm ；轮胎型号：195/60R15

（2）研究目的意义、技术现状、存在问题及发展趋势

（3）总体结构设计

（4）确定鼓式制动器的各个参数并进行校核

（5）运用pro/e软件进行实体建摸

（6）对鼓式制动器的摩擦衬片进行有限元分析

（7）总结设计过程，完成设计说明书

2、拟解决的主要问题

（1）鼓式制动器的结构参数的确定

（2）鼓式制动器关键部件的计算与校核

（2）鼓式制动器的AutoCAD图纸的绘制

（3）鼓式制动器的三维模型的建立

（4）有限元对摩擦衬片的应力分析

三、技术路线（研究方法）

完成毕业设计和设计说明书

运用ANSYS进行分析

轮缸、领蹄、制动鼓等三维建模 摩擦衬片的强度校核和分析

鼓式制动器的结构设计 参数设计

确定总体设计方案

四、论文进度安排

（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第1～2周（2月28日～3月13日）

（2）确定总体设计方案 第3～4周（3月14日～3月27日）

（3）对参数进行设计第5～7周（3月28日～4月17日）

制动器

（4）绘制的AutoCAD装配图、零件图及三维装配模型、零件模型 第8～9周（4月18

制动器

日～5月1日）

（5）第10～12周（5月2日～5月22日）

Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析

（5）书写设计说明书第13～14周（5月23日～6月5日）

（6）设计审核、修改 第15～16周（6月6日～6月19日）

（7）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月20日～6月26日）

五、参考文献

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六、备注

指导教师意见：

签字： 年 月 日