一種車型制動器鉗缸活塞結構優化方案研究

張思超

摘 要：本文就一種車型前制動器結構進行優化設計。針對本文論述的制動器，鉗缸活塞直徑規格尺寸不一，增加標準化加工難度；為解決這一現狀應基于CAE拓撲優化建立三維模型，通過理論計算驗證結構優化的可行性。

關鍵詞：制動器；鉗缸活塞；結構優化

中圖分類號：TH242 文獻標志碼：A

Absrtact： this paper optimizes the structure of a type of front brake. In this paper， it is discussed that the diameter and size of the caliper piston is different in this paper， which increases the difficulty of standardized machining. In order to solve this problem， the three-dimensional model based on CAE extension optimization is established， and the feasibility of structural optimization is verified by theoretical calculation.

Keywords： brake； clamp cylinder piston； structure optimization

0 前言

制動力矩是制動器產生的力矩，其作用是使車輪的轉速下降，最終使汽車減速直至停車；在下坡行駛時，使汽車保持適當穩定的車速；此外，還可使汽車可靠地停在原地或坡道上。一般來說，制動器的結構尺寸對制動力矩的影響非常大。對于鉗盤式制動器，夾緊力越大、制動盤半徑越大（其實是制動盤的有效半徑越大），則制動力矩越大。事實上，由于制動器空間結構的限制以及材料力學性能的制約，輸入力、夾緊力、制動盤半徑等參數不可能無限大，而是有一定限度的，所以設計一款結構合理，強度能滿足需求，性能達標的制動器實屬不易，需要通過多次優化才能實現。

本文針對制動器鉗缸活塞直徑優化前后的變化，探討符合整車制動力矩條件。

樣件分析：

依據樣件進行CAE拓撲優化建模，零部件總裝結構形式：如圖1所示。

主要參數條件：

活塞直徑φ51.1mm；制動盤直徑241mm/制動半徑96mm / 盤厚19mm。

樣件制動力計算：

根據樣件測量的尺寸數據，計算制動器制動力矩

根據樣件所測量的技術參數，得到該車型單邊制動器計算結果為：

制動力矩：1456.18N·m

根據優化拓撲原則：（1）產品性能優化；（2）縮短開發周期；（3）減少開發制造成本；（4）現有資源整合；通過上面對樣件的分析計算以及多年的制造經驗，對該方案做了如下調整：

新方案分析：

結構形式，同上。

主要參數：

制動器：活塞直徑φ51mm；

制動盤：制動盤直徑241mm/制動半徑96mm/ 盤厚19mm。

根據新方案設計尺寸數據，計算制動器制動力矩

式中：Mc為整車設計制動力矩，f為摩擦系數；F0為單側制動塊對制動盤的壓緊力—（制動鉗油缸輸出壓力）；Re為有效作用半徑。

根據新方案的技術參數，得到該車型制動器計算結果為：

制動力矩：1450.48N·m

整車制動力計算：

根據整車參數計算單個前輪制動所需制動力矩：

Fff：1個前輪的制動力矩（N·m）

已知：整車質量G=1410kg，后軸至質心距離b=1256mm，制動減速度a=5.88m/s2，滿載質心高h=544mm，軸距L=2400mm。

代入以上整車數據，得

數據比較分析見表1。

結論

根據以上分析，新的設計方案中單輪制動力矩完全能夠滿足車輛的使用要求，而且在結構形式和裝配要求方面要優于原樣件，并且在實現優化結構設計、節能降耗的同時幾乎沒有增加任何成本，達到了優化設計的目的。

參考文獻

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