季景方，邵子君，顧鵬

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，湖北 十堰 442002）

前言

制動器是汽車關(guān)鍵零部件，其制動性能直接影響到車輛的行車安全，盤式制動器以其良好的制動性能在汽車中廣泛應(yīng)用。汽車制動過程是典型的熱結(jié)構(gòu)耦合過程，同時制動器的尺寸參數(shù)對制動效能具有至關(guān)重要的影響。制動器在設(shè)計的過程中需要建立不同尺寸的數(shù)字化模型來進行耦合仿真，了解制動效能，這使得制動器的設(shè)計者在設(shè)計的過程中需要做大量重復(fù)性勞動，降低了設(shè)計的效率。另外，制動盤在運轉(zhuǎn)的過程中固有頻率和外界頻率接近使得制動盤很容易產(chǎn)生振動損壞，影響了行車安全。本文基于CATIA 二次開發(fā)功能，建立盤式制動器設(shè)計的可視化界面，設(shè)計者可以通過可視化界面快速獲得不同參數(shù)制動器模型，同時對獲得的制動盤模型進行模態(tài)分析，獲得了制動盤的固有頻率和振型，這對制動器的快速、可靠性設(shè)計具有一定的現(xiàn)實意義。

1 盤式制動器二次開發(fā)

1.1 二次開發(fā)流程

借助于VB 對CATIA 進行二次開發(fā)有兩種方式，第一種是逐句編寫程序代碼，第二種是采用CATIA 自身的宏錄制功能來獲得程序代碼。采用第一種方法比較費時，同時也容易出現(xiàn)錯誤，而采用第二種方法只需要將獲得的程度代碼進行適當(dāng)?shù)男薷木涂梢?。本文采用第二種方法來對盤式制動器進行二次開發(fā)設(shè)計，具體的開發(fā)流程如圖1 所示。

圖1 盤式制動器二次開發(fā)流程圖

本文針對制動盤外徑、內(nèi)徑、厚度、通風(fēng)孔厚度、制動盤禮帽直徑及高度、摩擦片外徑、內(nèi)徑以及工作面積進行參數(shù)化。以上過程在CATIA 的宏錄制開啟時進行，以獲得這些步驟的宏錄制文件。完成后，把宏錄制的VB 語言在VB 的編程界面內(nèi)進行修改編輯，并運行調(diào)試。如果出現(xiàn)錯誤，那就需要找到提示錯誤的那句語句進行修改，直到?jīng)]有錯誤為止。

1.2 制動器二次開發(fā)

制動盤共設(shè)計有六個參數(shù)，分別為制動盤直徑、制動盤厚度、制動盤內(nèi)徑、通風(fēng)孔厚度、制動盤禮帽高以及制動盤禮帽直徑，參數(shù)輸入界面如圖2 所示。輸入相應(yīng)的參數(shù)，點擊“生成模型”按鈕，可以在CATIA 中建立對應(yīng)的制動盤模型，建立的制動盤模型如圖3 所示。

圖2 制動盤輸入界面

圖3 制動盤模型

摩擦片共設(shè)計有三個參數(shù)，分別為襯塊外徑、襯塊內(nèi)徑以及工作面積，參數(shù)輸入界面如圖4 所示。輸入相應(yīng)的參數(shù)，點擊“生成模型”按鈕，可以在CATIA 軟件中建立對應(yīng)的摩擦片模型，建立的摩擦片模型如圖5 所示。

圖4 摩擦片輸入界面

圖5 摩擦片模型

2 制動盤模態(tài)分析

2.1 模態(tài)分析過程

在制動盤輸入界面輸入制動盤參數(shù)獲得制動盤模型，將其轉(zhuǎn)化為.stp 格式，定義制動盤的材料參數(shù)，其彈性模量為1.05E11pa，泊松比為0.3，密度為7220kg/m3。制動盤通過螺栓和輪轂固定，在進行模態(tài)分析的過程中于四個螺栓孔處施加全約束。

2.2 模態(tài)分析結(jié)果

對制動盤進行模態(tài)分析，提取前六階模態(tài)頻率值及振型描述，如表1 所示。圖6 給出了1-6 階陣型圖。

表1 制動盤各階頻率值及振型描述

圖6 制動盤前六階陣型圖

由圖6 可見，制動盤振型的最大位移變形量是位于制動盤邊緣部分，這是因為制動盤通過中間的四個螺栓孔進行固定，此處添加的約束使得制動盤的中間部分幾乎不發(fā)生振動。為了避免共振導(dǎo)致制動盤在運行過程中造成的結(jié)構(gòu)破壞，設(shè)置外部激勵必須有效地避開制動盤的固有頻率。

3 結(jié)論

本文利用VB 開發(fā)了制動器設(shè)計的可視化界面，完成了對制動盤和摩擦片的參數(shù)化建模，將重復(fù)性的制動器建模過程轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚膮?shù)輸入過程，同時對制動盤進行了模態(tài)分析，獲得了制動盤的前六階振動頻率和振型，為制動盤外界激勵頻率設(shè)置提供了參考。