基于HyperWorks的制动钳安装板有限元分析

1 前言

       制动钳安装板用于固定盘式制动器的制动钳，是车桥总成的保安件^[1]。某重型客车后桥在行驶10万公里左右、例行安全保养时发现制动钳安装板有开裂的情况（如图1所示），这是重大安全隐患。为改进提升该零部件，我们使用HyperWorks开展有限元分析，提出改进意见给设计工程师，重新设计制造新型的安装板，经过一年的使用跟踪，效果很好^[2]。
 
2 有限元模型的建立

       安装板三维模型和网格划分如下：
   
       分析模型的网格采用边长为4的二阶四面体，总单元数48875，节点数82232。材料性能参数见表1。
 
       采用的边界条件为约束安装板安装孔的6个自由度，如图4所示。
 
       模型载荷：22.5英寸盘式制动器、24英寸气室、0.8Mpa气压、杠杆比15.8的情况下，计算制动力矩为21863N·m。为方便起见，在制动盘的制动面施加扭矩22000N·m。

3 计算结果
 
       基于分析结果，最大应力为284MPa，材料屈服强度为310MPa，安系数达1.09。从强度上看，该产品安全系数偏低，需改进，从刚度上看，该产品变形量稍大，需改进。

4 优化方案

       优化方案试采用四种方案：取消加强筋；取消加强筋、法兰加厚5mm；筋条拉长；筋条拉长、法兰加厚5mm，如图6所示。分别计算，计算结果见表2。
 
       四种方案的仿真计算的安全系数见表2。
   
       四种方案的仿真计算的最大位移见表3。

       通过四种改进方案的对比分析，可知方案四为最优设计。采用方案四的改进措施，重新设计图纸，试制50套新状态的安装板在制动频繁、工况安全的市场试用。经过一年的试用跟踪，里程达到10万公里以上，安装板最大应力处不再出现开裂现象。

5 结论

       HyperWorks软件对在制品的改进提升具有较高的设计指导作用，指明了设计改进方向，效果明显。同样地，对原创设计时，使用HyperWorks软件开展有限元分析，提前预知应力较大位置并予以改进，会起到事半功倍的效果。

6 参考文献

       [1]周中坚，卢耀祖。机械与汽车结构的有限元分析。长春：同济大学出版社，1997
       [2]张胜兰，郑冬黎，郝琪等。基于HyperWorks的结构优化设计技术[M]。机械工业出版社，2007