摘要
随着新能源汽车行业的快速发展，制动系统作为车辆安全性能的核心组成部分，其设计和优化对整车性能至关重要。本文主要研究了小米汽车盘式制动器的结构优化与仿真分析，旨在通过提高制动器的工作效率和耐久性，提升整体安全性和舒适性。传统的盘式制动器在应用中存在重量较大、散热不均匀及耐磨性不足等问题，因此，针对这些问题，本文通过计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）等仿真手段，优化制动器的结构，重点考虑了其热性能、摩擦特性及应力分布。通过分析不同设计方案下的温度场、应力场及变形情况，提出了改善散热通道、优化材料选择以及调整制动器几何形状等有效措施。
基于优化设计方案，本文进一步进行了仿真验证，通过模拟不同工况下的制动性能，验证了结构优化对制动器性能的提升效果。结果表明，经过优化后的制动器具有更优的热稳定性和更均匀的温度分布，同时在保证制动力的前提下，显著降低了重量和能量损失。此外，优化后的制动器在疲劳强度和耐磨性方面也表现出较好的性能，能够有效延长使用寿命并减少维护成本。研究表明，结合仿真分析与结构优化的方法，不仅可以提升制动器的设计效率，还能为小米汽车的制动系统提供更加可靠和高效的解决方案，具有广泛的应用前景和实际意义。
关键词：盘式制动器；solidworks；有限元；模态分析
目录
小米汽车盘式制动器结构优化与仿真分析 I
1 绪论 1
1.1 选题背景和研究意义 1
1.1.1 选题背景 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 研究的现状 2
1.2.1 国外的研究现状 2
1.2.2 国内的研究现状 2
1.3 研究方法及内容 3
1.3.2 研究内容 3
1.4 技术路线 4
2 总体方案的确定 5
2.1 鼓式制动器 5
2.1.1 领从蹄式制动器 5
2.1.2 双向蹄式制动器 6
2.1.3 自增力式制动器 7
2.2 盘式制动器 8
2.2.1 全盘式制动器 8
2.2.2 钳盘式制动器 9
2.3 本章小结 10
3 盘式制动器主要参数选择 11
3.1 设计的初始参数 11
3.2 制动力与制动力分配系数 11
3.3 同步附着系数 14
3.4 制动器的最大制动力矩 16
3.5 制动器因数 16
3.6 本章小结 16
4 盘式制动器的主要零部件设计 18
4.1 制动盘 18
4.1.1 制动盘直径 18
4.1.2 制动盘厚度 18
4.2 制动钳 18
4.3 制动块 19
4.3.1 摩擦衬块 19
4.3.2 摩擦衬块的磨损特性计算 19
4.4 摩擦材料 20
4.5 制动轮缸 20
4.6 制动器间隙 20
4.6.1 制动驱动机构的结构类型 21
4.6.2 制动管路的多回路系统 22
4.7 液压制动驱动机构设计 22
4.7.1 制动缸直径和工作容积 22
4.7.2 制动踏板力与踏板行程 23
4.8 本章小结 24
5 盘式制动器的三维模型 25
5.1 solidworks软件 25
5.2 主要零部件三维模型 25
5.3 盘式制动器的三维模型 26
5.4 本章小结 27
6 盘式制动器的有限元分析 28
6.1 有限元分析 28
6.3 网格的划分 29
6.4 静力学分析结果 30
6.5 模态分析结果 30
7 总结与展望 34
7.1 全文总结 34
7.2 展望 34
参考文献 35
致谢 37
1 绪论
1.1 选题背景和研究意义
1.1.1 选题背景
随着中国政府对新能源汽车产业的持续支持和推动，政策环境日益利好。特别是近年来，国家出台了一系列有利于新能源汽车发展的政策，如"碳达峰、碳中和"目标的提出、补贴政策的延续以及对新能源汽车技术研发的支持等。新能源汽车的快速发展不仅推动了传统汽车产业的转型升级，也促进了智能化、绿色化和高效化技术的广泛应用。在这一背景下，汽车的核心部件之一------制动系统，成为提升车辆安全性、能效和驾驶性能的重要领域。盘式制动器作为常见的制动系统之一，因其结构简单、热衰退较少等优点，广泛应用于新能源汽车领域。通过对盘式制动器的结构优化与仿真分析，不仅可以提高制动性能，降低能耗，延长使用寿命，还能进一步响应国家绿色低碳发展战略，推动新能源汽车产业的技术创新与产业升级。因此，基于政策导向与市场需求，盘式制动器的研究与优化具有重要的实际意义。
盘式制动器的工作原理基于摩擦学和热力学原理，通过刹车片与制动盘之间的摩擦力实现制动效果。随着汽车速度的提高，制动器需要具备更强的散热能力和更高的摩擦性能，以确保制动效果的稳定性和安全性。理论上，盘式制动器的性能受到多个因素的影响，包括材料特性、几何结构、摩擦系数、热扩散能力等。因此，结构优化的关键在于通过合理设计制动器的几何形状和材料选择，减少摩擦衰减，提高散热效率，保证制动效能。现代仿真分析技术，如有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD），能够模拟和分析制动器在不同工作条件下的性能，帮助预测其热分布、应力分布和变形情况，从而优化结构设计。
1.1.2 研究意义
如今汽车已成为人类现代生活最为普遍的交通工具，可以说 汽车已成为人们日常生活中不可或缺的部分。较大的产业关联度是汽车产业的一个特点，在汽车产业自身发展的同时会带动许多与之相关产业的发展，如汽车电子等，其还 可以延伸到维修服务业、保险业、交通运输等相关行业，可以推进许多前沿技术的快速 发展和应用，可以为一个国家产生巨大的产值、利润及税收，可以提供许多的工作岗位，这些都使得汽车工业成为一个国家 GDP 的重要组成部分，它对一个国家或一个地区的 经济具有巨大的拉动效应，并且对其它产业的发展具有较强的带动和促进作用，属于先导性产业，因此汽车工业通常被认为是一个国家工业化水平的标志。
小米汽车盘式制动器结构优化与仿真分析的研究意义在于提高汽车制动系统的安全性、可靠性和性能，尤其是在新能源汽车领域的应用。随着汽车行业的快速发展，尤其是智能化和电动化的趋势，制动系统作为汽车核心安全组件之一，其性能的优化显得尤为重要。盘式制动器由于具有良好的散热性和更高的制动效率，已广泛应用于现代汽车中，但其设计和工作过程中的复杂性也要求更精细的分析与改进。通过结构优化，可以有效降低制动器的重量和成本，提高其热稳定性和抗疲劳性能，从而延长使用寿命并提升驾驶的安全性。仿真分析则为优化设计提供了理论依据和数据支持，通过对制动器在不同工况下的应力、温度分布及摩擦特性等进行精确模拟，可以提前发现潜在问题并进行针对性的改进，避免传统实验中的高成本与时间消耗。结合小米汽车的研发需求，此项研究不仅有助于提升其产品竞争力，也能推动智能制造和自动化设计的创新应用，进一步提升新能源汽车领域的整体技术水平和行业影响力。因此，这项研究具有重要的学术价值和实际应用意义。
1.2 研究的现状
1.2.1 国外的研究现状
2004 年 Choi J H 和 Lee I [2]采用有限元法对摩擦发热盘式制动器的热弹性接触问题进行了瞬态分析，并研究 了材料性质对热弹性行为的影响，为盘式制动系统的概念设计奠定基础。2007 年 Josef Voldřich[3]研究了盘式制动器在完全接触状态下瞬态摩擦制动激发的热弹性不稳定性， 分析发现临界滑动速度对摩擦界面上形成局部"热点"有重要的影响。2009 年 Zagrodzki P[4]进行摩擦离合器和制动器中的热弹性不稳定性，揭示了不稳定模式的激励机制，提出了一种利用有限元空间离散和模态叠加求解摩擦系统瞬态热弹性过程的 方法。
2011 年 Adamowicz A 和 Grzes P[5]进行来了非轴对称载荷下盘式制动器单片 摩擦片制动时温度场分析，研究发现接触面上的温度与二维模型的结果一致。Olshevskiy A 和 Berdnikov O 等人[6]通过研究列车盘式制动器热-结构耦合的影响因素，获得运行中盘式制动系统的磨损模式，为优化设计奠定了基础。2012 年， Belhocine A 和 Bouchetara M[7]基于 ANSYS Multiphysics 11.0 进行制动盘热结构耦分析。研究表明 摩擦热会对制动器组件产生负面影响，如制动褪色，过早磨损，热裂纹和盘厚变化（DTV）。同年 Kang S S 和 Cho S K [8]分析摩托车盘式制动器中的通风孔几何形状对 盘表面
