基于OptiStruct的汽車制動(dòng)鉗體拓?fù)鋬?yōu)化

劉愛(ài)榮

（杭州一牙數(shù)字口腔有限公司，杭州 310013）

1 引言

為了滿足客戶對(duì)提高汽車制動(dòng)系統(tǒng)性能和降低成本的要求，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上提出了輕量化制動(dòng)鉗的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。輕量化的制動(dòng)鉗可以減輕汽車懸架系統(tǒng)的重量，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。但制動(dòng)鉗還必須滿足剛度要求，變形過(guò)大時(shí)，司機(jī)覺(jué)得剎車踏板太軟，這會(huì)影響駕駛員的剎車踏板感覺(jué)。本文采用OpthStrut優(yōu)化軟件對(duì)制動(dòng)鉗殼體進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化，可以根據(jù)產(chǎn)品的性能要求，在指定的設(shè)計(jì)空間內(nèi)快速準(zhǔn)確地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。改善結(jié)構(gòu)性能、減輕產(chǎn)品質(zhì)量。

2 制動(dòng)鉗結(jié)構(gòu)優(yōu)化

本文研究對(duì)象是某車型盤(pán)式浮動(dòng)鉗雙缸制動(dòng)器。它由制動(dòng)盤(pán)、托架、制動(dòng)卡鉗、內(nèi)外摩擦片、活塞等組成，如圖1所示。制動(dòng)器的支架通過(guò)螺栓固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上，夾緊體通過(guò)制動(dòng)器的導(dǎo)銷固定在徑向上，軸向可沿導(dǎo)銷滑動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)液推動(dòng)活塞使內(nèi)側(cè)磨擦片外移，與制動(dòng)盤(pán)接觸，同時(shí)，制動(dòng)鉗在制動(dòng)液壓力作用下沿導(dǎo)向銷滑動(dòng)，推動(dòng)外摩擦片與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦，在內(nèi)外摩擦板的夾緊力下產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使汽車減速。因此可見(jiàn)，制動(dòng)鉗在工作過(guò)程中主要承受制動(dòng)液制動(dòng)壓力以及外磨擦片施加的接觸壓力，在這兩個(gè)載荷作用下，制動(dòng)鉗在活塞軸線方向上將會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)張變形[1][5]。

圖1 盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

圖2 制動(dòng)鉗原型設(shè)計(jì)

圖3 優(yōu)化后的模型

在優(yōu)化設(shè)計(jì)前，制動(dòng)鉗原型重量為4264g，制動(dòng)鉗在工作壓力10MPa作用下的變形量為0.211mm，整個(gè)模型的VonMises應(yīng)力為252MPa。模型如圖2 所示。

在OpTyStRT軟件中，根據(jù)制動(dòng)鉗工作狀態(tài)定義載荷和邊界條件，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。是質(zhì)量最輕，優(yōu)化約束是鉗體軸線方向變形小于0.25mm，優(yōu)化參數(shù)為鉗體的實(shí)體單元密度。經(jīng)過(guò)OptiStruct優(yōu)化后的模型如圖3所示，圖中藍(lán)色區(qū)域表示可以去除材料。

在優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，對(duì)制動(dòng)鉗模型進(jìn)行重建，得到新的CAD 模型如圖4 所示，重量為3976g，減輕288g。利用ANSYS軟件對(duì)新模型進(jìn)行FEA 強(qiáng)度剛度校核，得制動(dòng)鉗的軸向變形為0.247mm，VonMises應(yīng)力為272MPa，如圖5 所示，低于QT450材料的屈服應(yīng)力。由此可見(jiàn)，該模型符合剛度和強(qiáng)度要求。

圖4 制動(dòng)鉗產(chǎn)品模型

圖5 VonMises應(yīng)力

3 結(jié)束語(yǔ)

本文利用OptiStruct 軟件對(duì)制動(dòng)鉗模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，在保證制動(dòng)鉗剛度不受影響的前提下，優(yōu)化后的制動(dòng)鉗與樣機(jī)相比重量減輕了28 8g，節(jié)省了材料6.8%，降低了產(chǎn)品成本。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)材料的布局，可以在不改變?cè)心Ｐ偷幕A(chǔ)上獲得理想的形狀。這樣輕量化的同時(shí)不會(huì)造成制造成本的增加，符合制造經(jīng)濟(jì)性的要求。