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原文传递汽车制动蹄的铝合金轻量化设计

论文题名：	汽车制动蹄的铝合金轻量化设计
关键词：	有限元分析;汽车制动蹄;铝合金;轻量化设计;高温力学性能
摘要：	近年来，随着汽车行业的快速发展，加上交通运输条件的不断完善，汽车业已成为人们日常生活中最重要的交通、运输工具之一。但随之带来的能源、环境问题也日益突出，因此国内外汽车企业纷纷提出“汽车轻量化”的设计概念。制动蹄作为鼓式制动器的重要组成部件，是汽车重要的安全件之一，近年来虽一直在发展，但大都集中在对现有材料的优化或对现有结构的改进，轻量化研究进程相对较缓慢。现以客户提供的QT450材质制动蹄的基础模型为前提，通过有限元仿真技术与正交试验理论相结合，对制动蹄进行铝合金轻量化设计。　　本文通过对鼓式制动器工作原理及制动蹄力学理论的研究，参考客户提供的制动蹄材料性能参数，确定制动蹄铝合金轻量化设计的材料类型及相关材料属性。并利用实验研究轻量化材料 ZL205A铸造铝合金的高温力学性能，包括：弹性模型、高温强度、热衰退等。　　本文依据Ansys Workbench有限元仿真软件的特点及分析流程，并结合鼓式制动器的实际工作状态及载荷条件，确定制动蹄瞬态动力学分析的设计方案，包括：前处理设置、约束载荷施加、后处理设置。同时对客户提供的QT450材质制动蹄进行有限元分析，验证有限元分析方案的精确性，并确定制动蹄铝合金轻量化的设计基准，即：屈服强度幅值为345 MPa、最大变形量为1.7 mm、安全裕度为10％、疲劳寿命为20万次。　　本文综合制动蹄的评价标准及影响因素，利用正交试验理论对制动蹄结构的轻量化设计进行等效应力分析、最大变形量分析，综合考虑确定制动蹄结构的最佳因素组合：拔模斜度为1.5°，重要位置加强筋厚6 mm、非重要位置厚4 mm，倒角设计为 R10，立筋曲率增加5 mm，外侧弧设计三角孔，立筋无孔，内侧弧厚度不增加。通过与设计基准进行对比，确定制动蹄结构优化方案，进一步提高制动蹄整体强度、刚度。现确定制动蹄最优方案的质量为4.011 kg，最大等效应力为260.5 MPa，最大变形量为1.705 mm。
作者：	刘洋
专业：	材料加工工程
导师：	吉泽升
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文