利用ANSYS分析湿式多盘制动器制动活塞应力场

     一、概述

    湿式多盘制动器制动活塞设计的结构形状直接影响制动盘的受力状况及其温度场分布，它还影响湿式多盘制动器整体的使用性能。活塞的结构形状如果设计不合理，不仅会影响湿式多盘制动器的整体设计尺寸，而且还会导致湿式多盘制动盘产生噪声及热机失稳等一系列问题。因此，应用有限元技术对湿式多盘制动器制动活塞进行变形与应力场的分析，并对其结构形状进行优化设计就显得非常重要。

    近年来，随着有限元技术在工业中日益广泛的应用，使得我们用以有限元分析为核心的CAE技术对设计产品进行分析成为可能。因ANSYS有限元分析软件其可用性、有效性以及其计算效率已为业界所公认，本文应用ANSYS有限元分析软件对SDZ型号的湿式多盘制动器制动活塞进行了变形与应力场的分析与研究，发现在实际产品中确实存在制动活塞的结构形状设计不合理的情况。

    二、基于 ANSYS 的湿式多盘制动器制动活塞变形与应力场分析

    应用有限元法，对湿式多盘制动器制动活塞的变形与应力场进行研究，从而可为湿式多盘制动器制动活塞的结构设计提供理论依据。ANSYS是大型通用有限元分析软件，具有完善的前后处理功能。通用前处理器可以方便的建立几何模型，进行网格划分等，后处理器提供了结果分析的多种手段。另外，为满足用户的特殊需求，ANSYS建立了开放的体系结构，可利用ANSYS完善的前后处理系统，可以方便地建立有限元模型，对模拟结果进行分析和处理。在有限元分析模型建立的过程中，单元的选取至关重要，它选取的好坏直接关系到计算结果的精度，本文采用10节点的SOLID92四面体作为建模与分网的单元，最多可建立32000个节点。

    通过模拟湿式多盘制动器制动活塞受力和约束状况，利用ANSYS有限元分析软件对力学模型进行了计算，获得了湿式多盘制动器制动活塞整体结构节点的位移云图和应力分布云图。通过对湿式多盘制动器制动活塞节点位移云图和应力分布云图的分析，我们可以得到制动活塞受系统液压作用力而产生的变形与应力分布规律，其分析结果可参见图1、图2、图3和图4。通过分析结果与理论分析可知，有限元分析结果与制动活塞实际受力的分布规律基本一致。

    经优化的活塞整体结构变形不会影响其正常使用性能，活塞与钢盘接触面的接触性能良好，接触面内径处应力较外径处大。因为对偶钢盘与摩擦盘上各摩擦点的线速度是不同的，摩擦点距对偶盘与摩擦盘中心越远，则其线速度越大。由图3、图4可知，摩擦盘上距其车轮中心近的摩擦点的压力大于距车轮中心远的摩擦点的压力，也就是说，线速度大的摩擦点其摩擦盘压力反而小，而线速度小的摩擦点其摩擦盘压力反而大，结果可使各摩擦点的制动功率接近一致，从而使摩擦盘与对偶盘间的摩损均匀。