新型fs浮式汽車制動鉗創(chuàng)新及輕量化設(shè)計(jì)

1、新型FS浮式汽車制動鉗創(chuàng)新及輕量化設(shè)計(jì)葛宏徐堅(jiān)(上海汽車制動系統(tǒng)有限公司，上海201821)【摘要】根據(jù)摩擦片的導(dǎo)向，在國際上主要有兩種制動鉗的設(shè)計(jì)概念，即德國大陸的專利產(chǎn)品FN制動鉗(推拉式)和Collete制動鉗(只推式)。Fs浮式制動鉗綜合這兩種制動鉗的優(yōu)缺點(diǎn)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提出研發(fā)Fs浮式制動鉗的技術(shù)方案。【Abstract】Accordingtotheguidingofthebrakepad，therearetwoconcepto

2、fthecaliperde—signworldwild：FNbrakecaliper(pull—push)fromContinentalTeves’SpatentandColletedesignbrakecaliper(push。only)FSdesigncaliperisdesignedwiththecombinationoftheadvantagesfromabovecalipersandinnovationdesign，andte

3、chniqueprojectofFSdesigncaliperisputforward【關(guān)鍵詞】制動鉗汽車輕量化doi：103969／jissn10074554201108100引言汽車安全技術(shù)的研發(fā)是當(dāng)前國際汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛安全的必要裝備，制動鉗作為汽車制動系統(tǒng)中的重要安全件，人們對它的要求也就越加嚴(yán)格。目前市場上主流的兩種制動鉗，各有優(yōu)缺點(diǎn)。推拉式結(jié)構(gòu)制動鉗雖然性能出眾，但是加工復(fù)雜，質(zhì)量較大，因此

4、成本相對較高。主要運(yùn)用在中高端的汽車上。只推式結(jié)構(gòu)的浮式制動鉗性能中等，質(zhì)量也較大但是加工相對簡單，因此成本較低一些(如圖1)。1FS汽車制動鉗總成研發(fā)具有卓越的安全性、舒適性、可靠性的汽車制動鉗成為當(dāng)今的發(fā)展趨勢，F(xiàn)S浮式制動鉗是為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢而設(shè)計(jì)的一款新型制動鉗。收稿日期：2011—04—1846FS制動鉗保留了摩擦片支架拉削式導(dǎo)向、活塞主動式回位以及帶橡膠緩沖的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，但是將推拉式的摩擦片導(dǎo)向改用了只推式結(jié)構(gòu)，并以輕量化

5、設(shè)計(jì)為主導(dǎo)思想設(shè)計(jì)而成。Fs制動鉗主要設(shè)計(jì)要求及目的如下：優(yōu)化功能，達(dá)到同類產(chǎn)品國際先進(jìn)水平；保證質(zhì)量及可靠性，滿足國內(nèi)外客戶要求；改善制動舒適性，消除制動噪音及制動抖動等缺陷；降低產(chǎn)品重量，進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，目標(biāo)減少15％重量；在優(yōu)化功能及保證質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化15％。由上海汽車制動系統(tǒng)有限公司自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的FS浮式制動鉗產(chǎn)品，從概念設(shè)計(jì)、應(yīng)用開發(fā)建模、有限元分析(FEM)到手工樣件、臺架試驗(yàn)以及道路試驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)、

6、質(zhì)量、成本的統(tǒng)一。FS浮式制動鉗切向力承載方式均采用只推式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，不同于合資方德國大陸(Continenta1)公司普遍采用的推拉式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，在保證制動性能的前提下，簡化了部件的結(jié)構(gòu)；尤其是FS浮式制動鉗，設(shè)計(jì)概念中多處采用了減少加工量和簡化上海汽車201108動噪音和非正常磨損，優(yōu)化殼體，支架設(shè)計(jì)保證產(chǎn)品性能、整體不變形的同時(shí)對制動鉗殼體和支架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。通過有限元分析、模態(tài)分析和模態(tài)綜合，分析出制動鉗的殼體或支架振動頻率和振型

7、是影響制動鉗穩(wěn)定性、產(chǎn)生制動噪音和非正常磨損的主要原因，在保證制動鉗性能的同時(shí)，優(yōu)化殼體和支架設(shè)計(jì)，改變殼體和支架的質(zhì)量分布、改變強(qiáng)度以及改善固有頻率。另外通過采用噪音小的摩擦材料，更改其幾何形狀，改變非穩(wěn)態(tài)區(qū)域的固有頻率來解決客戶制動噪音的問題。23對零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)主要涉及的零部件如下：(1)制動鉗殼體：通過有限元計(jì)算分析(FEM)，在考慮減輕重量的前提下，設(shè)計(jì)最合理的殼體形狀；(2)制動鉗支架：通過有限元計(jì)算分析(FEM)，在考

8、慮減輕重量的前提下，設(shè)計(jì)最合理的制動鉗支架形狀；(3)制動鉗活塞：鋼活塞，首創(chuàng)氮碳共滲的表面處理方法。另外對摩擦片、摩擦片保持彈簧、活塞、放氣螺栓、殼體保持彈簧等小零件進(jìn)行國產(chǎn)化，也能達(dá)到降低成本的目的。綜上所述，該項(xiàng)目的實(shí)施內(nèi)容主要有：(1)仿真分析不同殼體、支架形狀對總成變形的影響；(2)零件設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的殼體、支架毛坯，以及相關(guān)計(jì)算等；(3)完整的臺架試驗(yàn)對比；(4)試驗(yàn)驗(yàn)證，包括各種臺架試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)。3技術(shù)方案31只推

9、式支架強(qiáng)度分析優(yōu)化FS浮式制動鉗切向力承載方式為只推式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，在保證制動性能的前提下，簡化了部件的結(jié)構(gòu)。同時(shí)它還具有裝配簡易、加工工序簡單的特點(diǎn)，為降低成本要求引導(dǎo)了一條出路。然而由于受力結(jié)構(gòu)的不同，只推式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)對支架的強(qiáng)度48要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于推拉式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的要求，這對于CAE應(yīng)力分析和仿真計(jì)算提出了更高的要求。有限元分析計(jì)算主要是分析支架在不同的受力模式下的強(qiáng)度及變形。以上汽AP1I匹配項(xiàng)目為例，其支架為只推結(jié)構(gòu)，受力模式為推動模式

10、，內(nèi)外側(cè)各承力50％。計(jì)算結(jié)果顯示，支架的受力情況最為嚴(yán)重的部位處于摩擦片導(dǎo)向槽靠外側(cè)的圓角邊處、安裝孔凸臺的機(jī)加工棱邊處和臺階處。根據(jù)計(jì)算結(jié)果如圖3所示位置，由于受應(yīng)力強(qiáng)度較大，需要修改模型來滿足其支架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，作為驗(yàn)證，有限元再次對修改的模型進(jìn)行分析計(jì)算。經(jīng)過多次的計(jì)算分析及和對支架結(jié)構(gòu)的調(diào)整與修改，最終滿足了高速制動情況下的強(qiáng)度要求。圖3有限元分析圖32殼體支架優(yōu)化設(shè)計(jì)及有限元分析目標(biāo)是保證產(chǎn)品性能、整體不能變形的同時(shí)對制動

11、鉗殼體和支架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。采用拓?fù)鋬?yōu)化方法可以使材料達(dá)到最合理的分布，應(yīng)力分布也更加均勻。考慮到零件試驗(yàn)需要大量的模具投人，利用公司的有限元分析(FEM)能力；進(jìn)行了一系列模擬工作。321不同輪廓的對比基于現(xiàn)有制動鉗模型，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了多種不同的殼體和支架輪廓，分別對殼體和支架進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化，使其在滿足強(qiáng)度和剛度要求的前提下，進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，一方面對整體材料減薄，另一方面在相對薄弱點(diǎn)加固。圖4為殼體和支架優(yōu)化過程，圖5為殼體和支架拓