制动防尘板的优化设计

张杰　王巍　余泳泉　汪爱军

摘要：某车型在整车强化耐久路试过程中，制动防尘板产生了开裂现象。本文针对防尘板出现的路试故障进行了原因分析，根据分析结果进行了设计优化。通过对优化方案进行频率响应分析，获得各方案应力云图。结果表明：提升防尘板约束模态，可有效提升防尘板抗振性能，防止防尘板在路试过程中开裂。

关键词：防尘板；断裂；设计优化；频响分析；约束模态

1引言

制动防尘板作为制动器防护装置，可以使制动器工作表面避免粉尘油污等异物侵入，并起到导流空气，对制动器散热的作用。防尘板本身为非承载件，因此以往结构设计多以工程师经验及对标车分析为基础。在设计前期缺少相关CAE分析手段。本文以制动防尘板为研究对象，针对防尘板在整车耐久路试中出现的开裂现象进行了原因分析及结构优化，从而得到最佳的制动防尘板结构，确保满足路试验证要求。

2问题描述

某车型的制动防尘板在进行整车道路强化耐久路试时，在试验里程为4290公里发生开裂，见图1。该车型制动防尘板由单块钢板冲压而成，材料为DC03，屈服强度为140MPa-240MPa，板厚为1mm。

3原因分析

3.1布置分析

从该防尘板安装示意图（图2）可以看出防尘板3个安装点分布不均匀，防尘板上端呈悬臂结构。由于悬臂侧质量较重，且安装点处无加强结构，零件安装刚度不足，在外界激励作用下，该结构易发生共振。导致在路试中发生振动疲劳断裂。

3.2模态及频率响应分析

约束模态分析结果显示该防尘板低阶固有频率偏低，见表1。结合试验场路谱信息（振动响应峰值频率集中在17Hz-100Hz），推断该防尘板在100Hz以下频率发生共振可能性较大。基于该推断对防尘板进行振动频率响应分析，结果显示激励频率为99Hz时出现最大振幅（见图3）和最大应力（见图4）。

应力云图显示防尘板频率响应分析最大应力为272MPa大于材料屈服强度。

4制动防尘板设计方案

4.1方案一

在原方案基础上切边，切外圆，并将内圈进行翻边处理。在减小悬臂重量的同时，增加零件刚度。以增加零件耐振能力。更改示意见图5。

4.2方案二

在方案一基础上，调整外缘筋条布置，并且在安装点附近增加螺栓安装凸台筋。以提升零件刚度和耐振能力。更改示意见图5。

4.3方案3

防尘板全新设计，安装点调整为3点均匀布置，减轻悬臂部分质量。安装点及附近区域均采用整体凸台筋结构进行加强。更改示意见图5。

5CAE分析及路试验证

表1是各方案约束模态值，从中可以看出，优化方案各阶模态相比原方案均有所提升。各阶模态已避开试验道路中主要激振频率。

图6是各方案频率响应分析应力云图，方案一最大应力为62.6MPa，方案二最大应力7.5MPa，方案三最大应力为122MPa。3个方案相比原方案（见图4）应力均有较大改善，最大应力均小于材料屈服强度。

从各方案约束模态分析和频率响應分析可以推断，零件各阶约束模态值的提升，有利于降低频响分析工况零件最大应力。当防尘板约束模态大于常见道路激励频率时，有利于改善道路试验中防尘板开裂问题。

最终选择方案一进行样件制作并搭载整车耐久路试，路试完成后，防尘板未再出现开裂问题。

6结语

综上，防尘板安装点布置不合理，且结构刚度较低导致在路试过程易引起共振是发生开裂的根本原因。在新方案设计时，通过减重及提升防尘板结构刚度可以有效提升防尘板各阶约束模态，降低激振力作用下零件应力可以改善防尘板开裂问题。因此，通过对本文中制动防尘板开裂问题分析及解决过程可以看出，防尘板约束模态及频响分析强度是今后制动防尘板设计的主要考虑方向。