盘式制动器在制动过程中,接触压力的不均匀可导致其温度和磨损的不均匀,从而降低了制动块的使用寿命。但以往的结构设计难以描述结构与功能之间的相互关系。因此,定量地描述制动过程中接触压力的不均匀性对改善制动块寿命和制动过程稳定性具有重要的意义。为了定量地描述制动压力的不均匀性并将其与制动块结构参数间相耦合,本文引入变异系数,来量化接触压力的不均匀性,并建立了变异系数随制动块结构参数变化的数学模型,采用控制变量法来探讨变异系数随制动块结构参数的变化规律,优化制动块结构,使其在制动过程中具有均匀应力分布,延长制动块使用寿命。研究表明,变异系数受摩擦片径向长度、轴向宽度、厚度和制动背板厚度的影响明显,即变异系数随着摩擦片径向长度的增加、轴向宽度的减少、厚度的增加、制动背板厚度的增加而降低;随后探讨了摩擦片与制动背板厚度合理分配的规律,研究发现增加制动背板厚度比增加制动块厚度更能有效地改善接触压力的不均匀程度。在此基础上,以降低变异系数值为目标对制动块进行结构优化设计,可大幅度地降低其接触压力的不均匀性。结果表明,优化后,接触压力的变异系数从39.32%降低到24.04%,制动块的制动不均匀性降幅达38.86%,同时增加平均接触压力和接触面积,提高了制动块的制动效能。论文进一步研究了优化前后的制动块温度场的不均匀性。结果显示,优化后,接触界面温度的变异系数值从43.61%降低到28.11%,减少幅度达35.54%,改善了温度场的不均匀程度;同时降低了最高温度,而且优化后温度增长速率缓慢,缓和了升温过程。文章最后对优化后的制动器各零部件进行模态分析。结果表明:制动块在结构优化后不仅错开了其他零件的固有频率,有效的避免了模型发生共振;而且避免了2100Hz这一尖叫频率,降低了高频尖叫。通过制动器的台架试验结果表明,改进后降低了制动振动。