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。