近二十年来,随着汽车广泛进入人们的生活,交通事故的频发也越来越引起人们的关注。制动器作为制动系统的关键部分,其安全可靠性直接影响着汽车的安全性。在实际实验中,汽车制动器的各项结构参数表明汽车的制动性能及可靠性与其有重要联系,所以对汽车的鼓式制动器进行结构的优化有重要的实际意义。本文将可靠性灵敏度分析加入鼓式制动器的时变可靠性优化设计中,对需要优化的随机结构参数进行可靠性敏感度分析,节省了优化设计的成本及时间。首先,将鼓式制动器的时变可靠度作为其优化设计三要素中的约束之一,能够较好的解决鼓式制动器在长期使用中寿命及制动可靠度下降的问题。由道路试验标准得出鼓式制动器的制动可靠度、刹车距离、刹车时间三者之间的关系,从而构造出其时变可靠度约束条件。其次,通过衡量汽车鼓式制动器的各项结构参数之间关系以及对制动性能的影响,最终确定制动器的优化设计变量、目标函数、约束条件,并对各项设计参数的初选范围进行了讨论并拟给出。建立起以制动效能因数最大、制动温升最低加权耦合的新函数作为鼓式制动器时变可靠性优化设计数学模型的目标函数。接着,给出鼓式制动器的实例,利用以上所建立的优化设计数学模型,并基于MATLAB编写的遗传算子操作粒子群算法程序进行优化求解。其优化结果显示:优化后,该制动器的制动效能因数较优化前的参数提高了12.20%,制动温升较优化前的参数降低了13.59%。然后,根据机械零部件第四强度理论,建立鼓式制动器的强度、载荷和可靠度之间的数学模型,即鼓式制动器的可靠性状态方程;利用摄动法和鼓式制动器的各项结构参数二阶矩给出其可靠性设计理论,并计算其参数对于可靠性的均值和方差灵敏度,从而提出可靠性灵敏度的分析方法。最后,对优化后的鼓式制动器制动鼓进行了基于ANSYS Workbench软件的预应力模态分析,将制动鼓在汽车行进中随轮毂一起转动的因素引入模态分析的参数设计中。结果表明:在预应力模态分析下,鼓式制动器能够满足道路试验的固有频率特性。