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基于有限元的鼓式制動器強度分析

發布于:2018-03-10 22:02
有限元分析

       制動器是汽車制動系統中最重要的安全部件,鼓式制動器有制動效能高、結構緊湊、價格便宜的特點,在汽車上廣泛應用。有限元分析模型單元屬性設置使用了SOLID187單元。強度分析中在摩擦片與制動鼓之間采用“柔性-柔性”的面接觸,有摩擦片的外表面和制動鼓的內表面兩對接觸對。材料屬性的設置為制動蹄采用硬質鋁合金,制動鼓采用灰口鑄鐵,摩擦片采用銅絲石棉,材料的機械性能見表。根據GB5763-1998《汽車用制動器襯片》中摩擦系數的要求,制動時制動器溫度較高,摩擦系數取值0.25,摩擦片與制動蹄之間采用鉚接連接。網格劃分后,如圖所示。制動器有限元模型節點數為2320,單元數為16133。
       在制動過程中,制動時的汽車受力,如圖所示。隨著踏板力的不斷增大,車輪沒有抱死前,車輪制動器所能產生的最大制動力矩為地面對前輪的法向反作用力;G為汽車重量;口為汽車質心至前軸中心線的距離;h為汽車質心高度;z為汽車制動強度。制動過程中,邊界條件相對復雜,根據其工作狀況進行簡化邊界約束,對于制動蹄,約束其銷孔的徑向位移及銷孔內端面的軸向位移,對于制動鼓,約束其制動鼓內端面的軸向位移及徑向位移,制動蹄片上的應力分布如圖所示,最大應力發生在促動力的施加處為207MPa,遠小于制動蹄片允許使用的抗壓強度400MPa,完全符合強度要求。
       此時,領蹄在摩擦力矩的作用下產生增力效應,銷孔處的應力值變為70MPa,而從,蹄則產生減力效應,銷孔處的應力值變為10MPa,摩擦片上應力分布如圖所示。右邊摩擦片由于增力效應,在摩擦力矩作用下,應力急劇增大到6MPa,遠小于允許使用的抗壓強度15MPa;而左側摩擦片上的應力,由于減力效應則為0.05MPa,制動鼓應力的分布如圖所示。與領蹄接觸的一邊應力明顯增加,尤其是中下部的應力由0.5MPa增加到2.5MPa,而與從蹄接觸端的應力則較小。由上所述,在鼓轉動后,領蹄一端接觸面上的壓力分布明顯增大,從蹄一端有所減小,但制動器各部分壓應力都在許可抗壓強度范圍內,具有足夠的抗壓強度。


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