汽车鼓式制动器摩擦热—结构耦合分析

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1、学校代码10459学号或申请号201212202370密级硕士学位论文汽车鼓式制动器摩擦热—结构耦合分析作者姓名：董刚导师姓名：张三川教授学位名称：车辆工程培养院系：机械工程学院完成时间：2015年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonfrictionheat-structurecouplingofvehicledrumbrakesBy:GangDongSupervisor:Prof.SanchuanZhangMechanicalEngineeringSchoolofMe

2、chanicalEngineeringApril,2015学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研宄作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；

3、本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要摘要近年来关于鼓式制动器破裂、高温引燃轮胎的事故屡见报端，2010年3月渝宜高速发生一起重载货车制动鼓突然爆裂，碎片击中对向车道车辆副驾驶的案例；同年五月，招远交警在高速巡逻过程中发现一货车右后轮高温冒烟并有金属碎片掉出，及时拦截检查发现右后轮制动鼓已完全破裂；2012年杭州吴斌事件

4、，其驾驶大客车在高速公路正常行驶时被对向车道制动鼓碎片击中身亡。因此对制动器运行安全技术研究，进一步理清失效破坏机理，为其结构优化设计提供理论支持，具有学术意义及技术价值。本论文以某重载商用车辆鼓式制动器为研究对象，对制动器制动过程产生的摩擦热和结构应力应变特性进行分析。首先利用CATIA三维软件建立制动器的三维模型并对模型进行简化，运用ANSYS有限元分析软件对车辆在不同载荷不同路面状况下的制动进行接触分析和摩擦热—结构耦合分析。（1）制动器接触研究。压力在制动鼓与摩擦片表面的分布规律并非理论的正弦分布，摩擦片的压力主要分布在上下两端，最大压强为78.7MPa；

5、制动鼓压力主要集中于制动蹄促动力作用点附附近，最大压强为23.7MPa，当施加转矩后制动鼓最大压强与位置发生明显变化，主要集中于制动鼓与底面结合处，最大压强达到168MPa；制动蹄压力则主要集中于转动销轴孔附近的加强筋处，最大压强为116MPa。从摩擦片压力分布得知，在促动力作用下摩擦片发生变形与制动鼓的接触为非完全接触，这将导致制动鼓在工作中局部磨损严重，使用寿命降低。（2）制动器摩擦热-结构耦合分析。对制动器在紧急、连续制动状态下的应力场和温度场进行模拟分析结果表明，制动器在进行紧急制动和连续制动时温度变化均为先升高后降低，且最高温度并非出现在制动结束时刻，当

6、制动鼓的热量流入与散失达到平衡时刻达到最高温度，其中一次紧急制动时制动鼓最高温度达到122C，连续不同载荷连续制动最高温度达到323.2C；制动器在高温状态下容易发生热衰退，严重影响制动器的制动性能，同时过高的温度容易使轮胎发生自燃，危害行车安全。关键词：鼓式制动器；摩擦接触；耦合分析；摩擦热应力；有限元IAbstractAbstractInrecentyears,theaccidentofdrumbrakebrokenandignitiontireathightemperatureoftenfoundinnewspapers.InMarch,2010YuYi

7、highwayonespeedwithheavytrackdrumbrakesuddenlyburst,thedebrishitthelaneofvehicleassistantdrivingcase.InMayofthesameyear,Zhaoyuantrafficinhigh-speedpatrolfoundatruckwhichrightrearwheelwassmokingwithhightemperature.Therewerealsosomematerialdebrisdroppedontheground.Thetrafficinterceptins

8、pecti