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1、2003·3 专用汽车 SpecialPurposeVehicle·21·鼓式制动器的有限元分析刘立刚 王学林(华中科技大学机械工程学院 湖北武汉 430074) 摘 要:建立了鼓式制动器的有限元模型,把制动蹄、制动鼓和摩擦衬片作为一个整体进行有限元分析,所建立的模型考虑了制动鼓和摩擦衬片间的滑动,较真实的模拟了制动的工作过程。利用ANSYS软件预测了摩擦衬片分布式布置制动器上衬片的压力分布、制动扭矩、制动器的应力分布以及制动器的变形。关键词:鼓式制动器 制动鼓 制动蹄 摩擦衬片+1中图分类号:U463151102 文献标识码:A 文章编号:100420226(2003)0
2、320021203FiniteElementAnalysisofDrumBrakeLIULi2gangetalAbstractThemodelofdrumbrakethatincludesbrakedrum,frictionliningsandbrakeshoesisestablished,usingthefiniteelementtechniques1Inpresentedmodel,brakingprocessthatconsiderstheslidingatinterfacebe2tweenbrakedrumandfrictionliningsissimulated1T
3、heresultsofanalysis,usingANSYSsoftware,indicatecontactandpressuredistributionsatfrictioninterfaceofdrumbrakes,brakingtorque,stressdistributionanddeformationofthebrakes1Keywordsdrumbrake;brakedrum;brakeshoe;frictionlining1 引言在制动蹄上,建模时可以把摩擦片和制动蹄作为一制动器是汽车制动系统中最重要的安全部件,个整体,设定不同的材料属性即可。用六面体实体对汽车
4、制动器进行深入的分析具有十分重要的意单元划分网格,在摩擦片与制动鼓的接触面上建立义。现以某重型汽车的鼓式制动器为研究对象,对接触关系。为模拟制动鼓与摩擦片间的相对滑动,摩擦衬片采用多片分布式布置的制动器,用有限元方便给鼓施加转动位移和求解制动力矩,建模时,在分析软件进行计算和分析。鼓的端面上加6个由3D梁单元生成的虚拟辅助轮2 制动器分析模型辐,梁与实体单元过渡的区域并不是研究的重点,因在汽车制动过程中,制动蹄片在轮缸促动力的此并不影响结果的分析。3D梁单元每个节点有6作用下压向转动的制动鼓,受摩擦力的作用而产生个自由度,通过耦合梁与制动鼓相接处节点的位移,[1]了自增效应,
5、制动鼓与制动蹄片的相互作用机制这样可以利用梁单元节点上的转动自由度,对鼓施非常复杂。以往对摩擦衬片的分析中,大多是基于加转动位移。制动鼓和制动蹄是完全刚性的,这样得到的结论与实际结果有很大的差异。由于制动器结构的复杂性,二维平面模型不能很好的表征制动蹄和制动鼓的应力分布,故此采用三维结构有限元模型进行计算,并考虑到制动蹄和制动鼓的弹性,建立柔体-柔体的接触模型。211 接触分析模型鼓式制动器的有限元模型由制动鼓、制动蹄和图1 制动器模型摩擦片三部分组成,如图1所示。由于摩擦片铆合收稿日期:2003203212作者简介:刘立刚,男,1979年生,硕士,从事汽车转向系统动力学动态
6、仿真、结构建模与仿真。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·22·刘立刚等:鼓式制动器的有限元分析212 载荷及边界条件的领蹄上的增势和从蹄上的减势效果造成的。施加在有限元模型上的载荷是否合理、约束是否正确直接关系到有限元计算结果的准确性。该模型仅受外载为轮缸促动力的作用,可以通过液压管路参数求得。边界条件相对复杂:对制动蹄,约束销孔的径向位移及销孔内端面的轴向位移;对制动鼓,约束制动鼓内端面的轴向位移及辅助轮辐上中心节(a) 转动前 (b) 转动后点的位移。图2 制动器径向变
7、形213 计算方法312 摩擦衬片的压力分布计算模型将制动过程用以下载荷步来模拟:制动鼓未转动前,摩擦衬片上的压力分布如图第一载荷步:施加油缸的促动力。此载荷步模3(a)所示。这里只研究一个横截面,因为接触压力拟制动蹄片压向制动鼓的工作过程。在衬片长度方向几乎呈均匀分布。转动后,摩擦片第二载荷步:对鼓施加转动位移,这是对梁单元上的压力分布如图3(b)所示。可以发现,蹄的变形节点施加给定转角来实现的。即在鼓的中心处,在对摩擦衬片的压力分布影响很大,蹄片变形大的地梁单元节点上施加一微小的转动位移(逆时针方方
