加强筋结构对制动鼓性能的影响分析.pdf

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1、第52卷第7期V01．52No．7农业装备与车辆工程AGRICUIJTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING2014年7月Julv2014加强筋结构对制动鼓性能的影响分析刘金龙1，张京明1，杨东洲2，王会林3(1．264209山东省威海市哈尔滨工业大学汽车工程学院；2．265607山东省蓬莱市蓬莱万寿机械有限公司；3．201805上海市上海大众汽车有限公司)[摘要]作为汽车制动系统中的关键部件，制动鼓的机械性能备受关注。为了提高制动鼓的强度与散热能力，分析了加强筋结构与制动鼓性能间的关系。在ANsYs平台上进行了制动鼓的强度评估；联合sTAR—ccM+与AN

2、sYs软件，利用热结构耦合分析衡量了制动鼓的强度与散热的综合性能。结果表明：菱形筋制动鼓虽然在强度上好于螺旋筋制动鼓，但是由于散热能力较差，使得螺旋筋制动鼓综合性能更优。[关键词]螺旋筋；菱形筋；非线性结构；流固耦合；热分析；热结构耦合。[中图分类号]u463．55[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2014)07一0037一050引言作为汽车行驶安全的重要部件，制动鼓要有足够的强度和良好的散热性[1]。传统制动鼓外表面为光滑结构，在传统制动鼓外表面添加加强筋可以提高制动鼓强度的同时，增加散热面积，从而提高散热能力。不同的加强筋结构会对制动鼓带来不同的影响，所以有必要分析

3、加强筋结构对于制动鼓性能的影响。非线性结构分析能够评价制动鼓的强度[2]，流固耦合分析可以衡量制动鼓的散热能力[3]，热分析可以展示制动鼓工作过程中的温度分布[4]，热结构耦合能够评估制动鼓在热载荷和力载荷共同作用下的性能圈。1菱形筋制动鼓与螺旋筋制动鼓收稿日期：2014一03—17修回日期：2014一03—30螺旋筋制动鼓的加强筋是单向的，如图1所示。菱形筋制动鼓的加强筋是由方向相反的螺旋筋交叉组成，如图2所示。制动鼓外表面上的螺旋筋的螺旋线参数通过螺距、圈数和起始角度来确定。应用在性能分析上的加强筋制动鼓，螺距为900mm．圈数为0．3．起始角度为180。，材料选用HT300。为

4、了保证两种加强筋制动鼓的质量相等，可以通过改变制动鼓旋转壁厚的方式来实现。@④图1螺旋筋制动鼓Fig．1Spiral—bbrakedrum图2菱形筋制动鼓Fi92RhOmbusr№brakedrum。．耋嘶_耄：詈一～．莹．呈一眺哑飘w坶_薹蜥一l洲妇_蚕汕如黜～时一．咖一一=耋籼懒～一一一一一～一一一一一～一一一一一一～～～一～一以灿一岫～一一吣一～～～一一一一一一一一～～～一一一T～一一一一一一一一一一h一～～．一一一～一一一～38奎些茎竺兰三翌三竺!!兰兰2非线性结构分析在实际使用过程中，很多结构会表现出非线性特眭。引起结构分析发生非线性行为的原因主要有三种。接触非线性，是一种

5、与状态相关的非线性行为。几何非线性，经受大变形的结构常发生几何非线性行为。材料非线性，HT300的应力应变关系是非线性的。所以对于制动鼓需要进行非线性的结构分析。非线性结构分析在模拟实际行驶制动时需要作出如下假设：在包角范围内，摩擦片与制动鼓完全接触．摩擦片的摩擦系数在制动期问保持恒定；汽车在车速最大时以最大减速度进行制动，直至车速为零：在制动期问制动促动力恒定在最大值，制动鼓受到的来自制动蹄的最大压力均匀作用在制动鼓内表面。在ANsYs软件平台上，嵌入参数后，进行制动过程的模拟。图3、图4分别为单向螺旋筋制动鼓与菱形筋制动鼓的变形图；图5、图6分别为单向螺旋筋制动鼓与菱形筋制动鼓的

6、应力图。图5螺旋筋制动鼓应力图Fig．5SpiraIrIbbrakedrumstress图6菱形筋制动鼓应力图Fig．6RhOmbusr№brakedrumstress表1总结了非线性结构分析的分析结果。可以看出：菱形筋制动鼓相对于单向螺旋筋制动鼓在最大变形上降低了接近0．6％；菱形筋制动鼓相对于单向螺旋筋制动鼓在最大应力上降低了接近2．3％。表1制动鼓结构分析结果Tab．1Brakedrumstructuralanalysisresu什s3热结构耦合分析热结构耦合分析主要分为3个阶段：流固耦合分析，热分析与热结构耦合分析。流固耦合分析为热分析提供对流换热系数的数据，热结构耦合分析需

7、要在采集热分析结果中的数据基础上施加力载荷。3．1流固耦合分析流体导热是指流体内部或者流体与其他介质之问存在温度差时，热量从高温度区域流向温度较低区域的现象。热量传递主要有3种形式：热辐射，是指物体与物体之问通过发射和吸收电磁波并将电磁波转换为热的方式进行热交换的现象。热传导．是指当物体温度分布不均匀时，温度从物体的高温区域传向低温区域，或者温度从高温物体传向与之接触的低温物体的过程。热对流，通常发生在流体与固体之间，主要是靠流体流动来实现。对于制动鼓，制