制动器的有限元分析Word文件下载.docx

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随着摩擦衬片磨损,制动蹄与制动鼓之间的间隙增大,需要有一个调整间隙的机构。

过去的鼓式制动器间隙需要人工调整,用塞尺调整间隙。

现在车上的鼓式制动器都是采用自动调整方式,摩擦衬片磨损后会自动调整与制动鼓的间隙。

当间隙增大时,制动蹄推出量超过一定范围时,调整间隙机构会将调整杆拉到与调整齿下

表面;

目标单元采用targel70,分布在制动鼓的内表面的接触环部分。

图2.3是冲焊鼓式制动器整体模型,它主要包括:

制动鼓,制动蹄,摩擦片,以及驱动梁四个部分共同组成。

其中,在模型建立时一共建立了五个坐标系,分别是制动鼓的圆心坐标系,两边摩擦片的圆心坐标系,以及两个制动蹄的转动坐标系。

图2-3冲焊鼓式制动器的单元模型图

（1制动蹄有限元模型（如图2-4

图2-4冲焊鼓式制动器的制动蹄单元模型图

首先制动蹄在一些细节上进行了简化处理,这样做是为了划分网格及计算

的方便。

同时保留了制动蹄上,下部的圆弧,目的是为了做到充分的模拟实际情况。

（2摩擦片的有限单元模型（如图2-5

图2-5摩擦片的单元模型图

摩擦片采用的是两上、下两段的结构形式。

同时保证摩擦片的弧度和制动鼓的一致,即摩擦片的外圆弧和制动鼓是半径相同,圆心位置不同的圆,从而得到了不等厚的摩擦片。

通过制动蹄的转动使摩擦片制动时紧贴在制动鼓上。

（3制动鼓的有限元模型（如图2.6

制动鼓模型的建立相对简单,即两

个同轴圆环柱体,同时图中下底面连接

了许多梁,用来驱动,并在其中心位置

设置了一个m嬲s质点用来施加质量和

转动惯量,来模拟制动时的惯性。

图2-6制动蹄的单元模型

2.4.3边界条件设置

摩擦片内圈表面与制动蹄接在一起,故液压油作用在制动蹄上的压力传递到摩擦片上。

对制动鼓连接有驱动梁的外部表面施加轴向约束,其内圈节点连接在轴上,故在内孔面上施加径向和轴向的固定约束。

由于制动鼓的转动是由梁来驱动,故在制动鼓中心（所有梁单元的交点的节点位置施加初始角速度。

在质量单元上定义已知车辆分配到此制动器的质量和转动惯量。

制动鼓的转动方向是逆

中会产生收敛困难等问题,因此制动蹄上的压力载荷需要几个子步,逐步施加。

2.4.6计算结果及分析

有限元分析包括制动时制动鼓没有转动时产生的静压力结果,以及制动速度为lOOkm/h,40km/h时的制动结果:

（1制动鼓静止时的计算结果

1制动鼓上的等效应力分布:

图2.7制动鼓静止时制动鼓上应力分布图（Pa

从图2.7的显示结果可以得到,制动器静止时,制动鼓的左右部分呈对称分布。

制动鼓的应力最大位置位于制动鼓的左下及右下部的中间部分,制动鼓上的应力大小为0.58X107pa（5.8MPa。

为了保证模拟冲焊鼓式制动器制动时的真实性,因此在制动鼓的端面分别施加了一定的径向约束,因此在冲焊鼓式制动器开始接触动时,制动鼓底部的结构不同于顶部,底部内圈有一定厚度的实体,起到加强作用,所以二者的应力不同。

2制动蹄上的等效应力分布:

图2—8接触开始时制动蹄上应力分布图（Pa

从图2-8的显示结果可以得到,制动器开始接触制动时,两个制动蹄的应力呈对称分布。

制动蹄的应力最大位置位于二制动蹄的下部,在制动蹄的固定端。

制动蹄上的最大应力为O.8×

108Pa（80MPa。

开始接触时,制动蹄上的摩擦片与制动鼓刚好接触,在制动反力的作用下,制动蹄上的应力最大位于制动蹄的固定端。

3摩擦片上的等效应力分布:

图2-9开始接触时摩擦片上应力分布图（Pa

从图2-9的显示结果可以得到,制动器开始接触时,从摩擦片上的应力在制动力的作用下,有一定的应力集中。

摩擦片上的应力最大位置位于制动蹄的中部。

摩擦片上的应力大小为0.648X106Pa（0.648MPa。

4接触面上的接触压力和摩擦力的分布:

图2.10开始接触时接触面上接触压力分布图

从图2.10的显示结果可以得到,制动器开始接触时,接触面主要在摩擦片上的中部,所得到的结果也主要是与制动鼓上目标面的垂直接触反力,接触面上的接触压力大小为0.948×

106Pa（O.948MPa。

（2在制动速度为lOOkm/h时制动器的计算结果

1摩擦片和制动鼓开始接触时的应力状态:

①制动鼓上的等效应力分布:

图2,lllOOkm/h制动开始时制动鼓上应力

分布图（Pa

从计算结果可以得到,制动器开始制动时,制动鼓的左右部分呈不对称分布。

制动鼓的应力最大位置位于制动鼓的左下部,制动鼓上的应力大小为O.166×

108Pa（16.6MPa。

为了保证模拟冲焊鼓式制动器制动时的真实性,因此在制动鼓的端面分别施加了一定的径向约束,因此在冲焊鼓式制动器开始制动时,制动鼓右下部的外端有一定的应力集中,主要是由于制动鼓底部的结构不同于顶部,所以二者的应力不同。

从上图可以推断出,制动蹄在开始接触时的最大应力位于制动鼓的右下部外沿处。

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②制动蹄上的等效应力分布:

图2.12lOOkm/h制动开始时制动蹄上应力

从计算结果可以得到,制动器开始制动时,领蹄和从蹄的应力呈不对称分布。

制动蹄的应力最大位置位于领蹄的下部,在制动蹄的固定端。

制动蹄上的应力大小为0.864×

108Pa（86.4MPa。

开始制动时,制动蹄上的摩擦片与制动鼓刚好接触,在自增力的作用下,领蹄上的应力刚刚开始出现应力增大的趋势。

③摩擦片上的等效应力分布:

图2.13lOOkm/h制动开始时摩擦片上应力

从计算结果可以得到,制动器开始制动时,由于制动鼓和摩擦片还没有完全

作用,从摩擦片上的应力在制动力的作用下,也有一定的应力集中。

摩擦片上的应力最大位置位于领蹄的下部。

摩擦片上的应力大小为O.119X107帕（1.19兆帕。

开始制动时,的摩擦片与制动鼓刚好接触,在自增力的作用下,制动鼓对摩擦片有个沿切线向下的压力,在摩擦片上有分布在整个摩擦片上的向下的应力,在制动鼓上能够产生反作用力即向上的支撑反力的位置在制动鼓的下部,因此制动鼓下部有较大的支撑反力,而摩擦片上的应力分布较制动鼓上的小。

④接触面上的接触压力和摩擦力的分布:

图2.14lOOkm/h制动开始时接触面上接触

压力分布图（Pa图2.15100km/h制动开始时接触面上摩擦

力分布图（Pa

从计算结果可以得到,制动器开始制动时,接触面主要在摩擦片上的中部,所得到的结果也主要是与制动鼓上目标面的垂直接触反力,接触面上的接触压力大小为O.13×

107Pa（1.3MPa,接触面上的摩擦力大小为O.39X106pa（O.39MPa。

2摩擦片和制动鼓在制动结束时的应力结果:

制动结束的时刻是在开始制动后1.35秒左右,以下均是在这一时刻的结果。

图2.16lOOkm/h制动结束时制动鼓上应力分布图（Pa从计算结果可以得到,制动器制动结束时,制动鼓的左右部分呈不对称分布。

制动鼓的应力最大位置位于制动鼓的底部内圈和顶部,制动鼓上的应力大小为O.543×

108Pa（54.3MPa。

和开始制动时相比,开始制动时的应力主要来自摩擦片对制动鼓的影响,在制动器制动结束时的应力主要是制动结束后制动器本身的惯性带来的惯性力,由于这部分应力是整车带给制动器的,因此,其应力要大于摩擦片带给制动鼓的接触应力。

所以在制动器制动结束时主要体现的应力是制动器的端部应力。

图2-17lOOkm/h制动结束时制动蹄上应力分布

图（Pa

从计算结果可以得到,制动器制动结束时,领蹄和从蹄的应力同样呈不对称分布。

制动蹄上的应力大小为0.204X109pa（204MPa。

制动结束时,制动蹄上的摩擦片与制动蹄在自增力的作用下,领蹄上的应力结果比较大。

从计算结果可以得到,虽然制动结束了,但是制动鼓和摩擦片仍然处于接触状态,自增力效应的影响虽然减小仍然存在,因此,虽然从蹄上的制动力效果开始增大,但是领蹄和从蹄上的应力分布仍然不同。

摩擦片上的应力最大位置分别位

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于领蹄的中部和从蹄的中部。

摩擦片上的应力大小为0.78×

106Pa（O.78MPa。

图2.18lOOkrn/h制动结束时摩擦片上应力

④接触面上的接触压力和摩擦力的分布

图2-19lOOkm/h制动结束时接触面上面压图2-20lOOkm/h制动结束时接触面上摩擦力分布圈（Pa力应力分布图（Pa从计算结果得到,制动结束时,接触面主要在摩擦片上的中部,所得到的结果也主要是与制动鼓上目标面的垂直接触反力,接触面上的接触压力大小为O.928X106Pa（O.928MPa,接触面上的摩擦力大小为O.278X106pa（O.278MPa。

（3在制动速度为40km/h时制动器的计算结果,

1摩擦片和制动鼓开始接触时的应力状态

①制动鼓上的等效应力分布

图2-2140km/h制动开始时制动鼓上应力

从计算结果可以得到,低速下制动器开始制动时,制动鼓的左右部分呈不对称分布。

制动鼓的应力最大位置位于制动鼓的左下部,制动鼓上的应力大小为O.123×

108Pa（12.3MPa。

对同一制动模型的不同速度下的计算,得到的结果目的是区分一下制动器在量上的变化,就是想得到低速下其各种力的大小。

图2—2240km/h制动开始时制动蹄上应力

从计算结果可以得到,低速下制动器开始制动时,领蹄和从蹄的应力呈不对称分布。

制动蹄上的应力大小为0.784X108Pa（78.4MPa。

图2-2340km/h制动开始时摩擦片上应力

从计算结果可以得到,制动器开始制动时,由于制动鼓和摩擦片还没有完全接触,从摩擦片上的应力在制动力的作用下,也有一定的应力集中。

摩擦片上的应力最大位置位于领蹄的底部。

摩擦片上的应力大小为0.792X106Pa（0.79MPa。

图2-2440km/h制动开始时接触面上接触压

力分布图（Pa图2.2540km/h制动开始时接触面上摩

擦力分布图（Pa

从计算结果得到,制动器开始制动时,接触面主要在摩擦片上的中部,所得到的结果也主要是与制动鼓上目标面的垂直接触反力,接触面上的接触压力大小为O.841X107Pa（0.841MPa,接触面上的摩擦力大小为O.25×

106Pa（O.25MPa。

2摩擦片和制动鼓在制动结束时的应力结果

制动器制动结束的时刻在开始制动后O.53秒,以下均是在这一时刻的结果。

图2.2640