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基于有限元的鼓式制动器強度分析

發布于:2018-03-10 22:02
有限元分析

       制动器是汽车制动系统中最重要的安全部件,鼓式制动器有制动效能高、结构紧凑、价格便宜的特点,在汽车上广泛应用。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。材料屬性的設置爲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。網格劃分後,如圖所示。制動器有限元模型節點數爲2320,單元數爲16133。
       在制动过程中,制动时的汽车受力,如图所示。随着踏板力的不断增大,车轮没有抱死前,车轮制动器所能产生的最大制动力矩为地面对前轮的法向反作用力;G为汽车重量;口为汽车质心至前轴中心线的距离;h为汽车质心高度;z为汽车制动强度。制动过程中,边界条件相对复杂,根据其工作状况进行简化边界约束,对于制动蹄,约束其销孔的径向位移及销孔内端面的轴向位移,对于制动鼓,约束其制动鼓内端面的轴向位移及径向位移,制动蹄片上的应力分布如图所示,最大应力发生在促动力的施加处为207MPa,远小于制动蹄片允许使用的抗压强度400MPa,完全符合强度要求。
       此时,领蹄在摩擦力矩的作用下产生增力效应,销孔处的应力值变为70MPa,而从,蹄则产生减力效应,销孔处的应力值变为10MPa,摩擦片上应力分布如图所示。右边摩擦片由于增力效应,在摩擦力矩作用下,应力急剧增大到6MPa,远小于允许使用的抗压强度15MPa;而左侧摩擦片上的应力,由于减力效应则为0.05MPa,制动鼓应力的分布如图所示。与领蹄接触的一边应力明显增加,尤其是中下部的应力由0.5MPa增加到2.5MPa,而与从蹄接触端的应力则较小。由上所述,在鼓转动后,领蹄一端接触面上的压力分布明显增大,从蹄一端有所减小,但制动器各部分压应力都在许可抗压强度范围内,具有足够的抗压强度。


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