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1、汽車浮鉗式盤式制動器有限元分析 第3期 2009年3月 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 MachineryDesign&Manufacture55 文章編號:1001—3997(2009)03—0055—02 汽車浮鉗式盤式制動器有限元分析水 王滿祥蘇小平王東方 (南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院,南京210009) FiniteelementanalysisofautomobilefIoatingdisc-brake WANGMan-xiang,SUXiao-ping,WANGDong—fang (NanjingUniversityofTechnology,TheSchool

2、ofMechanicalandPowerEngineering,Nanjing210009,China) 6【摘要】運(yùn)用軟件UG4.0建立某型號轎車盤式制動器總成的三維模型,通過軟件集成技術(shù)在有限6 ;元軟件MSCNastran環(huán)境下對制動器的活塞,支架及鉗體等重要零件進(jìn)行了有限元分析,獲得了制動器; l總成零件在工作狀態(tài)下應(yīng)力,應(yīng)變及位移分布云圖.仿真結(jié)果表明制動器的活塞,支架和鉗體滿足強(qiáng)度設(shè): i計(jì)要求,證明盤式制動器的設(shè)計(jì)是合理的. ;關(guān)鍵詞:制動器;有限元分析;UG;MSCNastran{ {【Abstract】Physicalmodelsofthesomeautomobi

3、ledisc-brakeareestablishedbyusingthesoftware: ¨-6UG4～0UndertheenvironmentofMSCNastran,thefiniteelementanalysisofthekeypartssuchcylin—j ;r,clampandbracketiscarriedoutbythesoftwareintegrationtechnique,anddistributionsofstress,stain{ :anddisplacementofthecylinder,theclampandthebracketonthestageofnor

4、malworkingaredrawn.Re一! isultsofthesimul~ionshowthatofthecylinder,theclampandthebracketsatisfydesignrequirementsand: {designingofthedisc-brakeissuccessfu1.6 ;Keywords:Brake;FEM;uG;MSCNastran;……….…】ot,.o一,Ht,..t.t,,oI,ot,t,.刪….’,.’ 中圖分類號:TH16文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 1引言 制動器在車輛安全l生方面起著相當(dāng)重要的作用,直接影響到 這些車輛的正常行駛,因而

5、制動器總成及其零部件的安全可靠性 倍受關(guān)注.運(yùn)用CAD/CAE技術(shù)對某浮鉗式盤式制動器的關(guān)鍵零 件進(jìn)行了有限元分析,分析結(jié)果表明制動鉗體等關(guān)鍵零件滿足設(shè) 計(jì)強(qiáng)度要求. 2浮鉗式盤式制動器的受力分析 當(dāng)制動時(shí),活塞在液壓力的作用下推動內(nèi)摩擦塊沿著導(dǎo)向銷 軸向移動,以一定的壓力壓向制動盤,同時(shí)制動鉗鉗體也在液壓 反向力作用下將外制動盤以一定壓力壓向制動盤,這時(shí)摩擦襯片 便于制動盤問產(chǎn)生摩擦力,從而達(dá)到制動的目的. 在制動過程中,當(dāng)受力的平衡狀態(tài)下,制動鉗鉗體受力為: (1)制動盤反作用力通過內(nèi)側(cè)摩擦塊,活塞和制動液作用在 鉗體的油缸側(cè)壁. (2)~lj動盤反作用力通過外側(cè)摩

6、擦塊對鉗體產(chǎn)生一個(gè)推力. (3)與支架相接螺栓孔處又來自支架對鉗體的作用力. 制動器支架的受力情況為:①制動盤與摩擦襯塊問的摩擦力 通過制動底板傳到支架的一側(cè),來自與支架滑槽相觸的是制動底 板對滑槽的壓力,而壓力的大小取決與摩擦片圓周摩擦力的大 小;②支架固定處來自轉(zhuǎn)向節(jié)的反作用力;③與鉗體相接處來自 鉗體的反作用力. 通過對該浮鉗盤式制動器的關(guān)鍵零件進(jìn)行受力分析,這些作 用力將作為載荷邊界條件添加到有限元分析模型中. 3有限元模型的建立 3.1劃分網(wǎng)格 在UG4.0軟件建立該型號浮鉗盤式制動器三維模型后,如 圖1所示.通過軟件集成技術(shù)將模型導(dǎo)入到UG集成的有限元前

7、處理模塊”simulationdesign”中自動劃分網(wǎng)格.網(wǎng)格劃分前,需要 簡化模型,可以減少分析求解所需要的時(shí)間.為了能準(zhǔn)確地反應(yīng) 各零件的應(yīng)力,應(yīng)變及位移的規(guī)律,采用1O節(jié)點(diǎn)四面體單元作為 劃分網(wǎng)格類型.完成網(wǎng)格劃分后,可在屙『生編輯器評價(jià)和修改網(wǎng)格 屬性以改進(jìn)網(wǎng)格,這樣能在邊緣和高應(yīng)力處細(xì)化和改善網(wǎng)格. 圖l浮鉗盤式制動器模型裝配總成 劃分及檢查單元網(wǎng)格后,該制動器的關(guān)鍵零件活塞,支架和 鉗體的網(wǎng)格信息為:活塞的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為14316,單元數(shù)為7760; 制動鉗支架的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為19363,單元數(shù)為9857;制動鉗鉗體 的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為62609,單元數(shù)為35393.其

8、中網(wǎng)格的質(zhì)量控制指 女來稿日期:2008—05—19女基金項(xiàng)目:科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金(O5c262134oo546),江蘇高校高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展項(xiàng)目(JHB05—19) 56王滿祥等:汽車浮鉗式盤式制動器有限元分析第3期 標(biāo)如長寬比,翹曲率等均采用默認(rèn)值,活塞,支架及鉗體的相應(yīng)零 件的有限元模型,如圖2所示. 2零件有限兀模型 3.2材料屬性的添加 在提交給求解器求解時(shí),需要提交分析零件的材料屬性,在 Nastran線性靜態(tài)(LinearStaticsPlus)分析環(huán)境中,在此設(shè)定的是 彈性模量和泊松比兩個(gè)材料特性參數(shù),其中,活塞采用的材料為 08AL,制動鉗鉗體和支架

9、采用的材料為QT500—7,材料屬性參數(shù) 值,如表l所永. 表1材料特性參數(shù) 3.3載荷和約束的施加 載衙和約束都屬于邊界條件,施加于有限元模型的載荷準(zhǔn) 確,合理,關(guān)系到模型的分析質(zhì)量,所以對制動鉗關(guān)鍵部件的活 塞,支架和鉗體的載倚條件分析相當(dāng)關(guān)鍵,通過之前的受力分析, 計(jì)算所要施加的載荷: (1)活塞液壓缸的制動壓強(qiáng)直接均勻作用在活塞上,壓強(qiáng)p= 12MPa. (2)制動鉗鉗體的油缸內(nèi)壁受到均布的液壓壓強(qiáng)P,油缸內(nèi) 直徑JR=48mm,制動盤反作用力通過外側(cè)摩擦塊對鉗體產(chǎn)生一個(gè) 推力Fj=pS=10857N,載荷均l布在襯塊底板與鉗體接觸處. (3)當(dāng)制動達(dá)到靜力平

10、衡時(shí),支架與鉗體相接處來自鉗體的 反作用力,來自支架滑槽相觸的是制動底板對滑槽的壓力,而 壓力的大小取決與摩擦片圓周摩擦力的大小,通過參閱相關(guān)扇形 摩擦塊制動力矩的理論計(jì)算,計(jì)算摩擦力: r,r∞ JJrsin/3dr=0 f:f6t2- l/=JJrcodr =/zpsin爭()警 該摩擦塊的摩擦系數(shù)為0.3,壓緊力=21714N,壓力 P=-f--/xF=6514N.其均布仵制動地板與滑槽接觸處.在支架的銷孔 處有來自鉗體的作用力為b~=F/2=10857N. 則各零件的約束條件施加情況為: ①活塞只能沿著液壓缸內(nèi)徑的x方向作平動,所以需要約束 l,,Z廳向的平

11、動和三個(gè)轉(zhuǎn)動; ②制動鉗支架且支架固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上,所以在螺栓連接處 添加”固定約束副”; ③制動時(shí),可鉗體可沿著平行導(dǎo)向銷的軸向(軸)運(yùn)動,可 以通過”用戶定義的約束”來約束’,,z軸方向的運(yùn)動和其他三個(gè) 運(yùn)動副. 4仿真計(jì)算與結(jié)果分析 通過定義好網(wǎng)格和作用邊界條件準(zhǔn)備好有限元模型.就可 以執(zhí)行解算.需注意的是,為確保成功解算和精確結(jié)果,有限元 模型的檢查是必需的,解算前先創(chuàng)建分析方案,將仿真文件導(dǎo)人 Nastran求解器解算161,順利求解后在仿真導(dǎo)航器中可顯示計(jì)算結(jié) 果,在后處理模塊中,顯示或編輯相關(guān)零件的位移,應(yīng)力或應(yīng)變等 指標(biāo). 通過后處理模塊,我們能通過云圖

12、直觀形象地得到位移,應(yīng) 力應(yīng)變的變化和顯示,并可以以動畫等方式顯示零件中最危險(xiǎn)的 部位.如圖3～5所示,我們能直接觀察和讀取活塞,制動鉗支架和 制動鉗鉗體的應(yīng)力,并了解到各零部件是否滿足強(qiáng)度要求. 圖3活塞總體應(yīng)力分布 圖4制動鉗支架總體心力分布 圖5制動鉗鉗體總體應(yīng)力分布 在分析活塞,制動鉗鉗體和制動鉗鉗體工作狀態(tài)時(shí)的受力狀 態(tài)[51,考慮到斷裂失效情況,在強(qiáng)度校核時(shí),以最大拉應(yīng)力為強(qiáng)度 準(zhǔn)則,查表可知所需材料力學(xué)性能參數(shù),如表2所示.在應(yīng)力云圖 中可知,活塞材料08AL,受到的最大馮氏應(yīng)力為113.7MPa,應(yīng)力 第3期 2009年3月 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 Mach

13、ineryDesign&Manufacture57 文章編號:1001—3997(2009)03—0057—03 疊片式雙鉤強(qiáng)度的有限元分析研究木 楊朝麗 (昆明大學(xué)電子信息與機(jī)械工程系,昆明650118) ResearchonthestrengthoftheIifthookofIaminatedconstructionby themethodoffiniteelement YANGChao-li (ElectronicInformationandMechanicalEngineeringDepartmentofKunmingUniversity,Kunming6501

14、18,China) 女女女女女女女女女女 i【摘要1煉鋼車間的鐵水罐傾倒鐵水的過程中的傾翻吊鉤是一個(gè)特殊的雙吊鉤,傳統(tǒng)的方法是采! :用鍛造的方法生產(chǎn).應(yīng)用傳統(tǒng)的強(qiáng)度校核方法研究雙鉤的工作應(yīng)力分布,然后采用有限元分析對擬采用l 2的疊片式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行了三種狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算與分析,結(jié)果表明采用疊片式鉚接雙鉤完全可以代替l i傳統(tǒng)的鍛造雙鉤,為大型單件結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝改進(jìn)進(jìn)行了有益的探索.l i關(guān)鍵詞:雙鉤;疊片式;有限元l ;【Abstract】Thehookofthejarmoltenironwhichusedfordumpthemoltenironis0specialbi—l

15、 ;lateralhook.Itwasmadetraditionalbypressforging.Theworkingstressofthedangeroussectionhasbeen; ;proofreadbytheoryofclassicalmechanics.Thestrengthofthelifthookoflaminatedconstructionhasbeenl ;calculatedbythemethodoffiniteelementinthreeconditions.Theresultexpressthatthestrengthoflift; ;hookoflamina

16、tedconstructionissufficient.Themethodofrivetingthatmakingthehookcouldsubstitute; ;fopforging.1冉垃 Keywords:Lifthook;Laminatedconstruction;Finiteelement 帶帶帶帶蒂恭豢芥卻s帶帶帶蒂帶四s帶芥帶恭恭芥帶帶卻}芥恭芥帶帶卻s喬芥蒂前s帶帶齊齊帶帶帶帶蒂恭莽神s帶帶帶芥恭帶帶芥帶 中圖分類號:TH12,TB552文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 某鋼鐵企業(yè)140T鐵水罐頃翻吊鉤傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是鍛造制 作,由于是單件生產(chǎn),其生產(chǎn)工藝復(fù)雜和生產(chǎn)成本較高,現(xiàn)在擬改

17、用 5片厚度為30mm的16Mn軋制鋼板鉚接而成,需要對其強(qiáng)度進(jìn)行 (應(yīng)力和變形)進(jìn)行精確分析,以判別是否可采用新的生產(chǎn)方法. 采用經(jīng)典力學(xué)理論和有限元分析技術(shù),分別對吊鉤的強(qiáng)度進(jìn) 行分析.結(jié)果表明采用疊片式鉚接方式生產(chǎn)的雙鉤在強(qiáng)度上完全滿 足吊鉤的工作要求,從而為單件生產(chǎn)傾翻吊鉤提供了理論分析基礎(chǔ). 已知吊鉤材料為16Mn,其材料的屬性參數(shù)為:密度p=(7.87x ★來稿日期:2008—05—25★基金項(xiàng)目:云南省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助項(xiàng)目(5Y0654D) <>●<>●<>●<>●<>●<>●<

18、;>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●◇●<>●<>●<>●c>’<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>

19、;●<>●<>●<>●<>●-:≯●<>●<>●<>● 最大處為活塞壁底部邊緣;制動鉗支架和鉗體材料為QT500—7,塞,支架及鉗體在實(shí)際工況下的仿真具有實(shí)用的工程價(jià)值. 支架受到最大馮氏應(yīng)力為121MPa,應(yīng)力最大處為螺栓聯(lián)接處上 側(cè);鉗體受到最大馮氏應(yīng)力為204.5MPa,應(yīng)力最大處為導(dǎo)向銷聯(lián) 接孔內(nèi)側(cè).在云圖中我們能直接觀察到馮氏應(yīng)力分布,通過對比 表格材料的力學(xué)性能參數(shù)值時(shí)發(fā)現(xiàn),應(yīng)力最大處均小于其屈服極 值,所以滿足強(qiáng)度要求. 表2材料力學(xué)性能 5結(jié)語 綜上所述,在UG4.0軟件中建立

20、該制動器總成零件的三維 數(shù)模,并在有限元軟件Nastran環(huán)境下對其重要零件進(jìn)行了有限 元計(jì)算和分析,獲得了Nastran解算仿真結(jié)果,在應(yīng)力,應(yīng)變及位 移云圖中反應(yīng)出該些零件的危險(xiǎn)區(qū)域,為改進(jìn)該些關(guān)鍵零件的使 用可靠性提供了理論依據(jù),說明采用的有限元方法對制動器的活 參考文獻(xiàn) 1陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005 2于強(qiáng),魏青周,周京平等.UG零件設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出 版社,2007 3何華妹,杜智敏,杜志倫.UGNX4產(chǎn)品磨具設(shè)計(jì)入門一點(diǎn)通[M].北京:清 華大學(xué)出版社,2006 4耿如怡,徐六飛.UG結(jié)構(gòu)分析培訓(xùn)教程[Ml北京:

21、清華大學(xué)出版社,2005 5LudolfLBrakedesignandsafety[M].Warrendale,Pa.USA:Societyofauto— motiveengineeringInc,1999 6張永昌.MSCNastran有限元分析理論基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社, 2004 7TirovicM,DayAJ.Discbrakeinterfacepressuredistributions[J].Journalof AutomobileEngineering,1991:137-146 8王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004 9ShinKihong,JoeYong-Goo,OhJae-Eung~Adiscbrakesystem[M].KeyEn— gineeringMaterial,V270--273,n11,AdvancesinNondestructiveEvaluation, 2004:1472-1477