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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 機械設(shè)計與制造 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,支架和鉗體滿足強度設(shè): i計要求,證明盤式制動器的設(shè)計是合理的. ;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.運用CAD/CAE技術(shù)對某浮鉗式盤式制動器的關(guān)鍵零 件進行了有限元分析,分析結(jié)果表明制動鉗體等關(guān)鍵零件滿足設(shè) 計強度要求. 2浮鉗式盤式制動器的受力分析 當(dāng)制動時,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『生編輯器評價和修改網(wǎng)格 屬性以改進網(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)點數(shù)為14316,單元數(shù)為7760; 制動鉗支架的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)為19363,單元數(shù)為9857;制動鉗鉗體 的網(wǎng)格節(jié)點數(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,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, 計算所要施加的載荷: (1)活塞液壓缸的制動壓強直接均勻作用在活塞上,壓強p= 12MPa. (2)制動鉗鉗體的油缸內(nèi)壁受到均布的液壓壓強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 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,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算,計算摩擦力: 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,可鉗體可沿著平行導(dǎo)向銷的軸向(軸)運動,可 以通過”用戶定義的約束”來約束’,,z軸方向的運動和其他三個 運動副. 4仿真計算與結(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)時的受力狀 態(tài)[51,考慮到斷裂失效情況,在強度校核時,以最大拉應(yīng)力為強度 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 機械設(shè)計與制造 Mach

13、ineryDesign&Manufacture57 文章編號:1001—3997(2009)03—0057—03 疊片式雙鉤強度的有限元分析研究木 楊朝麗 (昆明大學(xué)電子信息與機械工程系,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)的強度進行了三種狀態(tài)下的強度計算與分析,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)工藝改進進行了有益的探索.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,需要對其強度進行 (應(yīng)力和變形)進行精確分析,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),分別對吊鉤的強度進 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★基金項目:云南省教育廳自然科學(xué)基金項目資助項目(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,支架及鉗體在實際工況下的仿真具有實用的工程價值. 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)值時發(fā)現(xiàn),應(yīng)力最大處均小于其屈服極 值,所以滿足強度要求. 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行了有限 元計算和分析,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)出該些零件的危險區(qū)域,為改進該些關(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 1陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005 2于強,魏青周,周京平等.UG零件設(shè)計技術(shù)與實踐[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)計入門一點通[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[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004 9ShinKihong,JoeYong-Goo,OhJae-Eung~Adiscbrakesystem[M].KeyEn— gineeringMaterial,V270--273,n11,AdvancesinNondestructiveEvaluation, 2004:1472-1477