车浮钳式盘式制动器有限元分析

1、汽车浮钳式盘式制动器有限元分析第3期2009年3月机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture55文章编号:10013997(2009)03005502汽车浮钳式盘式制动器有限元分析水王满祥苏小平王东方(南京工业大学机械与动力工程学院,南京210009)FiniteelementanalysisofautomobilefIoatingdisc-brakeWANGMan-xiang,SUXiao-ping,WANGDongfang(NanjingUniversityofTechnology,TheSchoolofMechanicalandPowerEngi

2、neering,Nanjing210009,China)6【摘要】运用软件UG4.0建立某型号轿车盘式制动器总成的三维模型,通过软件集成技术在有限6;元软件MSCNastran环境下对制动器的活塞,支架及钳体等重要零件进行了有限元分析,获得了制动器;l总成零件在工作状态下应力,应变及位移分布云图.仿真结果表明制动器的活塞,支架和钳体满足强度设:i计要求,证明盘式制动器的设计是合理的.;关键词:制动器;有限元分析;UG;MSCNastran【Abstract】Physicalmodelsofthesomeautomobiledisc-brakeareestablishedbyusingtheso

3、ftware:¨-6UG40UndertheenvironmentofMSCNastran,thefiniteelementanalysisofthekeypartssuchcylinj;r,clampandbracketiscarriedoutbythesoftwareintegrationtechnique,anddistributionsofstress,stain:anddisplacementofthecylinder,theclampandthebracketonthestageofnormalworkingaredrawn.Re一!isultsofthesimulion

4、showthatofthecylinder,theclampandthebracketsatisfydesignrequirementsand:designingofthedisc-brakeissuccessfu1.6;Keywords:Brake;FEM;uG;MSCNastran;.】ot,.o一,Ht,.t.t,oI,ot,t,.删.,.中图分类号:TH16文献标识码:A1引言制动器在车辆安全l生方面起着相当重要的作用,直接影响到这些车辆的正常行驶,因而制动器总成及其零部件的安全可靠性倍受关注.运用CAD/CAE技术对某浮钳式盘式制动器的关键零件进行了有限元分析,分析结果表明制动钳体等

5、关键零件满足设计强度要求.2浮钳式盘式制动器的受力分析当制动时,活塞在液压力的作用下推动内摩擦块沿着导向销轴向移动,以一定的压力压向制动盘,同时制动钳钳体也在液压反向力作用下将外制动盘以一定压力压向制动盘,这时摩擦衬片便于制动盘问产生摩擦力,从而达到制动的目的.在制动过程中,当受力的平衡状态下,制动钳钳体受力为:(1)制动盘反作用力通过内侧摩擦块,活塞和制动液作用在钳体的油缸侧壁.(2)lj动盘反作用力通过外侧摩擦块对钳体产生一个推力.(3)与支架相接螺栓孔处又来自支架对钳体的作用力.制动器支架的受力情况为:制动盘与摩擦衬块问的摩擦力通过制动底板传到支架的一侧,来自与支架滑槽相触的是制动底板对

6、滑槽的压力,而压力的大小取决与摩擦片圆周摩擦力的大小;支架固定处来自转向节的反作用力;与钳体相接处来自钳体的反作用力.通过对该浮钳盘式制动器的关键零件进行受力分析,这些作用力将作为载荷边界条件添加到有限元分析模型中.3有限元模型的建立3.1划分网格在UG4.0软件建立该型号浮钳盘式制动器三维模型后,如图1所示.通过软件集成技术将模型导入到UG集成的有限元前处理模块”simulationdesign”中自动划分网格.网格划分前,需要简化模型,可以减少分析求解所需要的时间.为了能准确地反应各零件的应力,应变及位移的规律,采用1O节点四面体单元作为划分网格类型.完成网格划分后,可在屙生编辑器评价和修

7、改网格属性以改进网格,这样能在边缘和高应力处细化和改善网格.图l浮钳盘式制动器模型装配总成划分及检查单元网格后,该制动器的关键零件活塞,支架和钳体的网格信息为:活塞的网格节点数为14316,单元数为7760;制动钳支架的网格节点数为19363,单元数为9857;制动钳钳体的网格节点数为62609,单元数为35393.其中网格的质量控制指女来稿日期:20080519女基金项目:科技部中小型企业创新基金(O5c262134oo546),江苏高校高新技术产业化发展项目(JHB0519)56王满祥等:汽车浮钳式盘式制动器有限元分析第3期标如长宽比,翘曲率等均采用默认值,活塞,支架及钳体的相应零件的有限

8、元模型,如图2所示.2零件有限兀模型3.2材料属性的添加在提交给求解器求解时,需要提交分析零件的材料属性,在Nastran线性静态(LinearStaticsPlus)分析环境中,在此设定的是弹性模量和泊松比两个材料特性参数,其中,活塞采用的材料为08AL,制动钳钳体和支架采用的材料为QT5007,材料属性参数值,如表l所永.表1材料特性参数3.3载荷和约束的施加载衙和约束都属于边界条件,施加于有限元模型的载荷准确,合理,关系到模型的分析质量,所以对制动钳关键部件的活塞,支架和钳体的载倚条件分析相当关键,通过之前的受力分析,计算所要施加的载荷:(1)活塞液压缸的制动压强直接均匀作用在活塞上,压

9、强p=12MPa.(2)制动钳钳体的油缸内壁受到均布的液压压强P,油缸内直径JR=48mm,制动盘反作用力通过外侧摩擦块对钳体产生一个推力Fj=pS=10857N,载荷均l布在衬块底板与钳体接触处.(3)当制动达到静力平衡时,支架与钳体相接处来自钳体的反作用力,来自支架滑槽相触的是制动底板对滑槽的压力,而压力的大小取决与摩擦片圆周摩擦力的大小,通过参阅相关扇形摩擦块制动力矩的理论计算,计算摩擦力:r,rJJrsin/3dr=0f:f6t2-l/=JJrcodr=/zpsin争()警该摩擦块的摩擦系数为0.3,压紧力=21714N,压力P=-f-/xF=6514N.其均布仵制动地板与滑槽接触处.

10、在支架的销孔处有来自钳体的作用力为b=F/2=10857N.则各零件的约束条件施加情况为:活塞只能沿着液压缸内径的x方向作平动,所以需要约束l,Z厅向的平动和三个转动;制动钳支架且支架固定在转向节上,所以在螺栓连接处添加”固定约束副”;制动时,可钳体可沿着平行导向销的轴向(轴)运动,可以通过”用户定义的约束”来约束,z轴方向的运动和其他三个运动副.4仿真计算与结果分析通过定义好网格和作用边界条件准备好有限元模型.就可以执行解算.需注意的是,为确保成功解算和精确结果,有限元模型的检查是必需的,解算前先创建分析方案,将仿真文件导人Nastran求解器解算161,顺利求解后在仿真导航器中可显示计算结

11、果,在后处理模块中,显示或编辑相关零件的位移,应力或应变等指标.通过后处理模块,我们能通过云图直观形象地得到位移,应力应变的变化和显示,并可以以动画等方式显示零件中最危险的部位.如图35所示,我们能直接观察和读取活塞,制动钳支架和制动钳钳体的应力,并了解到各零部件是否满足强度要求.图3活塞总体应力分布图4制动钳支架总体心力分布图5制动钳钳体总体应力分布在分析活塞,制动钳钳体和制动钳钳体工作状态时的受力状态51,考虑到断裂失效情况,在强度校核时,以最大拉应力为强度准则,查表可知所需材料力学性能参数,如表2所示.在应力云图中可知,活塞材料08AL,受到的最大冯氏应力为113.7MPa,应力第3期2

12、009年3月机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture57文章编号:10013997(2009)03005703叠片式双钩强度的有限元分析研究木杨朝丽(昆明大学电子信息与机械工程系,昆明650118)ResearchonthestrengthoftheIifthookofIaminatedconstructionbythemethodoffiniteelementYANGChao-li(ElectronicInformationandMechanicalEngineeringDepartmentofKunmingUniversity,Kunming65

13、0118,China)女女女女女女女女女女i【摘要1炼钢车间的铁水罐倾倒铁水的过程中的倾翻吊钩是一个特殊的双吊钩,传统的方法是采!:用锻造的方法生产.应用传统的强度校核方法研究双钩的工作应力分布,然后采用有限元分析对拟采用l2的叠片式结构的强度进行了三种状态下的强度计算与分析,结果表明采用叠片式铆接双钩完全可以代替li传统的锻造双钩,为大型单件结构的生产工艺改进进行了有益的探索.li关键词:双钩;叠片式;有限元l;【Abstract】Thehookofthejarmoltenironwhichusedfordumpthemoltenironis0specialbil;lateralhook.I

14、twasmadetraditionalbypressforging.Theworkingstressofthedangeroussectionhasbeen;proofreadbytheoryofclassicalmechanics.Thestrengthofthelifthookoflaminatedconstructionhasbeenl;calculatedbythemethodoffiniteelementinthreeconditions.Theresultexpressthatthestrengthoflift;hookoflaminatedconstructionissuffic

15、ient.Themethodofrivetingthatmakingthehookcouldsubstitute;fopforging.1冉垃Keywords:Lifthook;Laminatedconstruction;Finiteelement带带带带蒂恭豢芥却s带带带蒂带四s带芥带恭恭芥带带却芥恭芥带带却s乔芥蒂前s带带齐齐带带带带蒂恭莽神s带带带芥恭带带芥带中图分类号:TH12,TB552文献标识码:A某钢铁企业140T铁水罐顷翻吊钩传统的生产方式是锻造制作,由于是单件生产,其生产工艺复杂和生产成本较高,现在拟改用5片厚度为30mm的16Mn轧制钢板铆接而成,需要对其强度进行(应力和变

16、形)进行精确分析,以判别是否可采用新的生产方法.采用经典力学理论和有限元分析技术,分别对吊钩的强度进行分析.结果表明采用叠片式铆接方式生产的双钩在强度上完全满足吊钩的工作要求,从而为单件生产倾翻吊钩提供了理论分析基础.已知吊钩材料为16Mn,其材料的属性参数为:密度p=(7.87x来稿日期:20080525基金项目:云南省教育厅自然科学基金项目资助项目(5Y0654D)<><><><><><><>&a

17、mp;lt;><><><><><><><><><><><><><><><><>c><>&

18、lt;><><><><><><><><><><><><><><><><><>-:<><><>最大处为活塞壁底部边缘;制动钳支架和钳体材料为QT5007,塞,支架及钳体在实际工况下的仿真具有实用的工程价值.支架受到最大冯氏应力为121MPa,应力最大处为螺栓联接处上侧;钳体受到最大冯氏应力为204.5MPa,应力最大处为导向销联接孔内侧.在云图中我们能直接观察到冯氏应力分布,通过对比表格材料的力学性能参数值时发现,应力最大处均小于其屈服极值,所以满足强度要求.表2材料力学性能5结语综上所述,在UG4.0软件中建立该制动器总成零件的三维数模,并在有限元软件Nastran环境下对其重要零件进行了有限元