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1、汽車浮鉗式盤式制動(dòng)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(hào):10013997(2009)03005502汽車浮鉗式盤式制動(dòng)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(dòng)力工程學(xué)院,南京210009)FiniteelementanalysisofautomobilefIoatingdisc-brakeWANGMan-xiang,SUXiao-ping,WANGDongfang(NanjingUniversityofTechnology,TheSchoolofMechanicalandPowerEngineer

2、ing,Nanjing210009,China)6【摘要】運(yùn)用軟件UG4.0建立某型號(hào)轎車盤式制動(dòng)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(duì)制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)器的設(shè)計(jì)是合理的.;關(guān)鍵詞:制動(dòng)器;有限元分析;UG;MSCNastran【Abstract】Physicalmodelsofthesomeautomobiledisc-brakeareestablishedbyusingthesoftwa

3、re:-6UG40UndertheenvironmentofMSCNastran,thefiniteelementanalysisofthekeypartssuchcylinj;r,clampandbracketiscarriedoutbythesoftwareintegrationtechnique,anddistributionsofstress,stain:anddisplacementofthecylinder,theclampandthebracketonthestageofnormalworkingaredrawn.Re一!isultsofthesimulionshowthatof

4、thecylinder,theclampandthebracketsatisfydesignrequirementsand:designingofthedisc-brakeissuccessfu1.6;Keywords:Brake;FEM;uG;MSCNastran;.】ot,.o一,Ht,.t.t,oI,ot,t,.刪.,.中圖分類號(hào):TH16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1引言制動(dòng)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,因而制動(dòng)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(duì)某浮鉗式盤式制動(dòng)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(dòng)鉗體等關(guān)鍵零件滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度

5、要求.2浮鉗式盤式制動(dòng)器的受力分析當(dāng)制動(dòng)時(shí),活塞在液壓力的作用下推動(dòng)內(nèi)摩擦塊沿著導(dǎo)向銷軸向移動(dòng),以一定的壓力壓向制動(dòng)盤,同時(shí)制動(dòng)鉗鉗體也在液壓反向力作用下將外制動(dòng)盤以一定壓力壓向制動(dòng)盤,這時(shí)摩擦襯片便于制動(dòng)盤問產(chǎn)生摩擦力,從而達(dá)到制動(dòng)的目的.在制動(dòng)過程中,當(dāng)受力的平衡狀態(tài)下,制動(dòng)鉗鉗體受力為:(1)制動(dòng)盤反作用力通過內(nèi)側(cè)摩擦塊,活塞和制動(dòng)液作用在鉗體的油缸側(cè)壁.(2)lj動(dòng)盤反作用力通過外側(cè)摩擦塊對(duì)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(duì)鉗體的作用力.制動(dòng)器支架的受力情況為:制動(dòng)盤與摩擦襯塊問的摩擦力通過制動(dòng)底板傳到支架的一側(cè),來自與支架滑槽相觸的是制動(dòng)底板對(duì)滑槽的壓力,而壓力的

6、大小取決與摩擦片圓周摩擦力的大小;支架固定處來自轉(zhuǎn)向節(jié)的反作用力;與鉗體相接處來自鉗體的反作用力.通過對(duì)該浮鉗盤式制動(dòng)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(hào)浮鉗盤式制動(dòng)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集成的有限元前處理模塊”simulationdesign”中自動(dòng)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(píng)價(jià)和修改網(wǎng)格屬性以改進(jìn)網(wǎng)格

7、,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(dòng)器模型裝配總成劃分及檢查單元網(wǎng)格后,該制動(dòng)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(dòng)鉗支架的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為19363,單元數(shù)為9857;制動(dòng)鉗鉗體的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為62609,單元數(shù)為35393.其中網(wǎng)格的質(zhì)量控制指女來稿日期:20080519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(JHB0519)56王滿祥等:汽車浮鉗式盤式制動(dòng)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.

8、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(dòng)鉗鉗體和支架采用的材料為QT5007,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(duì)制動(dòng)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(dòng)壓強(qiáng)直接均勻作用在活塞上,壓強(qiáng)p=12MPa.(

9、2)制動(dòng)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(dòng)盤反作用力通過外側(cè)摩擦塊對(duì)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(dòng)達(dá)到靜力平衡時(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(dòng)底板對(duì)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(dòng)力矩的理論計(jì)算,計(jì)算摩擦力:r,rJJrsin/3dr=0f:f6t2-l/=JJrcodr=/zpsin爭(zhēng)()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(dòng)地板與滑槽接觸處.在支架的銷孔處有來自

10、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:活塞只能沿著液壓缸內(nèi)徑的x方向作平動(dòng),所以需要約束l,Z廳向的平動(dòng)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng);制動(dòng)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”;制動(dòng)時(shí),可鉗體可沿著平行導(dǎo)向銷的軸向(軸)運(yùn)動(dòng),可以通過”用戶定義的約束”來約束,z軸方向的運(yùn)動(dòng)和其他三個(gè)運(yùn)動(dòng)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,

11、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(dòng)畫等方式顯示零件中最危險(xiǎn)的部位.如圖35所示,我們能直接觀察和讀取活塞,制動(dòng)鉗支架和制動(dòng)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(dòng)鉗支架總體心力分布圖5制動(dòng)鉗鉗體總體應(yīng)力分布在分析活塞,制動(dòng)鉗鉗體和制動(dòng)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)

12、與制造MachineryDesign&Manufacture57文章編號(hào):10013997(2009)03005703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)ResearchonthestrengthoftheIifthookofIaminatedconstructionbythemethodoffiniteelementYANGChao-li(ElectronicInformationandMechanicalEngineeringDepartmentofKunmingUniversity,Kunming650118,China)女女女

13、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(duì)擬采用l2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li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.li關(guān)鍵詞:雙鉤;疊片式;有限元l;【Abstract】Thehookofthejarmoltenironwhichusedfordumpthemoltenironis0specialbil;lateralhook.Itwasmadetradit

14、ionalbypressforging.Theworkingstressofthedangeroussectionhasbeen;proofreadbytheoryofclassicalmechanics.Thestrengthofthelifthookoflaminatedconstructionhasbeenl;calculatedbythemethodoffiniteelementinthreeconditions.Theresultexpressthatthestrengthoflift;hookoflaminatedconstructionissufficient.Themethod

15、ofrivetingthatmakingthehookcouldsubstitute;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(hào):TH12,TB552文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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)在擬改用5片厚度為30mm的16Mn軋制鋼板鉚接而成,需要對(duì)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

16、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(duì)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:20080525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)<><><><><><><><><><><><><><><><>

17、<><><><><><><><>c><><><><><><><><><><><><><><><><><><><>-:<><><>最大處為活塞壁底部邊緣;制動(dòng)鉗支架和鉗體材料為QT5007,塞,支架及鉗體在實(shí)際工況下的仿真具有實(shí)用的工程

18、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(duì)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軟件中建立該制動(dòng)器總成零件的三維數(shù)模,并在有限元軟件Nastran環(huán)境下對(duì)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(duì)制動(dòng)器的活參考文獻(xiàn)1陳家瑞.汽車

19、構(gòu)造M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20052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,20073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,20064耿如怡,徐六飛.UG結(jié)構(gòu)分析培訓(xùn)教程Ml北京:清華大學(xué)出版社,20055LudolfLBrakedesignandsafetyM.Warrendale,Pa.USA:SocietyofautomotiveengineeringInc,19996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,20047TirovicM,DayAJ.DiscbrakeinterfacepressuredistributionsJ.JournalofAutomobileEngineering,1991:137-1468王望予.汽車設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20049ShinKihong,JoeYong-Goo,OhJae-EungAdiscbrakesystemM.KeyEngineeringMaterial,V270-273,n11,AdvancesinNondestructiveEvaluation,2004:1472-1477