制動盤有限元分析及試驗研究

摘 要:對某車型制動盤，根據(jù)有限元分析方法，建立了完整的有限元模型;對其進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，并做了試驗驗證，有限元仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比，有很好的一致性，為該制動盤的設(shè)計開發(fā)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:制動盤靜強(qiáng)度模態(tài)有限元分析試驗

中圖分類號:U266文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0126-01

汽車制動盤是制動器的關(guān)鍵零件之一，在汽車開發(fā)過程中，對制動盤進(jìn)行相關(guān)有限元分析，能起到指導(dǎo)設(shè)計，縮短開發(fā)時間和降低開發(fā)成本的作用。有一些研究工作者對制動盤的開發(fā)做了大量的工作，如王良模等基于有限元理論和方法，利用有限元分析對某制動盤進(jìn)行模態(tài)分析，得到其固有頻率和振型[1]。李衡等建立了三維瞬態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)力有限元模型，模擬了制動器的制動過程[2]。

本文以某國產(chǎn)車型的制動盤為對象，建立了三維有限元模型，從模態(tài)和靜強(qiáng)度兩方面進(jìn)行了分析，評估其性能，并做了相應(yīng)的試驗驗證，為制動盤的工程運(yùn)用提供了理論支持。

1 制動盤有限元模型建立

1.1 模型描述及材料參數(shù)

制動盤的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括:上下底環(huán)，中環(huán)和頂環(huán)等部分。主要采用六面體劃分網(wǎng)格，控制單元尺寸大小為4～6mm，其整個分析模型共包含36822個節(jié)點(diǎn)，25502個單元，如圖1所示。

該制動盤材料采用灰鑄鐵HT250，其材料特性如表1所示。

1.2 靜強(qiáng)度計算邊界條件設(shè)定

制動盤的靜強(qiáng)度計算分為兩種情況，如圖2Ａ所示，一種為軸向加載，約束制動盤頂環(huán)的平動自由度，在卡鉗與上底環(huán)接觸區(qū)域施加軸向力，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，給定其受到最大軸向力為:

軸向力=油管壓力×活塞作用面積×油缸數(shù)目×摩擦系數(shù)

=19.72×(3.14×63.5×63.5/4)×1×0.41=25592(N)

另一種為徑向加載，約束底環(huán)六孔的全部自由度，在卡鉗中心位置施加切向力，給定其受到最大的徑向載荷為汽車最大重力的1.2倍，如圖2B所示。該車型，總質(zhì)量為2500kg，則徑向載荷為:徑向力=1.2×2500×10=30000N。

2 仿真分析結(jié)果及驗證

2.1 靜強(qiáng)度分析結(jié)果

軸向加載應(yīng)力結(jié)果:在靠近加載區(qū)域的中環(huán)產(chǎn)生最大應(yīng)力，大小為166.5Mpa，小于抗拉強(qiáng)度，滿足材料特性要求;徑向加載應(yīng)力結(jié)果:最大應(yīng)力位于靠近加載孔的兩個螺栓孔處，大小為164.8Mpa，小于抗拉強(qiáng)度，滿足材料特性要求。

2.2 制動盤靜強(qiáng)度試驗驗證

分別對制動盤進(jìn)行軸向加載和徑向加載試驗，在實驗開始前做好工裝夾具，安裝到試驗臺架上，同時檢查制動盤的狀態(tài)，要求無磨損、凹坑等。

2.2.1 軸向加載

逐漸加載，直至樣件斷裂，當(dāng)加載至124580N時，制動盤在靠近加載位置的中間環(huán)處出現(xiàn)破壞。對比分析結(jié)果，破壞區(qū)域與分析結(jié)果的應(yīng)力集中區(qū)域一致。破壞時的加載力遠(yuǎn)大于給定的軸向力，判定軸向加載工況下，該制動盤滿足要求。

2.2.2 徑向加載

加載至128440N時，在靠近加載位置的螺栓孔處出現(xiàn)破壞。圖7為徑向試驗的加載力變化圖，圖8為徑向試驗狀態(tài)及制動盤破壞情況。對比分析結(jié)果，破壞區(qū)域與分析結(jié)果的應(yīng)力集中區(qū)域一致。破壞時的加載力遠(yuǎn)大于給定的徑向力，判定徑向工況下，該制動盤滿足要求。

3 結(jié)語

基于有限元方法對制動盤做靜強(qiáng)度分析與試驗驗證，得出了以下結(jié)論:(1)在軸向和徑向兩種工況下，得到了其應(yīng)力分布，應(yīng)力仿真分析結(jié)果和試驗表明，該制動盤能的最大應(yīng)力小于材料抗拉極限，滿足設(shè)計性能要求;(2)通過相應(yīng)的試驗驗證，分析結(jié)果與試驗結(jié)果有很好的一致性，為設(shè)計提供了參考依據(jù)，并為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計做了鋪墊。

參考文獻(xiàn)

[1]王良模，吳長風(fēng).基于有限元及試驗技術(shù)的制動盤模態(tài)分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2009.

[2]李衡，郭洪強(qiáng)，郭世永.盤式制動器的結(jié)構(gòu)場有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2007.

[3]管迪華，宿新東.制動振動噪聲研究的回顧、發(fā)展與評述[J].2004.