制動(dòng)盤(pán)罩殼開(kāi)裂分析

宋令輝，楊寧寧，曹韋韋，趙唐雷

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制動(dòng)盤(pán)罩殼開(kāi)裂分析

宋令輝，楊寧寧，曹韋韋，趙唐雷

（華晨汽車(chē)工程研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

某款SUV在壞路試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)制動(dòng)盤(pán)罩殼開(kāi)裂問(wèn)題。為解決實(shí)際工程問(wèn)題，結(jié)合有限元和道路振動(dòng)測(cè)試進(jìn)行分析，找到問(wèn)題原因。同時(shí)，在制動(dòng)盤(pán)罩殼搭載整車(chē)路試之前選擇最優(yōu)方案，極大的節(jié)省問(wèn)題解決時(shí)間。

罩殼；開(kāi)裂

前言

制動(dòng)盤(pán)罩殼一般為1mm左右的金屬板，安裝于轉(zhuǎn)向節(jié)上。主要作用是防止石子沖擊制動(dòng)盤(pán)，防止泥水出現(xiàn)在制動(dòng)盤(pán)與摩擦片之間，防止輪邊橡膠件因受熱降低使用壽命。一般在轉(zhuǎn)向節(jié)上有3~4個(gè)安裝點(diǎn)。開(kāi)裂是制動(dòng)盤(pán)罩殼主要失效形式之一。汽車(chē)在行駛過(guò)程中會(huì)受到來(lái)自地面的隨機(jī)載荷的激勵(lì)，這其中包括不同的力的沖擊以及不同的頻率的沖擊。當(dāng)?shù)孛娴募?lì)頻率剛好接近制動(dòng)盤(pán)罩殼的固有頻率時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振問(wèn)題。長(zhǎng)期的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷。

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析可以得到制動(dòng)盤(pán)罩殼的模態(tài)頻率、模態(tài)振型、應(yīng)力分布；通過(guò)疲勞分析可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷，對(duì)比不同結(jié)構(gòu)的使用壽命；通過(guò)制動(dòng)盤(pán)罩殼整車(chē)振動(dòng)加速度采集對(duì)比可以得到不同結(jié)構(gòu)的實(shí)際表現(xiàn)。

1 模態(tài)分析

以螺栓安裝實(shí)際約束情況為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)故障件模型進(jìn)行約束模態(tài)分析，取前三階模態(tài)：

表1 模態(tài)分析結(jié)果

制動(dòng)盤(pán)罩殼一階、二階陣型振表現(xiàn)為靠近開(kāi)裂安裝點(diǎn)的位置振動(dòng)較大，此時(shí)的應(yīng)力分布集中在開(kāi)裂位置。

可以初步判定制動(dòng)盤(pán)罩殼開(kāi)裂的主要原因?yàn)椋囼?yàn)車(chē)跑壞路時(shí)地面的激勵(lì)引起了制動(dòng)盤(pán)罩殼主要成分為一階、二階振動(dòng)的耦合模態(tài)在開(kāi)裂位置附近的振動(dòng)。由于螺栓壓裝面積較小，應(yīng)力集中分布在開(kāi)裂位置，疲勞積累導(dǎo)致最終開(kāi)裂現(xiàn)象。

圖1 開(kāi)裂罩殼

改善應(yīng)力集中的問(wèn)題，主要可以從改善結(jié)構(gòu)來(lái)考慮。比如，在螺栓安裝位增加“凸臺(tái)”或“凹坑”的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。但結(jié)合實(shí)際工程問(wèn)題，改結(jié)構(gòu)勢(shì)必涉及到模具的變更，從成本、周期上考慮，改結(jié)構(gòu)在模具已成型、項(xiàng)目周期緊張的情況下并不是理想的選擇。可以在螺栓安裝位增加墊片以增加罩殼壓裝面積，提高螺栓對(duì)罩殼的約束，同時(shí)使應(yīng)力分布在更大的面積上。

取直徑20mm、厚度為1.5mm的墊片對(duì)罩殼進(jìn)行重新安裝，與原方案開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)。

2 道路測(cè)試

分別安裝加墊片和不加墊片的制動(dòng)盤(pán)罩殼進(jìn)行壞路測(cè)試，測(cè)試安裝點(diǎn)見(jiàn)圖2，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2、圖3。

圖2 傳感器粘貼位置

表2 時(shí)域測(cè)試數(shù)據(jù)

路試數(shù)據(jù)可以看出制動(dòng)盤(pán)罩殼1點(diǎn)（即故障罩殼開(kāi)裂點(diǎn)）Y向振動(dòng)遠(yuǎn)大于其他位置的振動(dòng)，這與模態(tài)分析結(jié)果一致。加墊片的制動(dòng)盤(pán)罩各位置振動(dòng)明顯小于不加墊片時(shí)，表明增加墊片可以有效的抑制罩殼的振動(dòng)。從功率譜密度來(lái)看，不加墊片時(shí)能量主要分布在94Hz、135Hz和188Hz，這與模態(tài)分析相吻合（各階頻率誤差在5Hz左右）。增加墊片后能量主要分布在115Hz、144Hz和202Hz，各階頻率均提升10Hz左右。同時(shí)，各頻率下的能量都有很大程度的降低。

圖3 罩殼1點(diǎn)Y向加速度功率譜

3 疲勞分析

以實(shí)車(chē)壞路采集數(shù)據(jù)作為輸入，轉(zhuǎn)向節(jié)傳感器粘貼位置作為路譜輸入位置。同時(shí)輸入X、Y、Z三個(gè)方向的自譜以及兩兩之間的互譜。對(duì)比加墊片與不加墊片制動(dòng)盤(pán)罩殼的損傷表現(xiàn)和壽命表現(xiàn)。

圖4 加墊片

可以看出不加墊片時(shí)制動(dòng)盤(pán)罩殼壽命最低的位置出現(xiàn)在螺栓安裝點(diǎn)附近，這與模態(tài)分析結(jié)果一致，與實(shí)際罩殼開(kāi)裂位置也相對(duì)應(yīng)。增加墊片之后，壽命最低點(diǎn)位置發(fā)生轉(zhuǎn)移，不再集中在安裝點(diǎn)附近，同時(shí)壽命有很大程度的提高。可以確定，加裝墊片對(duì)于制動(dòng)盤(pán)罩殼開(kāi)裂問(wèn)題可以起到改善作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

以解決實(shí)際工程問(wèn)題為目的，本文結(jié)合模態(tài)分析、道路測(cè)試、疲勞分析對(duì)問(wèn)題原因進(jìn)行分析。

以較為全面的分析短時(shí)間內(nèi)找出問(wèn)題原因、提出解決方案，并在較短的時(shí)間之內(nèi)對(duì)方案進(jìn)行可行性分析。

[1] 吳帥,張曉艷,王德宸,孫玉,趙勇強(qiáng).疲勞壽命計(jì)算在制動(dòng)盤(pán)罩殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.噪聲與振動(dòng)控制,2017.

[2] 李華雷,王文龍.制動(dòng)盤(pán)罩殼失效分析.汽車(chē)零部件,2017.

[3] 顏京才,張華朝,李國(guó)鵬.CAE在汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)罩殼設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2016.

Analysis of brake shield cracking

Song Linghui, Yang Ningning, Cao Weiwei, Zhao Tanglei

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

Cracking of brake disc cover occurred in a SUV during bad road test. In order to solve practical engineering problems, combined with finite element analysis and road vibration test, the causes of the problems are found. At the same time, the optimal scheme is chosen before the road test of the whole vehicle mounted on the hood, which greatly saves the time of problem solving.

shields;crack

U467

B

1671-7988(2019)07-103-02

宋令輝，本科，就職于華晨汽車(chē)工程研究院、從事汽車(chē)底盤(pán)NVH研究。

U467

B

1671-7988(2019)07-103-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.034