制動盤罩殼開裂分析

宋令輝，楊寧寧，曹韋韋，趙唐雷

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制動盤罩殼開裂分析

宋令輝，楊寧寧，曹韋韋，趙唐雷

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

某款SUV在壞路試驗(yàn)過程中出現(xiàn)制動盤罩殼開裂問題。為解決實(shí)際工程問題，結(jié)合有限元和道路振動測試進(jìn)行分析，找到問題原因。同時(shí)，在制動盤罩殼搭載整車路試之前選擇最優(yōu)方案，極大的節(jié)省問題解決時(shí)間。

罩殼；開裂

前言

制動盤罩殼一般為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盤，防止泥水出現(xiàn)在制動盤與摩擦片之間，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個安裝點(diǎn)。開裂是制動盤罩殼主要失效形式之一。汽車在行駛過程中會受到來自地面的隨機(jī)載荷的激勵，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铑l率剛好接近制動盤罩殼的固有頻率時(shí)就會產(chǎn)生共振問題。長期的振動會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷。

通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析可以得到制動盤罩殼的模態(tài)頻率、模態(tài)振型、應(yīng)力分布；通過疲勞分析可以預(yù)測結(jié)構(gòu)的損傷，對比不同結(jié)構(gòu)的使用壽命；通過制動盤罩殼整車振動加速度采集對比可以得到不同結(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

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

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

圖1 開裂罩殼

改善應(yīng)力集中的問題，主要可以從改善結(jié)構(gòu)來考慮。比如，在螺栓安裝位增加“凸臺”或“凹坑”的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。但結(jié)合實(shí)際工程問題，改結(jié)構(gòu)勢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的墊片對罩殼進(jìn)行重新安裝，與原方案開展對比試驗(yàn)。

2 道路測試

分別安裝加墊片和不加墊片的制動盤罩殼進(jìn)行壞路測試，測試安裝點(diǎn)見圖2，測試結(jié)果見表2、圖3。

圖2 傳感器粘貼位置

表2 時(shí)域測試數(shù)據(jù)

路試數(shù)據(jù)可以看出制動盤罩殼1點(diǎn)（即故障罩殼開裂點(diǎn)）Y向振動遠(yuǎn)大于其他位置的振動，這與模態(tài)分析結(jié)果一致。加墊片的制動盤罩各位置振動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。從功率譜密度來看，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三個方向的自譜以及兩兩之間的互譜。對比加墊片與不加墊片制動盤罩殼的損傷表現(xiàn)和壽命表現(xiàn)。

圖4 加墊片

可以看出不加墊片時(shí)制動盤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)際罩殼開裂位置也相對應(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，加裝墊片對于制動盤罩殼開裂問題可以起到改善作用。

4 結(jié)束語

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

以較為全面的分析短時(shí)間內(nèi)找出問題原因、提出解決方案，并在較短的時(shí)間之內(nèi)對方案進(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)算在制動盤罩殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.噪聲與振動控制,2017.

[2] 李華雷,王文龍.制動盤罩殼失效分析.汽車零部件,2017.

[3] 顏京才,張華朝,李國鵬.CAE在汽車制動盤罩殼設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.汽車實(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

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1671-7988(2019)07-103-02

宋令輝，本科，就職于華晨汽車工程研究院、從事汽車底盤NVH研究。

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1671-7988(2019)07-103-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.034