鼓式制动器应力场数值模拟.pdf

第39卷第4期
电子科技大学学报
Vol39 No4
2010年7月
Journal of University of Electronic Scicnce and Technology of China
Jul.2010
电子机械工程?
鼓式制动器应力场数值模拟
杨兆军,范久臣2,丁树伟,王继新,刘长亮!,施宗成
(1.古林大学机械科学与工程学院长春1300222.北华大学机械工程学院长春132001)
【摘要】针对鼓式制动器在制动过程中制动鼓出现开乳的问題,基于有限元法和瞬态热传导方程,分剥建立了鼓式的动
器接触分析模型和瞬悫热分析模型,泉用非线性接触方法分析了因制动路外张制动在制动蚊上产生的应力大小及其分亦规。
利用瞬态生热对流与热传导分析方法得出了制动鼓上的生热一散热規律及其热应力的大小与分布規律。利用渡模型分析了某重
型车制动鼓开裂原因。鲇采表明,紧惫制动工况时,机械应力和热应力对制动鼓不同部位的开裂有影响,均可引起制动鼓
疲劳开裂,且引起的开裂形态不同.棋型和分析方法对制动鼓的开裂失效研究具有很好的工程应用价値和理论指导意义
关键词率辆工程;制动;疲劳;有根元方法;热应力
中日分类号U463.51+
文献标识鸡Adoi10.3969%jssn.I001-0548.2010.04.032
Stress Field Numerical Simulation of Automotive Drum Brake
YANG Zhao- un FAN Ju-chen, DING Shu-wei WANG Jixin, LIU Chang-liang, and HI Zong-cheng
(1. College of Mechanical Science and Engineering Jilin University Chan chum 130022
2. College of Mechanical Engineering, Beihua University Changchun 132021)
Abstract Aiming at crackle occurs of the drum brake during the braking process, the contact analysis model
and ransient themal analysis model of the drum brake is established respectively based on the finite element
method and the non-s atic equation of heat conduct on. The mani de and the disribution of mechanical stress as a
result of the brake shoes braking on the drum is analyzed by nonlinear-contact method. The
distribution law of heat generation, heat dissipating and the thermal strees is gien by the method of transient
thermal analysis. The cracking reason of the brake drum of a certain heavy vehicle is analyzed. It show that either
the mechanical stress or the themal stress can influence the brake drums cracking under the emergency braking
condition, yet the influences of morphology of cracking in the dram are different. The conclusion is also validated
by the practical cracking morphology of the brake drum, proving that this method has good value in the field of
engineering application and significance of theoretical guiding
Key words automotive engineering; brake; fatigue; finite element method; thermal stress
1问题的提出
前已进行严格的材料和质量检验,检验结果符合国
家标准的规定。但在实际使用中依然出现开裂现象,
鼓式制动器制动时,由于摩擦片同制动鼓内表图1、2所示为鼓式制动器的开裂形态。在图1中,制
面剧烈摩擦会产生大量的摩擦热。这部分热能的动鼓的法兰圆角根部有周圈性的裂纹;在图2中,制
95%左右通过制动鼓散发出去,其余部分则进入制动鼓内表面上有一条沿轴向开裂的主裂纹,贯穿整
动碲片中们。制动鼓吸收大量摩擦热后,产生温升个制动鼓壁,在主裂纹附近有较多平行分布的轴向
和热应力。同时,制动鼓内表面承受摩擦片挤压力龟裂纹。
和摩擦力,制动鼓螺栓连接处承受由地面制动力传
递上来的扭转作用力。这些力在制动鼓上产生复杂
的结构应力。当应力超出了制动鼓材料的疲劳极限、
小于材料的断裂应力时,经过一定次数的制动循环
后,制动鼓就会萌生初始裂纹;当材料所受应力强
度因子幅值超过门槛幅值后,裂纹在应力循环下发
生扩展直至断裂。本文研究的鼓式制动器在出厂
图1法兰圆周根部开裂形态
收稿日期:2009-03-2,回日期:2009-07~t9
作者简介:杨兆军(1956-),男,教授,博士生导师,主要从幕机装各先进设计劁造、数控装备可性理论与技术等方面的研究