电动自行车鼓式制动器的有限元仿真.pdf

2122012,48(3)
Computer Engineering and Applications计算机工程与应用
电动自行车鼓式制动器的有限元仿真
华斌,李慧,刘晓玲
HUA Bin, LI Hui, LIU Xiaoling
天津财经大学理工学院信息科学与技术系,天津300222
Department of Information Science and Technology, Tianjin University of Finance and Economics, Tianjin 300222, China
HUA Bin, LI Hui, LIU Xiaolin, Finite element simulation for drum brake of electric bicycle, Computer Engineering and Appll-
catons,,2012,48(3):212-215
Abstract: Based on the explicit d amic analysis software ANS YS/LS-DYNA, a transient dynamic simulation analysis for the certain
drum brake of electric bicycle is carried. The original model is improved by adding certain uneven force to the friction facing which con
nects the leading he and ailin she. The esult shows the stress distibution on the brake drums and friction facing duning braking
process. Taking the friction facing as an study object, the improvement on brake structures can be camied out from three aspects includ
ing material quality, thickness and s ar ing an le, and reference data can be provided to the software development of electric bicycle
drum brake system
Key words: finite element simulation; electric bicycle; drum brake;contact theory
要:利用 ANSYS/S-DYNA分析软件对某电动自行车鼓式制动器进行瞬态动力学仿真,以非等載荷数组施加于与领蹄、从砩
相渀的摩擦村片,模拟制动过程中制动鼓和摩擦衬片的应力分布,并以摩擦衬片为研究对象,从材质、厚度、起始角三方面对制动
器进行结构改进,为电动自行车鼓式创动器设计软件的开发提供数据李考
关键词:有服元仿真;电动自行车;鼓式制动器;接触理论
Dol:10.3778%s,1002-8331.2012.03,063文章编号:1002-8331(2012)03-0212-04文款标识码:A中图分类号:1TP391.9
引言
力学仿真分析的办法,采用非等载荷数组加载领从蹄衬片的
电动自行车作为新的代步工具在全国范围内广泛推广,办法,使仿真过程更接近实际情况,仿真所得制动鼓和摩擦衬
与此同时,由电动自行车引发的交通问题与日俱增,对于电动片的应力分布与实际情况一致验了模型的正确。之后在模
自行车的整车优化,安全性能的研究逐渐成为人们关注的焦型基础上,以摩擦树片为研究对象,从衬片材质、厚度、起始角
点。目前,国内外对电动自行车的研究主要集中在整车结构三个方面对制动器进行结构改进,提高制动器的安全性能,为
的优化设计,电池及能量回收技术叫,控制技术?,安全测电动自行车鼓式制动器设计软件的开发提供数据参考。
试平台的搭建?等领域,对电动自行车制动器的材料分析,摩
撩受力等安全性能的专项研究鲜有系统的文献报道。
接仿真理论
电动自行车上较常采用的是鼓式制动器。鼓式制动器是
显式动力学接触仿真理论吗,最早被用于LS-DYNA2D中,
早期设计的制动系统,具有制动效能高、结构紧湊、价格便宜其原理是在毎一个时间步检查各从节点是否穿透主面。如没
的特点叫,1920年广泛应用与汽车工业。它采用带摩擦衬片有穿透不做任何处理,如穿透则在该从节点与被穿透主界面
的制动蹄作为固定元件,制动鼓由轮毂带动旋转,制动时制动『间引入一个较大的界面接触力,其大小与穿透深度、主面刚度
鼓内的制动蹄在一端承受促动力时,可绕其另一端的支点向成正比。这在物理上相当于在两者之间放置一法向弹簧,以
外旋转,外表面的摩擦衬片压靠到制动鼓的内圆柱面上,对制限制从节点对主面的穿透。接触力称为罚函数值,对称罚函
动鼓产生制动摩擦力矩,利用摩擦力实现制动过程?。学者们数法则是同时对每个主节点也做上述类似处理。
对于汽车货车等重型机动车的鼓式制动器研究比较广泛,其
中毛智东、王学林通过建立鼓式制动器的理论模型,并运用工3有限元模型建立
程分析软件 ANSYS)对摩擦衬片和制动鼓之间的摩擦接触进3.1模型分析
行分析,得出接触压力的分布特性及制动器的应力分布场,指
鼓式制动器分为内张型鼓式制动器(又称蹄式制动器)和
出摩擦面的压力分布并不完全符合余弦分布?,但文獻采用隐外束型鼓式制动器(又称带式制动器),现在电动车中较为常
式分析的方法,不能较好地模拟制动过程中的运动特性;2010见的为内张型鼓式制动器。结构图如图1。
年柴少彪,王铁叫等人运用 ANSYS/LS-DYNA进行了制动过
本文选取制动鼓与摩擦衬片作为研究对象,考虑其在制
程的显示分析,能较好地反应制动过程的运动学特点,但文中动过程中的应力变化,对制动器进行模型简化,忽略掉凸轮、
未考虑实际情况下领从蹄受促进力不相等的情况,不能更好支架、制动蹄等部分,仅构造制动鼓和摩擦衬片有限元模型。
地与现实情况进行贴合。
该制动器制动鼓与摩擦衬片几何参数(见表1)、所选用电动自
本文以电动自行车鼓式制动器为研究对象,采取瞬态动行车规格(见表2)及制动鼓与树片材料参数(见表3)。
作者筒介:华斌(1963~),男,博士学位,教投,主要研究领域为决策支持系统、管理信息系统、创新管理、计算机仿真;李慧(1985-),女,士生;
刘晓玲(1988-),女,硕土生。E-mail:hapy2007Lihui(@yahoo.com,cn
收稿日期:201-08-31;修国日期:2011-10-26
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