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重型卡车桥前桥制动盘制动过程的有限元动态分

1.浮动错式盘式制动器结构及工作原理

           浮动嵌式盘式制动器的优点是,结构相对简单,成本较为便宜并且容易布置,这样能够缩短制动器与轮穀的距离,相同组的制动块还可W同时在行车制动与驻车制动中发挥作用。因此,浮动错式盘式制动器广泛应用于重型卡车汽车中。本文研究重型卡车盘式制动器包括前后摩擦片、制动盘、制动气室及制动错等部分。

           制动气室与同侧的制动块总成是可活动的;而另一边的制动块总成则是固定的。当进行制动的时候由于气压的作化活塞将推着未固定的制动块总成挤压到制动盘上,相应地反作用为会推着制动错体及安装在上面的制动块总成一起挤压向盘体的另一边,直至盘体两侧的制动块总成受到的压力均匀。

           重型卡车由于载重量大,各车桥的轴荷就大,为保证车辆的安全性及为减少对路面的损伤,中国的法规要求货车的轴荷不能超标,因此重型卡车多采用双前桥结构。参考《汽车行车制动器疲劳强度台架试验方法》。在制动的时候,制动力是车轮的法向支反力与附着系数的乘积。

           由于双前桥汽车是超静定结构,其法向支反力仅由静力平衡方程是确定不下来的,需要综合考虑双前桥汽车的结构、受力与变形情况。轴汽车为例,满载弯曲工况下的受力简图

2.双前桥重型卡车桥前桥制动盘制动过程的仿真模型

           台架试验台中,试验制动器与实际的汽车制动器具有相同的工作状态和负荷,并利用惯性轮模拟汽车在制动的过程中的动能,分别包括由平移质量动能和旋转质量贬藏的动能所组成。在进行盘式制动器有限元动态仿真时,采用了该模型省略了台架试验的惯性轮,只包括制动盘和摩擦片,而将惯性轮的惯性动能W等效的方式全部施加到制动盘上了。

           制动盘的等效动能等于汽车平移质量动能和旋转质量的所胆藏的动能这两部分在相应车轮上分配的动能。制动盘的等效惯量应尽可能接近理论惯量,其偏差应在理论惯量的±5%范围内。理论惯量是指在车辆制动时产生的总惯量在相应车轮上分配的惯量。忽略制动过程中车轮的变形,并假设车轮只滚不滑。

3.重型卡车制动器有限元模型建立

           模型简化

           有限元分析的主要目的在于定量的了解制动时制动盘和摩擦块的动态运动关系及接触应力分布,为此有限元模型中简化了制动油缸和制动巧体等非直接巧用部件,仅保留摩擦片及制动盘,并忽略微孔、倒角和圆角等局部特征。

网格划分及单元尺寸控制

           考虑到制动盘为空也盘,两片间有连接,显然更适合采用实体网格划分。LS-DYNA程序中常用的实体单元包括四面体单元、五面体单元和六面体单元等,摩擦片与制动盘的接触问题是典型的非线性问题,为保证计算精度采取尽量划分节点六面体单元、适当采用四面体单元的网格划分方法。其中,制动盘划分为9814个单元,U664个节点;摩擦片每片划分为3062个单元,3941个节点。

4.装配及接触关系的建立

           分别将制动盘及两片摩擦片的网格模型导入VPG软件,按照对应几何关系完成装配,建立的重型卡车盘式制动器有限元模型。该网格模型较为简单。显然有限元模型中包含2个接触对:两片摩擦片与制动盘的有摩擦接触,摩擦块的摩擦系数为化35。

           在制动过程中,摩擦块和制动盘的接触是不完全的,而且接触压力更是分布不均。所受载荷值的不同,相互接触的区域与接触的压力也将有很大的区别,而且这之间的关系是非线性的。接触表面的变化是不定边界问题,且两个物体存在相互接触和脱离接触两种不同的接触状态;随着法向接触压力的变化,两个物体间有静摩擦、临界摩擦和动摩擦H种情况,相应的两个物体存在粘着状态、临界状态和相对滑动H种状态PS1,因此,接触非线性问题又是一种状态非线性问题。

           根据浮动错式盘式制动器的工作原理,在制动器正常工作状态时,两侧摩擦片的外表面是受有等值反向的均布载荷,因此在有限元动态仿真过程中,也在两侧摩擦片的外表面是施加等值反向的均布载荷。

5.材料参数

           由于惯性矩是只与结构几何形状有关的几何量,因此在保持制动盘几何形.状及材料的弹性模量、泊松比、极限应力与真实结构一致的前提下,制动盘的惯性矩是与真实结构一致的,可通过调整材料的密度,改变制动盘的转动惯量,使制动盘具有等效转动惯量,而制动盘的等效密度为。

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