汽车鼓式制动器摩擦热—结构耦合分析

摘要

近年来关于鼓式制动器破裂、高温引燃轮胎的事故屡见报端，2010年3月渝宜高速发生一起重载货车制动鼓突然爆裂，碎片击中对向车道车辆副驾驶的案例；同年五月，招远交警在高速巡逻过程中发现一货车右后轮高温冒烟并有金属碎片掉出，及时拦截检查发现右后轮制动鼓已完全破裂；2012年杭州吴斌事件，其驾驶大客车在高速公路正常行驶时被对向车道制动鼓碎片击中身亡。因此对制动器运行安全技术研究，进一步理清失效破坏机理，为其结构优化设计提供理论支持，具有学术意义及技术价值。
　　本论文以某重载商用车辆鼓式制动器为研究对象，对制动器制动过程产生的摩擦热和结构应力应变特性进行分析。首先利用 CATIA三维软件建立制动器的三维模型并对模型进行简化，运用 ANSYS有限元分析软件对车辆在不同载荷不同路面状况下的制动进行接触分析和摩擦热—结构耦合分析。
　　（1）制动器接触研究。压力在制动鼓与摩擦片表面的分布规律并非理论的正弦分布，摩擦片的压力主要分布在上下两端，最大压强为78.7MPa；制动鼓压力主要集中于制动蹄促动力作用点附附近，最大压强为23.7MPa，当施加转矩后制动鼓最大压强与位置发生明显变化，主要集中于制动鼓与底面结合处，最大压强达到168MPa；制动蹄压力则主要集中于转动销轴孔附近的加强筋处，最大压强为116MPa。从摩擦片压力分布得知，在促动力作用下摩擦片发生变形与制动鼓的接触为非完全接触，这将导致制动鼓在工作中局部磨损严重，使用寿命降低。
　　（2）制动器摩擦热-结构耦合分析。对制动器在紧急、连续制动状态下的应力场和温度场进行模拟分析结果表明，制动器在进行紧急制动和连续制动时温度变化均为先升高后降低，且最高温度并非出现在制动结束时刻，当制动鼓的热量流入与散失达到平衡时刻达到最高温度，其中一次紧急制动时制动鼓最高温度达到122?C，连续不同载荷连续制动最高温度达到323.2?C；制动器在高温状态下容易发生热衰退，严重影响制动器的制动性能，同时过高的温度容易使轮胎发生自燃，危害行车安全。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 ANSYS在多场耦合分析方面的应用

1.4 主要研究内容

2 鼓式制动器有限元模型的建立及参数计算

2.1 制动器简介

2.2 有限元模型的建立

2.3 制动效能因数的计算

2.4 领从蹄促动力的计算

2.5 整车等效转动惯量计算

2.6 本章小结

3 鼓式制动器接触分析

3.1 接触问题概述

3.2 接触问题一般分类

3.3 接触单元

3.4 接触刚度的确定

3.5 摩擦接触分析

3.6 计算结果分析

3.7 本章小结

4 摩擦生热的相关理论

4.1 固体摩擦理论

4.2 传热学相关理论

4.3 热量传递方式

4.4 固体导热问题的数学描述

4.5 制动状态下车辆能量分配

4.6 摩擦生热分析

4.7 边界条件的确定

4.8 本章小结

5 鼓式制动器摩擦热—结构耦合分析

5.1 分析流程概述

5.2 模型简化及网格划分

5.3 一次紧急制动工况分析

5.4 不同载荷工况下连续制动制动鼓温度场分析

5.5 不同载荷工况下连续制动制动鼓应力结果分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

个人简介

致谢