制動(dòng)鼓課程設(shè)計(jì)報(bào)告--制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型的有限元分析

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課程名稱： 汽車系專業(yè)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　課題名稱：制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型的有限元分析</p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　姓 名 <

2、;/p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　起止日期 2012 年12 月 31 日 — 2012 年 1 月 11 日</p><p>　　2013 年 2 月 27 日 — 2013 年 3 月 5

3、日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型的有限元分析1</p><p>　　摘要……………………………..………………………………………………………………………1</p><p>　　Abstract ………..……………………………………………………

4、…………………………………1</p><p>　　第一章 制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型介紹2</p><p>　　1.1 分析任務(wù)說明2</p><p>　　1.2 制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型介紹2</p><p>　　第二章 有限元理論基礎(chǔ)3</p><p>　　2.1 線彈性體靜力學(xué)問題3</p><p

5、>　　2.2 求解收斂問題4</p><p>　　2.3 結(jié)構(gòu)整體剛度分析5</p><p>　　第三章 制動(dòng)鼓的有限元分析6</p><p>　　3.1 二維軸對(duì)稱圖形分析6</p><p>　　3.2 三維軸對(duì)稱圖形分析11</p><p>　　3.3 模態(tài)分析15</p>

6、<p>　　3.4 目標(biāo)參數(shù)的優(yōu)化17</p><p>　　第四章 有限元分析總結(jié)19</p><p>　　第五章 文獻(xiàn)閱讀20</p><p>　　1. 高性能汽車制動(dòng)鼓的研究與生產(chǎn)20</p><p>　　2. 鼓式制動(dòng)器的有限元分析20</p><p>　　3. 基于ANSYS Workbe

7、nch 的鼓式制動(dòng)器的接觸分析20</p><p>　　4. 基于ANSYS鼓式制動(dòng)器有限元模型的建立與分析20</p><p>　　5. 汽車鼓式制動(dòng)器制動(dòng)鼓的模態(tài)分析20</p><p>　　6. 制動(dòng)鼓的熱衰退性能有限元分析21</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：22</b></p>&

8、lt;p>　　制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型的有限元分析</p><p>　　摘要：制動(dòng)鼓是鼓式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件，固定元件是制動(dòng)蹄。制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄在促動(dòng)裝置作用下向外旋轉(zhuǎn)，外表面的摩擦片壓靠到制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面上，對(duì)鼓產(chǎn)生制動(dòng)摩擦力矩。汽車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)系到汽車與乘坐人員的安全性，在汽車制動(dòng)時(shí)應(yīng)有足夠的制動(dòng)力矩，而且不應(yīng)出現(xiàn)制動(dòng)器損壞的問題。為此我們簡(jiǎn)化制動(dòng)鼓模型用workbench12.0有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析。<

9、/p><p>　　關(guān)鍵詞：制動(dòng)鼓 安全性 workbench12.0</p><p>　　Abstract: the brake drum is the rotation of the drum brake components, fixed element is brake shoe. Braking brake shoe in the actuating device to under t

10、he action of the rotation, the appearance of the friction plate pressure against the brake drum of the inner cylinder, the drum produce brake friction torque. Automobile brake system related to the car and take the safet

11、y of personnel, in automobile braking should have enough braking torque, and there should not be a brake damage problem. Theref</p><p>　　Keywords: brake drum safety workbench12.0</p><p>　　第一

12、章 制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型介紹</p><p>　　1.1 分析任務(wù)說明</p><p>　?。?） 采用二維軸對(duì)稱單元，計(jì)算在圖示的兩種載荷單獨(dú)作用下及在組合載荷作用下的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，變形與安全系數(shù)。</p><p>　?。?） 采用三維實(shí)體單元建模，計(jì)算在圖示的兩種載荷單獨(dú)作用下及在組合載荷作用下的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變形與安全系數(shù)。</p><p>

13、;　　（3） 采用三維實(shí)體單元計(jì)算制動(dòng)鼓的前十階自由模態(tài)。</p><p>　?。?） 對(duì)二維制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型進(jìn)行參數(shù)化研究及目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型介紹</p><p>　?。?） 制動(dòng)鼓簡(jiǎn)化模型的形狀和尺寸如圖七、八所示；</p><p>　?。?） 制動(dòng)鼓所用材料為灰口鑄鐵，彈性模量為 1

14、60GPa，泊松比為 0 .27，密度為 6 .81g/cm3 ；</p><p>　?。?） 大小為 6 .9MPa 的均布載荷作用在長(zhǎng)為 130mm 的制動(dòng)鼓內(nèi)壁上；制動(dòng)鼓繞其軸線以 60rad/sec 的角速度旋轉(zhuǎn)；</p><p>　?。?） 制動(dòng)鼓通過螺栓與輪轂和車輪相連。螺栓中心的位置如圖所示。</p><p>　　第二章 有限元理論基礎(chǔ)</p

15、><p>　　2.1 線彈性體靜力學(xué)問題</p><p>　　線彈性靜力分析問題是有限元分析的基礎(chǔ)，主要有以下八個(gè)步驟：</p><p><b>　　1） 結(jié)構(gòu)離散化</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)離散化是有限元分析的第一步。主要是把要分析的結(jié)構(gòu)劃分成有限個(gè)單元體并設(shè)置節(jié)點(diǎn)，把相鄰單元在節(jié)點(diǎn)處連接并組成單元集合體，以代替

16、原來結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　2） 選擇位移函數(shù)</b></p><p>　　為了能用節(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)任一點(diǎn)位移、應(yīng)力和應(yīng)變，首先假定單元內(nèi)任一點(diǎn)位移是坐標(biāo)的某簡(jiǎn)單函數(shù)，稱為位移函數(shù)，即：</p><p><b>　?。?.1.1）</b></p><p>　　式中：為單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移

17、列向量；</p><p><b>　　為形狀函數(shù)矩陣；</b></p><p>　　為單元節(jié)點(diǎn)位移列向量。</p><p>　　3） 分析單元的力學(xué)特性</p><p>　　利用彈性力學(xué)幾何方程，導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)變：</p><p>　?。?.1.2） </p>&

18、lt;p>　　式中：為應(yīng)變列向量；</p><p><b>　　為幾何矩陣；</b></p><p>　　為單元節(jié)點(diǎn)位移列向量；</p><p>　　利用物理方程，導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)力：</p><p><b>　?。?.1.3）</b></p><p>　　利用

19、虛功方程建立單元上節(jié)點(diǎn)載荷和節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系式，即單元?jiǎng)偠确匠蹋瑥亩鴮?dǎo)出單元?jiǎng)偠染仃嚕?lt;/p><p><b>　?。?.1.4） </b></p><p><b>　?。?.1.5）</b></p><p>　　式中：[K]為單元?jiǎng)偠染仃嚕?lt;/p><p>　　{P}為等效節(jié)點(diǎn)載荷列向量。&l

20、t;/p><p>　　4） 計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)載荷</p><p>　　連續(xù)彈性體經(jīng)過離散化以后，假定力是通過節(jié)點(diǎn)從一個(gè)單元傳遞到另一個(gè)單元。對(duì)于實(shí)際連續(xù)體，力是從公共邊界傳遞到另一個(gè)單元。因此，作用在單元上的集中力、體積力以及作用在單元邊界上的表面力，都必須等效地移植到節(jié)點(diǎn)上，形成等效節(jié)點(diǎn)載荷。</p><p><b>　　5） 整體分析</b><

21、;/p><p>　　集合所有單元?jiǎng)偠确匠蹋⒄麄€(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程，從而形成總體剛度矩陣：</p><p><b>　?。?.1.6）</b></p><p>　　其中：為結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣； </p><p>　　為結(jié)構(gòu)總體節(jié)點(diǎn)位移列向量；</p><p>　　為結(jié)構(gòu)總體等效節(jié)點(diǎn)載荷列向量；</p

22、><p><b>　　6） 位移邊界條件</b></p><p>　　應(yīng)用位移邊界條件，消除總體剛度矩陣奇異性，式（2.1.6）可以求解。</p><p>　　7） 求解結(jié)構(gòu)平衡方程</p><p>　　結(jié)構(gòu)平衡方程是以總體剛度矩陣為系數(shù)的線性代數(shù)方程組，求解這個(gè)方程組可得節(jié)點(diǎn)位移。</p><p>

23、<b>　　8） 計(jì)算單元應(yīng)力</b></p><p>　　按式（2.1.3）由節(jié)點(diǎn)位移求出單元的應(yīng)力。</p><p>　　2.2 求解收斂問題 </p><p>　　選擇單元位移函數(shù)時(shí)，應(yīng)保證有限元法解的收斂性，即網(wǎng)格逐漸加密時(shí)，有限元法解的序列應(yīng)收斂到精確解；或單元尺寸固定時(shí)，每個(gè)單元的自由度數(shù)越多，其解越趨近于精確解。有限元法收斂條

24、件如下：</p><p>　　1) 單元內(nèi)位移函數(shù)必須連續(xù)</p><p>　　構(gòu)造的單元位移函數(shù)多項(xiàng)式是單值連續(xù)的，因此選用多項(xiàng)式差值函數(shù)的單元位移函數(shù)在單元內(nèi)連續(xù)。</p><p>　　2） 單元位移函數(shù)必需包括剛性位移項(xiàng)</p><p>　　每個(gè)單位的位移總可以分解為剛性位移和自身變形位移兩部分。一個(gè)單元牽連在另一些單元上，其他單元發(fā)

25、生變形時(shí)必將帶動(dòng)該單元作剛性位移。因此，為模擬一個(gè)單元的真實(shí)位移，假定單元位移函數(shù)必須包含剛體位移項(xiàng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)位移具有相應(yīng)于剛體位移的給定值時(shí)，單元應(yīng)變和節(jié)點(diǎn)力必為零。當(dāng)采用不包括剛性位移項(xiàng)的單元位移函數(shù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)多余應(yīng)變和節(jié)點(diǎn)力，因此節(jié)點(diǎn)平衡方程受到限制。</p><p>　　3） 單元內(nèi)位移函數(shù)必須包括常應(yīng)變項(xiàng)</p><p>　　每個(gè)單元的應(yīng)變狀態(tài)總可以分解為不依賴于單元內(nèi)各點(diǎn)位置的

26、常應(yīng)變和由各點(diǎn)位置決定的變應(yīng)變。單元尺寸足夠小時(shí)，單元中各點(diǎn)應(yīng)變趨于相等，單元變形比較均勻，因而常應(yīng)變就成為應(yīng)變的主要部分。為反映單元應(yīng)變狀態(tài)，單元位移函數(shù)包含常應(yīng)變是必須的要求。</p><p>　　4） 相鄰單元公共邊界上連續(xù)</p><p>　　有限元法一定要求有公共節(jié)點(diǎn)的單元在節(jié)點(diǎn)處連續(xù)，在連續(xù)體彈性力學(xué)中，位移是處處連續(xù)的。從模擬真實(shí)結(jié)構(gòu)出發(fā)，若能構(gòu)造一個(gè)單元位移函數(shù)在相鄰單元之

27、間連續(xù)，不發(fā)生相互脫離開裂或侵入重疊，那是理想的單元位移函數(shù)。如果單元非常小，且在相鄰單元公共節(jié)點(diǎn)處具有相同位移，就能保證它們?cè)谡麄€(gè)公共邊界上有相同位移和相鄰單元接近連續(xù)。在板、殼的相鄰單元之間，還要求斜率不發(fā)生突變，這樣才能保證結(jié)構(gòu)應(yīng)變能是有界的。 </p><p>　　2.3 結(jié)構(gòu)整體剛度分析</p><p>　　結(jié)構(gòu)整體剛度方程是作用在結(jié)構(gòu)上節(jié)點(diǎn)載荷向量與載荷位移向量之間的關(guān)系式

28、。組建時(shí)，將整體坐標(biāo)系下的單元?jiǎng)偠确匠虜U(kuò)展為： </p><p><b>　?。?.3.1）</b></p><p>　　式中：為按節(jié)點(diǎn)順序排列并擴(kuò)展為n*1階的單元e的節(jié)點(diǎn)力向量和節(jié)點(diǎn)位移向量；</p><p>　　為擴(kuò)展后的n*n階e單元?jiǎng)偠染仃嚕?lt;/p><p>　　符號(hào)上的“一”表示在整體坐標(biāo)系下。</p&

29、gt;<p>　　由節(jié)點(diǎn)力平衡條件可知，匯交于某一節(jié)點(diǎn)i的單元節(jié)點(diǎn)力的總和應(yīng)該等于作用在該節(jié)點(diǎn)上的外力即：</p><p><b>　　（2.3.2）</b></p><p>　　對(duì)于整體結(jié)構(gòu)，則有： </p><p><b>　?。?.3.3）</b></p><p><b&g

30、t;　　所以：</b></p><p><b>　?。?.3.4）</b></p><p>　　式中為整體坐標(biāo)系下的總剛度矩陣，引入邊界條件進(jìn)行約束處理，得到以節(jié)點(diǎn)位移為未知數(shù)的基本方程組。解此方程組可求得整個(gè)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移。</p><p>　　第三章 制動(dòng)鼓的有限元分析</p><p>　　3.1 二維

31、軸對(duì)稱圖形分析</p><p>　　3.1.1 有限元模型建立</p><p>　　1 ） 二維軸對(duì)稱單元有限元模型建立，如下圖所示：</p><p>　　首先，在 DM 模塊中建立幾何圖形（如圖 3.1.1），模型建成后，用 surfaces from sketches 形成面體。建立二維模型的時(shí)候要正確運(yùn)用切片功能。首先要凍結(jié)整個(gè)模型（運(yùn)用切片必須使模型處于凍

32、結(jié)狀態(tài) ，后期也不可解凍），然后按照從左往右，從下往上的順序來說，建立的平面依次是 YZ 面，XZ 面，XZ面。建立完成后，要按照局坐標(biāo)系的方向， offset 相應(yīng)距離，以滿足后期加載約束和載荷的要求。 3道切片將模型切成 4 塊平面，最后再將這 4 片組合成一個(gè)整體( 如圖 3.1.1)</p><p><b>　　圖 3.1.1</b></p><p>　　2

33、） 二維平面模型的材料定義：</p><p>　　選擇 gray cast iron 然后進(jìn)行編輯。楊氏模量為 1.6e5Mpa，泊松比為 0.27，密度為 6.81e-6kg/mm3。從工程數(shù)據(jù)框中可以看出，灰鑄鐵沒有屈服極限，只有強(qiáng)度極限，故知它為脆性材料。</p><p>　　3 ） 二維模型網(wǎng)格劃分：</p><p>　　從 project 進(jìn)入 DS 模塊

34、，需注意選擇 2D 為分析類型( 如圖3.1.2所示) 。二維模型簡(jiǎn)單，此處采用自動(dòng)劃分網(wǎng)格方法。（對(duì)于二維平面問題來說，制動(dòng)鼓選擇二維軸對(duì)稱單元）用 plane183 單元（8節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱平面單元）離散后，得到 1130 個(gè)節(jié)點(diǎn)，319 個(gè)單元。如圖 3.1.2所示：</p><p><b>　　圖 3.1.2</b></p><p><b>　　圖 3.1

35、.3</b></p><p>　　3.1.2 有限元模型求解</p><p>　　二維模型的約束和加載，分 2 種單獨(dú)情況和其組合情況：</p><p>　　螺栓位置處加 fixed support，內(nèi)壁徑向加載 pressure，旋轉(zhuǎn)速度用inertial 中的 rotational velocity。</p><p>　　3

36、.1.3 有限元模型求解結(jié)果</p><p><b>　　二維模型的結(jié)果：</b></p><p>　　制動(dòng)鼓強(qiáng)度失效形式為斷裂失效，由強(qiáng)度理論，可以簡(jiǎn)單認(rèn)為是第一強(qiáng)度理論，最大拉應(yīng)力理論。在 Static Structural 下加入 Total Deformation ，Equivalent Stress 和 Safety Factor,再將兩種載荷的組合求解。

37、其結(jié)果如下：</p><p>　　表3.1 二維模型求解結(jié)果</p><p>　　3.1.4 有限元模型求解結(jié)果分析</p><p><b>　　圖 3.1.4</b></p><p><b>　　圖 3.1.5</b></p><p>　　灰口鑄鐵材料有一定的強(qiáng)度，塑

38、性和韌性很低，抗拉強(qiáng)度為200Mpa,抗壓強(qiáng)度為750Mpa.從應(yīng)變圖中我們看出制動(dòng)鼓在組合應(yīng)力下應(yīng)變很小只有0.00074664，所以灰口鑄鐵的線收縮率和體收縮率較小，鑄件不易開裂，很適合做汽車的制動(dòng)元件。制動(dòng)鼓在工作時(shí)，主要受力面為環(huán)形內(nèi)側(cè)面，并且內(nèi)側(cè)所受的應(yīng)力要大于其它部位的應(yīng)力。在實(shí)際制造制動(dòng)鼓時(shí)，我們結(jié)合有限元分析，為了提高制動(dòng)鼓的安全性，我們可以加強(qiáng)制動(dòng)鼓內(nèi)環(huán)壁的材料，提高這一部分的強(qiáng)度，增加制動(dòng)鼓安全可靠性。</p&

39、gt;<p>　　3.1.5 有限元分析收斂性 </p><p>　　圖 3.1.6 Total deformation 收斂性</p><p>　　圖 3.1.7 Equivalent elastic strain收斂性</p><p>　　圖 3.1.8 equivalent stress收斂性</p

40、><p>　　圖 3.1.9 safety factor收斂性</p><p>　　上圖我們分析了位移，應(yīng)變，應(yīng)力和安全系數(shù)的結(jié)果收斂性。從圖中我們可以看出change(%)改變的數(shù)值很小，所以我們可以得出結(jié)果都是收斂的。</p><p>　　3.2 三維軸對(duì)稱圖形分析</p><p>　　3.2.1有限元模型建立</p><

41、;p>　　1） 三維實(shí)體單元有限元模型建立</p><p>　　在 DM 模塊中，三維實(shí)體建模應(yīng)用 imprint face 來完成對(duì)約束和載荷位置的標(biāo)記 ，對(duì)于內(nèi)壁徑向壓力 的標(biāo)記，應(yīng)首先在 sketch 中內(nèi)壁受載一段重復(fù)畫一段線 ，然后運(yùn)用 revolve 旋轉(zhuǎn)該線，用 imprint face標(biāo)記旋轉(zhuǎn)面。如圖3.2.1所示：</p><p><b>　　圖 3.2

42、.1</b></p><p>　　2） 三維模型材料的定義（同二維）：</p><p>　　選擇 gray cast iron 然后進(jìn)行編輯。楊氏模量為 1.6e5Mpa，泊松比為 0.27，密度為 6.81e-6kg/mm3。從工程數(shù)據(jù)框中可以看出 ，灰鑄鐵沒有屈服極限，只有強(qiáng)度極限，故知它為脆性材料。</p><p>　　3） 三維模型網(wǎng)格劃分<

43、;/p><p>　　在 mesh control 的 method 里，選擇 Hex Dominant Method，對(duì)于單元大小，設(shè)置13/1000/2。這樣設(shè)置的一個(gè)好處是，能夠使壁厚同時(shí)容納 2 個(gè) 單元，有利于求解。選擇 Hex Dominant Method，此時(shí)先生成一個(gè)平面網(wǎng)格，經(jīng)過向內(nèi)拖拉形成塊/錐，再在內(nèi)部添加錐形四面體單元。這種外面上六面體單元，里面是四面體單元的計(jì)算結(jié)果很好。查看離散單元結(jié)果，

44、得到 solid186 號(hào) 20 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)單元和退化后的 solid187 號(hào) 10 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)單元?？偨Y(jié)點(diǎn)數(shù)為 150972，總單元數(shù)為 34548。</p><p>　　3.2.2有限元模型求解</p><p>　　三維模型求解過程和二維相似此處省略。</p><p>　　3.2.3有限元模型求解結(jié)果</p><p>　　表 3.2 三維

45、模型結(jié)果（無孔）</p><p>　　表 3.3 三維模型結(jié)果（有孔）</p><p>　　3.2.4 有限元模型求解結(jié)果比較</p><p>　　有上述二維與三維數(shù)據(jù)對(duì)比可知： 二維平面模型模擬的結(jié)果和三維實(shí)體模型模擬的結(jié)果大致一樣 ，在一般情況下，用二維平面問題代替三維問題是基本可行的 。但精確的工程分析結(jié)果，則采用三維實(shí)體單元模擬則更為可靠。我們隨后做的三維

46、模型有空分析與三維模型無孔分析結(jié)果比較，數(shù)據(jù)改變較小，沒有超出材料的使用極限。</p><p>　　3.2.5 有限元分析收斂性</p><p><b>　　收斂性分析圖形：</b></p><p><b>　　圖 3.2.2</b></p><p><b>　　圖 3.2.3</b

47、></p><p><b>　　圖 3.2.4</b></p><p><b>　　圖 3.2.5</b></p><p>　　三維分析結(jié)果與二維的數(shù)據(jù)圖形具有相似性，所以其結(jié)果收斂。</p><p><b>　　3.3 模態(tài)分析</b></p><

48、p>　　模態(tài)是結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過程稱為模態(tài)分析 模態(tài)分析 是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。</p><p>　　1） 無孔無約束制動(dòng)鼓自由模態(tài)</p><p>　　表3.4無孔無約束制動(dòng)鼓自由模態(tài)</p><p&g

49、t;　　其中 8 階和 10 階模態(tài)如圖所示（其他圖略 ）：</p><p>　　圖 3.3.1 8階模態(tài)</p><p>　　圖 3.3.2 10階模態(tài)</p><p>　　其中，第一（二）階，制動(dòng)鼓在邊緣對(duì)稱處沿其徑向分別有兩處變形最大，振型呈明顯的橢圓狀；第三階，制動(dòng)鼓邊緣處徑向變形基本相等 ；第四（五）階，制動(dòng)鼓在邊緣對(duì)稱處沿徑向有四處變形最大，振型呈不

50、規(guī)則的圓形；第六階，制動(dòng)鼓邊緣處徑向變形基本相等且接近第三階 ；第七（八） 階，制動(dòng)鼓邊緣處的振動(dòng)位移差比較大，容易引起振動(dòng)噪聲并使得摩擦襯片的磨損程度出現(xiàn)較大差異 。</p><p>　　2） 無孔有約束制動(dòng)鼓自由模態(tài)</p><p>　　表3.5無孔有約束制動(dòng)鼓自由模態(tài)</p><p><b>　　圖 3.3.3</b></p>

51、<p>　　3） 有孔有約束制動(dòng)鼓自由模態(tài)</p><p>　　表 3.6 有孔有約束制動(dòng)鼓自由模態(tài)</p><p>　?。ù颂幝匀ビ锌啄B(tài)圖 ）</p><p>　　在前面無孔無約束模態(tài)分析中，我們得到了前20階模態(tài)結(jié)果，前三階模態(tài)頻率為零，因?yàn)樵诖藸顟B(tài)下的制動(dòng)鼓屬于剛體模態(tài)。后面兩種為制動(dòng)鼓在外在條件的約束下所呈現(xiàn)出來的模態(tài)結(jié)果。</p>

52、;<p>　　3.4 目標(biāo)參數(shù)的優(yōu)化</p><p>　　輸入?yún)?shù)：DM 中 P1=6，它是制動(dòng)鼓螺栓孔內(nèi)徑，P2=10，它是制動(dòng)鼓螺栓沉頭孔內(nèi)徑。</p><p>　　回應(yīng)參數(shù)：P3 - Geometry Mass (kg) </p><p>　　P4 - Total Deformation Maximum (mm)</p>&l

53、t;p>　　P5 - Equivalent Stress Maximum (MPa)</p><p>　　P6 - Safety Factor Minimum不作修改</p><p>　　Response Parameter Goals 中設(shè)置Total Deformation；</p><p>　　Equivalent Stress為Maximum；<

54、;/p><p>　　Safety Factor和Geometry Mass為Minimum，其他為默認(rèn)。</p><p>　　我們得到初始優(yōu)化9個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)；</p><p><b>　　表 3.7 設(shè)計(jì)點(diǎn)</b></p><p>　　選取最優(yōu)方案 A 為設(shè)計(jì)點(diǎn)，并計(jì)算一個(gè)參考設(shè)計(jì)點(diǎn)，作出對(duì)比。將優(yōu)化后的方案應(yīng)用到原二維靜力分析

55、中，得出下表</p><p>　　表 3.8 參考設(shè)計(jì)點(diǎn)</p><p>　　我們得到最后優(yōu)化結(jié)果為15mm和10mm的內(nèi)徑。</p><p>　　第四章 有限元分析總結(jié)</p><p>　　（1）有限元模型的建立包括幾何模型的建立和幾何模型的網(wǎng)格單元?jiǎng)澐謨刹糠?。本文建立的模型是從實(shí)際實(shí)型簡(jiǎn)化而來，簡(jiǎn)單明了的描述了實(shí)際使用中制動(dòng)鼓所處于的狀

56、態(tài)，這有助于直觀明了的使用分析軟件對(duì)制動(dòng)鼓進(jìn)行受力分析。根據(jù)制動(dòng)鼓載荷的特點(diǎn)和邊界條件簡(jiǎn)化的模型能夠比較精確地得到結(jié)果。</p><p>　?。?）根據(jù)載荷的特點(diǎn)和邊界條件，將實(shí)際作用于制動(dòng)鼓內(nèi)表面的摩擦力矩簡(jiǎn)化為垂直制動(dòng)鼓內(nèi)表面的壓力。并忽略了由摩擦而產(chǎn)生的熱膨脹問題和沿內(nèi)壁切向的摩擦力，也沒考慮到制動(dòng)鼓的熱衰退性。</p><p>　?。?）本文分別求解了制動(dòng)鼓在二維 ，三維（無孔）和

57、三維(有空)建模三種情況下的靜力分析，并較好的反映出了制動(dòng)鼓在靜力下的應(yīng)力和應(yīng)變特征 ，且提供了安全系數(shù)，直接反映了制動(dòng)鼓的強(qiáng)度問題。</p><p>　　（4）在模態(tài)分析中，重點(diǎn)求解出了無約束無孔下制動(dòng)鼓的自由模態(tài) ，得出了前20階以內(nèi)的頻率，并且驗(yàn)證3階以內(nèi)為剛體模態(tài)，頻率接近0 的特征，同時(shí)求出了制動(dòng)鼓在有約束和有孔有約 束情況下的模態(tài)頻率。</p><p>　?。?）優(yōu)化設(shè)計(jì)中，

58、通過對(duì)輸入?yún)?shù)和回應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，得出了一個(gè)參考方案，即對(duì)制動(dòng)鼓螺栓孔尺寸的重新設(shè)計(jì)，達(dá)到了節(jié)省材料的目的。</p><p><b>　　第五章 文獻(xiàn)閱讀</b></p><p>　　1. 高性能汽車制動(dòng)鼓的研究與生產(chǎn)</p><p>　　灰鑄鐵具有一定的強(qiáng)度、良好的耐磨性和高的抗熱疲勞性 , 材料和制造成本都較低, 長(zhǎng)期以來是汽車制動(dòng)鼓( 盤)

59、 使用的材料。隨著汽車向高速重載方向發(fā)展 , 普通灰鐵材質(zhì)制動(dòng)鼓的耐磨性能逐漸不能滿足要求。研究表明 : 汽車提速后在制動(dòng)過程中制動(dòng)鼓的溫度 急劇上升, 使制動(dòng)鼓磨損加劇,摩擦系數(shù)下降, 影響汽車的制動(dòng)性能和安全。增加制動(dòng)鼓的硬度可提高其耐磨性 , 但硬度會(huì)降低制動(dòng)鼓的摩擦系數(shù), 為了兼顧二者,對(duì)制動(dòng)鼓的材料成分、組織及性能應(yīng)進(jìn)行正確設(shè)計(jì)和選定。據(jù)有關(guān)資料介紹 : 當(dāng)制動(dòng)鼓的硬度滿足190～210 HB,金相組織為95%以上的珠光體時(shí),

60、 其摩擦磨損綜合性能較理想。</p><p>　　文獻(xiàn)：蘇勇， 葉天漢，李先芬，陳翌慶，黃光偉，丁厚福 . 高性能汽車制動(dòng)鼓的研究與生產(chǎn). 《汽車工藝與材料》 2003年12期 </p><p>　　2. 鼓式制動(dòng)器的有限元分析</p><p>　　制動(dòng)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件.現(xiàn)以某重型汽車的鼓式制動(dòng)器為研究對(duì)象,對(duì)摩擦襯片采用多片分布式布置的

61、制動(dòng)器,用有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算和分析。施加在有限元模型上的載荷是否合理約束,是否正確直接關(guān)系到有限元計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性.該模型僅受外載為輪缸促動(dòng)力的作用 ,可以通過液壓管路參數(shù)求得邊界條件相對(duì)復(fù)雜:對(duì)制動(dòng)蹄,約束銷孔的徑 向位移及銷孔內(nèi)端面的軸向位移 ;對(duì)制動(dòng)鼓,約束制動(dòng)鼓內(nèi)端面的軸向位移及輔助輪輻上中心節(jié)點(diǎn)的位移。</p><p>　　文獻(xiàn)：馬迅， 陳明東，趙旭. 鼓式制動(dòng)器的有限元分析，湖北汽車工業(yè)

62、學(xué)院汽車系，遼寧省機(jī)械研究院有限公司;</p><p>　　3. 鼓式制動(dòng)器的接觸與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析</p><p>　　運(yùn)用通用有限元分析軟件ANSYS Workbench建立了某鼓式制動(dòng)器的三維幾何及有限元模型。利用制動(dòng)器應(yīng)力測(cè)定試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果,采用三種不同的領(lǐng)從蹄上促動(dòng)力的分配方式,并考慮凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)和摩擦系數(shù)等不同方案,分析了制動(dòng)力矩在制動(dòng)過程中的變化規(guī)律,得到與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)

63、果。將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析,研究合理的制動(dòng)器應(yīng)力場(chǎng)的有限元分析方法。在此基礎(chǔ)上得出制動(dòng)蹄與鼓之間的接觸壓強(qiáng)的分布特性及制動(dòng)器各部件上的等效應(yīng)力。</p><p>　　文獻(xiàn)：馬迅,尹長(zhǎng)城.鼓式制動(dòng)器的接觸與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院報(bào),2010(3):1-4.</p><p>　　4. 基于ANSYS鼓式制動(dòng)器有限元模型的建立與分析</p><p>

64、;　　鼓式制動(dòng)器是中重型汽車普遍采用的制動(dòng)系統(tǒng) , 是制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。為了提高汽車制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性,對(duì)其整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析和有限元分析具有十分重要的價(jià)值。在汽車制動(dòng)過程中 ,鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)蹄片在輪缸的力的作用下壓向轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)鼓 , 而由于制動(dòng)蹄片與制動(dòng)鼓的摩擦 ,使得制動(dòng)蹄片產(chǎn)生自增效應(yīng)。傳統(tǒng)的研究方法在基于鼓式制動(dòng)器的受力分析或分別對(duì)受力部件進(jìn)行有限元分析。但是由于制動(dòng)器在制動(dòng)過程中的形變是非線性的 ,只用經(jīng)典力學(xué)公

65、式很難精確計(jì)算出其變化關(guān)系。二維平面模型不能真實(shí)反映制動(dòng)器的實(shí)際工況 ,本文擬采用三維實(shí)體建模和有限元方法對(duì)鼓式制動(dòng)器工作狀態(tài)進(jìn)行模擬分析, 采用柔體接觸模型克服了制動(dòng)蹄和制動(dòng)鼓的剛性接觸的難題。</p><p>　　文獻(xiàn)：羅明軍,謝亞清.基于ANSYS鼓式制動(dòng)器有限元模型的建立與分析.南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版), 2010年02期 </p><p>　　5. 汽車鼓式制動(dòng)器制動(dòng)鼓的模態(tài)分析&

66、lt;/p><p>　　汽車制動(dòng)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)的主要工作裝置 ，其強(qiáng)度、剛度及動(dòng)態(tài)特性直接影響制動(dòng)系統(tǒng)的工作特由于可以解決結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件都非常任意的力學(xué)問題而被廣泛采用 ，在各種汽車結(jié)構(gòu)件中都可以采 用有限元法進(jìn)行靜態(tài)分析 、固有特性分析和動(dòng)態(tài)分析 ，并將分析結(jié)果反饋到設(shè)計(jì)過程中 ，修改其中的不 合理參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化，使得產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就能夠滿足使用要求 ，從而縮短設(shè)計(jì)試驗(yàn)周期，節(jié)省 大量的試驗(yàn)和生產(chǎn)費(fèi)用，

67、是提高汽車設(shè)計(jì)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適用性的有效方法之一。為了保證汽車制動(dòng)器設(shè)計(jì)的精確性和縮短設(shè)計(jì)周期 ， 基于有限元分析，研究其動(dòng)態(tài)力學(xué)特性和振動(dòng)噪聲 ，對(duì)提高汽車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)質(zhì)量與精度具有極其重要 的意義。制動(dòng)鼓的邊界條件相對(duì)復(fù)雜 ，制動(dòng)鼓作為鼓式制動(dòng)器中的轉(zhuǎn)動(dòng)部分和其它零件之間存在連接 ，因此 在與其它零件相接的螺栓孔圓柱面上均存在軸向和法向的位移約束 。</p><p>　　文獻(xiàn)：李涵武,董洪偉,杜宏磊,趙雨旸

68、.汽車鼓式制動(dòng)器制動(dòng)鼓的模態(tài)分析.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備. 2011年06期</p><p>　　6. 制動(dòng)鼓的熱衰退性能有限元分析</p><p>　　制動(dòng)器長(zhǎng)時(shí)間在高負(fù)荷狀態(tài)下工作或者在連續(xù)制動(dòng)的情況下，隨著制動(dòng)次數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力不足以致剎車距離變長(zhǎng)的現(xiàn)象就是熱衰退。鼓式制動(dòng)器由于散熱性能差，在制動(dòng)過程中會(huì)聚集大量的熱。常用的制動(dòng)襯片在溫度上升到一定程度后會(huì)使得制動(dòng)器溫度急劇上升，出現(xiàn)

69、熱衰退現(xiàn)象，制動(dòng)蹄受熱過度磨損，導(dǎo)致表面不平整使實(shí)際的接觸面積減少，引起制動(dòng)效率下降。利用有限元分析可以模擬制動(dòng)鼓在各種制動(dòng)條件下的瞬態(tài)溫度場(chǎng)，為設(shè)計(jì)階段了解制動(dòng)器的熱衰退性能提供指導(dǎo)。</p><p>　　文獻(xiàn)：ANSYS12.0軟件培訓(xùn)—熱分析，上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院安全斷裂分析研究室 ANSYS軟件華東區(qū)培訓(xùn)；</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></

70、p><p>　　1.陳家瑞. 汽車構(gòu)造. 北京: 人民交通出版社,2007；</p><p>　　2.馬迅，尹長(zhǎng)城，陳艷紅. 基于ANSYS Workbench 鼓式制動(dòng)器的接觸分析.湖北汽車工業(yè) 學(xué)院學(xué)報(bào)，2010；</p><p>　　3.張宏偉，客車車身結(jié)構(gòu)有限元分析 碩士學(xué)位論文；</p><p>　　4.羅永革，馮櫻. 汽車設(shè)計(jì).