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1、制动支架及销轴失效研究摘要：本文是对某越野车的双向鼓式制动器进行受力分析,通过计算得出制动销轴和制动支架受到的力，同时对材料进行硬度测试和金相组织分析，通过CATIA进行建模和有限元分析，并对其强度进行分析和计算，求解它的应力状态和位移变化。结果表明，该制动器的销轴和支架不能满足在强度上的设计要求，需要进行结构的优化和材料强度的加强，为该制动器的改进设计提供了有力的理论依据。关键词：鼓式制动器;有限元;CATIA中图分类号：U462文章标识码：A文章编号：1005-2550(2012)02-0000-00前言鼓式制动器制动效能高、结构紧凑、价格便宜，仍然广泛应用
2、在汽车上，但也使用在某些高级轿车上［1］。为了提高制动器的可靠性，对其进行有限元分析和结构优化具有重要意义，因为鼓式制动器的运动非常复杂，环境也比较恶劣，尤其在分析其在制动过程中的力是如何流向使车辆减速或停止以及受环境因素的影响。其中文献［2］对一种鼓式制动器和一种盘式制动器进行了有限元分析，研究了摩擦衬片接触压力的分布情况。文献［3］以有限元分析为手段，通过建立虚拟轮辐，计算了某重型汽车制动器的效能因数。1、理论设计与分析已知某越野车的部分参数如下：车辆类型属于M2,整车整备质量7600kg,轴荷（前轴3100kg后轴3260kg）,轮距是1840mm,轴距为
3、3300mm,质心高度为1100mm。附着系数为0.7,运行最大附着系数为0.9o车轮有效半径0.6m,四轮驱动且全部采用鼓式制动器。图1所示为制动器的装配图，其中制动鼓鼓的直径D=340mm,摩擦衬片宽度B=80mm,主领蹄包角91=970,副领蹄包角92=1060,通过以往的试验表明，摩擦衬片包角时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。2、材料的确定制动器主要零件的材料多用铸铁或铸钢，铸铁具有一定的强度和耐磨性，成本都比价低，因此一直是汽车制动器使用的材料。但本文中制动支架和销轴由于材料的参数未给出,需要先对其进行硬度和金相组织的分析来确定，分析结果如
4、表1,表2所示。根据以上试验数据和对硬度、化学成分和金相组织的分析，对比GB/T1348-2009球墨铸铁件、GB/T699-1999优质碳素结构钢基本上确定轴是35号钢，支架是QT500-7o3、力学模型的建立双向自增力式鼓式制动器如图2所示，两蹄片之间通过浮动的顶杆相互连接，制动鼓逆向旋转，两蹄都是领蹄，左边为主领蹄，右边为副领蹄，已知管路压力是13MP,在制动时，主领蹄只受促动力Fa,由于主领蹄自行增势作用，造成比Fa大得多的支点反力FT,而副领蹄则受到两个促动力Fa和FT,同时，制动蹄还受到由于制动鼓作用与摩擦片材料上的正压力及其摩擦力的作用。考虑到汽车
5、前进制动的机会远多于倒车制动，且前进制动时制动器工作负荷也远大于倒车制动，故副领蹄的摩擦片面积做的较大［4］。3.2副领蹄的受力副领蹄的受力如图4所示，它是具有一个自由度摩擦衬片的径向变化规律，以点A为转动轴，副领蹄在受到制动分泵的力的同时，还受到促动力的作用。蹄片上压力分布仍为，图中角处微元法向力为，切向力为。建立坐标系根据力的平衡原理，在X,Y方向受力平衡和对0点取矩可得：4、有限元模型的建立本文在CATIA中建立三维模型，利用CATIA中自带的有限元分析模块对制动销轴和制动支架进行有限元分析，采用GenerativeStructuralAnalysis【通
6、用结构分析】来定义零件网格，为了更加准确的求解制动销轴在制动过程中的应力和变形规律，本文通过四面体网格进行划分，它的优点是可以对任意的形状进行划分。4.1制动支架和销轴的分析模型利用CATIA进行参数化建模，设计出主要的零部件，并用自身带的有限元分析软件进行强度分析。定义材料属性，根据材料的物理性能选择支架的弹性模量为2.12EllPa,泊松比为0.291,密度为7.87,销轴的弹性模量1.62EllPa,泊松比为0.293,密度为7.0o如图5为利用自由化网格进行划分的结果。定义网格尺寸为5mm,最小尺寸为2mm,使用静态分析进行运算。4.2载荷和边界条件施加
7、在有限元模型上的载荷是否合理、约束是否正确直接关系到有限元计算结果的准确性。经过分析和反复的试算,确定制动销轴和制动支架约束条件的施加方法。制动支架的模型通过半轴固定，对其施加全固定，销孔处施加力和力矩（见图5所示），销轴是通过支架固定，副领蹄以销轴为旋转轴进行制动，同样对销轴和支架孔的接触部分进行全约束，副领蹄和销轴接触部分是作用力与反作用力，对其施加相等的力和力矩，最后得到了包含节点、单元、边界条件的制动销轴和制动支架有限元模型。通过更换材料来增加强度，采用40Cr，屈服极限是785MP,根据机械设计手册中零件或构件所用材料的失效应力与设计应力的比值确定它的
8、安全系数是1.5,满足材
