ANSYS Workbench基础上的汽车盘式制动器性能

2014-05-04赖劼修

山东工业技术 2014年13期

关键词：热传导盘式摩擦片

赖劼修，肖钒

（南昌大学科学技术学院，南昌 330029）

ANSYS Workbench基础上的汽车盘式制动器性能

赖劼修，肖钒

（南昌大学科学技术学院，南昌 330029）

在汽车设计和制造中，汽车的制动性能可靠性是衡量汽车安全的重要标志，为了有效分析汽车盘式制动器性能，本文主要利用ANSYS Workbench软件平台来分析影响汽车盘式制动性能。

汽车盘式制动器；制动性能；ANSYS Workbench软件

分析盘式制动器的结构及评价指标，采用有限元方法进行盘式制动器主要零件的静力分析和制动器热力学分析，从而得出影响盘式制动性能的主要因素有零部件的强度、制动振动及制动热传导等。

1 盘式制动器结构组成及性能评价

根据结构的不同，汽车盘式制动器主要分为全盘式、钳盘式等两种，其主要由制动器钳体、制动主缸、制动盘、摩擦片及制动钳支架等多个零部件组成。针对汽车盘式制动性能评价指标，由于汽车的制动性能是确保汽车安全的关键，因此，大多数国家对汽车盘式制动的性能都做出了严格的规定，包括制动距离与制动减速度的效能、制动效能恒定性及进行制动时汽车行驶方向的稳定性等。因此，根据制动器制动性能的评价指标，可以得出影响汽车制动性能的影响因素主要包制动效能、制动距离与制动减速度等。

2 盘式制动器主要零件的结构静力学分析

由于盘式制动器部件的强度和刚度关系到制动系统的可靠性，因此，利用有限元分析软件ANSYS Workbench模块对盘式制动器中的制动盘、钳体、摩擦片等进行结构静力学分析，通过结构静力学分析，则可以确定出结构加载的应力及位移，其静力分析方程为：［K］={μ}={F}，其中［K］代表刚度矩阵，{μ}代表位移矢量，{F}代表静力载荷，在静力分析中，一般不考虑动载荷的影响。一般情况下，结构静力学的分析方法和步骤主要包括创建分析系统；在工程数据Engineering Data中定义材料属性；创建几何模型；零件定义；连接关系定义；建立有限元模型；施加载荷数据和约束；设置求解选项，并求解；数据显示和动画演示处理等步骤。

3 制动器热力学分析

在制动器设计过程中，制动器的热力学分析发挥着重要作用，为了全面分析制动盘、摩擦片工作时的热传导状态，可以利用ANSYS Workbench的热分析模块来对其进行瞬态热的分析。分析热传导定律，其可以被理解为直接接触的两个物体之间存在的温度梯度而引起的内能相互流动，其是一种能量的传递，热传导的基本理论主要是单位时间内热传导方式传递的热量与温度梯度和垂直于热流的截面积成正比关系，在传热系统中，稳态传热各点的温度变化仅仅只与位置的变化有关，在单位时间内，其外部流入系统的热传与系统内部产生的热量之和等于流出系统的热量，其公式为：Q流入+Q产生=Q流出，一般情况下，在工作时间内汽车制动器所引起的传热为瞬态传热。

采用Ansys Workbench热分析的方式，其分析步骤包括：定义材料属性、几何模型简历、接触、分析设置、载荷与边界条件、结果与后处理等。分析某型汽车制动器基本参数及制动器摩擦副的结构参数，如表1、表2所示：

表1 制动器摩擦副材料特新参数

表2 制动器摩擦副结构参数

根据表中数据，若假设制动初始速度v=100km/h，摩擦副参数为10，摩擦系数为0.37，则可以得出汽车的制动时间为4.23s。因此，在进行瞬态热分析中，对制动盘体和摩擦片的热力徐进行有限元模型分析，其起始温度为20摄氏度，结果温度为550摄氏度。通过进行制动盘温度场变化云图分析［1］，可以得出制动热主要产生于摩擦副的表面，其主要原因是摩擦热产生是在瞬间完成的，导致制动器产生的热量来不及传输给盘体内部。分析摩擦片温度场随时间变化云图［1］，可以得出制动过程中制动盘和摩擦片紧密接触的接触压力主要集中于接触区域的中间部分，这就证明了制动盘表面温度场的边缘温度低于位于摩擦半径处的温度。