盤式制動器剎車噪音模擬分析

2017-01-05  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

分析步驟:

1、建立盤式制動器的有限元分析模型

首先通過UG建立盤式制動器的三維模型(如圖1)。然后在Hypermesh中導入UG模型,利用Hypermesh優秀的網格處理功能對模型劃分網格。摩擦塊和制動盤模型分別使用C3D6和C3D8I來生成網格單元。單元采用的六面體單元,六面體單元更容易實現壁面處的正交性原則,因而計算精度較高,模型總的單元數為27481,節點數為164960。(如圖2)。

圖1 盤式制動器CAD模型

圖2 盤式制動器網格模型

2、 ABAQUS分析制動噪聲

(1)載荷

此制動器為滑動鉗式制動器,所以制動鉗沿制動盤的法向方向平行移動。制動時,在制動液壓力的作用下活塞推動制動襯塊壓靠到制動盤的表面;同時,油缸底部的壓力也使得殼體沿著導向銷與活塞做反方向的運動,直到兩側制動塊受力相等,由于施加在制動盤上的力是方向相反,大小相等的,所以制動盤不會發生形變[4]。液壓制動的工作壓力在10~12Mpa。假定制動襯塊的摩擦表面全部與制動盤接觸,且各處的單位壓力分布均勻。如圖3所示,F1,F2,F3,F4分別為作用在制動襯塊上的力,且大小相等,其大小可由活塞的工作壓力與活塞的面積求得,活塞的直徑為57毫米,內徑為46毫米,制動時的工作壓力為P,推力計算公式為:

F1= P×π×572/4

可以求出制動時大小為2500N。

圖3 受力分析

(2)約束

制動盤與輪轂為螺栓聯結,所以在制動盤螺孔內外分別約束其X、Y、Z三個方向上的自由度,制動器作用時摩擦片是由活塞推動前后移動的,所以約束摩擦片支撐板兩端X、Y方向上的自由度。

(3)接觸

制動盤和摩擦片為面接觸,定義制動盤與摩擦片接觸的面為主動表面,摩擦片上與制動盤接觸的面為從屬表面。根據制動盤的工作以及摩擦片的特性設定摩擦系數為0.3。

4)運動

在此次分析中定義制動盤制動過程中轉速由5.0rad/s降到1.0rad/s。

4 分析計算及數據處理

在ABAQUS有限元軟件中進行計算,得到制動器的在各個方向上的位移變化以及應力(Misses)分布隨時間的變化。提取模型的前10階模態,圖5、圖6和圖7分別為模型的第6和第8階振型圖,圖中可以出在模態為6,7,8階的時候整個模型出現了不穩定的狀態。

圖5 第6階模態振型

圖6 第7階模態振型

圖7 第8階模態振型

在ABAQUS輸出的data文件中,得到不同模態下的頻率和阻尼比的數據,如表1和表2所示。

表1 摩擦系數為0.3時不同模態的數據

表2 摩擦系數為0.5時不同模態的數據

根據不同模態下的頻率和阻尼比的數據[5],可以繪制出摩擦系數為0.3和0.5的時頻率和阻尼比的曲線圖,如圖8和圖9所示。

圖8 摩擦系數0.3時阻尼比和頻率的關系曲線

圖9 摩擦系數0.5時阻尼比和頻率的關系曲線

結論

圖8和圖9中顯示阻尼比和頻率的曲線關系,其中阻尼比為負值代表的是不穩定的模態,在摩擦系數分別為0.3和0.5的時,系統出現不穩定狀態都發生在2000kHz,阻尼比分別是-0.01382和-0.02348。經過分析可以得到摩擦系數的大小在此制動系統中,不對制動工作時產生的噪聲起決定性的作用。在減小噪聲的方面提出以下改進建議:

(1)在選擇摩擦材料是應選擇低噪聲的摩阻復合材料來防止發生共振的產生。

(2)在選擇摩擦材料是同時要選擇材料均勻,防止材料磨損不均勻,造成局部過硬,制動時硬點和制動盤摩擦發出響聲。

(3)在制造制動盤時應保證其工作表面的跳度,一般要求的跳度是0.06mm。

(4)在選擇制動活塞防塵套的材料時,應選擇硬度合適的材料保證在制動過后活塞的回位,制動塊與制動盤之間要保持0.1mm到0.15mm的間隙。

同樣在平時使用過程中也應該關注制動噪聲的發生,檢查摩擦片的磨損情況,重修制動盤表面,更換卡鉗金屬構件等方法在發生制動噪聲后及時的進行處理。

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