一种用于盘式制动器支架的强度校核方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于盘式制动器支架的强度校核方法，其步骤：一是建立支架、连接螺栓求解计算域；二是确定其弹性模量和泊松比；三是按螺栓精度等级对螺栓施加面内约束及对支架与骨架接触面上施加法线约束；四是在与制动衬片的金属部分接触的支架承载区域施加均布压力；五是建立支架强度计算方程，并对方程进行计算；六是根据支架材料对支架进行强度计算。本发明的方法由于把螺栓与支架简化为一体，避免了支架与螺栓接触所导致的不收敛、无法计算的现象，同时也考虑了螺栓悬臂效应所产生的弯矩；减小了支架维修与更换的风险；消除了支架强度校核的主观性与随意性，通过正确验证支架强度，缩短支架开发周期，减少支架开发费用。
【专利说明】—种用于盘式制动器支架的强度校核方法
【技术领域】
[0001]本发明属于盘式制动器设计【技术领域】，涉及一种盘式制动器，尤其涉及一种盘式制动器支架的强度校核方法。
【背景技术】
[0002]盘式制动器由于具有制动转矩大、热稳定性及制动性能和水稳定性好、外形尺寸小、磨损小、较容易实现间隙自动调整、维修作业方便等优点，广泛应用于汽车、船舶等行业中。
[0003]公知的盘式制动器主要由制动钳和支架两部分组成，制动钳通过导销连接到支架上，支架则通过螺栓连接到制动对象骨架上。制动时，制动钳可以沿着导销做轴向运动，支架的主要作用为:1)通过底部导向面与制动衬块底面接触，在制动前期，让制动衬块沿着该导向面滑移，直至摩擦片与制动盘表面接触；2)通过内侧支撑面平衡制动载荷，并把制动载荷传递给制动对象骨架。
[0004]鉴于支架在盘式制动器工作过程中的重要性，因此确保支架强度满足要求显得尤为重要，对支架的强度校核也显得尤为重要。但是，公知技术对支架的强度校核具有很强的主观性与随意性，存在以下缺陷:(I)通常建立独立的支架与螺栓模型，而后在支架与螺栓之间建立接触，但由于螺栓较多，往往造成接触计算不收敛；为此很多分析忽略螺栓，仅在螺栓孔内施加约束，但这种简化方式没有考虑螺栓悬臂效应所产生的弯矩。(2)在支架的强度校核中，螺栓精度对边界条件的影响很大，而公知的校核方法往往忽略螺栓精度的影响，直接在所有螺栓或螺栓孔上施加约束，使得校核不准确，不仅增加了支架维修与更换的风险，而且增大了安全事故发生的概率。(3)载荷被简单地施加在与制动衬片接触的支架侧面上，而实际工况中的支架承载区仅是与制动衬片中的金属部分接触的那一区域，载荷施加与实际情况不匹配，造成强度校核不准确。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对以上公知技术存在的问题和缺陷，提供一种用于盘式制动器支架的强度校核方法。该方法考虑了螺栓悬臂效应所产生的弯矩、螺栓精度等级以及实际加载区域，消除了支架强度校核的主观性与随意性。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是:
[0007]第一步,建立支架、螺栓求解计算域，其中，支架与螺栓看成是无缝粘接的一体。
[0008]第二步，采用线弹性模型描述支架、螺栓的材料性能，确定其弹性模量和泊松比。
[0009]第三步，对伸出支架外总长一半的螺栓处，沿着制动盘旋转方向施加面内约束，再对支架左右两侧与制动对象骨架接触的面上施加约束，约束其法线方向移动自由度。
[0010]第四步，在与制动衬片的金属部分接触的支架承载区域施加均布压力P ；
[0011]第五步，采用有限元软件，建立支架强度计算方程，并对方程进行求解；
[0012]第六步，获取支架所受的最大应力，使用支架材料的许用应力除以该最大应力，得出安全系数。
[0013]上述所述的求解计算域的方法是，先划分支架网格，螺栓网格直接由支架螺栓孔网格生成。
[0014]上述所述的约束分为两种情况:当为C精度等级螺栓，则仅对离支架中心较近的两个螺栓施加约束；当为A、B精度等级螺栓，则对所有螺栓施加约束。
[0015]上述所述的均布压力P的计算公式为:P = M/L/A，其中M为最大制动力矩，L为同一旋转平面内制动对象旋转中心到穿过支架承载区形心法线之间的距离，A为支架承载区面积。
[0016]上述所述的支架强度计算方程的求解方法为线性迭代法。
[0017]上述所述的许用应力的选取分为两种情况:当支架所用材料为脆性材料，许用应力为支架材料的抗拉强度；当支架所用材料为塑性材料，许用应力为支架材料的屈服强度。
[0018]上述所述的最大应力的选取分为两种情况:当支架所用材料为脆性材料，最大应力为支架的最大主应力；当支架所用材料为塑性材料，最大应力为支架的Von-Mises应力。
[0019]本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果:
[0020](I)把螺栓与支架简化为一体，克服了支架与螺栓接触所导致的不收敛、无法计算的缺陷，对伸出支架外总长一半的螺栓处施加约束考虑了螺栓悬臂效应。
[0021](2)充分考虑了螺栓精度等级对边界条件的影响以及制动载荷实际作用区域，提供一种准确的校核方法，减小了支架维修与更换的风险，降低了安全事故发生的概率。
[0022](3)本发明消除了支架强度校核的主观性与随意性，通过计算机模拟技术可以正确验证支架强度，缩短支架开发周期，减少支架开发费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的强度校核方法流程图；
[0024]图2为本发明的实施例支架的示意图；
[0025]图3为本发明的实施例支架与螺栓的网格示意图。
【具体实施方式】
[0026]以下以24.5英寸气压盘式制动器支架为例，根据附图1所示的强度校核方法流程图，对本发明作进一步的详细阐述。
[0027]第一步(SI)，首先，运用PROE软件建立24.5英寸盘式制动器支架的几何模型，如图2所示，再利用Hypermesh软件生成支架的四面体网格模型，在支架下方的四个螺栓孔内生成面网格，由面网格生成封闭实体，设置实体伸出支架外长度为螺栓伸出总长的一半，对此封闭实体划分四面体网格，即螺栓的四面体网格，则支架与螺栓接触区形成了无缝粘接，成为一体，如图3所示。
[0028]第二步(S2)，确定支架与螺栓所用材料，支架材料为QT500-7，螺栓材料为45钢，采用线弹性模型描述支架与螺栓的材料性能，支架的弹性模量为162GPa、泊松比为0.28、抗拉强度为500Mpa，螺栓的弹性模量为210GPa、泊松比为0.3。
[0029]第三步(S3)，在伸出支架外总长一半的螺栓处，沿着制动盘旋转方向施加面内约束，由于在本实施例中螺栓精度等级为C级，因此，只在离支架中心较近的两个螺栓上施加面约束，根据实际工况，约束X、Y轴的移动自由度，再对支架左右两侧与制动对象骨架接触的面内施加约束，约束Z轴的移动自由度。
[0030]第四步(S4)，在与制动衬片的金属部分接触的支架承载区域施加均布压力P = M/L/A，其中，M为最大制动力矩，24.5英寸气压盘式制动器的最大制动力矩M= 17788N.m, L为同一旋转平面内制动对象旋转中心到穿过支架承载区形心法线之间的垂直距离，此实施例中 L = 0.51m, A 为支架承载区面积，A = 1025.986mm2,则 P = M/L/A = 33.995Mpa。
[0031]第五步(S5)，运用ABAQUS软件建立支架有限元分析的求解方程，并采用线性迭代法对方程进行计算。
[0032]第六步(S6)，支架材料QT500-7为脆性材料，获取支架的最大主应力为493.1738Mpa，采用抗拉强度500Mpa除以该最大主应力得出安全系数1.01，完成该支架的强度校核。
[0033]为了验证本发明实施例的有效性，对支架进行应力试验，根据本发明分析结果得出安装螺栓一侧的支架拱桥两侧为应力薄弱区，因此，在如图2的拱桥左侧12#点、拱桥右侧13#点两处贴上应变片，在盘式制动器的实际工作工况下，利用DH3817F型数据采集器测出两处应力，与本发明计算出的应力值进行比较，由表1可得，本发明计算出的应力与试验应力之间的误差在5%以内，验证了本发明盘式制动器支架强度校核方法的正确性。
[0034]表1本发明计算结果与试验结果对比表
[0035]
【权利要求】
1.一种用于盘式制动器支架的强度校核方法，其特征是，包括如下步骤: (1)建立支架、螺栓求解计算域，其中，支架与螺栓看成是无缝粘接的一体； (2)采用线弹性模型描述支架、螺栓的材料性能，确定其弹性模量和泊松比； (3)对伸出支架外总长一半的螺栓处，沿着制动盘旋转方向施加面内约束，再对支架左右两侧与制动对象骨架接触的面上施加约束，约束其法线方向移动自由度； (4)在与制动衬片的金属部分接触的支架承载区域施加均布压力P； (5)采用有限元软件，建立支架强度计算方程，并对方程进行求解； (6)获取支架所受的最大应力，使用支架材料的许用应力除以该最大应力，得出安全系数。
2.根据权利要求1所述的用于盘式制动器支架的强度校核方法，其特征是，步骤(I)所述的求解计算域的方法是，先划分支架网格，螺栓网格直接由支架螺栓孔网格生成。
3.根据权利要求1所述的用于盘式制动器支架的强度校核方法，其特征是，步骤(3)所述的约束分为两种情况:当为C精度等级螺栓，则仅对离支架中心较近的两个螺栓施加约束；当为A、B精度等级螺栓，则对所有螺栓施加约束。
4.根据权利要求1所述的用于盘式制动器支架的强度校核方法，其特征是，步骤(4)所述的均布压力P的计算公式为:P = M/L/A，其中M为最大制动力矩，L为同一旋转平面内制动对象旋转中心到穿过支架承载区形心法线之间的距离，A为支架承载区面积。
5.根据权利要求1所述的用于盘式制动器支架的强度校核方法，其特征是，步骤(5)所述的支架强度计算方程的求解方法为线性迭代法。
6.根据权利要求1所述的用于盘式制动器支架的强度校核方法，其特征是，步骤(6)所述的许用应力的选取分为两种情况:当支架所用材料为脆性材料，许用应力为支架材料的抗拉强度；当支架所用材料为塑性材料，许用应力为支架材料的屈服强度。
7.根据权利要求1所述的用于盘式制动器支架的强度校核方法，其特征是，步骤(6)所述的最大应力的选取分为两种情况:当支架所用材料为脆性材料，最大应力为支架的最大主应力；当支架所用材料为塑性材料，最大应力为支架的Von-Mises应力。
【文档编号】G06F19/00GK104077473SQ201410274499
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】张建, 唐文献, 谭雪龙, 徐旗剑, 朱永梅, 郑继飞, 晏飞 申请人:江苏科技大学