一种用于盘式制动器推杆位置的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于盘式制动器技术领域，特别涉及一种用于盘式制动器推杆位置的优化 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能好、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] 盘式制动器制动过程中，气室产生的气压经杠杆放大后通过双推杆作用在内摩擦 块上，推动内摩擦块压向旋转的制动盘，使盘式制动器的动能转化为热能以达到制动的目 的，因此推杆主要起到传递载荷的作用，推杆位置变化将改变制动盘与摩擦块之间的接触 压力分布，影响制动性能，因此，对盘式制动器推杆位置进行优化显得尤为必要。
[0004] 在公知的盘式制动器设计中，推杆中心位置与摩擦块表面形心是重合的，当制动 盘静止时，接触压力均匀，而当制动盘处于制动状态时，接触压力中心向转动方向移动，与 摩擦块形心之间发生偏离，导致摩擦块整体受力不均匀，造成严重偏磨的现象；同时，单位 面积压强增加，制动力矩减小，甚至出现制动力不足，使得制动器长期处于超负荷工作状 态，制动器寿命下降。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术中存在的以上问题，本发明公开了一种用于盘式制动器推杆位置 的优化方法，其特征在于：步骤如下：
[0006] 第一步：以制动器两个推杆的水平方向Y和竖直方向Z的位置变化为四个主要因 素，来设计正交试验；
[0007] 第二步：按照正交试验方案，建立盘式制动器的几何装配模型和网格模型；
[0008] 第三步：确定制动盘、摩擦块、金属层和推杆的弹性模量和泊松比；
[0009] 第四步：定义制动盘的内表面与两个推杆表面之间的约束；
[0010] 第五步：在制动盘对称面施加法向对称约束，同时，约束制动盘中心和两推杆中心 除轴向外的所有自由度；
[0011] 第六步：在两个推杆中心分别施加制动力F，在制动盘中心施加旋转角位移；
[0012] 第七步：建立盘式制动器运动仿真计算方程，并对方程进行求解；
[0013] 第八步：根据正交试验所有方案中摩擦块与制动盘接触面上的所有节点坐标及其 对应的接触压力，求出接触压力中心与摩擦块形心的距离；
[0014] 第九步：对正交试验进行均值分析，得出均值曲线，并验证结果；
[0015] 第十步：将均值曲线通过数学软件绘制出拟合曲线，并根据曲线走势和取值范围， 取得推杆最优位置数据。
[0016] 其中，步骤三中采用线弹性模型来确定制动盘、摩擦块、金属层和推杆的弹性模 量。
[0017] 其中，步骤四中定义制动盘的内表面与两个推杆表面之间约束的具体方法为：将 制动盘的内表面与两个推杆表面定义为运动耦合约束，控制点分别为制动盘中心与两个推 杆中心，定义金属层与推杆之间绑定约束，采用拉格朗日法描述制动盘与摩擦块接触的法 向行为，用罚函数定义切向行为。
[0018] 其中，步骤七中通过工程模拟有限元软件建立盘式制动器运动的有限元分析求解 方程，并采用线性迭代法对方程进行技术。
[0019] 其中，步骤八中通过获取正交试验所有方案中摩擦块与制动盘接触面上所有节点 坐标及其对应的接触压力数值能够计算出每个方案的接触压力中心坐标值，计算公式如下 所示：
[0021] 式中：rn。为压力中心坐标，p "为η点接触压力，r "为η点坐标。
[0022] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0023] (1)考虑了制动盘转动对接触压力中心的影响，通过改变推杆中心位置，使得接触 压力中心与摩擦块形心趋于一致，接触压力分布更加均匀，同等制动力输入情况下，制动力 矩增加，单位面积压强降低，摩擦块寿命延长。
[0024] (2)由于接触压力中心与摩擦块形心趋近，使得摩擦块边角处的接触压力大幅下 降，消除了偏磨现象，减少摩擦块的更换次数。
[0025] (3)本发明消除了推杆位置设计时的主观性，通过计算机模拟技术可以正确得出 最优推杆位置，缩短盘式制动器开发周期，减少开发费用。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的流程图；
[0027] 图2是本发明实施例中盘式制动器的几何装配模型图；
[0028] 图3是本发明实施例中盘式制动器的六面体网络模型图；
[0029] 图4是本发明实施例中步骤九的验证结果显示图；
[0030] 图5是本发明实施例中步骤十的推杆最优位置显示图；
[0031] 图6是本发明实施例中步骤八的压力中心坐标表；
[0032] 图7是本发明实施例中步骤九的均值趋势图；
[0033] 图8是本发明实施例中步骤十中一号推杆Y和二号推杆Y的均值拟合曲线图；
[0034] 图9是本发明实施例中步骤十中一号推杆Z和二号推杆Z的均值拟合曲线图。
[0035] 图10是本发明实施例中的结果与普通制动盘结果对比表。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。
[0037] 如图1所示，主要包括以下几步：
[0038] 第一步，采用正交试验软件例如minitabl6,设计以两推杆Υ、Ζ向位置变化为四个 主要因素，每个因素有_6、0、6(取摩擦块宽度的10% )三个水平（以摩擦块形心在上表面 的投影位置为参考原点）的L9 (43)正交试验。
[0039] 第二步，首先，运用三维软件例如PROE软件建立24. 5英寸盘式制动器的几何装配 模型，如图2所示，画出金属层1、二号推杆2、二号摩擦块3、制动盘4、一号摩擦块5和一号 推杆6。再利用模型生成软件例如Hypermesh软件生成制动盘、摩擦块、金属层、推杆的六面 体网格模型，其中摩擦块与金属层视作一个整体，如图3所示。
[0040] 第三步，确定制动盘、摩擦块、金属层、推杆所用材料，制动盘材料为HT500,摩擦 块材料为复合型树脂材料，金属层材料为20钢，采用线弹性模型描述制动盘、摩擦块、金属 层、推杆的材料性能，制动盘的弹性模量为105000pa、泊松比为0.3,摩擦块的弹性模量为 2200Mpa、泊松比为0. 25,金属层和推杆的弹性模量为213000Mpa、泊松比为0. 282,通过定 速小样试验中的摩擦系数测试，测定摩擦块与制动盘之间的摩擦系数为〇. 4。
[0041] 第四步，将制动盘的内表面与两个推杆表面定义为运动耦合约束，控制