一種用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其步驟：一是建立支架、連接螺栓求解計算域；二是確定其彈性模量和泊松比；三是按螺栓精度等級對螺栓施加面內(nèi)約束及對支架與骨架接觸面上施加法線約束；四是在與制動襯片的金屬部分接觸的支架承載區(qū)域施加均布壓力；五是建立支架強(qiáng)度計算方程，并對方程進(jìn)行計算；六是根據(jù)支架材料對支架進(jìn)行強(qiáng)度計算。本發(fā)明的方法由于把螺栓與支架簡化為一體，避免了支架與螺栓接觸所導(dǎo)致的不收斂、無法計算的現(xiàn)象，同時也考慮了螺栓懸臂效應(yīng)所產(chǎn)生的彎矩；減小了支架維修與更換的風(fēng)險；消除了支架強(qiáng)度校核的主觀性與隨意性，通過正確驗證支架強(qiáng)度，縮短支架開發(fā)周期，減少支架開發(fā)費(fèi)用。
【專利說明】—種用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于盤式制動器設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種盤式制動器，尤其涉及一種盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法。

【背景技術(shù)】
[0002]盤式制動器由于具有制動轉(zhuǎn)矩大、熱穩(wěn)定性及制動性能和水穩(wěn)定性好、外形尺寸小、磨損小、較容易實現(xiàn)間隙自動調(diào)整、維修作業(yè)方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶等行業(yè)中。
[0003]公知的盤式制動器主要由制動鉗和支架兩部分組成，制動鉗通過導(dǎo)銷連接到支架上，支架則通過螺栓連接到制動對象骨架上。制動時，制動鉗可以沿著導(dǎo)銷做軸向運(yùn)動，支架的主要作用為:1)通過底部導(dǎo)向面與制動襯塊底面接觸，在制動前期，讓制動襯塊沿著該導(dǎo)向面滑移，直至摩擦片與制動盤表面接觸；2)通過內(nèi)側(cè)支撐面平衡制動載荷，并把制動載荷傳遞給制動對象骨架。
[0004]鑒于支架在盤式制動器工作過程中的重要性，因此確保支架強(qiáng)度滿足要求顯得尤為重要，對支架的強(qiáng)度校核也顯得尤為重要。但是，公知技術(shù)對支架的強(qiáng)度校核具有很強(qiáng)的主觀性與隨意性，存在以下缺陷:(I)通常建立獨立的支架與螺栓模型，而后在支架與螺栓之間建立接觸，但由于螺栓較多，往往造成接觸計算不收斂；為此很多分析忽略螺栓，僅在螺栓孔內(nèi)施加約束，但這種簡化方式?jīng)]有考慮螺栓懸臂效應(yīng)所產(chǎn)生的彎矩。(2)在支架的強(qiáng)度校核中，螺栓精度對邊界條件的影響很大，而公知的校核方法往往忽略螺栓精度的影響，直接在所有螺栓或螺栓孔上施加約束，使得校核不準(zhǔn)確，不僅增加了支架維修與更換的風(fēng)險，而且增大了安全事故發(fā)生的概率。(3)載荷被簡單地施加在與制動襯片接觸的支架側(cè)面上，而實際工況中的支架承載區(qū)僅是與制動襯片中的金屬部分接觸的那一區(qū)域，載荷施加與實際情況不匹配，造成強(qiáng)度校核不準(zhǔn)確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對以上公知技術(shù)存在的問題和缺陷，提供一種用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法。該方法考慮了螺栓懸臂效應(yīng)所產(chǎn)生的彎矩、螺栓精度等級以及實際加載區(qū)域，消除了支架強(qiáng)度校核的主觀性與隨意性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0007]第一步,建立支架、螺栓求解計算域，其中，支架與螺栓看成是無縫粘接的一體。
[0008]第二步，采用線彈性模型描述支架、螺栓的材料性能，確定其彈性模量和泊松比。
[0009]第三步，對伸出支架外總長一半的螺栓處，沿著制動盤旋轉(zhuǎn)方向施加面內(nèi)約束，再對支架左右兩側(cè)與制動對象骨架接觸的面上施加約束，約束其法線方向移動自由度。
[0010]第四步，在與制動襯片的金屬部分接觸的支架承載區(qū)域施加均布壓力P ；
[0011]第五步，采用有限元軟件，建立支架強(qiáng)度計算方程，并對方程進(jìn)行求解；
[0012]第六步，獲取支架所受的最大應(yīng)力，使用支架材料的許用應(yīng)力除以該最大應(yīng)力，得出安全系數(shù)。
[0013]上述所述的求解計算域的方法是，先劃分支架網(wǎng)格，螺栓網(wǎng)格直接由支架螺栓孔網(wǎng)格生成。
[0014]上述所述的約束分為兩種情況:當(dāng)為C精度等級螺栓，則僅對離支架中心較近的兩個螺栓施加約束；當(dāng)為A、B精度等級螺栓，則對所有螺栓施加約束。
[0015]上述所述的均布壓力P的計算公式為:P = M/L/A，其中M為最大制動力矩，L為同一旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)制動對象旋轉(zhuǎn)中心到穿過支架承載區(qū)形心法線之間的距離，A為支架承載區(qū)面積。
[0016]上述所述的支架強(qiáng)度計算方程的求解方法為線性迭代法。
[0017]上述所述的許用應(yīng)力的選取分為兩種情況:當(dāng)支架所用材料為脆性材料，許用應(yīng)力為支架材料的抗拉強(qiáng)度；當(dāng)支架所用材料為塑性材料，許用應(yīng)力為支架材料的屈服強(qiáng)度。
[0018]上述所述的最大應(yīng)力的選取分為兩種情況:當(dāng)支架所用材料為脆性材料，最大應(yīng)力為支架的最大主應(yīng)力；當(dāng)支架所用材料為塑性材料，最大應(yīng)力為支架的Von-Mises應(yīng)力。
[0019]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:
[0020](I)把螺栓與支架簡化為一體，克服了支架與螺栓接觸所導(dǎo)致的不收斂、無法計算的缺陷，對伸出支架外總長一半的螺栓處施加約束考慮了螺栓懸臂效應(yīng)。
[0021](2)充分考慮了螺栓精度等級對邊界條件的影響以及制動載荷實際作用區(qū)域，提供一種準(zhǔn)確的校核方法，減小了支架維修與更換的風(fēng)險，降低了安全事故發(fā)生的概率。
[0022](3)本發(fā)明消除了支架強(qiáng)度校核的主觀性與隨意性，通過計算機(jī)模擬技術(shù)可以正確驗證支架強(qiáng)度，縮短支架開發(fā)周期，減少支架開發(fā)費(fèi)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的強(qiáng)度校核方法流程圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的實施例支架的示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的實施例支架與螺栓的網(wǎng)格示意圖。

【具體實施方式】
[0026]以下以24.5英寸氣壓盤式制動器支架為例，根據(jù)附圖1所示的強(qiáng)度校核方法流程圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。
[0027]第一步(SI)，首先，運(yùn)用PROE軟件建立24.5英寸盤式制動器支架的幾何模型，如圖2所示，再利用Hypermesh軟件生成支架的四面體網(wǎng)格模型，在支架下方的四個螺栓孔內(nèi)生成面網(wǎng)格，由面網(wǎng)格生成封閉實體，設(shè)置實體伸出支架外長度為螺栓伸出總長的一半，對此封閉實體劃分四面體網(wǎng)格，即螺栓的四面體網(wǎng)格，則支架與螺栓接觸區(qū)形成了無縫粘接，成為一體，如圖3所示。
[0028]第二步(S2)，確定支架與螺栓所用材料，支架材料為QT500-7，螺栓材料為45鋼，采用線彈性模型描述支架與螺栓的材料性能，支架的彈性模量為162GPa、泊松比為0.28、抗拉強(qiáng)度為500Mpa，螺栓的彈性模量為210GPa、泊松比為0.3。
[0029]第三步(S3)，在伸出支架外總長一半的螺栓處，沿著制動盤旋轉(zhuǎn)方向施加面內(nèi)約束，由于在本實施例中螺栓精度等級為C級，因此，只在離支架中心較近的兩個螺栓上施加面約束，根據(jù)實際工況，約束X、Y軸的移動自由度，再對支架左右兩側(cè)與制動對象骨架接觸的面內(nèi)施加約束，約束Z軸的移動自由度。
[0030]第四步(S4)，在與制動襯片的金屬部分接觸的支架承載區(qū)域施加均布壓力P = M/L/A，其中，M為最大制動力矩，24.5英寸氣壓盤式制動器的最大制動力矩M= 17788N.m, L為同一旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)制動對象旋轉(zhuǎn)中心到穿過支架承載區(qū)形心法線之間的垂直距離，此實施例中 L = 0.51m, A 為支架承載區(qū)面積，A = 1025.986mm2,則 P = M/L/A = 33.995Mpa。
[0031]第五步(S5)，運(yùn)用ABAQUS軟件建立支架有限元分析的求解方程，并采用線性迭代法對方程進(jìn)行計算。
[0032]第六步(S6)，支架材料QT500-7為脆性材料，獲取支架的最大主應(yīng)力為493.1738Mpa，采用抗拉強(qiáng)度500Mpa除以該最大主應(yīng)力得出安全系數(shù)1.01，完成該支架的強(qiáng)度校核。
[0033]為了驗證本發(fā)明實施例的有效性，對支架進(jìn)行應(yīng)力試驗，根據(jù)本發(fā)明分析結(jié)果得出安裝螺栓一側(cè)的支架拱橋兩側(cè)為應(yīng)力薄弱區(qū)，因此，在如圖2的拱橋左側(cè)12#點、拱橋右側(cè)13#點兩處貼上應(yīng)變片，在盤式制動器的實際工作工況下，利用DH3817F型數(shù)據(jù)采集器測出兩處應(yīng)力，與本發(fā)明計算出的應(yīng)力值進(jìn)行比較，由表1可得，本發(fā)明計算出的應(yīng)力與試驗應(yīng)力之間的誤差在5%以內(nèi)，驗證了本發(fā)明盤式制動器支架強(qiáng)度校核方法的正確性。
[0034]表1本發(fā)明計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比表
[0035]

【權(quán)利要求】
1.一種用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其特征是，包括如下步驟: (1)建立支架、螺栓求解計算域，其中，支架與螺栓看成是無縫粘接的一體； (2)采用線彈性模型描述支架、螺栓的材料性能，確定其彈性模量和泊松比； (3)對伸出支架外總長一半的螺栓處，沿著制動盤旋轉(zhuǎn)方向施加面內(nèi)約束，再對支架左右兩側(cè)與制動對象骨架接觸的面上施加約束，約束其法線方向移動自由度； (4)在與制動襯片的金屬部分接觸的支架承載區(qū)域施加均布壓力P； (5)采用有限元軟件，建立支架強(qiáng)度計算方程，并對方程進(jìn)行求解； (6)獲取支架所受的最大應(yīng)力，使用支架材料的許用應(yīng)力除以該最大應(yīng)力，得出安全系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其特征是，步驟(I)所述的求解計算域的方法是，先劃分支架網(wǎng)格，螺栓網(wǎng)格直接由支架螺栓孔網(wǎng)格生成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其特征是，步驟(3)所述的約束分為兩種情況:當(dāng)為C精度等級螺栓，則僅對離支架中心較近的兩個螺栓施加約束；當(dāng)為A、B精度等級螺栓，則對所有螺栓施加約束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其特征是，步驟(4)所述的均布壓力P的計算公式為:P = M/L/A，其中M為最大制動力矩，L為同一旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)制動對象旋轉(zhuǎn)中心到穿過支架承載區(qū)形心法線之間的距離，A為支架承載區(qū)面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其特征是，步驟(5)所述的支架強(qiáng)度計算方程的求解方法為線性迭代法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其特征是，步驟(6)所述的許用應(yīng)力的選取分為兩種情況:當(dāng)支架所用材料為脆性材料，許用應(yīng)力為支架材料的抗拉強(qiáng)度；當(dāng)支架所用材料為塑性材料，許用應(yīng)力為支架材料的屈服強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盤式制動器支架的強(qiáng)度校核方法，其特征是，步驟(6)所述的最大應(yīng)力的選取分為兩種情況:當(dāng)支架所用材料為脆性材料，最大應(yīng)力為支架的最大主應(yīng)力；當(dāng)支架所用材料為塑性材料，最大應(yīng)力為支架的Von-Mises應(yīng)力。
【文檔編號】G06F19/00GK104077473SQ201410274499
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】張建, 唐文獻(xiàn), 譚雪龍, 徐旗劍, 朱永梅, 鄭繼飛, 晏飛 申請人:江蘇科技大學(xué)