接用摩擦衬片压紧轮胎。直到年，德国人戴姆勒引入了制动鼓的概念，并将制动鼓装在汽车后轮上，再绕上钢缆用以制动。年，抱闸带式制动器问世，到年，这种制动器完全占领了市场。不过随着法国的雷诺发明了鼓式制动器，抱闸带式制动器的地位逐步被取代。年，英国人洛克希德制造出了液压制动器。之后又出现了盘式制动器。而随着汽车电子技术的发展，防抱死系统和牵引控制系统得到了广泛的应用。目前各类汽车所用的摩擦制动器依然为鼓式和盘式两大类。盘式制动器虽然制动效能没有鼓式制动器大，但其稳定性好，高强度制动时，摩擦材料的摩擦因数下降较小。因此，盘式制动器普遍用做轿车的制动器。而鼓式制动器因为结构简单，工作可靠，在重型运输机械中仍得到广泛应用。制动器有限元模拟的发展及现状在国外，制动鼓有限元分析已经形成了整套完备的分析理论，同时对些具体工程问题进行了研究。早在年，及为研究制动器的摩擦磨损引入热弹性有限元方法。此后又有多人通过建立有限元模型对制动器的磨损热弹性耦合制动噪音等问题进行了研究。同时，国内也针对鼓式制动器的数值模拟分析方面也作了定的工作，在针对制动器的温度及结构分析方面做出了部分成果。年刘建华黄雨华应用程序对汽车鼓式双向自增力式制动器底板进行了有限元计算，得到了底板应力分布特征。年方明霞冯奇建立了鼓式制动器摩擦片的有限元模型，分别计算了摩擦片在力场和温度场中的压强分布。年毛智东王学林通过建立鼓式制动器的理论模型，并运用工程分析软件对摩擦衬片和制动鼓之间的摩擦接触进行分析，得出接触压强的分布特性及制动器的应力分布场,结果表明这方法对于鼓式制动器的分析计算有很高的精度。年吕振华亓昌利用有限元分析软件建立种蹄鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型，探湖北汽车工业学院毕业设计论文讨了进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程，通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布制动鼓瞬态温度场应力场变形场等重要信息。此外，刘立刚王学林利用软件预测了重型汽车的鼓式制动器分布式摩擦衬片的压强分布制动扭矩制动器的应力分布以及制动器的变形。课题的主要内容虽然前人已经对鼓式制动器有限元分析做了大量的工作，但是作为工程技术人员，如何能够更快捷简单的得到有限元分析结果依然是研究的目标。本课题即是通过使用软件的新界面，研究更为简便的方法以得到鼓式制动器的有限元分析结果。因此课题内容确定为以下几点掌握利用有限元分析软件界面进行接触分析的般方法和步骤研究界面中不同边界条件施加方式的区别研究界面中不同接触条件的设置对分析结果的影响确定鼓式制动器接触分析边界条件的设置方法建立鼓式制动器的三维有限元模型，根据确定的鼓式制动器接触分析边界条件的设置方法，运用软件对摩擦衬片与制动鼓之间的摩擦接触进行分析，确定接触压强的分布特性及制动器的应力与变形，并分析制动力矩在制动过程中的变化规律。湖北汽车工业学院毕业设计论文第二章接触分析功能中接触问题的有限元分析理论接触问题的分类接触问题分为两种基本类型刚体柔体接触，柔体柔体接触。在刚体柔体接触问题中，两个体间的刚度相差很大，形变主要发生在软的体上，硬的体就可以看作是刚体。因此种软材料和种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体柔体接触。而在柔体柔体接触中，两个接触体应具有接近的刚度，在接触时两个接触体都会产生形变。中支持三种接触方式点点，点面，面面。点点接触单元主要用于模拟点点的接触行为，为了使用点点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况。如果两个面上的结点对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度转动保持小量，那么可以用点点的接触单元来求解面面的接触问题，过盈装配问题是个用点点的接触单元来模拟面面的接触问题的典型例子。点面接触单元主要用于给点面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。如果通过组结点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点面的接触单元来模拟面面的接触问题，面即可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的个典型例子是插头到插座里。面面接触单元用于模拟面与面接触的行为。支持刚体柔体和柔体柔体的面面接触单元，这些单元应用目标面和接触面形成接触对。与点面接触单元相比面面接触单元有很多优点支持低阶和高阶单元。支持有大滑动和摩擦的大变形，协调刚度阵计算，单元提法不对称刚度阵的选项。提供工程目的采用的更好的接触结果，例如法向压强和摩擦应力。没有刚体表面形状的限制，刚有影响。而使用，时，施加的强制位移等同于两个矩形块刚好接触时施加的位移，穿透部分对两个矩形块产生相互排斥的作用，使两个矩形块分离，回到刚好接触的状态。湖北汽车工业学院毕业设计论文和，详细比较结论当接触对间刚好接触时使用还是，对结果没有影响。当接触面间存在间隙时，使用比使用，时得到的接触压强大。当接触面间存在穿透时，使用，比使用时得到的接触压强大。用制动器模型计算时，使用，比使用时得到的接触压强大。根据上述结论得出接触面间存在穿透，由此可以推断制动鼓和摩擦衬片在装配时存在干涉。对比接触压强的大小，在刚好接触时接触压强为，存在穿透时使用到的接触压强为，与刚好接触时的结果致。刚好接触是做接触分析时希望达到的接触状态，为了得到更准确的结果选择作为接触面处理方式。对于般的接触分析，在已知接触面间存在间隙或穿透时，应根据分析需要选择对应的处理方式，需要保留间隙或穿透时选用不需要时则使用的方式。在未知接触面情况时，为防止间隙或穿透对结果的影响，优先选用的方式。改变初始接触刚度因数对结果的影响初始接触刚度因数会影响求解计算的收敛速度，较低的初始接触刚度因数可以较快的收敛，部分模型计算时不易收敛，可以通过降低初始接触刚度因数使其收敛。但是这种改变接触刚度因数的方式是否会对模型应力分布和接触压强产生影响，需要分情况讨论。初始接触刚度为计算结果如下图为制动器等效应力，其特点如下应力集中在施加促动力的端及靠近制动蹄销孔处，最大应力为，位于制动蹄靠近凸轮处。湖北汽车工业学院毕业设计论文图制动器等效应力图为领蹄上接触压强，其特点如下压强集中在摩擦衬片两端，分布较连续最大值为，位于施加促动力端的摩擦衬片端部。图领蹄上接触压强初始接触刚度为计算结果如下图为制动器等效应力，其特点如下应力集中在施加促动力的端及靠近制动蹄销孔处，最大应力为，位于制动蹄靠近凸轮处。湖北汽车工业学院毕业设计论文图制动器等效应力图为领蹄上接触压强，其特点如下压强集中在摩擦衬片两端，分布较连续最大值为，位于施加促动力端的摩擦衬片端部。图领蹄上接触压强初始接触刚度为计算结果如下图为制动器等效应力，其特点如下应力集中在施加促动力的端及靠近制动蹄销孔处，最大应力为，位于制动蹄靠近凸轮处。湖北汽车工业学院毕业设计论文图制动器等效应力图为领蹄上接触压强，其特点如下压强集中在摩擦衬片两端，分布较连续最大值为，位于施加促动力端的摩擦衬片端部。图领蹄上接触压强改变初始接触刚度因数对结果影响的结论三个不同初始接触刚度因数下得到的应力和压强分布，结果如表所示。表不同接触刚度因数的计算结果初始接触刚度因数最大应力最大接触压强可见初始接触刚度因数的改变对应力影响不大，主要对接触压强产生影响。随着初始接触刚度因数的增大，接触压强也迅速增大。两表面间的穿透量大小取决于接触刚度，湖北汽车工业学院毕业设计论文接触刚度越高穿透量越小，得到的结果也就越准确，但过高的接触刚度会引起总刚度阵病态。为了兼顾结果的准确性和收敛速度，在实际计算中初始刚度因数定为。确定鼓式制动器接触分析接触对接触条件的设置选择作为接触面处理方式。初始刚度因数定为。湖北汽车工业学院毕业设计论文第五章加载过程与求解加载过程制动器的制动过程就是制动鼓在旋转过程中，制动蹄逐渐张开压紧制动鼓，摩擦衬片与制动鼓间产生摩擦力，阻碍车轮的运动，当两蹄张开到最大角度后，提供给两蹄的促动力不再增加，汽车进入稳定的制动状态，直到制动蹄恢复原位，整个制动过程结束。在此过程中随着促动力的升高，产生的制动力矩也随之增高。当促动力稳定后，制动力矩也会达到稳定值。可以将其用以下载荷步来模拟第载荷步制动鼓不动，施加实际促动力模拟制动蹄压紧制动鼓的工作过程。第二载荷步对鼓施加转动位移，模拟制动鼓的转动。分析两个载荷步的求解结果，根据程序输出的制动力矩随时间变化的曲线，判断制动力矩是否达到稳定，确定制动力矩何时达到稳定。分析稳定状况下制动器的应力，变形以及蹄鼓之间的压强。求解控制在进行求解前需要打开自动时间步选项，自动时间步激活程序的二分功能。二分法提供了种对收敛失败自动矫正的方法。只要平衡迭代收敛失败，二分法将时间步长分成两半，然后从最后收敛的子步自动重新启动。如再次收敛失败，二分法再次分割时间然后重新启动，持续这过程直到获得收敛。为获得精度和运算时间之间的良好平衡，应设定适当的时间步长。具体设置如图所示图自动时间步设置湖北汽车工业学院毕业设计论文第六章结果分析实际促动力下第载荷步结果制动鼓固定，根据小节中制动鼓力学模型计算得出的实际载荷，对从蹄施加促动力，对领蹄施加促动力，计算结果如下。制动鼓图为第载荷步后，制动鼓的变形。为了更直观的反应变形的趋势，图上的变形量放大了倍。图制动鼓变形其特点如下制动鼓被拉成了个喇叭口状，底面的变形较小，而远离底面的接触面端则变形较大，最大变形出现在与从蹄靠近凸轮侧接触的位置，最大变形量为。而领蹄侧的变形只有，远小于从蹄侧的变形。图为第载荷步后，制动鼓的等效应力分布。湖北汽车工业学院毕业设计论文图制动鼓等效应力其特点如下因为施加在从蹄上的促动力远高于领蹄，高应力区出现在从蹄施加促动力的端摩擦衬片与制动鼓接触的部分，应力值位于之间。领蹄靠近固定销端的摩擦衬片与制动鼓接触部分较小，只有。最大应力出现在制动鼓最靠近高应力区域的螺栓孔边缘，达到。由图可以看出螺栓孔边缘出现应力失真，这主要是因为模型简化时去掉了螺栓孔的倒角，对于由模型造成的应力失真可以通过细化模型改进。图螺栓孔上的应力失真制动蹄图为第载荷步后，制动蹄的变形。为了更直观的反应变形的趋势，图上的变形量放大了倍。湖北汽车工业学院毕业设计论文图制动蹄变形其特点如下制动蹄的变形主要出现在靠近凸轮侧，最大变形量为，位于从蹄顶