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制動(dòng)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件，鼓式制動(dòng)器有制動(dòng)效能高、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，在汽車上廣泛應(yīng)用。有限元分析模型單元屬性設(shè)置使用了SOLID187單元。強(qiáng)度分析中在摩擦片與制動(dòng)鼓之間采用“柔性-柔性”的面接觸，有摩擦片的外表面和制動(dòng)鼓的內(nèi)表面兩對(duì)接觸對(duì)。材料屬性的設(shè)置為制動(dòng)蹄采用硬質(zhì)鋁合金，制動(dòng)鼓采用灰口鑄鐵，摩擦片采用銅絲石棉，材料的機(jī)械性能見表。根據(jù)GB5763-1998《汽車用制動(dòng)器襯片》中摩擦系數(shù)的要求，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器溫度較高，摩擦系數(shù)取值0.25，摩擦片與制動(dòng)蹄之間采用鉚接連接。網(wǎng)格劃分后，如圖所示。制動(dòng)器有限元模型節(jié)點(diǎn)數(shù)為2320，單元數(shù)為16133。
在制動(dòng)過程中，制動(dòng)時(shí)的汽車受力，如圖所示。隨著踏板力的不斷增大，車輪沒有抱死前，車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩為地面對(duì)前輪的法向反作用力；G為汽車重量；口為汽車質(zhì)心至前軸中心線的距離；h為汽車質(zhì)心高度；z為汽車制動(dòng)強(qiáng)度。制動(dòng)過程中，邊界條件相對(duì)復(fù)雜，根據(jù)其工作狀況進(jìn)行簡(jiǎn)化邊界約束，對(duì)于制動(dòng)蹄，約束其銷孔的徑向位移及銷孔內(nèi)端面的軸向位移，對(duì)于制動(dòng)鼓，約束其制動(dòng)鼓內(nèi)端面的軸向位移及徑向位移，制動(dòng)蹄片上的應(yīng)力分布如圖所示，最大應(yīng)力發(fā)生在促動(dòng)力的施加處為207MPa，遠(yuǎn)小于制動(dòng)蹄片允許使用的抗壓強(qiáng)度400MPa，完全符合強(qiáng)度要求。
此時(shí)，領(lǐng)蹄在摩擦力矩的作用下產(chǎn)生增力效應(yīng)，銷孔處的應(yīng)力值變?yōu)?0MPa，而從，蹄則產(chǎn)生減力效應(yīng)，銷孔處的應(yīng)力值變?yōu)?0MPa，摩擦片上應(yīng)力分布如圖所示。右邊摩擦片由于增力效應(yīng)，在摩擦力矩作用下，應(yīng)力急劇增大到6MPa，遠(yuǎn)小于允許使用的抗壓強(qiáng)度15MPa；而左側(cè)摩擦片上的應(yīng)力，由于減力效應(yīng)則為0.05MPa，制動(dòng)鼓應(yīng)力的分布如圖所示。與領(lǐng)蹄接觸的一邊應(yīng)力明顯增加，尤其是中下部的應(yīng)力由0.5MPa增加到2.5MPa，而與從蹄接觸端的應(yīng)力則較小。由上所述，在鼓轉(zhuǎn)動(dòng)后，領(lǐng)蹄一端接觸面上的壓力分布明顯增大，從蹄一端有所減小，但制動(dòng)器各部分壓應(yīng)力都在許可抗壓強(qiáng)度范圍內(nèi)，具有足夠的抗壓強(qiáng)度。
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