盘式制动器关键零部件模态分析

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盘式制动器是-种常用的制动装置，主要包括摩擦盘、摩擦片、卡钳、支架等部分 ，通过摩擦片夹紧旋转的摩擦盘产生摩擦力矩实现制动，两侧的摩擦片对称布置，制动轴不承受弯矩，制动力矩平稳，且具有散热条件好、维护方便等优点 ，因此盘式制动器多用于汽车和其他运输设备作为制动装置。盘式制动器结构，如图 1所示。

导图 1盘式制动器结构Figure 1 Disc brake structure钳2盘式制动器有限元模型的建立利用有限元软件建立盘式制动器各零部件三维物理模型，包括摩擦盘、摩擦片、卡钳、支架，在模态分析需要定义材料的密度、泊松比和弹性模量is.s!，涉及到的材料屙陛，如表 1所示。

表 1材料属性Tab.1 Material Properties考虑到加载装置实际的工作情况，对各零件分别施加了相应的位移约束，并进行网格划分。制动器各部分的有限元模型，如图2所示。

3盘式制动器有限元模态分析对摩擦盘、摩擦片、卡钳、支架进行了约束模态分析，确定了来稿日期：2012-04-06基金项目：国家科技型中小企业技术创新基金(1 1C26213201398)作者简介：郑 刚，(1974-)，男，安徽合肥，讲师，硕士学位，主要研究方向：机电液-体化技术的研究l76 机械 设 计与 制造No.2Feb.2Ol35计算结果及分析在相同螺旋桨拉力工况下，如表 2所示。涵道不同部位所产生沿轴线方向拉力系数的列表。其中，增升效应是对比原始的 1号涵道涵道拉力因子而言的。数值仿真结论表明相同的桨尖间隙下，带有涡抑制环的涵道与原始涵道相比涵道拉力因子均有所提高，最多可达到 11.09%。

表 2拉力因子结果Tab.2 Result of Duct Lift Factors由结果可以看到 3、4号涵道相对于 2号涵道虽然增加了第二涡抑制环 ，但是其效果反劣于 2号涵道，说明第二涡抑制环不能起到进-步抑制涡流的作用。而5号涵道中涡抑制环位置更接近桨盘，处于涵道壁面的中段直线段范围内，主流通过涡抑制环后再次附着内壁，经过-段距离进入扩散口阶段。所以桨尖涡和逆压梯度的相互影响被更有效的隔离，抑制了流动的分离。涵道数值试验显示，相比于原始的无涡抑制环的涵道，经过改进后涵道拉力均有不同程度的改善。各种涵道截面静压力系数分布曲线，其中横坐标为涵道表面沿轴流方向坐标，纵坐标为涵道壁面静压力系数值，如图4所示。

图 4各涵道截面压力分布曲线Fig.4 Pressure Distribution in Different Ducts可见气流进入涵道过程中气压逐渐降低，涵道壁面所受到最大负压处于人口的唇口部位。由于涵道产生的拉力是压力作用在轴向投影有效面积上的，所以在内壁直线段的壁面处压力改变不能带来涵道拉力的明显改变，涵道拉力差异主要源自唇口处压力场改变。从压强分布来看，涡抑制环能够有效改善涵道内壁气压分布，使气压分布有利于涵道唇口拉力的增加，同时引起出口扩散口处负拉力的增加幅度微小，总体增大了涵道拉力。由于扩散口气流附面层分离后，静压难以继续提高 。这就造成 l号涵道扩散口段的静压分布相对更为均匀，也降低了涵道内整体负压的水平。

6结论采用数值模拟的方式，研究了涵道内壁中凸型涡抑制环对涵道内桨尖涡和逆压梯度作用下的气流分离的抑制作用♂果表明：(1)涡抑制环能够减弱桨尖涡对下游气流的影响，改善涵道内流条件。(2)增加涡抑制环的数量不能改善流动控制效果。(3)涡抑制环布置于涵道内壁直线段时，能够起到隔离桨尖涡与扩散口内逆压梯度的作用，起到较好的流动分离抑制作用。(4)涡抑制环能有效提高涵道螺旋桨中涵道拉力因子，进而提高系统总体拉力系数。