一種用于盤(pán)式制動(dòng)器推桿位置的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于盤(pán)式制動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于盤(pán)式制動(dòng)器推桿位置的優(yōu)化 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 盤(pán)式制動(dòng)器由于具有制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、熱穩(wěn)定性及制動(dòng)性能和水穩(wěn)定性能好、外形尺 寸小、磨損小、較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整、維修作業(yè)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶等行 業(yè)中。
[0003] 盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)過(guò)程中，氣室產(chǎn)生的氣壓經(jīng)杠桿放大后通過(guò)雙推桿作用在內(nèi)摩擦 塊上，推動(dòng)內(nèi)摩擦塊壓向旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤(pán)，使盤(pán)式制動(dòng)器的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能以達(dá)到制動(dòng)的目 的，因此推桿主要起到傳遞載荷的作用，推桿位置變化將改變制動(dòng)盤(pán)與摩擦塊之間的接觸 壓力分布，影響制動(dòng)性能，因此，對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器推桿位置進(jìn)行優(yōu)化顯得尤為必要。
[0004] 在公知的盤(pán)式制動(dòng)器設(shè)計(jì)中，推桿中心位置與摩擦塊表面形心是重合的，當(dāng)制動(dòng) 盤(pán)靜止時(shí)，接觸壓力均勻，而當(dāng)制動(dòng)盤(pán)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，接觸壓力中心向轉(zhuǎn)動(dòng)方向移動(dòng)，與 摩擦塊形心之間發(fā)生偏離，導(dǎo)致摩擦塊整體受力不均勻，造成嚴(yán)重偏磨的現(xiàn)象；同時(shí)，單位 面積壓強(qiáng)增加，制動(dòng)力矩減小，甚至出現(xiàn)制動(dòng)力不足，使得制動(dòng)器長(zhǎng)期處于超負(fù)荷工作狀 態(tài)，制動(dòng)器壽命下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于盤(pán)式制動(dòng)器推桿位置 的優(yōu)化方法，其特征在于：步驟如下：
[0006] 第一步：以制動(dòng)器兩個(gè)推桿的水平方向Y和豎直方向Z的位置變化為四個(gè)主要因 素，來(lái)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)；
[0007] 第二步：按照正交試驗(yàn)方案，建立盤(pán)式制動(dòng)器的幾何裝配模型和網(wǎng)格模型；
[0008] 第三步：確定制動(dòng)盤(pán)、摩擦塊、金屬層和推桿的彈性模量和泊松比；
[0009] 第四步：定義制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)表面與兩個(gè)推桿表面之間的約束；
[0010] 第五步：在制動(dòng)盤(pán)對(duì)稱(chēng)面施加法向?qū)ΨQ(chēng)約束，同時(shí)，約束制動(dòng)盤(pán)中心和兩推桿中心 除軸向外的所有自由度；
[0011] 第六步：在兩個(gè)推桿中心分別施加制動(dòng)力F，在制動(dòng)盤(pán)中心施加旋轉(zhuǎn)角位移；
[0012] 第七步：建立盤(pán)式制動(dòng)器運(yùn)動(dòng)仿真計(jì)算方程，并對(duì)方程進(jìn)行求解；
[0013] 第八步：根據(jù)正交試驗(yàn)所有方案中摩擦塊與制動(dòng)盤(pán)接觸面上的所有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及其 對(duì)應(yīng)的接觸壓力，求出接觸壓力中心與摩擦塊形心的距離；
[0014] 第九步：對(duì)正交試驗(yàn)進(jìn)行均值分析，得出均值曲線，并驗(yàn)證結(jié)果；
[0015] 第十步：將均值曲線通過(guò)數(shù)學(xué)軟件繪制出擬合曲線，并根據(jù)曲線走勢(shì)和取值范圍， 取得推桿最優(yōu)位置數(shù)據(jù)。
[0016] 其中，步驟三中采用線彈性模型來(lái)確定制動(dòng)盤(pán)、摩擦塊、金屬層和推桿的彈性模 量。
[0017] 其中，步驟四中定義制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)表面與兩個(gè)推桿表面之間約束的具體方法為：將 制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)表面與兩個(gè)推桿表面定義為運(yùn)動(dòng)耦合約束，控制點(diǎn)分別為制動(dòng)盤(pán)中心與兩個(gè)推 桿中心，定義金屬層與推桿之間綁定約束，采用拉格朗日法描述制動(dòng)盤(pán)與摩擦塊接觸的法 向行為，用罰函數(shù)定義切向行為。
[0018] 其中，步驟七中通過(guò)工程模擬有限元軟件建立盤(pán)式制動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的有限元分析求解 方程，并采用線性迭代法對(duì)方程進(jìn)行技術(shù)。
[0019] 其中，步驟八中通過(guò)獲取正交試驗(yàn)所有方案中摩擦塊與制動(dòng)盤(pán)接觸面上所有節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的接觸壓力數(shù)值能夠計(jì)算出每個(gè)方案的接觸壓力中心坐標(biāo)值，計(jì)算公式如下 所示：
[0021] 式中：rn。為壓力中心坐標(biāo)，p "為η點(diǎn)接觸壓力，r "為η點(diǎn)坐標(biāo)。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0023] (1)考慮了制動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)接觸壓力中心的影響，通過(guò)改變推桿中心位置，使得接觸 壓力中心與摩擦塊形心趨于一致，接觸壓力分布更加均勻，同等制動(dòng)力輸入情況下，制動(dòng)力 矩增加，單位面積壓強(qiáng)降低，摩擦塊壽命延長(zhǎng)。
[0024] (2)由于接觸壓力中心與摩擦塊形心趨近，使得摩擦塊邊角處的接觸壓力大幅下 降，消除了偏磨現(xiàn)象，減少摩擦塊的更換次數(shù)。
[0025] (3)本發(fā)明消除了推桿位置設(shè)計(jì)時(shí)的主觀性，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以正確得出 最優(yōu)推桿位置，縮短盤(pán)式制動(dòng)器開(kāi)發(fā)周期，減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中盤(pán)式制動(dòng)器的幾何裝配模型圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中盤(pán)式制動(dòng)器的六面體網(wǎng)絡(luò)模型圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中步驟九的驗(yàn)證結(jié)果顯示圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中步驟十的推桿最優(yōu)位置顯示圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中步驟八的壓力中心坐標(biāo)表；
[0032] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中步驟九的均值趨勢(shì)圖；
[0033] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例中步驟十中一號(hào)推桿Y和二號(hào)推桿Y的均值擬合曲線圖；
[0034] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例中步驟十中一號(hào)推桿Z和二號(hào)推桿Z的均值擬合曲線圖。
[0035] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例中的結(jié)果與普通制動(dòng)盤(pán)結(jié)果對(duì)比表。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0037] 如圖1所示，主要包括以下幾步：
[0038] 第一步，采用正交試驗(yàn)軟件例如minitabl6,設(shè)計(jì)以?xún)赏茥UΥ、Ζ向位置變化為四個(gè) 主要因素，每個(gè)因素有_6、0、6(取摩擦塊寬度的10% )三個(gè)水平（以摩擦塊形心在上表面 的投影位置為參考原點(diǎn)）的L9 (43)正交試驗(yàn)。
[0039] 第二步，首先，運(yùn)用三維軟件例如PROE軟件建立24. 5英寸盤(pán)式制動(dòng)器的幾何裝配 模型，如圖2所示，畫(huà)出金屬層1、二號(hào)推桿2、二號(hào)摩擦塊3、制動(dòng)盤(pán)4、一號(hào)摩擦塊5和一號(hào) 推桿6。再利用模型生成軟件例如Hypermesh軟件生成制動(dòng)盤(pán)、摩擦塊、金屬層、推桿的六面 體網(wǎng)格模型，其中摩擦塊與金屬層視作一個(gè)整體，如圖3所示。
[0040] 第三步，確定制動(dòng)盤(pán)、摩擦塊、金屬層、推桿所用材料，制動(dòng)盤(pán)材料為HT500,摩擦 塊材料為復(fù)合型樹(shù)脂材料，金屬層材料為20鋼，采用線彈性模型描述制動(dòng)盤(pán)、摩擦塊、金屬 層、推桿的材料性能，制動(dòng)盤(pán)的彈性模量為105000pa、泊松比為0.3,摩擦塊的彈性模量為 2200Mpa、泊松比為0. 25,金屬層和推桿的彈性模量為213000Mpa、泊松比為0. 282,通過(guò)定 速小樣試驗(yàn)中的摩擦系數(shù)測(cè)試，測(cè)定摩擦塊與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦系數(shù)為〇. 4。
[0041] 第四步，將制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)表面與兩個(gè)推桿表面定義為運(yùn)動(dòng)耦合約束，控制