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原文传递鼓式制动器热-结耦合分析

论文题名：	鼓式制动器热-结耦合分析
关键词：	客车制动系统;鼓式制动器;热-结耦合;开裂失效;参数化设计
摘要：	目前汽车已经成为人们出行最主要的交通工具，其行驶的安全性是衡量其质量的重要指标，制动器作为汽车制动系统的重要组成部分，其制动性能直接决定着汽车行驶的安全性。本文以某型客车凸轮式470系列鼓式制动器为研究对象，对鼓式制动器的参数化设计、制动器关键零部件的静强度分析、热-结耦合分析进行了深入研究。具体工作及成果如下：　　（1）以某型客车的整车参数为依据，以凸轮式鼓式制动器为原型，根据汽车制动系统理论求解出制动系统性能参数及关键零部件结构参数，并完成其制动性能、热容量和温升的校核及其三维模型的构建。以VB为基础语言开发鼓式制动器设计平台，根据汽车设计理论并结合实际经验建立模板文件并参数化，在word模板文件中将对应参数位置插入标签，以建立程序与模板文件间的交互通道，最后将程序与模板文件打包发布成应用程序，完成设计平台的搭建，实现鼓式制动器的参数化设计。　　（2）对制动器关键部件进行静力学强度分析，包括制动蹄、制动底板、制动器支架，分析三者的位移及应力云图，发现制动蹄左端凸起处应力最大，最大值为247.3Mpa，制动蹄与滚轮接触的轴孔内位移最大，最大值为0.04869mm；制动底板底面左端靠近凸起处应力最大，最大值为249.2MPa，制动底板与制动蹄连接的销孔上端位移最大，最大值为0.2496mm；制动器支架背面右侧凸起处应力最大，最大值为372.8Mpa，制动器支架上端面右侧顶部位移最大，最大值为1.043mm。校核后确定三者位移及应力均满足使用要求。　　（3）采用瞬态热分析有限元法对鼓式制动器进行温度场分析，根据能量守恒定律和傅里叶传热定律建立制动器热传导模型，通过直接耦合的方法研究鼓式制动器的温度场和应力场的耦合作用。选取紧急制动和连续多次制动两种工况进行对比分析，发现在紧急制动工况下制动鼓温度场和应力场分布较均匀，而连续多次制动工况下出现明显的应力和温度集中现象。这是因为随着温度的增大，热应力变形增大、残余应力叠加，致使局部应力增大，出现应力集中和温度集中现象。最后对制动鼓开裂失效现象进行分析，选取开裂位置处的节点，研究其三向应力和等效应力随节点位置变化图，发现轴向节点的轴向应力对裂纹影响最大，而法兰面位置处开裂主要是由于该位置处承受循环应力导致的疲劳开裂。
作者：	张奔
专业：	机械设计及理论
导师：	朱永梅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文