柔性接触资料

青华模具培训

柔性接触.pdf (304.16 KB, 下载次数: 6)

2012-8-7 16:37 上传

点击文件名下载附件

! h- j, f& u* s2 Y4 l- S' x7 M

基于MSC.ADAMS柔性体的汽车制动器振动分析研究

基于MSC.ADAMS柔性体的汽车制动器振动分析

The Analysis of Automobile Brake Vibration Based on MSC.ADAMS Flexible Methods

宁晓斌 张文明 王国彪

北京科技大学 车辆工程系  

摘  要：汽车制动器振动形成的噪声，成为目前汽车研究的一个难题。本文用多体动力学仿真软件MSC.ADAMS分析盘式制动器运动特征，模型由一个刚体和三个柔性体组成，转动的制动盘、平动的摩擦片为柔性体。首先用MACRO开发了在园盘周向上一次固定多个哑物体，然后开发了接触力的施加方法，由IMPACT函数和STEP函数组成，使离散柔性体之间的接触，通过结点上哑物体之间的接触力实现了连续接触。用建立的模型，对所设计的制动器分析预测振动频率，制动时主要为低频振颤。

关键词: MSC.ADAMS 柔性体 制动器 振动  

Abstract: The noise result from Brake Vibration has become a difficult research task for Automobile. In this thesis, It is used Multi-body Dynamics Simulation Software- MSC.ADMAS-to analysis the Motion Feature of Disk Brake. This Model include one rigid body and three Flexible bodies, among which, the rotary rotor and translation pad are Flexible bodies. Firstly, it is used MACRO to make Multi-dummy part be fixed on one disk circumference at one time, Secondly, one method of putting contact forces on bodies is developed by using IMPACT and STEP Function, and the contact among discrete Flexible bodies become consecutive contact though node forces on dummy parts. Using this model built above, We can speculate the frequency of designed Brake Vibration. We can conclude that the primary vibration is Low Frequency and judder when braking。

Key words: MSC.ADAMS Flexible brake vibration

1、研究现状

盘式制动器振动及其引起的噪声，成为现代汽车工业难于解决的课题，主要困难是制动振动难以捕捉和重复，以及很多设计参数影响制动振动的产生。制动振动被认为是复杂的制动系统结构不稳定的表现，研究人员通过实验分析认为，制动器主要振动形式为制动盘的弯曲振动，摩擦衬垫振动是制动器发生振动的诱导因素，是振动的发动机，运动部件制动盘是振动的能量源，振动主要来自制动盘表面。

制动器振动的模型主要有：摩擦副的摩擦特征引起振动，既动摩擦系数小于静摩擦系数及动摩擦系数随相对滑动速度变化，引起自激振动；摩擦副几何特性引起振动，即摩擦系数不变，不恰当的几何形状和约束形式造成系统的自激振动；制动器结构耦合特性引起振动，制动器耦合结构的某阶复模态实部为正，制动盘的模态在同一频率下成对出现，制动盘在摩擦片的作用下引起如同飞机机翼振颤般的振动；从动摩擦力引起的振动，把摩擦力由于接触面几何形状的变化而改变称为从动摩擦力，由于摩擦力总是平行于接触表面，从动摩擦力会引起瞬时的制动盘轴向分量，引起制动器振动。

采用理论模型在一定的情况下，分析解释了制动器振动的原因，但对具体制动器产品振动的计算机分析手段，主要是用有限元进行制动器的复特征值分析和制动器的动力学分析。但用有限元分析制动器振动分析，主要困难是接触界面的建模，以及有限元作动力学分析对计算机资源较高的要求。本文使用多体动力学分析软件MSC.ADAMS分析制动器的动力学特征，容易建模，分析计算对计算机硬件资源要求低。本文建立考虑制动器摩擦特征和弹性的模型，使用MSC.ADAMS的柔性体建模，并对制动器进行数值仿真，预测所设计的制动器振动特征。

2、制动器振动分析建模方法

2.1、制动器力学模型

制动器模型如图一所示，制动盘与传动轴的连接螺栓简化为线性刚性弹簧，摩擦片与制动盘接触采用赫兹模型，摩擦力采用库仑模型，固定摩擦片的销轴也简化为线性刚性弹簧，作用在摩擦片活塞简化为线性弹簧阻尼，传动轴为不考虑变形的刚体，制动盘和摩擦片为考虑弹性的柔


- e) h2 j3 ~- M$ i( ^' @
: w+ C5 Y- X9 ?" z- W/ F

2.2、制动器动力学方程

对于由小变形物体组成的多体系统而言，比较方便的是把物体的运动分解为整体刚性运动和相对变形两部分。用固定界面子结构模态综合法减缩主模态和约束模态，组成新的模态来替代原完备模态，在满足精度的前提下，结点相对变形表示为：

  

式中 --结点移动自由度的摸态距阵，q模态坐标。

8 ?5 x5 e0 Z/ r, @

对于刚体的运动学方程，可认为是方程（1）的特例，既 ，Θ。

在MSC.ADAMS中，软件自动建立形如（1）的每个柔性体和刚体的运动方程，并用数值方法求解微分方程组。

2.3 基于MSC.ADAMS建模方法

制动器模型包括三个柔性体和一个刚体，自由度为139，哑物体有248个，施加接触力了960个，模型见图二所示。

# C0 [7 O& u9 h
( G7 C3 ]5 r  Z' Y

图二制动器的MSC.ADMAS柔性体模型

制动盘上固定的哑物体与传动轴用弹性力Bushing连接，在x,y,z三个方向有弹性力，摩擦片与地也用Bushing连接，x,y方向有弹性力，z轴方向无约束；传动轴与地用约束用revolute连接，传动轴有绕z轴转动的自由度。

相对运动的柔性体之间接触建模是此模型的难点。在用有限元生成柔性体时，结点在同心圆沿圆周方向分布，以便于接触力连续在结点之间传递。首先在制动盘和摩擦片接触面固定哑物体小球，由于摩擦片的一个小球与转动的制动盘多个结点上小球接触，接触力可用如下二种方法施加，方法一是采用文献[6]所用球对面的接触，然后加反力抵消此接触力。当摩擦片结点与制动盘结点恰好接触时，接触力完全起作用，此接触力对应的反力为零；当摩擦片结点沿单元边线向下一个制动盘结点运动时，此接触力对应的反力逐渐释放以抵消接触力，直到完全等于接触力；同时逐渐解除此摩擦片结点与下一个制动盘结点接触力对应的反力，直到反力完全解除为零。此方法容易施加接触力及其反力，但模型所加的接触力及其反力较多，形成了较大的微分方程组，求解费时。方法二用IMPACT函数与STEP函数实现，当摩擦片结点与制动盘结点恰好接触时，接触力完全通过结点传递，当摩擦片结点在单元边线运动时，用STEP函数实现接触力由一个结点向另一个结点的连续传递，此方法模型所加力为前一种方法的一半，微分方程数少求解快，但施加IMPACT函数的接触力比施加sphere to plane接触力难度大，通过macro二次开发才能实现建模过程高效准确，本文制动器模型采用第二种方法建模。首先用MACRO开发了在制动盘周向上一次固定多个哑物体，然后开发了接触力的施加方法，由IMPACT函数和STEP函数组成，使离散柔性体之间的接触，通过结点上哑物体之间的接触力实现了连续接触。

3、仿真结果

首钢新研制三十吨非公路汽车，设计采用固定钳盘式制动器，液压驱动。预测设计的制动器振动频率，对模型进行仿真分析，仿真结果如下，图三为摩擦片上一哑物体与制动盘接触哑物体的接触力，图中所有曲线相加，即为此摩擦片哑物体所在结点与运动制动盘的接触力

。。。。。。。。



6 g* L3 x. H: g! E1 Q; v4 f0 Z, I) o
6 N9 _7 {1 x) y; c, F