摘 要：利用ANSYS软件对汽车刹车制动间隙自动调整臂的有限元瞬态分析，揭示装配体破坏的真实原因，直观地显示各部分的应力情况及破坏区域。

　　关键词： ANSYS;自动调整臂;瞬态分析

　　Key words: ANSYS; Transient analysis; Automatic clearance adjuster

　　Abstract: Using ANSYS software the motor vehicle braking Automatic clearance adjuster was analyzed. The effects and laws of Assembly breaking were brought to the light, Thereby, The state of stress and The breaking area were intuitionistic displayed.

　　制动调整臂的主要功能汽车制动是控制汽车行驶速度、应变行驶突发事故、维护汽车行驶安全的重要部件。而制动调整臂则是控制汽车制动鼓与制动摩擦片之间的间隙，起到调节和控制制动功能与灵敏度的作用。使用中的大量超载以及行驶过程中各种载荷共同作用，导致制动调整臂出现故障，甚至壳体、蜗轮和蜗杆等处出现裂纹，如图1 所示，同时制动调整臂模型结构复杂，传统的结构强度设计方法受到一定限制，因此对制动调整臂整体进行有限元强度分析、校核，直观地了解各部分的应力情况是十分必要的[1] [2]。

图1 壳体、蜗轮和蜗杆等处出现裂纹图片

　　本文基于融结构、传热学、流体、声学和爆破分析于一体的大型通用有限元分析软件ANSYS，以吉林某企业3570310型制动调整臂为研究对象，受谐响应力和重力影响，外力从0--20000N的工况下，对其装配体进行了有限元瞬态分析。

　　1 制动调整臂的有限元分析

　　1.1壳体、蜗轮和蜗杆实体模型的创建

　　采用三维设计软件ProE建模，忽略实体的一些微小特征，分别创建壳体、蜗轮和蜗杆实体模型，从Pro/E 中导入实体，考虑到模型复杂，采用将ANSYS 直接集成在ProE 中，在ProE 环境下完成建模后直接点击“ANSYS Geom”，将当前模型导入到ANSYS，以SOLID45单元对其进行分网，创建有限元模型如图2，将模型归档，以*.cdb格式写出以备装配[3] [4]。

　　图2 壳体、蜗轮和蜗杆有限元模型

　　1.2有限元模型的导入

　　制动调整臂为装配体，为了实现其实体仿真装配，在ANSYS环境下用CDREAD命令分别导入蜗轮、壳体和蜗杆的(*.cdb)文件，并分别创建“部件”。

　　导入后的有限元模型蜗轮、壳体、蜗杆的相对位置发生改变，应做相应调整，创建局部坐标系，并用VGEN命令将各部件移动到该坐标系相应位置如图3。

图3 装配体有限元模型

　　定义材料属性，选择部件蜗轮、蜗杆的单元定义材料属性，弹性模量为2.1E5 MPa，泊松比为0.27。选择部件壳体的单元定义材料属性，弹性模量为1.75×E5MPa，泊松比为0.3;密度均取7800 E -9 kg/mm3。

　　1.3 施加约束装配并求解

　　根据制动调整臂装配体的实际工况，通过定义耦合、定义接触及定义约束方程的刚性区的方法，分别对壳体、蜗轮、蜗杆及其接触及加载处进行处理如图4。

　　图 4 各个施加约束

　　1.4 施加载荷并求解

　　将谐响应力和重力以加速度的形式施加{9.8-4.41*sin(10.5*j*dt)｝，0--8000N的外力施加于作用点的节点处，分23个载荷步进行瞬态分析。命令流如下：

　　… … … …

　　*AFUN,RAD

　　FINISH

　　/SOL

　　ANTYPE,4

　　TRNOPT,FULL

　　LUMPM,0

　　*SET,dt,3.738e-002

　　*DO,J,1,27

　　ACEL,0,9.8-4.41*sin(10.5*j*dt),0,

　　F,1,fx,8000*dt*j

　　TIME,DT*J

　　NSUBST,2,5,0

　　KBC,0

　　OUTRES,ERASE

　　OUTRES,BASI,LAST

　　SOLVE

　　*ENDDO

　　… … … …

　　1.5 有限元分析的后处理与结果显示

　　选用通用后处理器和时间历程后处理器显示分析结果，如图5、图6所示，选取应力最大的点，观察整个加载过程中的应力变化特点。

　　图 5 1 S应力云图

　　图 6 0—1 S瞬态应力节点(8490)变化曲线

　　外载荷0—1S，0--20000N并受4.41*sin(10.5*j*dt)m2/s和重力加速度(9.8 m2/s)的影响，最大应力在380MPa，随着加载的增加，应力延图6曲线增加。

　　2 结 论

　　本文对制动调整臂整体进行瞬态分析，最大应力380MPa，大于许用应力值，该处壳体更易发生破坏，蜗杆、蜗轮最大应力较小均小于许用应力，该结果与破坏性试验的结果非常符合，同时由图6我们也可以得到，谐相应力与重力对加载过程中装配体应力影响不是很大，局部壳体破坏与此无关。

　　通过对复杂构件的有限元强度分析、校核，快速、直观地了解各部分的应力情况，提供了可靠的数据参考。同时对于产品的开发与设计效率的提高也有很大帮助。

　　参考文献：

　　[1] 杨长骙.起重机械.北京[M].机械工业出版社，1987

　　[2] 李华. 机械制造技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

　　[3] 邢静忠.ANSYS 应用实例与分析[M].北京: 科学出版社, 2006

　　[4] 李卫民，杨红义，王宏祥. ANSYS工程结构实用案例分析[M].北京:化学工业出版社,2007.