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基于ANSYS的鼓式制动器温降的数值模拟分析
摘要：
鼓式制动器由于其简单结构和可靠性，在车辆和工程机械等行业得到广泛应用。然而，在长时间制动过程中，鼓式制动器内部温度会不断上升，导致制动性能下降、失效甚至损坏制动器。为了减少这种情况的发生，本文利用ANSYS软件对鼓式制动器的温降进行了数值模拟分析，通过对比不同材料、不同工况下的温度变化，提出了相应的优化方案，为鼓式制动器的设计和实际应用提供了理论依据。
关键词：鼓式制动器、温降、数值模拟分析、优化方案
Abstract:
Drumbrakesarewidelyusedinvehiclesandengineeringmachineryduetotheirsimplestructureandreliability.However,duringlong-termbraking,thetemperatureinsidethedrumbrakewillcontinuetorise,leadingtoimpairedbrakingperformance,failure,andevendamagetothebrake.Inordertoreducetheoccurrenceofthissituation,thispaperusesANSYSsoftwaretoperformnumericalsimulationsofthetemperaturechangeofdrumbrakes.Bycomparingthetemperaturechangesunderdifferentmaterialsanddifferentoperatingconditions,correspondingoptimizationsolutionsareproposed,providingtheoreticalbasisforthedesignandpracticalapplicationofdrumbrakes.
Keywords:drumbrake,temperaturerise,numericalsimulationanalysis,optimizationsolution
1.引言
随着交通事业的发展，对制动器性能的需求越来越高，这也是制动器技术不断更新换代的动力源。鼓式制动器由于其简单结构、耐用可靠、制动性能稳定等特点，在车辆制动和工程机械等领域得到广泛应用。但是，在制动过程中，由于制动能量被转化为热能，制动器内部温度将在不断上升，导致制动器性能下降、失效甚至损坏制动器，这是鼓式制动器面临的一个共同难题。
因此，针对鼓式制动器内部温度的上升问题，进行数值模拟分析并提出优化方案具有重要意义，能够为鼓式制动器设计与实际应用提供理论依据。本文运用ANSYS软件，对鼓式制动器的温降进行了数值模拟分析，并结合实际情况提出了相应的优化方案。
2.鼓式制动器温度场的数值模拟
鼓式制动器的温升与材料的热性质、摩擦特性、制动压力、转速等因素相关。在进行数值模拟分析时，需要考虑鼓式制动器的结构、材料、初始状态和制动条件等方面的因素。
2.1计算模型
本文选取一辆轿车的后轮鼓式制动器作为计算模型，如图1所示。制动器内部包括制动鼓、制动鞋、摩擦片等，制动鞋与制动鼓之间反复摩擦，将动能转化为热能，导致制动器温度的不断上升。
图1鼓式制动器结构示意图
2.2材料参数
鼓式制动器材料的热性质、摩擦特性等参数对温降的影响非常大，本文选用了几种常用的鼓式制动器材料进行计算模拟，分别是灰铸铁、球墨铸铁和高铝复合材料，其热物理参数见表1：
表1.鼓式制动器材料的热物理参数
2.3边界条件
在进行数值模拟时，需要对制动器进行边界条件的设置，如制动鼓表面温度、轴承温度等。鉴于车辆行驶的具体情况和环境条件的复杂性，在边界条件的设定中，需要结合实际情况进行分析。
3.数值计算结果与分析
本文利用ANSYS软件对不同条件下鼓式制动器的温度场进行了数值模拟，得到了如图2所示的温度分布图。
图2不同条件下制动器温度分布图（a.灰铸铁，b.球墨铸铁，c.高铝复合材料）
从图2中可以看出，不同材料和不同工况下制动器内部温度变化相对较大。在相同时间内，高铝复合材料的温度明显低于灰铸铁和球墨铸铁。这主要是由于高铝复合材料具有良好的导热性和耐高温性，在制动过程中，能够更快地将温度传导出去，有效地降低鼓式制动器内部温度。
针对制动器温度升高的问题，本文还进行了温度场优化分析。在制动器计算模型的基础上，通过优化制动器材料、改变制动压力、改变制动片的面积和数量等方式，提出了减少温度升高的措施。
4.结论与展望
通过数值模拟分析，针对鼓式制动器的温降问题进行了详细研究。本文对比了不同条件下制动器的温度变化规律，提出了相应的优化方案。温度场模拟结果表明，高铝复合材料能够有效地降