碟式剎車卡鉗之靜態有限元素分析

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：27

、訪客IP：3.149.29.98

姓名

楊翔宇(Hsiang-Yu Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

碟式剎車卡鉗之靜態有限元素分析
(Static Finite Element Analysis of Disk Brake Caliper)

相關論文

★ 四弦型非對稱光學讀取頭致動器模態共振分析與抑制	★ 網路連接儲存裝置熱分析與設計
★ 小型垂直軸風力發電機之有限元素分析	★ 平板受聲源作用之振動與輻射聲場分析
★ 壓電吸振器應用於平板的振動與噪音控制	★ 主動式吸振器應用於薄板減振與減噪
★ 離散振動系統之分析軟體製作	★ 有洞薄方板之動態分析與激振後之聲場
★ 撓性結構之主動振動控制	★ 速度與位移回饋式壓電吸振器之減振研究
★ 以LabVIEW為介面之模態測試軟體製作	★ 電壓回饋壓電吸振器對平板之振動控制
★ 可調式消音閥的分析與最佳設計	★ 旋轉樑的動態分析與壓電吸振器之減振設計
★ 自感式壓電吸振器之設計與應用於矩形板之減振	★ 多孔薄方板之振動與聲場分析

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本論文依甲公司提出的三個工況，針對碟式剎車卡鉗進行靜態有限元素分析，以供未來其他型號剎車卡鉗分析或設計時的參考依據，並提供一個卡鉗的標準模擬流程。本研究所分析的第一個工況為卡鉗逐漸增加油壓時觀察有無破壞或異常；第二個工況為卡鉗逐漸增加油壓時量測其本體上的位移；第三個工況為施予逐漸增加車輛的減速度至24.0m/s^2時，卡鉗所受的等效扭矩及剎車油壓，並檢查有無任何破壞或異常。本研究前、後處理主要使用的軟體為MSC Patran，而分析軟體為MSC Nastran，其中剎車時卡鉗總成受到的負載數值由剎車動力學推導出。
模擬結果顯示，某些模擬設定對von Mises應力最大值及位移最大值影響較大，在選擇時需要考量。例如：連接卡鉗本體與卡鉗支持架的導向銷對結果的影響不容忽略，但工況二例外；最大應力通常發生在油壓室內的幾何轉角處及卡鉗本體爪子上；第三個工況中碟盤施予來令片的摩擦力在分析時不可忽略；另外，在後續的最佳化分析中顯示可將卡鉗本體中央上的孔洞面積稍微加大，以減輕重量且不太影響其上的應力分布。

摘要(英)

This thesis used the static finite element method for a disk brake caliper according to three test conditions proposed by the Company. The purpose of the research is to establish a Standard Operating Procedures (SOP) of simulation analysis for designing calipers. These test conditions are for examining stresses and displacements under extreme conditions. The software used in the pre-processing and post-processing of this research was MSC Patran, and the analysis software was MSC Nastran, where the loads applied to the caliper assembly was derived from the braking dynamics.
The results show that some simulation settings have greater influences on the maximum von Mises stress value and maximum displacement value, while others do not. The guide pin, connecting the caliper housing and the caliper bracket, should always be considered, except for the second test condition. The maximum von Mises stresses usually occur at the geometric corners in the oil chamber and the fingers of the caliper housing. On the other hand, the friction, applied to the lining pads by the disk, could not be negligible while analyzing the third test condition.

關鍵字(中)

★ 有限元素分析
★ 靜態分析
★ 剎車

關鍵字(英)

★ Finite element analysis
★ Static analysis
★ Brake
★ Patran
★ Nastran

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xiv
第一章緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 論文架構 4
第二章碟式剎車系統 5
2-1 碟式剎車系統簡介 5
2-2 剎車力數值大小推導 8
2-2-1 靜態軸重分布 8
2-2-2 動態軸重 9
2-2-3 牽引係數 10
2-2-4 動態剎車力 11
2-2-5 最佳直線剎車 11
2-3 剎車油壓數值大小推導 12
第三章基本理論 14
3-1 材料力學性質 14
3-2 破壞準則 15
3-3 有限元素法 16
3-4 非線性分析 18
3-5 非線性分析數值方法 20
3-6 剛體元素 22
第四章剎車卡鉗模擬方法與工況簡介 23
4-1 數值模擬軟體簡介 23
4-1-1 Altair HyperMesh 23
4-1-2 MSC Patran及MSC Nastran 24
4-2 Nastran接觸分析 24
4-3 工況介紹 26
4-4 工況三負載數值大小推導 27
4-4-1 P15車輛剎車力數值大小 27
4-4-2 單一來令片所受的剎車力 29
4-4-3 剎車油壓數值大小 30
4-5 有限元素分析前處理 30
4-5-1 耐壓破壞強度測試 31
4-5-2 剛性測試 40
4-5-3 扭矩斷裂強度測試 40
第五章耐壓破壞強度測試模擬結果與討論 43
5-1 Glue接觸(Nastran線性求解器，SOL101) 43
5-2 Glue接觸(Nastran非線性求解器，SOL400) 44
5-3 Glue接觸(Marc求解器) 51
5-4 Touch接觸，開啟MGINGP前與開啟後比較 55
5-5 加入摩擦力 58
5-6 加入導向銷 61
5-7 耐壓破壞強度測試模擬小結 64
第六章剛性測試模擬結果與討論 68
6-1 加入導向銷前 68
6-2 加入導向銷後 71
6-3 剛性測試模擬小結 73
第七章扭矩斷裂強度測試模擬結果與討論 74
7-1 加入導向銷後模型驗證 74
7-2 導向銷加入前後比較 78
7-3 去除來令片上的摩擦力 84
7-4 加入慣性力 87
7-5 扭矩斷裂強度測試模擬小結 91
第八章結構最佳化 93
8-1 結構最佳化簡介 93
8-2 HyperMorph簡介 94
8-3 網格變形流程 95
8-4 網格變形結果與討論 96
8-5 工況三形狀最佳化簡介 97
第九章結論與未來展望 99
9-1 結論 99
9-2 未來展望 101
參考文獻 103

參考文獻

[1] DARCOM, Engineering Design Handbook: Analysis and Design of Automotive Brake Systems, Department of the ARMY, 1976.
[2] Gillespie, T. G., Fundamentals of Vehicle Dynamics, Society of Automotive Engineers, 1992.
[3] Limpert, R., Brake Design and Safety, Second ed., Society of Automotive Engineers, 1999.
[4] Wagh, N. P., Design and Analysis of Modular Caliper Assembly, Bachelor of College of Engineering Thesis,Shivaji University, 2000.
[5] 卓玉娟, 有限元素法在汽車碟式剎車制動器之分析與應用, 國立中興大學土木工程學系碩士論文, 2004.
[6] 曾中慶,賴琦郎, “輕量化鋁合金碟式煞車卡鉗設計與開發,” 機械工業, 編號 287, pp. 191-202, 2007.
[7] Forsman, A. and Bladh, M., Low Weight Brake Caliper, Master of Science Thesis,KTH Royal Institute of Technology, 2009.
[8] 胡惠文,黃子瑄, “煞車卡鉗之結構輕量化設計分析,” 於中國機械工程學會第二十六屆全國學術研討會, 台南市, 2009.
[9] Blumberg, R. and Neto, N. F., "Design of High Performance Automotive Brake Caliper Using ANSYS," in ANSYS South American Conference & ESSS Users Meeting, São Paulo, 2010.
[10] 潘敬恆, 二輪車輛煞車特性分析, 大葉大學機械與自動工程學系碩士論文, 2011.
[11] 金屬工業研究發展中心車輛結構與系統組, “ATRT對向六活塞卡鉗組CAE分析報告,” 2013.
[12] Phad, D., Auti, T.,Joshi, R.,Jadhav, S. and Devasthali, S., "Design and Analysis of a Brake Caliper," International Journal of Automobile Engineering Research and Development, vol. 5, pp. 1-10, October 2015.
[13] Shah, R.,Shah, C. and Thigale, S., "Design and Analysis of a Hydraulic Brake Caliper," International Journal of Mechanical Engineering and Technology, vol. 8, pp. 33-41, May 2017.
[14] Singhal, R.,Uniyal, H. and Kaushik, P., "Design and Analysis of Disc Brake for a Tadpole Hybrid Trike," International Journal of Aerospace and Mechanical Engineering, vol. 3, pp. 4-8, May 2016.
[15] 周繁, 煞車來令片之磨耗分析, 國立臺北科技大學車輛工程所碩士論文, 2016.
[16] Singh, A. and Bisht, A., "Design and Analysis of Floating Calipers for Two Wheelers," International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology, vol. 5, pp. 2153-2160, December 2017.
[17] MSC Software Corporation, "Linear Static Analysis Using MSC Nastran and Patran," NAS120 Course Notes, 2017.
[18] MSC Software Corporation, "Implicit Nonlinear Analysis Using MSC Nastran and Patran," NAS400 Course Notes, 2017.
[19] MSC Software Corporation, MSC Nastran 2019 Documentation, MSC Software Corporation, 2018.
[20] Option改裝車訊, “煞車系統升級多活塞卡鉗一定好?,” 2012. [線上]. https://www.carnews.com/article/info/cc4477fc-4b06-11e8-8ee2-42010af00004.
[21] Dowling, N. E., Mechanical Behavior of Materials, Fourth ed., Pearson, 2013.
[22] Altair Engineering Inc., 2019. [Online]. http://www.altair.com.tw/about/.
[23] MSC Software Corporation, “台灣分公司簡介,” 2019. [線上]. https://www.mscsoftware.com/zh-hans/page/tai-wan-fen-gong-si-jian-jie.
[24] MSC Software Corporation, 2019. [線上]. https://www.mscsoftware.com/zh-hans/product/patran.
[25] 龍景森, “抓地力與車輛動態關係,” 2012. [線上]. https://www.artc.org.tw/chinese/03_service/03_02detail.aspx?pid=2169.
[26] “摩擦係數,” 2016. [線上]. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%91%A9%E6%93%A6%E7%B3%BB%E6%95%B0.
[27] Dassault Systèmes, "SIMP Method for Topology Optimization," 2019.[Online].http://help.solidworks.com/2019/english/SolidWorks/cworks/c_simp_method_topology.htm.
[28] Carat++ Public Wiki , "Users:Structural Optimization/General Formulation," 2010. [Online]. http://carat.st.bv.tum.de/caratuserswiki/index.php/Users:Structural_Optimization/General_Formulation.
[29] Altair Engineering Inc., "The Morph Volume Approach," Altair HyperMorph 2017 Introduction, 2017.
[30] Ganesh, V., "Braking Force and Its Control," 2013. [Online]. https://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstream/10603/17021/7/07_chapter%202.pdf.
[31] Hibbeler, R. C., Statics and Mechanics of Materials, fifth ed., Pearson Education,Inc., 2019.

指導教授

黃以玫(Yi-Mei Huang)

審核日期

2019-8-15

推文