FEM-analys på bromsar

Har precis kört en FEM-analys på ett modifierat nav för bultad broms-skiva. Lär inte hinna en till körning idag, men det vore kul om man till nästa körning har bättre data att utgå från.

Har naturligt nog utgått från min egen bil med följande antaganden:

CGH: 650mm
massa: 1260kg
retardation: 1,5g
µ (friktionskoefficient däck-väg): 1,3

Är för trött för att räkna bakåt och förstå hur jag har räknat, men jag slutade iaf på ett moment från hjulet på 2,5kNm.

En bild på spänningen (von mises) bara för att det är kul:



Men nu skulle jag behöva mer verklighetsanpassade värden på retardationen, samt om någon vet lite om materialkvaliteterna som används till skivbromsar. Har fått en siffra på 35ksi (ca 240MPa) brottgräns, men jag vet inte om det är rimligt?

Re: FEM-analys på bromsar

PerKr skrev:

Men nu skulle jag behöva mer verklighetsanpassade värden på retardationen, samt om någon vet lite om materialkvaliteterna som används till skivbromsar. Har fått en siffra på 35ksi (ca 240MPa) brottgräns, men jag vet inte om det är rimligt?

När det gäller styrkan så skulle 240 MPa mycket väl kunna vara rimligt för ett enklare stål eller gjutjärn. Det är dock relativt ointressant i sammanhanget eftersom du inte kan utnyttja denna styrka. Belastningen sker ju växelverkande, så det är mao utmattning som är det största problemet. Temperaturen vid drift lär inte heller vara rumstemperatur. Alltså, det man behöver är information om hållfasthet vid ett visst antal cykler vid förhöjd temperatur.

En analys av bromskivor är nog inte meningsfull om du inte tar med spänningarna som orsakas av temperaturskillnaderna i skivan. Misstänker att de är minst lika stora som spänningarna från retardationen.
Svårigheten är bara att få en korrekt bild av tempen i de olika delarna av skivan.

ok, då behöver vi alltså en temperaturlast också. Hur varm blir en broms-skiva? Hur mycket överförs till monterings-hatten på en 2-delad rotor (bultad).

utmattningsproblematiken är ju ett kapitel för sig. Finns det värden för aducerjärn? Med min första analys låg max-spänningen på ca 68MPa och jag har då räknat på en panikbromsning, alternativt banåka-bromsning. Vid en normal inbromsning i trafik kan vi anta att spänningen blir avsevärt lägre. Likaså om en retardation på 1,5g inte går att uppnå (går det att hitta värden på sånt för olika bilar?). Men med en temperaturlast höjer vi förstås spänningen. Hur beter sig en bultad broms-skiva? Kommer vi att få en jämn fördelning av reaktionskrafterna eller blir det någon pulserande variant?

Gissar att det finns en del här som använder bultade eller flytande skivor i kombination med aluminium-hatt? Eftersom aluminium saknar utmattningsgräns och leder värme görbra vore det intressant att få veta om det förekommer några problem där?

fotnot: analysen gäller en konvertering av befintligt nav/skiva för användning av flytande eller bultade skivor från AP eller Wilwood (blev heltänd på AP när jag såg att de hade solida skivor som skulle kunna fungera med mina ok, blev mindre tänd när jag såg priset)

Re: FEM-analys på bromsar

PerKr skrev:

Har precis kört en FEM-analys på ett modifierat nav för bultad broms-skiva. Lär inte hinna en till körning idag, men det vore kul om man till nästa körning har bättre data att utgå från. Har naturligt nog utgått från min egen bil med följande antaganden: CGH: 650mm massa: 1260kg retardation: 1,5g µ (friktionskoefficient däck-väg): 1,3...

650 mm tycker jag låter högt, vad är det för bil?
Hur kan retardationen bli 1.5, när friktionskoefficienten är 1.3?

Citat:

Hur kan retardationen bli 1.5, när friktionskoefficienten är 1.3?

Daunfååsch.....

Re: FEM-analys på bromsar

ice skrev:

PerKr skrev: Har precis kört en FEM-analys på ett modifierat nav för bultad broms-skiva. Lär inte hinna en till körning idag, men det vore kul om man till nästa körning har bättre data att utgå från. Har naturligt nog utgått från min egen bil med följande antaganden: CGH: 650mm massa: 1260kg retardation: 1,5g µ (friktionskoefficient däck-väg): 1,3... 650 mm tycker jag låter högt, vad är det för bil? Hur kan retardationen bli 1.5, när friktionskoefficienten är 1.3?

jo, ett CGH på 650 är nog lite i överkant, förmodligen ligger det närmare 500, men jag räknar hellre med för höga spänningar än för låga. (det gäller en fiero förresten, så om någon vill bidra med värde på cgh så lyssnar jag gärna)

retardation på 1.5*9.82 m/s^2 är ju helt antagen som sagt. Men jag har inte fått någon rimligare siffra att utgå ifrån, så precis som med CGH så räknar jag hellre så att jag överdriver spänningarna som uppstår. Det finns ju ett samband mellan friktion, kontaktyta och retardation, men friktionskoefficienten är enhetslös, så jag vet inte om det går att hänga upp sig på att 1.5 > 1.3?

Här är mycket grov uppskattning:

1260 kg = 13 kN.
~100% till framhjulen. 50% /st = 6.5 kN.
x1.5 G = 10 kN.
Däckets radie 0.3 m = 3 kNm

Sedan lite säkerhetsfaktor då du råkar på en bump eller motsv. Och ena hjulet greppar lite mer.

5 kNm

Re:

Grendel skrev:

Här är mycket grov uppskattning: 1260 kg = 13 kN. ~100% till framhjulen. 50% /st = 6.5 kN. x1.5 G = 10 kN. Däckets radie 0.3 m = 3 kNm Sedan lite säkerhetsfaktor då du råkar på en bump eller motsv. Och ena hjulet greppar lite mer. 5 kNm

dubblerar alltså den spänning jag fick i första körningen. börjar ju se lite otrevligt ut det här, men man kan ju lika gärna fortsätta iaf.
Snabb huvudräkning: Wilwood UL-32 har en monterings-bultcirkel med diameter 177.8mm, 8 bult. "hole type: .325" antar jag innebär en håldiameter på strax över 8mm, alltså M8 bult. F*8*(0.1778/2)=5000 ger F=7kN. Tvärspänningen, om vi menar att tvärsnittsytan på bulten är pi*4mm^2 är 12.6mm^2. Skjuvspänningen i bulten blir då 555MPa. inte illa. Och det är en pulserande last. Generellt ska tillåten skjuvspänning vara 0.6 * tillåten dragspänning om jag inte minns fel. imponerande med material som tål sånt här.

förresten, hur mycket överdriver vi om vi påstår att vi kan uppnå 1.5g vid inbromsning?

Retardation

Bilar med downforce kan så klar mycket mer än min M3 E36. Men i alla fall - jag uppnår som bäst 1.00 - 1.05g retardation med semi-race-komponenter och R-däck (1.05 med lite camber, 1.00 med mer). Som jämförelse har jag rekord på 1.37g i sidokraft. Den förhållandevis låga retardationen beror nog på viktförflyttningen i bilen och bara framhjulen som effektivt bromsande. Vid kurvtagning så ger alla hjulen grepp. En svansmotorPorsche vore mumma...

Peo.

Re:

PerKr skrev:

Grendel skrev: Här är mycket grov uppskattning: 1260 kg = 13 kN. ~100% till framhjulen. 50% /st = 6.5 kN. x1.5 G = 10 kN. Däckets radie 0.3 m = 3 kNm Sedan lite säkerhetsfaktor då du råkar på en bump eller motsv. Och ena hjulet greppar lite mer. 5 kNm dubblerar alltså den spänning jag fick i första körningen. börjar ju se lite otrevligt ut det här, men man kan ju lika gärna fortsätta iaf. Snabb huvudräkning: Wilwood UL-32 har en monterings-bultcirkel med diameter 177.8mm, 8 bult. "hole type: .325" antar jag innebär en håldiameter på strax över 8mm, alltså M8 bult. F*8*(0.1778/2)=5000 ger F=7kN. Tvärspänningen, om vi menar att tvärsnittsytan på bulten är pi*4mm^2 är 12.6mm^2. Skjuvspänningen i bulten blir då 555MPa. inte illa. Och det är en pulserande last. Generellt ska tillåten skjuvspänning vara 0.6 * tillåten dragspänning om jag inte minns fel. imponerande med material som tål sånt här.

Är det en skruv med ogängad del som tar last? Vad händer om du räknar på friktionen istället? Blir det glidning i förbandet så att skruven skjuvas?

Re:

MaZ skrev:

Är det en skruv med ogängad del som tar last? Vad händer om du räknar på friktionen istället? Blir det glidning i förbandet så att skruven skjuvas?

Jag vet inte riktigt hur wilwoods skruvar ser ut, gjorde bara en snabb överslagsräkning. Friktion mellan rotor och hatt påverkar ju, men för huvudräknandets skull förenklade jag det till att "skruvarna" (som i huvudräkningen mer får karaktären av tappar) tar upp hela momentet och att det handlar om en ren skjuvning. Med friktionen medtagen blir rimligen skjuvkraften på skruvarna mindre men å andra sidan får vi ju räkna med förspänningen också.

Jag får nog börja dela upp det hela lite mer och sätta mig o räkna på fler saker än jag hade trott när jag började.

Fick veta från Göran att han noterat 1.18g vid inbromsning med kalla däck. Så med 1.5g i beräkningen borde vi få en viss säkerhetsmarginal så länge vi håller oss till normala gat-åka-däck.

Ytterligare en fotnot: kollade utbudet av ventilerade 280mm-skivor hos AP och såg att t.ex. CP4448-102/3 har en mounting-flange-tjocklek på 5mm. Får kolla med dem vad de använder för material, men det borde inte skilja enormt mot materialet i mina skivor/nav (återigen: den som tyckte att det var en bra idé att göra nav och skiva i ett stycke borde flås levande)

Helst vill man ju ta upp hela lasten i mha friktionen i förbandet, skulle vara intressant att se vad en sån kalkyl skulle ge.
glöm inte att räkna med "svacka" när du tänker bromskraft, dvs man kan temporärt bromsa mycket hårt om man är nere och vänder i en svacka eller liknande.

Re:

MaZ skrev:

Helst vill man ju ta upp hela lasten i mha friktionen i förbandet, skulle vara intressant att se vad en sån kalkyl skulle ge. glöm inte att räkna med "svacka" när du tänker bromskraft, dvs man kan temporärt bromsa mycket hårt om man är nere och vänder i en svacka eller liknande.

Sant, men tex PFC:s filosofi med deras helt flytande skivor är ju tvärtom.
Hur stora laster blir det på skruvarna och hur tusan får dom det att hålla...

Blir det sämre värmeavledning med flytande skivor eller är det tillräklig kontakt för att leda över värmen även vid flytande ok elelr påverkas denna prestanda?

Det sitter väl en liten styrklack som hålls fast mha en skruv? För inte sitter väl skruven löst i ett spår?
Då finns det ju ändå en friktionskraft som man vill skall ta upp hela eller iaf så mycket som möjligt av kraften.

Edit, du menar att det blir bättre värmeisolation till hjullagret och drivknutar?

Re:

MaZ skrev:

Det sitter väl en liten styrklack som hålls fast mha en skruv? För inte sitter väl skruven löst i ett spår? Då finns det ju ändå en friktionskraft som man vill skall ta upp hela eller iaf så mycket som möjligt av kraften. Edit, du menar att det blir bättre värmeisolation till hjullagret och drivknutar?

Jo styrklacken minns jag...hade bara PFC:s nya bygellösning framför ögonen. Dom dras till löjligt låga moment...funderar på om det kan påverkar värmeöverföringen positivt/negativ.

Man vill väl kyla bort värmen i skivan med kylluft om man får välja...men har hjulhubbar osv ett possitiv tillskott i energilagringen så man på så vis kan få ner skivtempen lite till. Isf vill man ju inte isolera bort skivan helt...

Bara flumm och spån av mig...men hur är det i verkligheten?

friktionskoefficienter för olika materialkombinationer:

http://www.engineershandbook.com/Tables/frictioncoefficients.htm

synd att inte aluminium tillsammans med gjutjärn finns i tabellen. Vilken kolumn ska man titta på, "static" eller "sliding"? skulle tippa "static" eftersom materialen inte har börjat glida mot varandra än?

ser ut som att jag får sitta o rita lite ikväll

Re:

Mina flytande skivor, AP, har 12 rektangulära utskärningar i skivan. Motsvarande klackar sitter utfrästa på klockan. Dessa är någon tiondel högre än skivans fläns är tjock så skivan kan röra sig sidledes med detta mått. Skruven håller alltså inte skivan överhuvud taget, den hindrar bara skivan att glida av klackarna.
Skulle skivan bågna av värmen så slås inte kolvarna in utan skivan rör sig över klackarna i stället. Den radiella expansionen klaras av att uttagen i skivan är längre än klacken. Kanske behövs en bild, eller?
Göran

Bilder vore inte fel, även om jag tror att jag förstår vad du menar (han-klackarna på klockan trycker mot hon-klackarna i skivan). Bromsporr är kul

Ritade lite igår:



Körde en analys också, men tidsbrist och formelsamlings-brist gjorde det ganska meningslöst. Saknar fortfarande lite siffror för en bättre beräkning, men AP:s rekommenderade åtdragningsmoment borde ge en förspänningskraft på ca 12000N?

Såg förresten på AP:s hemsida att en platt och styv klocka inte är att rekommendera för bultade skivor, så det blir till att rita om till flytande vid tillfälle

Re:

PerKr skrev:

...(återigen: den som tyckte att det var en bra idé att göra nav och skiva i ett stycke borde flås levande)