Abaqus自行车刹车器强度分析，刹得住的车轮，刹不住的年代

老式自行车上有一种简单粗暴的刹车器，就是直接用钢条传动将阻力作用于轮毂的那种，后来演变成了钢丝线传动，这种刹车器刹车垫磨损很快，需要经常调整位置或更换橡胶块。

图为邹伟廉于1972年在唐山拍摄的珍贵资料

刹车器在不断优化，比如山地车的碟刹系统，非常高效。喜欢骑行朋友应该知道，这种刹车器最怕油，给车子上油时一旦溅到上边，就得换来令片。

传统刹车器由于结构简单、造价低廉等优势，现在也常用到公路车、休闲车等自行车上。下面使用Abaqus/Standard对某种钢丝线传动的刹车器的强度进行校核，其结构如下。

模型包括车架（部分）、钢丝线、轮胎与轮毂（部分）、摇臂与刹车片。这里已知在特定的拉伸量下钢丝线强度足够，因此将钢丝线通过Axial连接器来模拟，在边界条件那里定义其收缩位移，用以模拟钢丝线拉紧的动作，主要校核摇臂与车架的强度。

轮毂作刚体约束，轮胎和钢丝线的塑胶外套作显示体约束。由于该静力分析中橡胶材料使用了超弹性，所以Step要考虑几何非线性，并在橡胶块区域使用杂交单元。给Axial连接器一个3mm的收缩量，刹车器的应力云图如下。

刹车的静力加载过程

最大应力626.3MPa，强度足够（材料为钢）

最大应力110.0MPa，强度足够（材料为铝合金）

接触区域压强云图与接触面压力曲线如下。

由分析可以知道，该刹车器的钢丝线拉紧3mm的情况下，轮毂单侧可以获得600N左右的压力，具体刹车效果可以通过该压力值进行轮毂刹车过程动力学分析（需要建立考虑轮子转动惯量与地面摩擦力矩的全模型）。

图片来自网络

这张老照片真让人想起从前啊，仿佛昨天还在把一条腿掏进永久自行车的三角架，一顿一顿的骑跟自己一般高的车子。

作者：邓怡超  结构设计工程师 仿真秀科普作者

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