Lightweight design of a torque plate of Z-cam drum brake for heavy duty vehicles

Abstract

Reducing vehicle weight without compromising performance becomes an area which is important to improve fuel economy and reduce vehicle emissions. The possibility of reducing unsprung mass in a vehicle has led to many investigations of weight optimization studies of axle and wheel-end components. Therefore, structural design of a torque plate, which is one of the main parts of a Z-cam drum brake used in heavy-duty vehicles, is carried out by using topology optimization and finite element analyses. Firstly, finite element analysis of the original torque plate is conducted to determine critical stress levels and locations. Secondly, topology optimization is carried out on the original torque plate for specified loading conditions. Taking redundant volume and manufacturability constraints into account a new torque plate design is composed. Finally, finite element analysis is repeated to verify the final design. A significant decrease in stress level is accompanied by considerable reduction in casting and machined part masses by 11.9% and 12.2% respectively.

Modelling, analysis and experimental verification of air disc brake used in heavy duty vehicles

“…This tendency has also applied to commercial vehicles in Europe and to a lesser extent in North America and the rest of the world. 2 Air disc brakes accommodate common wheel sizes in 17.5 00 , 19.5 00 and 22.5 00 in accordance with brake torque and wheel-end packaging requirements. To meet user expectations in terms of weight and cost reduction, avoiding taper wear and providing evenly distributed braking force on friction surface, air disc brakes are designed as a single piston brake or a twin piston brake.…”

“…This tendency has also applied to commercial vehicles in Europe and to a lesser extent in North America and the rest of the world. 2…”

Ağır hizmet araçlarında kullanılan Z-kam kampanalı fren tork plakası ağırlık optimizasyonu

“…Araç ağırlığının azaltılmasına yönelik çalışmalar, CO2 emisyonu ve yakıt sarfiyatının azaltılmasında önemli bir rol oynadığı için otomotivde birçok çalışmanın odak noktası olmuştur [6]. Bu nedenle literatürde özellikle yaylanmayan araç kütlesini oluşturan dingil ve dingil ucu komponentleri olan dingil, kovan, alt ve üst salıncak kolları, kampanalı ve disk fren alt parçalarının hafifletilmesine yönelik sayısal çalışmalara ağırlık verildiği görülmektedir [7][8][9][10][11][12][13][14][15]. Bu nedenle, bu çalışmada ağır hizmet araçlarında kullanılan Z-kam kampanalı frenin ana parçası olan tork plakasının mekanik tasarımı topoloji optimizasyonu ve sonlu elemanlar (SE) yöntemleri kullanılarak ele alınmıştır.…”

“…Literatürde, kampanalı fren tork plakası ağırlık optimizasyonu konusu ile ilgili yer bulan çalışmalar [12][13] ile sınırlıdır. Yücel ve arkadaşları, ağır hizmet araçlarında kullanılan S-kam kampana fren tork plakasının ağırlık optimizasyonu çalışmasını gerçekleştirmiştir.…”

“…Sayısal çalışmanın sonucunda, mekanik dayanımdan ödün vermeden tork plakası ağırlığında %18,59 oranında bir ağırlık optimizasyonu elde edilmiştir [12]. Güleryüz ve Yılmaz'ın gerçekleştirdiği çalışmada, ağır hizmet araçlarına kullanılan Z-kam kampanalı fren tork plakasının ağırlık optimizasyonu, Yücel ve arkadaşlarının önerdiğine benzer bir sistematik kullanılarak ele alınmıştır [13]. Literatürdeki diğer kampanalı frenler ile ilgili çalışmalar, fren başarımına etkiyen kampanalı fren değişkenlerinin iyileştirilmesi ve optimizasyonuna yöneliktir [5,[14][15].…”