鼓式制動器關鍵技術研究.pdf

1、鼓式制動器是利用摩擦力實現(xiàn)駐車或使行駛中的汽車減速、停車的裝置，由于制動效能高、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，在汽車上得到廣泛的使用。雖然制動器結(jié)構(gòu)簡單，但是其工作環(huán)境復雜，制動過程中伴隨摩擦接觸和機械振動，涉及多體動力學、摩擦學和接觸力學等多種理論?；谝陨显颍瑢氖街苿悠髦苿舆^程的研究，尤其是如何提高制動性能的研究，有很好的應用價值。本文通過機構(gòu)運動學分析方法，建立摩擦片與鼓圓心重合與偏離時的摩擦片接觸角方程，研究摩擦片-鼓接觸原理，并基于

2、虛擬樣機技術和有限單元理論，利用多體動力學仿真軟件ADAMS和大型通用有限元軟件ANSYS對普通鼓式制動器進行結(jié)構(gòu)動力學仿真研究，深入了解制動器的力學原理，提出了一種浮動鼓式制動器新型結(jié)構(gòu)，并通過仿真分析、臺架試驗和實車試驗驗證了新型結(jié)構(gòu)的合理性。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)分析了制動器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，結(jié)合課題的研究需要，確定了鼓式制動器研究的主要內(nèi)容，提出技術路線，明確研究重點。
　　 (2)采用機構(gòu)運動學分析方

3、法，建立了摩擦片與鼓圓心重合與偏離時的摩擦片接觸角方程，利用Matlab仿真分析了某型重車鼓式制動器的接觸角變化規(guī)律。分析表明：摩擦片圓心與鼓圓心重合時，摩擦片上端較下端接觸角小，實際結(jié)構(gòu)中存在彈性變形，此時摩擦片上端容易與鼓接觸；鼓圓心與摩擦片圓心偏移量為0.1mm時，領蹄和從蹄均是摩擦片上端較下端接觸角小，且隨著偏心角度的變化，摩擦片下端接觸角有較大變化，由于實際結(jié)構(gòu)制動器的偏心量是隨機的，因此接觸狀態(tài)差異較大；摩擦片接觸角方程建立

4、時雖未考慮結(jié)構(gòu)彈性變形，但從幾何角度可分析制動過程中摩擦片與制動鼓接觸區(qū)域的變化規(guī)律，為復雜的鼓式制動器制動過程分析提供了一種分析途徑；提出了一種浮動鼓式制動器的新型結(jié)構(gòu)，即制動蹄在支撐銷位置有徑向移動，建立了新型結(jié)構(gòu)的接觸角運動方程，為后續(xù)仿真分析提供理論模型。
　　 (3)為了能夠更準確地分析具有凸輪張開裝置的領從蹄鼓式制動器的制動過程，提出將制動蹄、制動鼓和凸輪張開裝置組成一個系統(tǒng)，在凸輪軸上施加制動力矩，通過ADAMS動

5、力學仿真軟件分析了制動過程中促動力、摩擦力矩以及各振動量的變化規(guī)律。結(jié)果表明：具有凸輪張開裝置的領從蹄式制動器系統(tǒng)在制動過程中，領、從蹄制動力矩并非相等，而是領蹄制動力矩遠大于從蹄，此結(jié)論又通過有限元法計算結(jié)果所驗證；由于非線性摩擦因數(shù)等原因的影響，領從蹄在制動過程中一直處于隨機振動狀態(tài)，且振動程度隨著車速的提高而增加；領蹄的制動摩擦襯片上的切向摩擦力（或襯片上的正壓力）分布為中部大兩側(cè)小，而從蹄摩擦襯片上的切向摩擦力分布為上部大下部小

6、，且從蹄切向摩擦力遠小于領蹄，該結(jié)論也被有限元計算結(jié)果所驗證；從蹄促動力大于領蹄促動力，在凸輪輸入力矩相等的情況下，不隨車速發(fā)生變化。
　　 (4)運用有限元分析軟件ANSYS建立新型浮動鼓式制動器的三維有限元模型，在凸輪軸上施加輸入力矩來模擬制動器系統(tǒng)的制動過程，對摩擦襯片和制動鼓之間的摩擦接觸進行分析，得到了該制動器的接觸應力分布云圖和制動力矩的分布曲線，與普通鼓式制動器進行了對比分析，并利用接觸角運動方程，分析了浮動領蹄和

7、從蹄結(jié)構(gòu)的接觸角運動規(guī)律，最后分別進行兩種制動器的制動效能臺架試驗驗證了仿真分析的正確性。分析認為：浮動鼓式制動器的領蹄由于接觸面積增大，在制動力矩保持不變的情況下，接觸應力比普通鼓式制動器的接觸應力小；浮動鼓式制動器從蹄由于向上浮動，使其摩擦力矩大于普通鼓式制動器；浮動鼓式制動器的總制動力矩大于普通鼓式制動器的制動力矩；浮動制動器制動時，領蹄通過蹄片支撐銷處移動自由度的調(diào)整，可減小全摩擦片接觸角變化量，改善接觸狀態(tài)，但不能改善從蹄的接

8、觸角狀態(tài)。
　　 (5)利用ANSYS有限元分析軟件進行普通鼓式制動器和浮動鼓式制動器的偏心量對制動輸出力矩的影響分析，并通過接觸角運動方程仿真分析浮動鼓式制動器的偏心量對摩擦片接觸狀態(tài)的影響，最后進行了試驗臺制動性能試驗驗證理論分析的合理性。結(jié)果表明：偏移量改變時，浮動鼓式制動器能夠保證總的摩擦力矩基本不變，因此汽車在制動過程中，有效地降低了制動器對汽車跑偏的影響；偏移量改變時，普通鼓式制動器總摩擦力矩有很大的變化，容易造成左