鼓式制動(dòng)器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、鼓式制動(dòng)器是利用摩擦力實(shí)現(xiàn)駐車(chē)或使行駛中的汽車(chē)減速、停車(chē)的裝置，由于制動(dòng)效能高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，在汽車(chē)上得到廣泛的使用。雖然制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是其工作環(huán)境復(fù)雜，制動(dòng)過(guò)程中伴隨摩擦接觸和機(jī)械振動(dòng)，涉及多體動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)和接觸力學(xué)等多種理論?；谝陨显颍瑢?duì)鼓式制動(dòng)器制動(dòng)過(guò)程的研究，尤其是如何提高制動(dòng)性能的研究，有很好的應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法，建立摩擦片與鼓圓心重合與偏離時(shí)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(jī)技術(shù)和有限單元理論，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS和大型通用有限元軟件ANSYS對(duì)普通鼓式制動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真研究，深入了解制動(dòng)器的力學(xué)原理，提出了一種浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器新型結(jié)構(gòu)，并通過(guò)仿真分析、臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證了新型結(jié)構(gòu)的合理性。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)分析了制動(dòng)器的國(guó)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(dòng)器研究的主要內(nèi)容，提出技術(shù)路線(xiàn)，明確研究重點(diǎn)。
　　 (2)采用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方

3、法，建立了摩擦片與鼓圓心重合與偏離時(shí)的摩擦片接觸角方程，利用Matlab仿真分析了某型重車(chē)鼓式制動(dòng)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(shí)，摩擦片上端較下端接觸角小，實(shí)際結(jié)構(gòu)中存在彈性變形，此時(shí)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(shí)，領(lǐng)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(shí)際結(jié)構(gòu)制動(dòng)器的偏心量是隨機(jī)的，因此接觸狀態(tài)差異較大；摩擦片接觸角方程建立

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

5、力學(xué)仿真軟件分析了制動(dòng)過(guò)程中促動(dòng)力、摩擦力矩以及各振動(dòng)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明：具有凸輪張開(kāi)裝置的領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中，領(lǐng)、從蹄制動(dòng)力矩并非相等，而是領(lǐng)蹄制動(dòng)力矩遠(yuǎn)大于從蹄，此結(jié)論又通過(guò)有限元法計(jì)算結(jié)果所驗(yàn)證；由于非線(xiàn)性摩擦因數(shù)等原因的影響，領(lǐng)從蹄在制動(dòng)過(guò)程中一直處于隨機(jī)振動(dòng)狀態(tài)，且振動(dòng)程度隨著車(chē)速的提高而增加；領(lǐng)蹄的制動(dòng)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(yuǎn)小于領(lǐng)蹄，該結(jié)論也被有限元計(jì)算結(jié)果所驗(yàn)證；從蹄促動(dòng)力大于領(lǐng)蹄促動(dòng)力，在凸輪輸入力矩相等的情況下，不隨車(chē)速發(fā)生變化。
　　 (4)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS建立新型浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器的三維有限元模型，在凸輪軸上施加輸入力矩來(lái)模擬制動(dòng)器系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程，對(duì)摩擦襯片和制動(dòng)鼓之間的摩擦接觸進(jìn)行分析，得到了該制動(dòng)器的接觸應(yīng)力分布云圖和制動(dòng)力矩的分布曲線(xiàn)，與普通鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了對(duì)比分析，并利用接觸角運(yùn)動(dòng)方程，分析了浮動(dòng)領(lǐng)蹄和

7、從蹄結(jié)構(gòu)的接觸角運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最后分別進(jìn)行兩種制動(dòng)器的制動(dòng)效能臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真分析的正確性。分析認(rèn)為：浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器的領(lǐng)蹄由于接觸面積增大，在制動(dòng)力矩保持不變的情況下，接觸應(yīng)力比普通鼓式制動(dòng)器的接觸應(yīng)力小；浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器從蹄由于向上浮動(dòng)，使其摩擦力矩大于普通鼓式制動(dòng)器；浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器的總制動(dòng)力矩大于普通鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩；浮動(dòng)制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，領(lǐng)蹄通過(guò)蹄片支撐銷(xiāo)處移動(dòng)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(jìn)行普通鼓式制動(dòng)器和浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器的偏心量對(duì)制動(dòng)輸出力矩的影響分析，并通過(guò)接觸角運(yùn)動(dòng)方程仿真分析浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器的偏心量對(duì)摩擦片接觸狀態(tài)的影響，最后進(jìn)行了試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)性能試驗(yàn)驗(yàn)證理論分析的合理性。結(jié)果表明：偏移量改變時(shí)，浮動(dòng)鼓式制動(dòng)器能夠保證總的摩擦力矩基本不變，因此汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中，有效地降低了制動(dòng)器對(duì)汽車(chē)跑偏的影響；偏移量改變時(shí)，普通鼓式制動(dòng)器總摩擦力矩有很大的變化，容易造成左