（机械设计及理论专业论文）鼓式制动器关键技术研究.pdf

r e s e a r c ho nk e yt e c h n o l o g yo f d r u mb r a k e s ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fd o c t o r c a n d i d a t e ：w a n gt i n g y i s u p e r v i s o r ：p r o f l up e n g m i n c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：2 矗文矽，年多月7 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 沙r 年石月7 日 们r f 年6 月节日 摘要 鼓式制动器是利用摩擦力实现驻车或使行驶中的汽车减速、停车的装置，由于制动 效能高、结构简单、价格便宜，在汽车上得到广泛的使用。虽然制动器结构简单，但是 其工作环境复杂，制动过程中伴随摩擦接触和机械振动，涉及多体动力学、摩擦学和接 触力学等多种理论。基于以上原因，对鼓式制动器制动过程的研究，尤其是如何提高制 动性能的研究，有很好的应用价值。本文通过机构运动学分析方法，建立摩擦片与鼓圆 心重合与偏离时的摩擦片接触角方程，研究摩擦片鼓接触原理，并基于虚拟样机技术 和有限单元理论，利用多体动力学仿真软件a d a m s 和大型通用有限元软件a n s y s 对 普通鼓式制动器进行结构动力学仿真研究，深入了解制动器的力学原理，提出了一种浮 动鼓式制动器新型结构，并通过仿真分析、台架试验和实车试验验证了新型结构的合理 性。主要研究内容如下： ( 1 ) 分析了制动器的国内外研究现状，结合课题的研究需要，确定了鼓式制动器 研究的主要内容，提出技术路线，明确研究重点。 ( 2 ) 采用机构运动学分析方法，建立了摩擦片与鼓圆心重合与偏离时的摩擦片接 触角方程，利用m a t l a b 仿真分析了某型重车鼓式制动器的接触角变化规律。分析表明： 摩擦片圆- t l , 与鼓圆一t l , 重合时，摩擦片上端较下端接触角小，实际结构中存在弹性变形， 此时摩擦片上端容易与鼓接触；鼓圆心与摩擦片圆心偏移量为0 1 m m 时，领蹄和从蹄 均是摩擦片上端较下端接触角小，且随着偏一t l , 角度的变化，摩擦片下端接触角有较大变 化，由于实际结构制动器的偏心量是随机的，因此接触状态差异较大；摩擦片接触角方 程建立时虽未考虑结构弹性变形，但从几何角度可分析制动过程中摩擦片与制动鼓接触 区域的变化规律，为复杂的鼓式制动器制动过程分析提供了一种分析途径；提出了一种 浮动鼓式制动器的新型结构，即制动蹄在支撑销位置有径向移动，建立了新型结构的接 触角运动方程，为后续仿真分析提供理论模型。 ( 3 ) 为了能够更准确地分析具有凸轮张开装置的领从蹄鼓式制动器的制动过程， 提出将制动蹄、制动鼓和凸轮张开装置组成一个系统，在凸轮轴上施加制动力矩，通过 a d a m s 动力学仿真软件分析tn 动过程中促动力、摩擦力矩以及各振动量的变化规 律。结果表明：具有凸轮张开装置的领从蹄式制动器系统在制动过程中，领、从蹄制动 力矩并非相等，而是领蹄制动力矩远大于从蹄，此结论又通过有限元法计算结果所验证； 由于非线性摩擦因数等原因的影响，领从蹄在制动过程中一直处于随机振动状态，且振 动程度随着车速的提高而增加；领蹄的制动摩擦衬片上的切向摩擦力( 或衬片上的正压 力) 分布为中部大两n 4 , ，而从蹄摩擦衬片上的切向摩擦力分布为上部大下部小，且从 蹄切向摩擦力远小于领蹄，该结论也被有限元计算结果所验证；从蹄促动力大于领蹄促 动力，在凸轮输入力矩相等的情况下，不随车速发生变化。 ( 4 ) 运用有限元分析软件a n s y s 建立新型浮动鼓式制动器的三维有限元模型， 在凸轮轴上施加输入力矩来模拟制动器系统的制动过程，对摩擦衬片和制动鼓之间的摩 擦接触进行分析，得到了该制动器的接触应力分布云图和制动力矩的分布曲线，与普通 鼓式制动器进行了对比分析，并利用接触角运动方程，分析了浮动领蹄和从蹄结构的接 触角运动规律，最后分别进行两种制动器的制动效能台架试验验证了仿真分析的正确 性。分析认为：浮动鼓式制动器的领蹄由于接触面积增大，在制动力矩保持不变的情况 下，接触应力比普通鼓式制动器的接触应力小；浮动鼓式制动器从蹄由于向上浮动，使 其摩擦力矩大于普通鼓式制动器；浮动鼓式制动器的总制动力矩大于普通鼓式制动器的 制动力矩；浮动制动器制动时，领蹄通过蹄片支撑销处移动自由度的调整，可减小全摩 擦片接触角变化量，改善接触状态，但不能改善从蹄的接触角状态。 ( 5 ) 利用a n s y s 有限元分析软件进行普通鼓式制动器和浮动鼓式制动器的偏心 量对制动输出力矩的影响分析，并通过接触角运动方程仿真分析浮动鼓式制动器的偏心 量对摩擦片接触状态的影响，最后进行了试验台制动性能试验验证理论分析的合理性。 结果表明：偏移量改变时，浮动鼓式制动器能够保证总的摩擦力矩基本不变，因此汽车 在制动过程中，有效地降低了制动器对汽车跑偏的影响；偏移量改变时，普通鼓式制动 器总摩擦力矩有很大的变化，容易造成左右轮制动力矩不等，发生制动跑偏；浮动领蹄 结构可明显改善摩擦片接触状态，增大摩擦片接触区域，且通过接触运动方程可找出领 蹄最优调整移动量，而浮动从蹄结构不能改善摩擦片接触状态；对普通鼓式制动器与浮 动鼓式制动器进行车辆跑偏试验台试验，普通鼓式制动器制动差明显大于浮动鼓式制动 器的制动差，说明装配普通鼓式制动器的车辆左右车轮制动力偏差较大，容易产生跑偏 现象，与仿真结果吻合。 关键词：鼓式制动器，虚拟样机，接触分析，接触角，浮动鼓式制动器，制动跑偏 i i a b s t r a c t d r u mb r a k e ，w h i c ha p p l i e sf r i c t i o nt oa s s u r i n gp a r k i n ga n ds l o w i n gd o w nt h er u n n i n g v e h i c l e s ，i sw i d e l yi n s t a l l e di na u t o m o b i l e sb e c a u s eo fh i g hb r a k ee f f i c i e n c y , s i m p l es t r u c t u r e a n d l o wp r i c e a f t e r w a r d s ，i t so p e r a t i n ge n v i r o n m e n ti sc o m p l e xb e c a u s et h eb r a k i n gp r o c e s s i sc o n s t a n t l ya c c o m p a n i e dw i t hf r i c t i o nc o n t a c ta n dm e c h a n i c a lv i b r a t i o n i no r d e rt om a k e d e e p e rs t u d yo nt h i sp r o b l e m ，s o m et h e o r i e s ，s u c ha sm u l t i b o d yd y n a m i c s ，t r i b o l o g ya n d c o n t a c tm e c h a n i c s ，h a v eb e e nd o n eo nt h i sf i e l d d u et ot h ea b o v er e a s o n ，i th a sg r e a tv a l u ei n r e s e a r c ho nt h eb r a k i n gp r o c e s so fd r u mb r a k e ，e s p e c i a l l ya b o u th o wt oe n h a n c eb r a k e e f f i c i e n c y t os t u d yt h ec o n t a c tp r i n c i p l eo ft h ef r i c t i o np l a t e s d r u m ，t h ec o n t a c ta n g l e e q u a t i o n sa r ee s t a b l i s h e dw h e nt h ec e n t e ro ft h ed r u mc o i n c i d e sw i t ht h a to ff r i c t i o np l a t e so r n o t b a s e do nv i r t u a lp r o t o t y p et e c h n o l o g ya n df i n i t ee l e m e n tt h e o r y , d y n a m i cs i m u l a t i o no f t r a d i t i o n a ld r u mb r a k ei sd i s c u s s e db yu t i l i z i n gt h em u l t i - b o d yd y n a m i c ss i m u l a t i o ns o f t w a r e a d a m sa n dg e n e r a lf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ea n s y s t h em e c h a n i c a lp r i n c i p l eo fb r a k ei s f u r t h e rs t u d i e d ，a n daf l o a t i n gd r u mb r a k es t r u c t u r ei m p r o v e dm e t h o di sp r o p o s e d t h em a i n w o r ki sl i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no fb r a k ea th o m ea n da b r o a di sd i s c u s s e d c o m b i n e d w i t ht h es u b j e c tr e q u i r e m e n t s ，t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t so fd r u mb r a k ei sd e t e r m i n e d t h e n t h et e c h n i c a lr o u t ei sp r o p o s e da n dt h ek e y p o i n t e so ft h es t u d ya r er e c o g n i z e dc l e a r l y ( 2 ) b ym e a n so ft h ek i n e m a t i c sa n a l y s i so nd r u mb r a k e ，t h ec o n t a c ta n g l ee q u a t i o n sa r e e s t a b l i s h e dw h e nt h ec e n t e ro ft h ed r u mc o i n c i d e sw i t ht h a to ff r i c t i o np l a t e so rn o t t h e c o n t a c ta n g l ee q u a t i o n so fd r u mb r a k eu s e df o rm eh e a v yv e h i c l e sa r ea l s os i m u l a t e db y m a t l a b i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h ec o n t a c ta n g l eo ff r i c t i o np l a t e sa tt h et o pi ss m a l l e rt h a n t h a ta tt h eb o t t o mw h e nt h ec e n t e ro ff r i c t i o np l a t e sc o i n c i d ew i t ht h ec e n t e ro fd r u m b e c a u s e o ft h ee l a s t i cd e f o r m a t i o no fa c t u a ls t r u c t u r e s ，t h et o pf r i c t i o n p l a t e sc o n t a c tw i t hd r u me a s i l v w h e nt h eo f f s e tf r o mt h ec e n t e ro fd r u mt ot h ec e n t e ro ft h ef r i c t i o np l a t e se q u a l t o0 1m m t h el e a d i n gs h o ea n dt r a i l i n gs h o eb o t hh a v et h es m a l l e rc o n t a c ta n g l ea tt h et o po f t h ef r i c t i o n p l a t e st h a nt h a ta tt h eb o t t o m a n dt h ec o n t a c ta n g l ea tt h eb o t t o mo ff r i c t i o np l a t e sh a v eg r e a t c h a n g e sa st h ee c c e n t r i ca n g l ec h a n g e s t h u st h e r ei sg r e a td i f f e r e n c ei nc o n t a c ts t a t eb e t w e e n t h ea c t u a ls t r u c t u r e sa sar e s u l to fr a n d o me c c e n t r i cq u a n t i t y a l t h o u g ht h es t r u c t u r ee l a s t i c i i i d e f o r m a t i o ni sn o tt a k e ni nt oa c c o u n tw h i l et h ec o n t a c ta n g e le q u a t i o no ff r i c t i o nl i n i n gi s e s t a b l i s h e d ，t h ec h a n g i n gr e g u l a r i t yb e t w e e nf r i c t i o nl i n i n ga n dd r u mb r a k ec o n t a c tz o n e d u r i n gb r a k i n gp r o c e s sc a nb ea n a l y z e df r o mg e o m e t r i cs c o p e ，w h i c hp r o v i d ean e wa p p r o a c h f o rt h ea n a l y s i so f b r a k i n gp r o c e s so fc o m p l i c a t e dd r u mb r a k e ；a p a r tf r o mt h i s ，t h ea r t i c l ea l s o r e p r e s e n t e dan o v e lc o n s t r u c t i o no ff l o a t i n gd r u mb r a k e ：t h eb r a k es h o eh a sar a d i a l m o v e m e n ta l o n gt h es u p p o r tp i np o s i t i o n ，a n db u i l ti m p r o v e dc o n t a c ta n g l em o t i o ne q u a t i o n s ， w h i c hp r o v i d e dat h e o r e t i c a lm o d e lf o rt h ef o l l o w i n ga n a l y s e s ( 3 ) i no r d e rt os t u d yt h eb r a k ep r o c e s sa c c u r a t e l yf o rt h el e a d i n g t r a i l i n gb r a k es y s t e m w i t ha no p e n i n gd e v i c eb yac a n l ，t h ep a p e r p r e s e n t st h a tc o n s t i t u t i n gb r a k es h o e s ，b r a k ed r u m w i t hc a ma sas y s t e m ，a p p l y i n gb r a k et o r q u eo nt h ec a m ，a n a l y s i s i n go p e n i n gf o r c e ，b r a k e t o r q u ea n dc h a n g er u l eo fv i b r a t i o n sb ya d a m sd y n a m i cs i m u l a t i o ns o f t w a r e a n a l y s i s h o l d st h a tb r a k et o r q u eo fl e a d i n gs h o ei sn o te q u a lt ot h eo n eo ft r a i l i n gs h o e ，a n db r a k e t o r q u eo fl e a d i n gs h o ei sm u c hl a r g e rt h a nt h eo n eo ft r a i l i n gs h o ei nt h eb r a k ep r o c e s so f l e a d i n g t r a i l i n gs h o eb r a k es y s t e mw i t ha no p e n i n gd e v i c eb yac a m ，t h er e s u l ti sa l s op r o v e d b yf em o d e l ；o w i n gt ot h en o n l i n e a rf r i c t i o nf a c t o ra n do t h e rr e a s o n s ，t h el e a d i n gs h o ea n d t h et r a i l i n gs h o eh a v eb e e ni nas t a t eo fr a n d o mv i b r a t i o na n dt h e i rv i b r a t i o ni n t e n s i t y i n c r e a s e sw i t ht h er a i s i n go ft h ev e h i c l es p e e d t h ed i s t r i b u t i o nr e g u l a t i o no ft h et a n g e n t i a l f r i c t i o n ( o rn o r m a lf o r c e ) o nt h eb r a k el i n i n go ft h el e a d i n gs h o ei st h a tt h em i d d l ep a r ti s g r e a t e rt h a nt h eb o t hs i d e s t h et a n g e n t i a lf r i c t i o no nt h et r a i l i n gs h o ei sf a rl e s st h a nt h eo n e o fl e a d i n gs h o e ，a n di t sd i s t r i b u t i o nl a wi st h a tt h eu p p e rp a r ti sl a r g ea n dt h el o w e rp a r ti s s m a l l t h ea b o v ec o n c l u s i o n sa r ea l s ov a l i d a t e db yf e ar e s u l t s t h eo p e n i n gf o r c eo ft h e t r a i l i n gs h o ei sg r e a t e rt h a nt h eo n eo ft h el e a d i n gs h o e ，a n db o t ho p e n i n gf o r c er e m a i n s u n c h a n g e dt h o u g ht h ev e h i c l es p e e di sd i f f e r e n ti nt h ec o n d i t i o nt h a ti n p u tt o r q u ea p p l i e do n t h ec a mi se q u a l ( 4 ) t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo ff l o a t i n g - s h o eb r a k ei sb u i l d e db ya n s y s f i n i t ee l e m e n t s o f t w a r eb ya p p l l y i n gi n p u tt o r q u eo nt h ec a ma x i st os i m u l a t eb r a k ep r o c e s so fb r a k es y s t e m ， t h e nf r i c t i o nc o n t a c tb e t w e e nb r a k el i n i n ga n dd r u mi sa n a l y s i s e d c o n t a c ts t r e s sc l o u d - c h a r t a n dd i s t r i b u t i o nc u r v eo fb r a k et o r q u ea r eo b t a i n e d t h em o t i o nr u l eo ff l o a t i n gl e a d i n gs h o e a n dt r a i l i n gs h o e sc o n t a c ta n g u l a ra r ea n a l y s e d ，a n da tl a s tt h ec o r r e c t n e s so ft h es i m u l a t i o n i v a n a l y s i si s v e r i f i e dt h r o u g ht h eb r a k i n gp e r f o r m a n c e p l a t f o r mt e s to ft h et w ok i n d so f b r a k e s t h ea n a l y s i s e si n d i c a t et h a t ：t h ec o n t a c ts t r e s so ff l o a t i n g s h o ei sl e s st h a nt h a to f t r a d i t i o ns t r u c t u r ei nt h ec o n d i t i o no fb r a k et o r q u ek e e p i n gi n v a r i a n tb e c a u s eo f l e a d i n g s h o e sl a r g e rc o n t a c ta r e ao ff l o a t i n gs h o eb r a k e ，t h et r a i l i n gs h o ef l o a t su p w a r d ，w h i c h r e s u l t si nt h a tt h et r a i l i n gs h o e sf r i c t i o nt o r q u eo ff l o a t i n g - s h o eb r a k ei s l a r g e rt h a nt h e t r a d i t i o n s t h et o t a lb r a k et o r q u eo ff l o a t i n g s h o eb r a k ei s l a r g e rt h a nt h eo n eo ft r a d i t i o n a l b r a k e w h e nt h ef l o a t i n gb r a k ew o r k s ，t h ec o n t a c ta n g u l a r sv a r i a t i o ni sd e c r e a s e dt h r o u g h t h er e g u l a t i o no fh o o fs u p p o r tp i n sd o f , a n dt h ec o n t a c tc o n d i t i o ni si m p r o v e d ，w h i c hg o e s a g a i n s tt h et r a i l i n g si m p r o v e m e n t ( 5 ) t h ei n f l u e n c eo ft h ef l o a t i n g - s h o ea n dt r a d i o n a lb r a k e se c c e n t r i co nt o r q u ei s a n a l y s i s e dt h r o u g ha n s y sf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ei nt h i sp a p e r ，a n da l s ot h ei n f l u e n c eo f t h ef l o a t i n g s h o eb r a k e se c c e n t r i co nc o n t a c ts t a t eo ff r i c t i o ni s a n a l y s i s e dt h r o u g ht h e m o t i o ne q u a t i o no fc o n t a c ta n g l e l a s t ，t h eb e n c ht e s t so fv e h i c l ea r ep e r f o r m e di no r d e rt o v e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h et h e o r e t i c a la n a l y s i s 。i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h ef l o a t i n gh o o f d r u mb r a k ec a nm a k ei t so w nt o t a lf r i c t i o nt o r q u eu n c h a n g e a b l e b a s i c a l l yw h e nt h eo f f s e ti s c h a n g e d f o rt h i sr e a s o nt h ev e h i c l e sh a v el o w e rt h eb r a k e s i n f l u e n c eo nv e h i c l e s ，o f f s e ti n t h ep r o c e s so fb r a k i n g w h e nt h eo f f s e tc h a n g e s ，t h et o t a lf r i c t i o nt o r q u eo f at r a d i t i o n a lh o o f d r u mb r a k ea l w a y sc h a n g e sal o t ，w h i c he a s i l ym a k e st h eb r a k i n gt o r q u e so fl e f ta n d r i g h t w h e e l su n e q u a la n dc a u s e sb r a k i n gd e v i a t i o n f l o a t i n g - l e a d i n gs h o es t r u c t u r ec a ni m p r o v e c o n t a c tc o n d i t i o na n d e n l a r g ec o n t a c ta r e a so fb r a k el i n i n go b v i o u s l y , a l s oo p t i m a la d j u s t m e n t m o v e m e n tv a l u eo fl e a d i n gs h o ec a nb eo b t a i n e db yc o n t a c tm o t i o ne q u a t i o n ，w h i l eb r a k e l i n i n gc o n t a c tc o n d i t i o nc a nn o tb ei m p r o v e db yf l o a t i n g - t r a i l i n gs h o es t r u c t u r e t h r o u g ht h e v e h i c l ed e v i a t i o nt e s to ft r a d i t i o n a ld r u mb r a k ea n d f l o a t i n gd r u mb r a k eo nt h et e s tb e d ，t h e d i f f e r e n c e so fb r a k ef o r c e sf o r t h et r a d i t i o n a ld r u mb r a k ea r el a r g e rt h a nt h o s ef o rt h ef l o a t i n g d r u mb r a k e t h er e s u l ta b o v ee x p l a i n st h a tb r a k i n gf o r c eo fl e f tw h e e la n d r i g h tw h e e lo n v e h i c l e sw i t ht r a d i t i o n a ld r u mb r a k eh a v es e r i o u sd e v i a t i o n ，w h i c ha g r e ew i t ht h es i m u l a t i o n r e s u l t k e yw o r d s ：d r u mb r a k e ，v i r t u a lp r o t o t y p i n g ，c o n t a c ta n a l y s i s ，c o n t a c ta n g l e ，f l o a t i n gd r u m b r a k e ，b r a k ed e v i a t i o n v 目录 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 文献综述一2 1 2 1 国内研究概况2 1 2 2 国外研究概况5 1 3 课题研究的主要内容6 第二章理论基础8 2 1 虚拟样机技术一8 2 2 多体系统动力学一9 2 2 1 多刚体系统动力学的基础理论1 0 2 2 2 多柔体系统动力学基础理论1 1 2 3 接触力学1 4 2 3 1 直接迭代法1 4 2 3 2 接触约束算法增广l a g r a n g e 乘子法1 5 2 3 3 数学规划法一1 6 2 4 本章小结1 7 第三章鼓式制动器机构运动学分析1 8 3 1 引言1 8 3 2 摩擦片鼓接触运动学分析1 8 3 2 1 摩擦片与鼓圆心重合时接触运动分析1 8 3 2 2 摩擦片与鼓圆心偏离时接触运动分析一2 0 3 3 普通鼓式制动器接触角运动分析2 6 3 3 1 摩擦片与鼓圆心重合时接触仿真分析( e = o m m ) 2 7 3 3 2 摩擦片与鼓圆心偏离时接触仿真分析( e = 0 1 m m ) 一2 7 3 4 浮动鼓式制动器接触角运动分析3 5 3 5 结论4 2 第四章普通鼓式制动器制动过程动力学仿真4 3 4 1 引言4 3 4 2 分析模型4 3 4 2 1 建模方法一4 3 4 2 2 仿真参数确定一4 4 4 3 计算结果分析4 6 4 4 结论5 8 第五章浮动鼓式制动器制动过程分析5 9 5 1 引言一5 9 5 2 分析模型5 9 5 2 1 建模方法介绍一5 9 5 2 2 仿真工况简介一6 1 5 3 计算结果分析6 1 5 3 1 浮动蹄式和普通鼓式制动器领、从蹄摩擦片接触应力分布比较一6 2 5 3 2 浮动蹄式和普通鼓式制动器领、从蹄摩擦力矩变化曲线的比较一6 4 5 3 3 浮动鼓式制动器和普通鼓式制动器领、从蹄促动力的比较一6 6 v i 5 4 接触角仿真分析6 6 5 5 台架制动效能试验6 8 5 6 结论7 2 第六章浮动鼓式制动器制动跑偏力学分析7 3 6 1 引言7 3 6 2 偏心量对制动过程的影响分析7 4 6 2 1 制动力矩分析7 4 6 2 2 摩擦片接触节点力仿真分析7 5 6 2 3 接触角仿真分析7 8 6 3 试验验证9 7 6 4 结论9 8 第七章结论与展望9 9 7 1 本文取得的成果9 9 7 2 有待进一步研究的问题一1 0 1 致谢1 0 2 参考文献1 0 3 攻读博士学位期间发表的论文和完成的科研项目1 0 9 v i i 量室查堂坚主堂堡堡兰 第一章绪论 1 1 引言 汽车制动系统是车辆系统中的重要组成部分。从汽车诞生起，就一直是人们关注和 不断完善的结构。传统汽车制动系统的结构形式主要有：机械式、气动式、液压式、气 液综合式，且基本都是采用摩擦制动，以达到车辆停止或减速的目的因此，均可称为 摩擦制动器。 摩擦制动器一般可分为鼓式制动器和盘式制动器两种，都是由固定元件和旋转元件 组成，只是两种元件的外形不同，结构示意图见圈1 _ l 和1 2 所示。 圈i l 鼓式制动器 图i2 盘式制动器 鼓式制动器因其结构紧凑、性能可靠。制动功率大且便于安装驻车装置等优点，广 泛应用于中、重型载货汽车和客车的前、后轮以及轿车后轮的制动，只有少数重型车辆 采用盘式制动器。本文主要以鼓式制动器为研究对象因此盘式制动器不再赘述。 鼓式制动器有内张型和外束型两种。前者的制动鼓以内圆柱面为工作表面，在汽车 上应用广泛；后者制动鼓的工作表面则是外圆柱面，目前只有极少数汽车用作驻车制动 器。内张型鼓式制动器都采用带摩擦片的制动蹄作为固定元件。位于制动鼓内部的制动 蹄在一端承受促动力时，可绕其另一端的支点向外旋转，压靠到制动鼓内圆面上。产生 摩擦力矩( 制动力矩) 。以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置的制动器称为轮缸式制动 器，以凸轮作为制动蹄促动装置的制动器称为凸轮制动器，如图1 3 ，以楔作为制动蹄 促动装置的制动器称为楔形制动器。外张方向与制动鼓转向相同的制动蹄称为领蹄，张 开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反的制动蹄称为从蹄。按制动蹄分类鼓式制动 器可分为领从蹄制动器、单向双领蹄制动蹄和双向双领蹄皋恸器、双从蹄制动器、单向 自增力式制动器、双向自增力式制动器等】。 一墨二至堕堡 削13 凸轮制动器 1 - 支撑销2 - 制动蹄3 摩擦衬片4 一凸轮 鼓式制动器虽然结构简单，但由于其工作环境复杂、制动过程中伴随摩擦接触和机 械振动，结构应力分布复杂，当应力超出了制动鼓材料的疲劳极限、小于材料的断裂应 力时，经过一定次数的制动循环后，制动鼓就会萌生初始裂纹，当材料所受应力强度因 子幅值超过门槛幅值后，裂纹在应力循环下发生扩展直至断裂嘲。因此对制动器的研究 涉及多体系统动力学、摩擦学、材料学等。髓着市场竞争的日益激烈，任何新产品的设 计开发不仅要求结构具有良好的可靠性、耐久性，也要求产品研发周期缩短，为企业提 升竞争力。因此对鼓式制动器进行动力学仿真研究是很有必要的。本文正式基于以上原 因，采用机构运动学分析方法，利用虚拟样机技术，即动力学分析方法、有限元分析方 法分析鼓式制动器的运动学、动力学特性和制动性能，并对现有鼓式制动器结构进行改 进，结合台架试验验证分析方法的合理性。 1 2 文献综述 汽车的发展已有百年的历史，对汽车鼓式制动器的研究涉及多体动力学、振动理论、 摩擦学和接触力学等多个研究领域，国内外许多学者对制动器都做出了大量的、开拓性 的研究和贡献。下面主要针对和本文研究内