【机械制动器的建模分析2500字】

机械制动器的建模分析目录TOC\o"1-3"\h\u2449机械制动器的建模分析 1133361.1机械制动器的三维模型 1123371.1.1机械制动器的结构 1296421.1.2机械制动器的工作原理 2165101.1.3SolidWorks软件介绍 357211.1.4机械制动器的整体模型 365491.2机械制动器的数学模型 459951.3机械制动器的分析 414031.3.1气室推力 4189471.3.2杠杆比 4163711.3.3摩擦系数 511491.3.4制动半径 6125461.3.5制动间隙 71.1机械制动器的三维模型盘式制动器按照摩擦副的固定元件结构不同分为钳盘式制动器和全盘式制动器。钳盘式制动器的摩擦副固定元件为制动盘和制动钳；全盘式制动器的摩擦副固定元件是固定盘和旋转盘。全盘式制动器按照固定盘数量不同分为单盘式制动器和多盘式制动器。钳盘式制动器按照制动钳体能否沿轴向移动分为固定钳盘式制动器和浮动钳盘式制动器。固定钳盘式制动器的制动盘与轮毂相连接，制动钳与车桥相连接而固定不动；浮动钳盘式制动器的制动钳可以沿着轴向运动。本文选用浮钳式盘式制动器。1.1.1机械制动器的结构浮钳式气压盘式制动器的主要部件为：制动钳体、制动块架体、摩擦片、制动板、制动盘和放气螺栓等。浮钳盘式制动器的制动盘由轮毂和制动表面两个主要部分组成。其中轮毂是轮胎内部用来支撑轮胎中心装在前后轴上的金属部件，其内装有轴承来与车轴进行连接，制动表面是制动盘两侧的工作表面，它们提供摩擦接触面给制动摩擦块。制动面磨损超过寿命极限时需及时进行更换。为了改善冷却效果，钳盘式制动器的制动盘常被铸成中间带有径向通风槽的双层盘，这样大大地增加了散热面积，降低温升，避免制动器出现严重热衰退。制动摩擦块由制动板和摩擦片组成。制动器结构如图2-1所示。图2-1制动器的结构1.1.2机械制动器的工作原理在车辆行驶过程中，制动盘通过法兰安装在车轴上并随着车轮转动，而摩擦片安装在制动盘两侧的制动块支架上，与促动装置组成制动钳。制动支架安装在车桥总成上。驾驶员对车辆进行制动时，气室连杆推动推力臂，推力臂在此起到杠杆的放大作用，接着推动双推杆作用于摩擦片上，而制动钳体受到反作用力的作用，制动钳体带动另一侧的摩擦片作用于制动盘上，使摩擦片与制动盘表面相接触而产生摩擦，从而产生制动力矩阻止车轮继续转动，降低车速。制动器制动过程中，将车辆行驶的动能转化为热能通过制动盘散发到空气中。1.1.3SolidWorks软件介绍本文采用SolidWorks作为实体建模软件对机械制动器和电涡流缓速器进行机械建模。SolidWorks有以下功能：三维绘图设计功能、数据分析和管理功能和基于物理学的仿真分析功能等。采用SolidWorks的原因是它有以下优势：(1)功能强大，在进行三维建模、装配的同时还可以在此基础上直接绘制二维的工程图，方便标注零件；(2)易学易会，操作界面友好，短时间内可以熟练掌握；(3)技术创新，操作灵活。1.1.4机械制动器的整体模型利用SolidWorks软件对浮钳式盘式制动器进行三维建模，模型见图2-2。图2-2浮盘式制动器整体模型1.2机械制动器的数学模型假定制动器的制动块与制动盘接触良好，受力均匀，由上文中气压盘式制动器的工作原理可知制动力矩为，F=(2-1)M=2F(2-2)M=2(2-3)式中，Fn为气室推力；F为制动力；i为杠杆比；η为机械效率；μ1.3机械制动器的分析由气压盘式制动器的数学模型可知，影响主制动器制动力矩的因素有气室推力、杠杆比、摩擦系数、制动半径、制动间隙等。本节将对主要影响因素进行分析。REF_Ref12077\r\h[5]1.3.1气室推力从数学模型上看，气室推力与制动力矩成正比，但根据摩擦学的基本理论，这种关系并不恒定。一方面，如果气室推力过大，通过传动机构放大后传递到摩擦接触面的正压力N会超过摩擦元件材料所能承受的最大压力值，超过部分的压力将会产生滑磨功E，并随气室推力的增大而增加，滑磨功会产生热量，使工作环境温度升高，制动器会出现热衰退现象，即随温度升高，摩擦系数减小，制动效能降低。除此之外，气室推力的增大也会加剧制动器元件的磨损，降低其寿命，增加成本。1.3.2杠杆比如图2-3所示为气室推力的静特性曲线。杠杆比是一种设计参数，与气压盘式制动器的推力杆和杠杆固定处的配合位置有关，不是固定值，随杠杆的工作行程的增大而增大。杠杆比对制动力矩的影响情况同气室推力一致。因此在设计杠杆比的过程中既要保证足够的制动力矩，又要兼顾气室推力的静特性曲线。此外，还要注意选择合适刚度的材料，保证工作正常进行。图2-3气室推力的静特性曲线1.3.3摩擦系数摩擦系数是指两个表面间的摩擦力与垂直作用力之比，与表面粗糙度、温度等有关。在实际应用中，摩擦系数与制动器制动盘的耐磨性、抗热衰退性能等因素也有关，但这些因素通常存在矛盾关系，因此需要协调均衡好。在改善制动力矩的过程中，提高摩擦系数的同时也要保证摩擦系数的稳定性。摩擦系数稳定性的主要影响因素是摩擦面的分布、摩擦接触面积和制动盘结构形式。活塞的分布直接影响摩擦面的分布情况，而摩擦面的分布直接影响摩擦系数的稳定性。如图2-4所示，摩擦系数稳定性按以下顺序依次升高：单个活塞形式、双活塞形式、双活塞与整体推盘组合形式。图2-4活塞的分布与施力对应关系摩擦面面积越大，单位摩擦面上的垂直作用力越小，摩擦力越低，温升越小，进而摩擦系数的稳定性越高。在主制动器制动过程中，热量大多通过制动盘散发，其散热情况与制动盘结构相关。1.3.4制动半径制动半径是指摩擦面的受力中心到制动盘的转动中心的这条线段，一般情况下取制动块距制动盘中心最大距离和最小距离的算术平均值。其值间接受到车轮内部轮廓的限制，尤其是气门。考虑到零件在高负荷下的热变形，保护气门不受高温影响，防止卡钳和气门之间粘上脏污，刹车、轮辋和气门之间应留有足够的间隙。在实际应用中，摩擦面受力不均匀，活塞中心的载荷密度明显高于其他部位，刹车片上半部的载荷密度明显高于下半部。滑动功与制动半径成正比，制动块上半部温度高于下半部。鉴于以上两个因素，刹车片上半部磨损明显快于下半部，即存在偏磨问题，严重时可导致刹车跑偏等制动问题。众所周知，这种现象是由气压盘式制动器的结构决定的，无法从根本上解决，但可以通过相关参数的设计来改善，即使活塞的力心低于制动半径。因此，在设