汽车蹄—鼓式制动器的新型机构及其设计分析方法研究

汽车蹄－鼓式制动器的新型机构及其设计分析方法研究AStudyofDesignandAnalysisMethodsofNewTypeofDrumBrakes(申请清华大学工学硕士学位论文)院（系、所）：清华大学汽车工程系学科：机械工程研究生：赵玉超指导教师:吕振华教授二零零四年五月关于论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：-I-摘要汽车制动器的性能对车辆制动系的整体性能具有至关重要的影响。为解决鼓式制动器制动效能高但稳定性差的矛盾，探索改进鼓式制动器性能的有效途径和方法，本文进行了几个方面的探索。首先，从具有二自由度制动蹄的制动器主要结构参数入手，将制动效能因数分解为分别取决于制动蹄的杠杆增力作用和摩擦自增势（或自减势）作用的两部分，分析了影响制动器主要性能的主要因素，为设计和改进制动器性能提供方向性指导。其次，运用比较完整的二自由度制动蹄性能计算模型，通过对二自由度制动蹄理论模型中摩擦片与制动鼓的不完全接触现象的分析，提出了二自由度制动蹄摩擦片压力分布范围的确定方法，据此进行了有关的性能参数计算分析。在其基础上，对影响制动器主要性能的主要因素进行了进一步的分析。再次，建立了制动器的有限元模型，对制动器摩擦片和制动鼓之间的接触状况进行了仿真分析。指出传统的基于准刚体平面力学模型的计算分析方法在预测制动性能方面存在很大的局限性。要更精确地预测制动器在实际接触状况下的压力分布、制动力矩和制动效能因数，须建立制动器的三维有限元模型，对其在制动过程中的实际动态特性进行仿真计算，以保证制动器设计结果的精度。最后，针对重型车气压制动的特点，建立了凸轮驱动式的新型蹄－鼓式制动器的设计计算方法，并对某型号的制动器做出了具体的设计。新型蹄－鼓式制动器可以充分发挥鼓式制动器制动效能因数高的优点，同时很大程度上克服了传统制动器制动效能不稳定、摩擦副压力分布不均匀等缺点，实现较为理想的制动器性能。关键词：鼓式制动器，设计分析方法，制动效能因数，不均匀度指数，压力分布，有限元分析，凸轮驱动-II-AbstractTheperformanceofwheelbrakeisacriticalfactorforbrakesystemoperationperformanceofmotorvehicles.Drumbrakeshavehighershoefactorsbutpoorerstabilitythandiscbrakes.Tofindsomeapproachestoimproveperformanceofthedrumbrakes,someresearchesaredoneasfollows.Firstly,thebrakeshoefactorsareanalyzedfromtheviewofpointsoftheleverageandservoeffectsofbrakeshoe.Theinfluentialfactorstotheperformanceofthetwo-degree-of-freedombrakeshoeareinvestigatedwithchangingitsstructuraldesignparametersindetail.Someimportantsuggestionsaremadeforimprovingthecurrently-useddrumbrakesanddevelopingpossibleinnovativeones.Secondly,ananalyticalmodelofthetwo-degree-of-freedombrakeisbuiltup.Basedonanalysisoftheincompletecontactbetweendrumandlinings,animprovedapproachtodeterminetherealpressuredistributionrangeoveraliningispresented,andcorrespondingformulasforcalculatingthebrakeperformanceindicesarereestablished.Thentheinfluentialdesignfactorsareanalyzedindetailagain.Thirdly,thefiniteelementsimulationtechniqueisusedtostudythecontactstressdistributionoverthefrictionsurfacebetweenthedrumandlinings.Inordertoaccuratelyanalyzethebrakingaction,stressdistribution,brakingtorqueandbrakingefficiencyfactor,itisnecessarytoutilizethethree-dimensionalfiniteelementsimulationmethod.Theresultsaremuchmoresignificantthanthosefromthetraditionalsimpletwo-dimensionalquasi-rigidbodymodel.Finally,anewtypeofdrumbrakeactuatedbycamisprovided,andthecalculationmethodsofitsperformanceindicesaresetup.Asetoftruckbrakesisdesigned.Theanalysisresultsproveitsexcellentbrakingperformancein-III-higherbrakefactor,uniformstressdistributionoverthefrictionsurfacebetweendrumandlinings,etc.Keywords:DrumBrake,DesignandEvaluationMethods,BrakingFactor,IndexofNonuniformity,StressDistribution,FEA,BrakeCam-IV-IV目录第一章绪论......................................................................................................11.1课题的目的和意义......................................................................................11.2鼓式制动器技术研究进展和现状...............................................................21.3本论文的主要内容......................................................................................8第二章蹄—鼓式制动器主要性能评价参数.....................................................102.1制动效能因数的变化特性和影响因素....................................................102.2摩擦片压强不均匀性分析与评价............................................................15第三章具有二自由度制动蹄的鼓式制动器性能分析........................................213.1二自由度蹄制动器性能的影响因素和变化特性探讨.............................213.1.1二自由度蹄—鼓式制动器分析模型.................................................213.1.2支座斜角y对制动效能的影响.........................................................263.1.3支座位置对制动效能的影响.............................................................303.1.4驱动力作用方向对制动效能的影响..................................................313.2二自由度蹄制动器性能参数的计算........................................................343.2.1二自由度蹄制动器性能计算基本模型..............................................343.2.2二自由度领蹄受力分析.....................................................................353.2.3二自由度蹄摩擦片不完全接触现象和积分范围的确定...................393.2.4制动蹄性能参数的确定.....................................................................403.2.5实例分析............................................................................................413.3二自由度蹄制动器性能影响因素和变化特性的进一步探讨..................433.3.1支座斜角y对制动效能的影响.........................................................433.3.2支座位置对制动效能的影响.............................................................473.4有限元计算分析.......................................................................................513.4.1制动器的CAE模型............................................................................513.4.2边界条件............................................................................................523.4.3仿真结果............................................................................................53-V-V3.5本章小结...................................................................................................56附：压力最大点位置与S－不均匀度指数的等效性........................................57第四章凸轮驱动式的