1、-. z.制動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)仿真專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造*：*：2015年1月12日目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc409026736第一章、概述 PAGEREF _Toc409026736 h 1HYPERLINK l _Toc4090267371.1 制動(dòng)器的分類 PAGEREF _Toc409026737 h 1HYPERLINK l _Toc4090267381.2 國(guó)外針對(duì)盤式制動(dòng)器的研究 PAGEREF _Toc409026738 h 1HYPERLINK l _Toc4090267391.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc409026739

2、 h 1HYPERLINK l _Toc4090267401.2.2 國(guó)研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc409026740 h 1HYPERLINK l _Toc409026741第二章基于ADAMS 建模的理論根底 PAGEREF _Toc409026741 h 1HYPERLINK l _Toc4090267422.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) PAGEREF _Toc409026742 h 1HYPERLINK l _Toc409026743第三章動(dòng)力學(xué)仿真 PAGEREF _Toc409026743 h 1HYPERLINK l _Toc4090267443.1 剛?cè)狍w混合動(dòng)力學(xué)模型 PAGERE

3、F _Toc409026744 h 1HYPERLINK l _Toc4090267453.2 改變彈簧彈性系數(shù)的仿真分析 PAGEREF _Toc409026745 h 1HYPERLINK l _Toc4090267463.3 結(jié)果分析 PAGEREF _Toc409026746 h 1-. z.第一章、概述1.1 制動(dòng)器的分類制動(dòng)器即為剎車，通常稱之為剎車、閘，它能使機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)或減速慢行。其重要裝置主要有傳動(dòng)裝置、制動(dòng)構(gòu)件和操縱裝置以及動(dòng)力能源裝置等。并且*些制動(dòng)器存在有自隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。制動(dòng)器可分為行車制動(dòng)器和駐車制動(dòng)器，即分別為腳剎和手剎，其中腳剎一般都用于行車過(guò)程中，

4、但如果制動(dòng)失效時(shí)，我們需要使用手剎。但車在停穩(wěn)時(shí)，需使用手剎的方式以防止車向前滑行或者向后滑動(dòng)。制動(dòng)器的分類方法還有很多：例如制動(dòng)器按接觸方式能夠被分成非摩擦式與摩擦式這兩大類。其中，前者按構(gòu)造形式分類，主要可以分成磁渦流式制動(dòng)器利用勵(lì)磁電流的改變來(lái)使制動(dòng)力矩大小得以改變、磁粉式制動(dòng)器磁化磁粉產(chǎn)生的剪力進(jìn)展制動(dòng)與水渦流式制動(dòng)器等3；還能夠根據(jù)制動(dòng)件的構(gòu)造的組成形式進(jìn)展分類，又能夠把它分為外抱塊式制動(dòng)器、蹄式制動(dòng)器、帶式制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器碟剎等；按制動(dòng)件的工作狀態(tài)一般可以分為常處于閉合制動(dòng)器只有施加外力才能把使制動(dòng)不工作，正常為緊閘狀態(tài)和常處于開狀態(tài)的制動(dòng)器只有在受到外力時(shí)才可會(huì)正常工作即具有制

5、動(dòng)作用，正常為松閘狀態(tài)；按操縱的形式進(jìn)展分類時(shí)，又可以分為人力、液壓、氣壓和電磁力操縱的制動(dòng)器；按制動(dòng)系統(tǒng)的作用進(jìn)展分類，又可以把它分為駐車與行車這兩種類型的制動(dòng)系統(tǒng)以及應(yīng)急、輔助類型的制動(dòng)系統(tǒng)等。而當(dāng)前各輛的汽車上都一定備置腳剎同手剎；按制動(dòng)操縱的能源裝置進(jìn)展分類，可以把它分為人力、動(dòng)力和伺服類型等；按制動(dòng)能量的傳輸方式分類，可以分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式、電磁式及組合式同時(shí)含量中已上兩種供能方式等。1.2國(guó)外針對(duì)盤式制動(dòng)器的研究國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究員Peter Filip等人針對(duì)汽車制動(dòng)材料的磨損性能進(jìn)展研究，收集制動(dòng)材料的磨損碎片，再使用許多分析技術(shù)相結(jié)合方法,進(jìn)展制動(dòng)測(cè)力計(jì)實(shí)驗(yàn)和球磨尺

6、寸一樣的半金屬摩擦片實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明測(cè)力計(jì)磨屑和球磨樣品之間的差異是很明顯的。同時(shí)不同的研究小組對(duì)汽車磨損微粒矛盾的研究結(jié)果進(jìn)展了討論和分析，從而對(duì)它們的測(cè)試技術(shù)進(jìn)展了進(jìn)一步的改良。美國(guó)克諾爾公司重點(diǎn)針對(duì)商用車研發(fā)了KB盤式制動(dòng)器，該公司所生產(chǎn)的制動(dòng)器的特點(diǎn)是摩擦系數(shù)衰減緩慢，在正?；蛘吒邷厍闆r下制動(dòng)力比擬大，制動(dòng)性能良好。同時(shí)該公司研發(fā)的盤式制動(dòng)器的制動(dòng)距離相對(duì)較小，車輛可以在平安距離停頓運(yùn)動(dòng)，并且其重量輕，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)使其目前廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)4。并且該公司對(duì)盤式制動(dòng)器的自隙調(diào)整機(jī)構(gòu)也有很大程度上的研究。1.2.2 國(guó)研究現(xiàn)狀科技大學(xué)及工業(yè)大學(xué)的相關(guān)研究人員先用相應(yīng)的有限元軟件生成對(duì)

7、應(yīng)柔性體零件，然后在軟件ADAMS中對(duì)制動(dòng)器施加力、約束與制動(dòng)盤和制動(dòng)塊摩擦片間的滑動(dòng)接觸，建立盤其柔性體模型，并進(jìn)而得出摩擦片阻尼的增加抑制制動(dòng)盤振動(dòng)的結(jié)論。理工大學(xué)的研究生針對(duì)制動(dòng)器的振動(dòng)噪聲等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)展了具體的研究分析,并對(duì)制約因素進(jìn)展了分類，得出的一些專業(yè)性的結(jié)論。由于盤式制動(dòng)器在制動(dòng)時(shí)力的作用很復(fù)雜，我們?cè)趯?duì)其進(jìn)展仿真分析時(shí)不可防止會(huì)把它受力的復(fù)雜環(huán)境進(jìn)展簡(jiǎn)化，進(jìn)而會(huì)與實(shí)際情況相差過(guò)大，因此所得出的研究性結(jié)論對(duì)于實(shí)際設(shè)計(jì)與制造沒(méi)有比擬準(zhǔn)確現(xiàn)實(shí)的意義。同時(shí)由于制動(dòng)器在應(yīng)用中不可防止的會(huì)存在磨損現(xiàn)象，這個(gè)因素對(duì)于仿真分析亦具有重要的影響。因此，在對(duì)盤式制動(dòng)器柔性體進(jìn)展仿真分析時(shí)要對(duì)制動(dòng)

8、過(guò)程做一個(gè)全面的分析。第二章基于ADAMS 建模的理論根底虛擬樣機(jī)技術(shù)(Virtual Prototype Technology)為人們所研究是于九十年代初開場(chǎng)的，開展到目前，美國(guó)的機(jī)械動(dòng)力公司(Mechanical Dynamics Inc，MDI)，及德航天局的SIMPACK等均是影響力比擬大的ADAMS，以及其它還有IDEAS、ABAQUS等軟件。虛擬樣機(jī)這種方法當(dāng)前在國(guó)外已經(jīng)普遍應(yīng)用到航空航天、國(guó)防業(yè)及汽車行業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。然而國(guó)對(duì)于虛擬樣機(jī)的概念以及相應(yīng)構(gòu)造的研究才剛剛開場(chǎng)，并且主要地集中在一些大學(xué)和科研院所。2.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在談及多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)時(shí)，按物體的力學(xué)特性分類能夠把它分為柔

9、性體、剛性體及剛-柔耦合系統(tǒng)這三種形式。對(duì)于剛性體系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其在機(jī)械行業(yè)與航天領(lǐng)域有兩種不同的數(shù)學(xué)模型，通常稱它們?yōu)榈芽柗ㄅc拉格朗日法；后來(lái)以笛卡爾法作為根底形成了完全笛卡爾方法。而在機(jī)械行業(yè)所完備的笛卡爾法是一種絕對(duì)坐標(biāo)法，該方法的原理是以系統(tǒng)中每一個(gè)研究對(duì)象為單元，創(chuàng)立同剛性體固結(jié)在一起的坐標(biāo)系，再相對(duì)一公共參考基來(lái)定義剛性體位置，其廣義坐標(biāo)通常可用歐拉參數(shù)或者是歐拉角表示方位坐標(biāo)。由N個(gè)剛性體共同構(gòu)成的系統(tǒng)，其坐標(biāo)數(shù)3N二維或6N三維，因?yàn)殛P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)約束的存在，所以位置坐標(biāo)是不獨(dú)立的，可以說(shuō)該坐標(biāo)與其他的位置坐標(biāo)相關(guān)。第三章動(dòng)力學(xué)仿真3.1 剛?cè)狍w混合動(dòng)力學(xué)模型由于之前所建立的Solid

10、Works模型中包含有較多的零部件，將這些零部件中可以看成剛體的所有零件導(dǎo)入到ADAMS中不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)檫@樣做會(huì)增加計(jì)算機(jī)的負(fù)荷，是計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、結(jié)果難以得出。因此需要對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)展簡(jiǎn)化，最終該盤式制動(dòng)器的簡(jiǎn)化模型中包含有制動(dòng)盤、兩個(gè)制動(dòng)塊含摩擦片、制動(dòng)鉗支架、連桿裝置及連接架等零部件，具體如圖4-5所示。圖4-10 盤式制動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化模型在對(duì)盤式制動(dòng)器作對(duì)應(yīng)的仿真模擬分析時(shí)，通過(guò)改變摩擦系數(shù)、復(fù)位彈簧的彈性系數(shù)來(lái)分析研究盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、彈簧力、制動(dòng)盤的角速度、制動(dòng)力的變化情況。首先分析比擬制動(dòng)塊與制動(dòng)盤間接觸的摩擦系數(shù)的改變對(duì)本文所研究的盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩以及彈簧力及其他因素的影

11、響。首先設(shè)置盤式制動(dòng)器的制動(dòng)塊與制動(dòng)盤之間的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1，靜摩擦系數(shù)為0.3，參數(shù)設(shè)置圖框一如圖5-2所示；之后再將靜摩擦系數(shù)改變?yōu)?.2，而動(dòng)摩擦系數(shù)保持不變，參數(shù)設(shè)置圖框二如圖5-3所示。圖5-2 參數(shù)設(shè)置方框一圖5-3 參數(shù)設(shè)置方框二對(duì)應(yīng)圖5-2及圖5-3中的參數(shù)對(duì)盤式制動(dòng)器進(jìn)展仿真分析，得出制動(dòng)力矩、制動(dòng)力、制動(dòng)盤的角加速度以及彈簧力的曲線圖。在圖5-4的上圖為盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩在參數(shù)設(shè)置方框一時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線圖，下列圖為參數(shù)設(shè)置方框二時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲線圖，單位：N.m，如圖5-4所示。圖5-4 摩擦系數(shù)改變對(duì)應(yīng)制動(dòng)力矩變化曲線在圖5-5的上圖為盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力在參數(shù)設(shè)置方框一時(shí)對(duì)應(yīng)

12、的曲線圖，下列圖為參數(shù)設(shè)置方框二時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲線圖，單位：N，如圖5-5所示。圖5-5 摩擦系數(shù)改變對(duì)應(yīng)制動(dòng)力變化曲線3.2 改變彈簧彈性系數(shù)的仿真分析分析比擬彈簧彈力的變化對(duì)本文所研究的盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩以及彈簧力及其他因素的影響。改變彈簧彈力亦對(duì)應(yīng)彈簧彈性系數(shù)，盤式制動(dòng)器的彈簧彈力的參數(shù)設(shè)置圖框三如圖5-8所示；之后再次改變彈簧彈力，對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)置圖框四如圖5-9所示。圖5-8 參數(shù)設(shè)置圖框三圖5-9 參數(shù)設(shè)置方框四對(duì)應(yīng)圖5-8及圖5-9中的參數(shù)對(duì)盤式制動(dòng)器進(jìn)展仿真分析，得出制動(dòng)力矩、制動(dòng)力、制動(dòng)盤的角加速度以及彈簧力的曲線圖。在圖5-10的上圖為盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩在參數(shù)設(shè)置方框三時(shí)對(duì)應(yīng)

13、的曲線圖，下列圖為參數(shù)設(shè)置方框四時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲線圖，如圖5-10所示。圖5-10 彈簧彈力改變對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力矩變化曲線在圖5-11的上圖為盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力在參數(shù)設(shè)置方框三時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線圖，下列圖為參數(shù)設(shè)置方框四時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲線圖，如圖5-11所示。圖5-11 彈簧彈力改變對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力變化曲線在圖5-12的上圖為盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤的角加速度在參數(shù)設(shè)置方框三時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線圖，下列圖為參數(shù)設(shè)置方框四時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲線圖，如圖5-12所示。圖5-12 彈簧彈力改變對(duì)應(yīng)的制動(dòng)盤的角加速度變化曲線在圖5-13的上圖為盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤的角加速度在參數(shù)設(shè)置方框三時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線圖，下列圖為參數(shù)設(shè)置方框四時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲線圖，如

14、圖5-13所示。圖5-13 彈簧彈力改變對(duì)應(yīng)的彈簧力變化曲線由圖5-10、5-11、5-12、5-13中兩對(duì)曲線的比照，通過(guò)分析可以得出一些結(jié)論。1由圖5-10可以看出：當(dāng)車輛制動(dòng)一段時(shí)間后，制動(dòng)力矩在一數(shù)值平穩(wěn)波動(dòng)；當(dāng)增大彈簧彈力時(shí)，盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩的根本不變，但制動(dòng)力矩變化的周期明顯增大。2由圖5-11可以看出：在一定條件下，盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力在一定圍波動(dòng)；由左右兩圖比擬知當(dāng)彈簧彈力增大時(shí)，盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力明顯增大，并且其穩(wěn)定性明顯增加。3由圖5-12可以看出：當(dāng)制動(dòng)一定時(shí)間后，盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤的角加速度變化比擬平穩(wěn)；由左右兩圖比擬可知彈簧彈力一定程度的變化對(duì)制動(dòng)盤的角加速度影響很

15、小，同時(shí)增大彈簧彈力使得制動(dòng)盤的角速度的穩(wěn)定性增加。4由圖5-13可以看出：當(dāng)制動(dòng)一定時(shí)間后，盤式制動(dòng)器的彈簧力在一定值穩(wěn)定變化；當(dāng)彈簧彈力增大時(shí)，彈簧力明顯增大。3.3 結(jié)果分析本章主要研究的是盤式制動(dòng)器在ADAMS中的模擬仿真，將以上的仿真分析結(jié)果進(jìn)展匯總，并將相應(yīng)的理論值、實(shí)驗(yàn)值、仿真值進(jìn)展比照得出相應(yīng)的結(jié)論。由于汽車在制動(dòng)時(shí)主要是因?yàn)橹苿?dòng)力矩的作用使其停車，而因?yàn)橹苿?dòng)盤與制動(dòng)塊接觸間的摩擦系數(shù)直接影響到制動(dòng)力，進(jìn)而制約了制動(dòng)力矩的大小，故在此主要比擬的是盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩與制動(dòng)力的大小隨摩擦系數(shù)的改變情況。盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩隨摩擦系數(shù)變化的關(guān)系如表5-1所示：表5-1 制動(dòng)力矩盤式

16、制動(dòng)器的制動(dòng)力隨摩擦系數(shù)的變化關(guān)系如表5-2所示：表5-2制動(dòng)力對(duì)盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、制動(dòng)力隨摩擦系數(shù)相應(yīng)的仿真曲線進(jìn)展統(tǒng)計(jì)分析，可以得到相應(yīng)的曲線變化趨勢(shì)圖，制動(dòng)力矩、制動(dòng)力的變化分別如圖5-14、5-15所示。圖5-14 制動(dòng)力矩變化曲線圖5-15 制動(dòng)力變化曲線由圖5-14、5-15可知制動(dòng)力矩、制動(dòng)力隨摩擦系數(shù)的變化從理論、實(shí)驗(yàn)、仿真的角度來(lái)看其趨勢(shì)都是類同的，均呈上升趨勢(shì)。由表5-1、表5-2可知：當(dāng)盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤與制動(dòng)塊接觸面間的摩擦系數(shù)增大時(shí)，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力矩、制動(dòng)力均在一定程度上有所增大，這個(gè)結(jié)論也與實(shí)驗(yàn)和理論相符合并得到了驗(yàn)證。但從表格中可以看出理論值、實(shí)驗(yàn)值以及仿真結(jié)果之間存在一定的偏差，經(jīng)分析研究可能由于以