機(jī)械制動(dòng)器的建模分析目錄TOC\o"1-3"\h\u2449機(jī)械制動(dòng)器的建模分析 1133361.1機(jī)械制動(dòng)器的三維模型 1123371.1.1機(jī)械制動(dòng)器的結(jié)構(gòu) 1296421.1.2機(jī)械制動(dòng)器的工作原理 2165101.1.3SolidWorks軟件介紹 357211.1.4機(jī)械制動(dòng)器的整體模型 365491.2機(jī)械制動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型 459951.3機(jī)械制動(dòng)器的分析 414031.3.1氣室推力 4189471.3.2杠桿比 4163711.3.3摩擦系數(shù) 511491.3.4制動(dòng)半徑 6125461.3.5制動(dòng)間隙 71.1機(jī)械制動(dòng)器的三維模型盤式制動(dòng)器按照摩擦副的固定元件結(jié)構(gòu)不同分為鉗盤式制動(dòng)器和全盤式制動(dòng)器。鉗盤式制動(dòng)器的摩擦副固定元件為制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗；全盤式制動(dòng)器的摩擦副固定元件是固定盤和旋轉(zhuǎn)盤。全盤式制動(dòng)器按照固定盤數(shù)量不同分為單盤式制動(dòng)器和多盤式制動(dòng)器。鉗盤式制動(dòng)器按照制動(dòng)鉗體能否沿軸向移動(dòng)分為固定鉗盤式制動(dòng)器和浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器。固定鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤與輪轂相連接，制動(dòng)鉗與車橋相連接而固定不動(dòng)；浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗可以沿著軸向運(yùn)動(dòng)。本文選用浮鉗式盤式制動(dòng)器。1.1.1機(jī)械制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)浮鉗式氣壓盤式制動(dòng)器的主要部件為：制動(dòng)鉗體、制動(dòng)塊架體、摩擦片、制動(dòng)板、制動(dòng)盤和放氣螺栓等。浮鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤由輪轂和制動(dòng)表面兩個(gè)主要部分組成。其中輪轂是輪胎內(nèi)部用來支撐輪胎中心裝在前后軸上的金屬部件，其內(nèi)裝有軸承來與車軸進(jìn)行連接，制動(dòng)表面是制動(dòng)盤兩側(cè)的工作表面，它們提供摩擦接觸面給制動(dòng)摩擦塊。制動(dòng)面磨損超過壽命極限時(shí)需及時(shí)進(jìn)行更換。為了改善冷卻效果，鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤常被鑄成中間帶有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，這樣大大地增加了散熱面積，降低溫升，避免制動(dòng)器出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)崴ネ?。制?dòng)摩擦塊由制動(dòng)板和摩擦片組成。制動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)1.1.2機(jī)械制動(dòng)器的工作原理在車輛行駛過程中，制動(dòng)盤通過法蘭安裝在車軸上并隨著車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而摩擦片安裝在制動(dòng)盤兩側(cè)的制動(dòng)塊支架上，與促動(dòng)裝置組成制動(dòng)鉗。制動(dòng)支架安裝在車橋總成上。駕駛員對車輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，氣室連桿推動(dòng)推力臂，推力臂在此起到杠桿的放大作用，接著推動(dòng)雙推桿作用于摩擦片上，而制動(dòng)鉗體受到反作用力的作用，制動(dòng)鉗體帶動(dòng)另一側(cè)的摩擦片作用于制動(dòng)盤上，使摩擦片與制動(dòng)盤表面相接觸而產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生制動(dòng)力矩阻止車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，降低車速。制動(dòng)器制動(dòng)過程中，將車輛行駛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能通過制動(dòng)盤散發(fā)到空氣中。1.1.3SolidWorks軟件介紹本文采用SolidWorks作為實(shí)體建模軟件對機(jī)械制動(dòng)器和電渦流緩速器進(jìn)行機(jī)械建模。SolidWorks有以下功能：三維繪圖設(shè)計(jì)功能、數(shù)據(jù)分析和管理功能和基于物理學(xué)的仿真分析功能等。采用SolidWorks的原因是它有以下優(yōu)勢：(1)功能強(qiáng)大，在進(jìn)行三維建模、裝配的同時(shí)還可以在此基礎(chǔ)上直接繪制二維的工程圖，方便標(biāo)注零件；(2)易學(xué)易會(huì)，操作界面友好，短時(shí)間內(nèi)可以熟練掌握；(3)技術(shù)創(chuàng)新，操作靈活。1.1.4機(jī)械制動(dòng)器的整體模型利用SolidWorks軟件對浮鉗式盤式制動(dòng)器進(jìn)行三維建模，模型見圖2-2。圖2-2浮盤式制動(dòng)器整體模型1.2機(jī)械制動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型假定制動(dòng)器的制動(dòng)塊與制動(dòng)盤接觸良好，受力均勻，由上文中氣壓盤式制動(dòng)器的工作原理可知制動(dòng)力矩為，F(xiàn)=(2-1)M=2F(2-2)M=2(2-3)式中，F(xiàn)n為氣室推力；F為制動(dòng)力；i為杠桿比；η為機(jī)械效率；μ1.3機(jī)械制動(dòng)器的分析由氣壓盤式制動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型可知，影響主制動(dòng)器制動(dòng)力矩的因素有氣室推力、杠桿比、摩擦系數(shù)、制動(dòng)半徑、制動(dòng)間隙等。本節(jié)將對主要影響因素進(jìn)行分析。REF_Ref12077\r\h[5]1.3.1氣室推力從數(shù)學(xué)模型上看，氣室推力與制動(dòng)力矩成正比，但根據(jù)摩擦學(xué)的基本理論，這種關(guān)系并不恒定。一方面，如果氣室推力過大，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大后傳遞到摩擦接觸面的正壓力N會(huì)超過摩擦元件材料所能承受的最大壓力值，超過部分的壓力將會(huì)產(chǎn)生滑磨功E，并隨氣室推力的增大而增加，滑磨功會(huì)產(chǎn)生熱量，使工作環(huán)境溫度升高，制動(dòng)器會(huì)出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，即隨溫度升高，摩擦系數(shù)減小，制動(dòng)效能降低。除此之外，氣室推力的增大也會(huì)加劇制動(dòng)器元件的磨損，降低其壽命，增加成本。1.3.2杠桿比如圖2-3所示為氣室推力的靜特性曲線。杠桿比是一種設(shè)計(jì)參數(shù)，與氣壓盤式制動(dòng)器的推力桿和杠桿固定處的配合位置有關(guān)，不是固定值，隨杠桿的工作行程的增大而增大。杠桿比對制動(dòng)力矩的影響情況同氣室推力一致。因此在設(shè)計(jì)杠桿比的過程中既要保證足夠的制動(dòng)力矩，又要兼顧氣室推力的靜特性曲線。此外，還要注意選擇合適剛度的材料，保證工作正常進(jìn)行。圖2-3氣室推力的靜特性曲線1.3.3摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)是指兩個(gè)表面間的摩擦力與垂直作用力之比，與表面粗糙度、溫度等有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，摩擦系數(shù)與制動(dòng)器制動(dòng)盤的耐磨性、抗熱衰退性能等因素也有關(guān)，但這些因素通常存在矛盾關(guān)系，因此需要協(xié)調(diào)均衡好。在改善制動(dòng)力矩的過程中，提高摩擦系數(shù)的同時(shí)也要保證摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性。摩擦系數(shù)穩(wěn)定性的主要影響因素是摩擦面的分布、摩擦接觸面積和制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)形式?；钊姆植贾苯佑绊懩Σ撩娴姆植记闆r，而摩擦面的分布直接影響摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性。如圖2-4所示，摩擦系數(shù)穩(wěn)定性按以下順序依次升高：單個(gè)活塞形式、雙活塞形式、雙活塞與整體推盤組合形式。圖2-4活塞的分布與施力對應(yīng)關(guān)系摩擦面面積越大，單位摩擦面上的垂直作用力越小，摩擦力越低，溫升越小，進(jìn)而摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性越高。在主制動(dòng)器制動(dòng)過程中，熱量大多通過制動(dòng)盤散發(fā)，其散熱情況與制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)相關(guān)。1.3.4制動(dòng)半徑制動(dòng)半徑是指摩擦面的受力中心到制動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的這條線段，一般情況下取制動(dòng)塊距制動(dòng)盤中心最大距離和最小距離的算術(shù)平均值。其值間接受到車輪內(nèi)部輪廓的限制，尤其是氣門?？紤]到零件在高負(fù)荷下的熱變形，保護(hù)氣門不受高溫影響，防止卡鉗和氣門之間粘上臟污，剎車、輪輞和氣門之間應(yīng)留有足夠的間隙。在實(shí)際應(yīng)用中，摩擦面受力不均勻，活塞中心的載荷密度明顯高于其他部位，剎車片上半部的載荷密度明顯高于下半部?；瑒?dòng)功與制動(dòng)半徑成正比，制動(dòng)塊上半部溫度高于下半部。鑒于以上兩個(gè)因素，剎車片上半部磨損明顯快于下半部，即存在偏磨問題，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致剎車跑偏等制動(dòng)問題。眾所周知，這種現(xiàn)象是由氣壓盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)決定的，無法從根本上解決，但可以通過相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)來改善，即使活塞的力心低于制動(dòng)半徑。因此，在設(shè)