多盘制动器加压装置典型结构设计及试验研究

发布时间：2016-08-23 07:14

1  绪论 

摩擦盘式制动器分为单片式制动器和多盘制动器。多盘制动器广泛应用于工程领域，与传统的钳盘式制动器相比，其制动性能稳定，散热性好，制动瞬时温升低；而且制动器结构简单，操作控制方便、可靠，占用空间小；方便产品系列化等优点[2]。 但多盘制动器本身仍有不足之处，如摩擦片压力分布不均匀，导致摩擦片更换频率较高，制动器整机寿命低；反复高速制动时，弹子加压装置磨损严重，加压效率低下，支撑结构齿槽磨损严重，造成制动震动噪声大，稳定性降低，最终使得制动器失效。为了使多盘制动器能更好的适应重载荷、高转速、环境恶劣等工况条件，对多盘制动器整机温度场和应力场分析；优化弹子槽型，减轻弹子槽磨损，提高弹子加压效率，减轻制动压力的损失的研究；已成为现今研究多盘制动器的研究重点。 本文主要为改善弹子加压装置加压效率低、制动压力传递损失严重、使用寿命短以及加压装置典型支撑结构受力过大、支撑结构齿槽磨损严重等问题开展研究。首先通过改变槽型半径和槽型倾角的方法，设计弹子槽方案，掌握弹子加压装置的运动形式和受力的变化规律，在保证加压装置的加压效率的前提下，降低压力损失，提高弹子加压装置的承载能力，减轻反复制动对弹子槽的磨损；同时针对多盘制动器在反复加压过程中，静摩擦盘外齿对加压装置典型支撑结构齿槽的磨损严重的问题，对支撑结构进行方案设计，研究在加压过程中支撑结构齿槽的压力分布情况，掌握齿槽磨损的严重区域，减轻齿槽磨损带来的震动噪声，延长制动器整机寿命。

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2  多盘制动器弹子加压装置运动学分析

2.1  运动学分析方法研究

约束是指机械系统内零部件之间运动的相互关系。它限制零部件在某些自由度上的运动关系，包括运动方向，运动类型等。ADAMS 中的四种约束类型有低副、高副、基本副、运动驱动。运动驱动是指，针对一个零部件相对于另一个零部件按约束进行运动，该运动添加一种驱动力，所以，运动驱动也可看作一种激励约束。ADAMS 提供了不同形式的力以作为约束，如弹性力、三分量力、单向力和单向力矩、柔性梁、集中和分布力、力场等。通过 ADAMS 软件全面建模方式、丰富的库函数和自定义设置的共同协作，能够真实的模拟现实工作中的各零部件的运动和受力关系。 

2.2  多盘制动器弹子加压装置槽型设计方案的确定 

根据位移传递函数的结论，要想使静摩擦盘和动摩擦盘接合，完成制动过程，弹子槽必须要有足够大槽型倾角。然而随着弹子槽半径和倾角的增大，制动弹子在运动过程中容易发生滞回现象。由于制动弹子的半径为 R12.7mm，是保持不变的，所以确定槽型设计方案见表 2.1 所示。三种方案槽型结构如图 2.3 所示。本文采用自底向上的方对弹子加压装置行模型装配，从底层逐步向上装配，将己经设计好的零件加入到装配体中。 首先，弹子加压装置的装配是以移动盘为基础的装配，因此移动盘是全固定装配。 然后，制动弹子是以移动盘的槽型为基础，以平面连接方式连接，在装配过程中体现为移动盘圆形凹槽面与制动弹子圆球表面相互接触。完成了一个制动弹子与移动盘的装配后，将制动弹子在圆周上阵列 15 个制动弹子。 最后，弹子加压装置转动盘也是以移动盘为基础，以平面连接方式连接，在装配过程中体现为移动盘的下表面与转动盘的上表面相互接触。确定连接，完成弹子加压装置装配过程。详细装配过程如图 2.4 所示。

3  多盘制动器弹子加压装置接触性能分析 ............. 20 

3.1  多盘制动器弹子加压装置有限元模型建立 ........... 21
3.2  多盘制动器弹子加压装置有限元仿真前处理 ..................... 21
3.3  多盘制动器弹子加压装置有限元仿真分析 .................. 23
3.4  本章小结 ....................... 30 
4  多盘制动器支撑结构有限元模型建立及有限元分析 ............ 31 
4.1  多盘制动器支撑结构有限元模型建立 .................... 32
4.2  多盘制动器支撑结构有限元仿真分析 ......... 34
4.3  本章小结 ......... 42 
5  多盘制动器加压试验 ............................... 43 
5.1  试验测试方案的确定 ............ 44
5.2  多盘制动器加压试验 ............................. 45
5.3  本章小结 ................... 49

5  多盘制动器加压试验 

5.1  试验测试方案的确定 

前面分别对多盘制动器弹子加压装置三种槽型设计方案进行了运动学分析和接触性能分析；同时也对多盘制动器支撑结构二种设计方案进行了压力磨损性能的分析。通过仿真分析与理论分析相互结合的方法进行方案对比，确定了设计方案。但必须要提供有力的试验依据作为支撑，才能证明上述仿真结果的正确性和仿真方法的可行性。本章将会利用惯性制动器试验台对所选设计方案的制动器整机实物进行静态加载试验和惯性制动试验（动态加载试验）。 静态加载试验主要是为了测量在力传递过程中支撑结构应力分布情况。惯性制动试验主要是为了测量在加压过程中弹子盘的应力分布情况。该试验的研究方法为仿真分析提供了有力的试验数据，证明了仿真分析方法的可行性。该试验具体操作步骤如图 5.1 所示。 

5.2  多盘制动器加压试验 

惯性加载试验主要是测量在不同工况下，制动过程中弹子加压装置移动盘的应力分布情况。考虑到数据精确性、应变片的温度临界线及试验件的损坏临界线等因素；通过反复加压得出试验数据取其最大值平均值的方法进行研究可较为精准的测量弹子加压装置移动盘的应变分布情况。惯性加载试验主要考虑制动扭矩的影响，测试制动器移动盘应力分布情况。惯性加载试验工况为：1800N•m、2700N•m 和 3600N•m，共分三种工况加载，每种工况加压五次，共计加载次数为 15 次。 如图 5.7 所示为一点内、中、外三处工况下的数据采集图像。根据试验采集图像可得出，在惯性加载试验中 5 次加载均有振动，此振动为加压过程中每一时刻制动弹子滚动，与弹子盘接触位置不同，同时制动器加压板表面并非绝对平面，与移动盘传力过程中，会有微小震动。因此在加压转动过程中出现曲线震动现象，在惯性加载试验中 5 次加载得出的数据也基本稳定，数据精度满足试验精度要求。对惯性加压试验得出的每种工况下的最大应变平均值进行统计见表 5.3，得出惯性加压试验面压曲线如图 5.8 所示。

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6  结论

本论文针对高速重载下某型号履带车辆制动器弹子加压装置和支撑结构进行研究，首先通过改变槽型半径和槽型倾角的方法，确定三种槽型设计方案；其次，对加压装置典型支撑结构设计二种方案，并运用 CAE 软件进行仿真分析研究。通过方案仿真结果的对比，确定弹子加压装置和支撑结构的设计方案，并对设计方案进行实物试验，分别进行静态加载试验和惯性加载试验。与仿真结果进行对比，验证仿真结果的正确性，仿真分析方法的可行性。在保证加压效率的前提下，提供足够大的制动压力，缩短加压时间，并且减轻反复加压对加压装置弹子槽以及支撑结构齿槽的磨损。 具体工作内容如下：（1）通过改变槽型半径和倾角的方法，确定三种槽型设计方案。运用 ADAMS 软件进行加压仿真，，并结合对移动盘位移的理论研究。结果均表明，方案三（R=13.3mm，α=22°）的加压效率最高，随着 α 的增大，加压用时也越短，加压效率也越大，但加压用时增幅不明显，说明弹子槽型半径 R 和倾角 α 对加压装置加压效率的影响并不大。方案一（R=12.9mm，α=16）所受接触力最小，随着 α 的增大，所受接触力也越大，且三种方案接触力相差较大，说明弹子槽型半径R和倾角α对加压装置接触力的影响很大。

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参考文献（略）

本文编号：100753