鼓式制动器的建模与仿真资料.docx

鼓式制动器的建模与仿真资料.docx

《鼓式制动器的建模与仿真资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《鼓式制动器的建模与仿真资料.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

鼓式制动器的建模与仿真资料

河北工业大学

毕业设计说明书

作者：

张南学号：

******

系：

机械工程

专业：

车辆工程

题目：

鼓式制动器的建模与仿真

指导者：

刘茜副教授

评阅者：

2014年06月08日

毕业设计说明书中文摘要

鼓式制动器结构建模与仿真

摘要：

由于我国公路的迅猛的发展和车速的提高和车流量的逐渐的增加，行车安全中就越显重要了，而其中制动系统的安全可靠显得更加尤为重要。

所以，关于制动器的相关设计和其制造水平的提高就非常有现实意义。

汽车制动主要是通过制动器实现的，因此制动器的优化设计、性能的提高就具有非常重要的意义。

汽车制动器分为鼓式制动器和盘式制动器两种形式。

鼓式制动器被各类货车广泛的应用，其中解放卡车98%都是采用的鼓式制动器，并且货车类的盘式制动器一般都应用于前轮的制动器上。

本次毕业设计主要是运用UG软件建立鼓式制动器的三维模型并用ADAMS软件进行运动性能仿真分析。

首先利用UG软件建模，建立各个鼓式制动器的零部件的三维立体模型，主要包括制动轮缸、制动底板、制动鼓、制动蹄片、制动蹄筋、制动蹄、摩擦片、回位弹簧，然后用UG软件的装配技术将各个零部件进行装配，最终得到双领蹄式鼓式制动器总成模型。

最后把利用UG建立的鼓式制动器模型导入ADAMS软件，添加鼓式制动器各零件的各种约束、驱动等，建立鼓式制动器的仿真虚拟样机，并对其工作装置的各种工作性能进行仿真分析，最终得出仿真结果。

关键词：

UGADAMS鼓式制动器建立模型仿真

毕业设计（论文）外文摘要

TitleMediumtruckbrakestructuremodelingandsimulation

Abstract:

Withtherapiddevelopmentofhighwayinourcountryandtoincreasethespeedandthenumberofcarsincreasegradually,sotheperformanceofautomobilebrakesysteminroadsafetyisincreasinglyimportant.So,thedesignofthebrakeandtheimprovementofmanufacturingisverypracticalsignificance.Automobilebrakingprocesscontroleffectisachievedbythebrakeeventually,sothebrakeoptimizationdesign,improvetheperformanceofthebrakehasveryimportantsignificance.Atpresenttherearetwoforms,automobilebrakedrumbrakeanddiscbrake.Drumbrakeisoneofthemostcommonformofbrake,liberationtruck98%arenowusingthedrumbrake.

ThisgraduationdesignmainlyuseUGestablishshoebrakemodelsandAdamsperformancesimulation.

FirstofallestablishvariousUGsoftwarecomponentmodel,includingthebrakeplate,brakedrumorbrake,wheelcylinder（brake）,spring,andsoon,andthenassemblingtechnologyUGwillindividualpartsassembledintoawholeshoebrakemodels.

FinallytheUGvirtualmodelimportAdams,addavarietyofconstraints,driven,andsoon,toestablishashoebrakevirtualprototyping,andtotheworkofdeviceworkperformancesimulationanalysis,simulationresults.

Keywords：

UG、ADAMAS、Drumbrake、Buildamodel、Simulation

1．绪论………………………………………………………………………………………1

1.1制动系统的原理……………………………………………………………………………1

1.2鼓式制动器的介绍………………………………………………………………………1

1.3鼓式制动器优缺点…………………………………………………………………………3

2．鼓式制动器零件建模及装配…………………………………………………………4

2.1零件建模………………………………………………………………………………………4

2.2制动器的装配………………………………………………………………………………13

3.虚拟样机模型的建立及性能仿真分析………………………………………………15

3.1制动器各部件间约束关系的建立……………………………………………………15

3.2几何体间约束的关系与选择……………………………………………………………17

3.3ADAMS\View的运动仿真……………………………………………………………………25

3.4ADAMS\View仿真结果……………………………………………………………………27

结论………………………………………………………………………………………33

参考文献…………………………………………………………………………………34

致谢………………………………………………………………………………………35

1.绪论

1.1制动系统原理

制动系统是行车安全中非常重要的一部分，制动系统主要表现为通过踩下制动踏板，制动系统将力进行一系列传递从而最终表现为车辆的行车速度降低直至停车。

制动系统原理图如下图1.1。

制动系统由制动踏板、助力泵、总泵活塞、制动鼓、液压管道、驻车制动等组成。

踩下制动踏板将力传递到制动系统，助力泵将踏板上的力进行放大并传递到制动总泵中推动总泵活塞运动，将力传递到制动器的制动鼓，产生摩擦力矩从而使车轮速度降低直至停车。

图1.1制动系统的原理图

1.1鼓式制动器的介绍

鼓式制动器应用在车辆上面已经有很长时间的历史，由于它的可靠性稳定以及大制动力均衡，使得鼓式制动器至今仍被装置在许多车型上（多用于后轮）。

鼓式制动器是通过液压装置将制动蹄向外推，使制动蹄摩擦片与随着车轮转动的制动鼓发生摩擦产生制动力矩从而使车辆实现制动的效果。

鼓式制动器的制动鼓内侧与摩擦片接触的位置就是制动装置产生制动力矩的位置。

在获得相同制动力矩的情况下，鼓式制动器的制动鼓直径较盘式制动器的制动鼓要小得多。

因此需要较大制动力的德众大型车辆多会装置鼓式制动器。

鼓式制动器就是利用制动蹄摩擦片与制动鼓之间产生摩擦并产生制动力矩从而使车辆减速的制动装置。

当踩下制动踏板时，脚的施力会使制动总泵内的活塞将液压油往前推并在油路中产生压力。

压力经由液压管传送到每个车轮的制动轮缸的活塞，制动轮缸的活塞再向外推动制动蹄，使制动蹄摩擦片与制动鼓的内侧产生摩擦，并产生足够的摩擦力矩使车轮车速降低，以达到车辆制动的目的。

图1.2鼓式制动器的零部件图

l-调整楔2-推杆3-制动蹄总成4-弹簧5-上回位弹簧6-弹簧座7-驻车制动拉杆

8-下回位弹簧9-制动轮缸l0-底板ll—螺钉12-制动蹄摩擦片l3-弹簧

鼓式制动器的成本低廉,适合实际生产应用。

四轮汽车在制动过程中,由于惯性的作用,前轮载荷通常是占车辆总载荷的70%，制动力远大于后轮,后轮起辅助制动效果,因此,汽车制造商为了降低成本多采用前盘后鼓的制动装置。

但对于重型车辆,速度一般不是很高,所以很多货车至今仍使用四轮鼓式的制动装置的设计。

按照鼓式制动器的制动蹄的受力情况可以将其进行分类（见图1.2），它们的制动效能、制动鼓的受力状况以及对车轮旋转方向对制动效能的影响均不相同。

图1.3各种鼓式制动器简图

（a）领从蹄鼓式制动器；（b）领从蹄式鼓式制动器；（c）双领蹄式鼓式制动器；

（d）双向双领蹄式鼓式制动器；（e）单向增力式鼓式制动器；（f）双向増力式鼓式制动器

实际上无论哪种鼓式制动器其工作原理都是一样的，鼓式制动器都是由制动轮缸推动活塞将力传递到制动蹄，推动制动蹄上的摩擦片与制动鼓产生摩擦力矩，从而迫使车轮速度降低直至停止。

1.3鼓式制动器的优点和缺点

鼓式制动器之优点：

有自动制动的作用，使制动系统可以使用较低的油压，或是使用直径比制动碟小很多的制动鼓；驻车制动机构的安装容易。

有些车辆在后轮装盘式制动器，会在制动盘中心部位安装鼓式制动的驻车制动机构；零件的加工与构造较为简单，并且制造成本较低。

鼓式制动器的缺点：

鼓式制动的制动鼓在受热后直径会变大，造成制动踏板的行程加大，容易发生制动反应迟缓的状况。

因此驾驶装有鼓式制动的车辆时，要尽量避免连续踩下制动踏板制动造成制动蹄片因高温而产生热衰退现象；制动系统反应较为迟缓，制动的踩踏力不容易被控制，会影响制动效能；制动器构造复杂零件繁多，制动间隙须做调整，使得维修不易。

2鼓式制动器零件建模及装配总成

2.1零件建模

鼓式制动器由制动鼓、制动蹄、轮缸（制动分泵）、制动底板、回位弹簧等零部件组成。

制动鼓的外形成圆环状，一般选材为散热较好的金属，制动鼓车轮旋转。

制动蹄安装在固定不动的制动底板上，位于制动鼓之中制动底板是用来安装各种组件的。

一个制动鼓装有两个一样的制动蹄，制动蹄上装有摩擦片，但是制动蹄的位置不是对称装配的。

踩下制动踏板，活塞推动制动蹄片张开，制动蹄摩擦片与制动鼓的内表面发生摩擦，迫使制动鼓逐渐降速直至停止旋转，使得车辆减速直至停车。

制动器是汽车的重要安全装置，为对汽车鼓式制动器进行运动性能分析，首先应用UG软件建立了鼓式制动器零件三维实体模型和装配总成模型。

鼓式制动器零件三维实体建模和装配的过程和方法，如下所述方法来保证建立三维实体模型的准确性。

2.1.1制动底板

制动底板是车辆制动器中用以固定制动蹄总成与制动鼓装配的支撑零件，是连接鼓式制动器和车辆的器件，可以说是整车制动系统的核心．

制动底板是圆形，两边稍高中间低洼，低洼处是用以安装两边的制动轮缸（制动分泵），制动地板上还有相应的螺纹孔用于固定制动底板。

首先，在UG中的新建一个文件，如图2.1.然后进入建模环境，然后进入草图，根据制动底板二维图中的左视图和俯视图，在草图环境中画出制动底板的轮廓图，如图2.2所示。

图2.1新建对话框

图2.2制动底板的轮廓图

点击

按钮进行回转角度限制为0°到360°。

图2.3回转

然后在回转体的上表面，作处一个基准面，如图2.4.并在回转体的两侧在草图环境中画出两个半圆，并对半圆向下进行拉伸操作，要超过底板的轮廓，新的拉伸体与先做的拉伸体布尔求差。

其次，再在中间拉伸体旁边的平面再做一个基准平面，并继续在此基准面上画圆形，完成草图进并进行拉伸，把刚才进行求差的圆孔补上，最后将各部分进行布尔求和。

图2.4选取创建基准平面对话框

在刚刚建立的最后一个基准平面上再次进入草图环境并作出安装制动液压轮缸的位置的形状，点击完成草图并进行进行拉伸操作，得到安装制动液压缸位置实体。

如图2.5所示：

图2.5制动底板模型

2.1.2制动蹄

制动蹄总成是由制动蹄片、制动蹄筋、制动摩擦片装配形成。

制动蹄筋和制动蹄片通过焊接方式连接在一起，然而制动蹄片和制动摩擦片因为材料不同需要通过铆接方式进行连接，装配时有12个铆钉铆接在一起。

制动摩擦片材料与制动蹄片和制动蹄筋的材料不同，一般是石棉材料制成的。

制动蹄筋和蹄片的厚度选择，经查阅资料可知，通常轿车的为3㎜-5㎜，货车的为5㎜-8㎜.摩擦片的厚度经查阅资料可知，轿车多为4.5㎜-5㎜，货车多为8㎜以上，摩擦片可为铆接或粘贴在制动蹄上，粘贴的允许磨损厚度会比较大，而且使用寿命较长，但是更换摩擦片操作会比较麻烦，而采用铆接连接的制动蹄片和制动蹄摩擦片，其鼓式制动器工作噪声比较小，制动蹄片和制动蹄筋材料采用HT200。

首先做建立的是制动蹄筋模型，根据二维图纸上的数据，进入草图画出制动蹄的轮廓形状，完成草图并进行拉伸完成制动蹄筋的建模。

图2.6制动蹄筋模型

然后建立制动蹄片模型，同上在草图中画出蹄片的轮廓，完成草图并进行拉伸，完成蹄片的整体模型。

然后完成铆钉孔和定位孔，通过基准平面按钮以及其中的“点和方向”、“按某一距离”等按钮，进行基准平面的创建。

如图2.4所示。

然后在基准平面进行画草图，完成拉伸，布尔求差，得出想要的铆钉孔和定位孔，即完成制动蹄片的模型。

图2.7制动蹄片模型

最后建立制动蹄摩擦片模型，制作过程与制动蹄片建模操作过程相似。

完成制动蹄摩擦片的建模如图2.8

图2.8制动蹄摩擦片模型

制动蹄三部分零件完成建模之后进行装配，打开UG软件的装配环境，使用UG左下角的“添加现有组件”

按钮，即出现如图2.9所示的选择部件对话框。

选中已完成建模的零件，然后进行面与面之间配对，制动蹄片的铆钉孔可用来装配，只要让两个孔面配对就完成装配。

配对对话框如图2.11所示。

图2.9选择部件对话框

图2.10制动蹄的装配条件

图2.11各种配对类型

最后完成的装配制动蹄总成如图2.12所示。

图2.12制动蹄总成图

2.1.3制动鼓

制动鼓是制动系统的一部分，制动时，活塞对两对半月型的制动蹄片施加压力，让制动蹄片贴紧制动鼓的内壁，产生摩擦使车轮停止旋转。

制动鼓材质为HT200-300（即灰口铸铁），制动鼓毛坯是铸造而成，制动鼓原材料一般为生铁、回炉铁，同时加入了一些合金，如Cu、Cr等，从而改善了铸件的性能。

制动鼓的壁厚的选择经过查阅资料可知，其选取主要是根据刚度及强度。

制动鼓壁厚取大些有助于散发制动过程中产生的热量，但实验表明，壁厚约从11mm增至20mm时，制动过程的摩擦表面的温度变化并不明显。

铸造制动鼓的壁厚：

轿车约为7mm到2mm；中、重型货车大致为13mm到18mm。

制动鼓制造材料选用HT200。

制动鼓首先是由外圆拉伸为圆柱，然后再此基础上做另一小圆拉伸并与大圆布尔求减而成，点击“拉伸”按钮拉伸对话框并输入拉伸值如图2.13所示。

图2.13拉伸对话框

布尔求减后的制动鼓厚度应大于制动蹄片与制动蹄摩擦片装配后的宽度。

完成拉伸的模型如图2.14所示

图2.14制动轮鼓

2.1.4轮缸

轮缸是在制动系统中产生阻止车辆运动或运动趋势的力的重要组成部件。

轮缸分成两部分，缸体和活塞，并且把它们装配成轮缸。

制动轮缸是汽车制动系统的重要组成,如果制动轮缸密封性能不好,会使制动失灵。

缸体是在基准平面上进入草图环境，制动轮缸的二维图做出出来轮缸底板的圆，完成草图后拉伸，接着在拉伸的上表面用同上的方法建立凸台。

最后在凸台上表面建立制动轮缸的缸体，最后将完成的模型布尔求和即完成制动轮缸的缸体建模。

图2.15制动轮缸缸体

活塞根据二维图纸即可建立模型，较为简单，操作同上不在重复说明。

图2.16活塞

最后是缸体和活塞的装配。

配对条件如图2.17所示。

得到制动轮缸的装配图，如图2.18

图2.17制动液压泵的装配条件

图2.18制动轮缸总成图

2.1.5回位弹簧

鼓式制动器中有两根相同的回位弹簧，回位弹簧安装在两个制动蹄上，每根弹簧都是由挂钩、螺旋弹簧、直拉杆组成。

制动器工作时，随着制动泵活塞的伸长，推动制动蹄张开，安装在制动蹄上的回位弹簧被拉直；制动动作停止后，制动蹄利用弹簧的弹性回到原来的位置，制动器也从新复位。

由于回位弹簧为对称模型所以通过建立一般的模型在进行镜像操作来完成整根回位弹簧的模型。

启用UG“螺旋线”工具，如图2.19对话框。

输入螺旋线的转数（9.5）、螺距（14），选择输入半径按钮（1.6），旋转方向选为左旋，最后点击“确定”即可完成螺旋线的绘制。

然后进入草图环境在螺旋线的一端建立基准面，在此基准面上绘制弹簧的截面圆形，完成草图并利用回转操作做出弹簧的实体模型。

图2.19螺旋线对话框

然后再通过选定基准平面，画出挂钩和连杆，最后并利用“镜像”命令，得出回位弹簧的另一半。

即可完成如图2.20所示的回位弹簧模型。

图2.20回位弹簧

2.2建立模型

打开UG并进入装配环境，打开做好的制动底板，然后装配两个液压泵，用“配对”按钮安装制动轮缸，左右两个的轮缸上下相反。

如图2.21

图2.21底板、回位弹簧、制动轮缸的装配

点击“添加现有组件”按钮，选中制动鼓，选取中心对齐方式进行装配，使制动鼓的圆柱面中心与制动底板的外圆中心对齐。

最后移动组件将制动鼓下表面与制动底板距离设置为11cm。

如图2.22

图2.22底板、回位弹簧、制动轮缸与轮鼓的装配

继续点击添加现有组件按钮，设置制动蹄总成的制动蹄片的外圆与制动底板内圆柱面同心，移动组件设置两者相距距离为0.4mm。

最后添加约束，使制动蹄片的上表面与制动鼓上表面在同一平面上。

点击移动组件按钮，选择制动蹄总成，移动类型为绕轴旋转，旋转角度为180°，点击确定得制动器模型总成如图2.23，即完成了鼓式制动器的建模过程。

图2.23制动器模型总成图

3.仿真模型的建立及性能仿真

3.1导入UG模型初步分析

ADAMS没有能直接分析UG建立的三维模型，需要经过标准Parasolid格式实现模型的无缝对接。

首先，在UG中把模型输出，通过文件到处到Parasolid，弹出如图3.1对话框。

选择导出的零件，点击OK，并命名输出文件。

Parasolid保存文件格式有两种*.x_t和*.xmt_txt，ADAMS仅识别*.xmt_txt格式，所以输出文件格式为*.xmt_txt。

图3.1导出Parasolid对话框

双击运行ADAMS／View，显示对话框如图3.2。

选中Importafile（导入一个文件），在startin（开始于）中选择导出文件位置，单击OK,显示导入对话框3.3。

在FileType（文件类型）中选择*.xmt_bin格式的文件类型，FileToRead（读文件位置）项中填入要导入文件路径及名字。

在Model　Name（模型名字）项输入新的文件名，最后单击OK及可出现实体。

图3.2ADAMS导入文件对话框

图3.3选择要导入的文件

3.2几何体间约束的关系与选择

3.2.1合并零件（布尔求和）

本次设计仿真中，需要将两个制动液压泵的泵体与制动底板两个不相交的实体进行合并。

合并两个不相交实体的操作过程如下说明：

①在几何建模工具集图标

用右键选取合并两个不相交的实体工具图标

。

②选择第一个实体即制动液压泵的泵体，在该实体上将要并入第二个实体即制动底板。

③选择第二个实体即制动底板，完成合并组合操作。

此时，构件液压泵泵体并入构件底板中，成为构件制动底板的一部分。

同时，程序自动地在数据库中将原来的构件液压泵泵体删除。

操作完成后即完成了制动液压缸缸体与制动底板的实体合并。

还应说明的是进行零件实体合并的两个零件的材料要相同才能进行操作。

3.2.2几何体间的连接（JOINT）

JOINT（连接）的约束过程为点击Build按钮，右键点击Joints按钮，即出现如图3.4对话框

图3.4各种连接副对话框

各连接副的功能如下说明:

　转动副　约束2个转动自由度，3个移动自由度

　平移副　约束2个移动自由度，3个转动自由度

　圆柱副　约束2个转动自由度，2个移动自由度

　球形副　约束3个移动自由度

　平面副　约束２个转动自由度，１个移动自由度

　恒速副　约束１个转动自由度，3个移动自由度

　万向副　约束1个转动自由度，3个移动自由度

螺旋副　约束2个转动自由度，3个移动自由度

　固定副　约束６个自由度

齿轮副约束两个滑移副或旋转副之间的自由度并使之成一定比例

本设计仿真模型建立过程中用到了固定副、转动副、平移副三种连接。

转动副：

本设计中是制动鼓相对制动底板转动和制动蹄相对制动轮缸的转动。

制动鼓旋转的中心位置即制动底板的中心位置。

所以需要添加制动鼓相对制动底板的转动副。

点击打开Joints对话框，点击

按钮即添加转动副按钮，在制动轮鼓位置右击，即出现select对话框，如图3.5

图3.5选择实体对话框

选中要选择的实体即制动鼓，将制动鼓进行选定，再选择有转动副关系的另一个实体即制动底板。

制动鼓旋转的中心位置即制动底板的中心位置。

然后如上操作添加制动蹄相对轮缸的转动副。

固定副：

制动底板与地面添加固定副。

两个制动鼓蹄片和制动蹄摩擦片也需要添加固定副。

具体操作如下：

打开Joints添加对话框，点击

按钮即添加固定副，先选中制动底板，然后选择地面，即可完成固定副的添加。

制动鼓蹄片和制动蹄摩擦片也需要添加固定副，因为制动蹄片和制动蹄摩擦片的材料不同，因此无法通过合并零件进行固定。

平移副：

制动液压泵活塞相对液压泵缸体平移。

打开ModifyJoint对话框，点击

按钮，先选中液压泵活塞，然后选中制动液压泵泵体，平衣服添加完成，同时可对平移副进行编辑，如图3.6对话框

图3.6添加平移副对话框

3.2.3几何体间的运动（MOTION）

添加运动使用的是

JointMotion按钮，右击Joint按钮可以选择驱动的类型。

点击Modify按钮出现如下对话框，即可进行编辑。

并可对函数进行编辑，如图3.7所示。

图3.7添加连接副运动力对话框

MOTION_1

平移运动，为JOINT_3制动液压缸活塞的平移。

设定运动函数为1.5*time。

如图3.8所示

图3.8MOTION-1对话框

MOTION_2

此为平移运动，为JOINT_4制动蹄的平移。

时间模仿为位移，设定运动函数为1.5*time。

如图3.9所示

图3.9MOTION-2对话框

MOTION_3

此为旋转运动，为JOINT_9制动鼓的转动。

操作如上。

3.2.4几何体间的接触（Contact）

点击Build里的Force按钮，出现如图3.10对话框。

图3.10CreatForce对话框

添加接触约束操作说明，点击

按钮，选中接触的两个实体，如果只是相互接触而没有力的相互作用就不用设定力的参数，有力相互作用的就设定力的参数。

Contact_1

此接触约束是加在了制动蹄和制动轮鼓之间，两者之间接触时有力的作用，所以需要设置力参数。

接触力参数：

刚