1  緒論 

摩擦盤式制動(dòng)器分為單片式制動(dòng)器和多盤制動(dòng)器。多盤制動(dòng)器廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的鉗盤式制動(dòng)器相比，其制動(dòng)性能穩(wěn)定，散熱性好，制動(dòng)瞬時(shí)溫升低；而且制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作控制方便、可靠，占用空間小；方便產(chǎn)品系列化等優(yōu)點(diǎn)[2]。 但多盤制動(dòng)器本身仍有不足之處，如摩擦片壓力分布不均勻，導(dǎo)致摩擦片更換頻率較高，制動(dòng)器整機(jī)壽命低；反復(fù)高速制動(dòng)時(shí)，彈子加壓裝置磨損嚴(yán)重，加壓效率低下，支撐結(jié)構(gòu)齒槽磨損嚴(yán)重，造成制動(dòng)震動(dòng)噪聲大，穩(wěn)定性降低，最終使得制動(dòng)器失效。為了使多盤制動(dòng)器能更好的適應(yīng)重載荷、高轉(zhuǎn)速、環(huán)境惡劣等工況條件，對(duì)多盤制動(dòng)器整機(jī)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分析；優(yōu)化彈子槽型，減輕彈子槽磨損，提高彈子加壓效率，減輕制動(dòng)壓力的損失的研究；已成為現(xiàn)今研究多盤制動(dòng)器的研究重點(diǎn)。 本文主要為改善彈子加壓裝置加壓效率低、制動(dòng)壓力傳遞損失嚴(yán)重、使用壽命短以及加壓裝置典型支撐結(jié)構(gòu)受力過大、支撐結(jié)構(gòu)齒槽磨損嚴(yán)重等問題開展研究。首先通過改變槽型半徑和槽型傾角的方法，設(shè)計(jì)彈子槽方案，掌握彈子加壓裝置的運(yùn)動(dòng)形式和受力的變化規(guī)律，在保證加壓裝置的加壓效率的前提下，降低壓力損失，提高彈子加壓裝置的承載能力，減輕反復(fù)制動(dòng)對(duì)彈子槽的磨損；同時(shí)針對(duì)多盤制動(dòng)器在反復(fù)加壓過程中，靜摩擦盤外齒對(duì)加壓裝置典型支撐結(jié)構(gòu)齒槽的磨損嚴(yán)重的問題，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，研究在加壓過程中支撐結(jié)構(gòu)齒槽的壓力分布情況，掌握齒槽磨損的嚴(yán)重區(qū)域，減輕齒槽磨損帶來的震動(dòng)噪聲，延長制動(dòng)器整機(jī)壽命。

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2  多盤制動(dòng)器彈子加壓裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

2.1  運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法研究

約束是指機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)零部件之間運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系。它限制零部件在某些自由度上的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，包括運(yùn)動(dòng)方向，運(yùn)動(dòng)類型等。ADAMS 中的四種約束類型有低副、高副、基本副、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)是指，針對(duì)一個(gè)零部件相對(duì)于另一個(gè)零部件按約束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)添加一種驅(qū)動(dòng)力，所以，運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)也可看作一種激勵(lì)約束。ADAMS 提供了不同形式的力以作為約束，如彈性力、三分量力、單向力和單向力矩、柔性梁、集中和分布力、力場(chǎng)等。通過 ADAMS 軟件全面建模方式、豐富的庫函數(shù)和自定義設(shè)置的共同協(xié)作，能夠真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)工作中的各零部件的運(yùn)動(dòng)和受力關(guān)系。 

2.2  多盤制動(dòng)器彈子加壓裝置槽型設(shè)計(jì)方案的確定 

根據(jù)位移傳遞函數(shù)的結(jié)論，要想使靜摩擦盤和動(dòng)摩擦盤接合，完成制動(dòng)過程，彈子槽必須要有足夠大槽型傾角。然而隨著彈子槽半徑和傾角的增大，制動(dòng)彈子在運(yùn)動(dòng)過程中容易發(fā)生滯回現(xiàn)象。由于制動(dòng)彈子的半徑為 R12.7mm，是保持不變的，所以確定槽型設(shè)計(jì)方案見表 2.1 所示。三種方案槽型結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。本文采用自底向上的方對(duì)彈子加壓裝置行模型裝配，從底層逐步向上裝配，將己經(jīng)設(shè)計(jì)好的零件加入到裝配體中。 首先，彈子加壓裝置的裝配是以移動(dòng)盤為基礎(chǔ)的裝配，因此移動(dòng)盤是全固定裝配。 然后，制動(dòng)彈子是以移動(dòng)盤的槽型為基礎(chǔ)，以平面連接方式連接，在裝配過程中體現(xiàn)為移動(dòng)盤圓形凹槽面與制動(dòng)彈子圓球表面相互接觸。完成了一個(gè)制動(dòng)彈子與移動(dòng)盤的裝配后，將制動(dòng)彈子在圓周上陣列 15 個(gè)制動(dòng)彈子。 最后，彈子加壓裝置轉(zhuǎn)動(dòng)盤也是以移動(dòng)盤為基礎(chǔ)，以平面連接方式連接，在裝配過程中體現(xiàn)為移動(dòng)盤的下表面與轉(zhuǎn)動(dòng)盤的上表面相互接觸。確定連接，完成彈子加壓裝置裝配過程。詳細(xì)裝配過程如圖 2.4 所示。

3  多盤制動(dòng)器彈子加壓裝置接觸性能分析 ............. 20 

3.1  多盤制動(dòng)器彈子加壓裝置有限元模型建立 ........... 21
3.2  多盤制動(dòng)器彈子加壓裝置有限元仿真前處理 ..................... 21
3.3  多盤制動(dòng)器彈子加壓裝置有限元仿真分析 .................. 23
3.4  本章小結(jié) ....................... 30 
4  多盤制動(dòng)器支撐結(jié)構(gòu)有限元模型建立及有限元分析 ............ 31 
4.1  多盤制動(dòng)器支撐結(jié)構(gòu)有限元模型建立 .................... 32
4.2  多盤制動(dòng)器支撐結(jié)構(gòu)有限元仿真分析 ......... 34
4.3  本章小結(jié) ......... 42 
5  多盤制動(dòng)器加壓試驗(yàn) ............................... 43 
5.1  試驗(yàn)測(cè)試方案的確定 ............ 44
5.2  多盤制動(dòng)器加壓試驗(yàn) ............................. 45
5.3  本章小結(jié) ................... 49

5  多盤制動(dòng)器加壓試驗(yàn) 

5.1  試驗(yàn)測(cè)試方案的確定 

前面分別對(duì)多盤制動(dòng)器彈子加壓裝置三種槽型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和接觸性能分析；同時(shí)也對(duì)多盤制動(dòng)器支撐結(jié)構(gòu)二種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了壓力磨損性能的分析。通過仿真分析與理論分析相互結(jié)合的方法進(jìn)行方案對(duì)比，確定了設(shè)計(jì)方案。但必須要提供有力的試驗(yàn)依據(jù)作為支撐，才能證明上述仿真結(jié)果的正確性和仿真方法的可行性。本章將會(huì)利用慣性制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)對(duì)所選設(shè)計(jì)方案的制動(dòng)器整機(jī)實(shí)物進(jìn)行靜態(tài)加載試驗(yàn)和慣性制動(dòng)試驗(yàn)（動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)）。 靜態(tài)加載試驗(yàn)主要是為了測(cè)量在力傳遞過程中支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況。慣性制動(dòng)試驗(yàn)主要是為了測(cè)量在加壓過程中彈子盤的應(yīng)力分布情況。該試驗(yàn)的研究方法為仿真分析提供了有力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明了仿真分析方法的可行性。該試驗(yàn)具體操作步驟如圖 5.1 所示。 

5.2  多盤制動(dòng)器加壓試驗(yàn) 

慣性加載試驗(yàn)主要是測(cè)量在不同工況下，制動(dòng)過程中彈子加壓裝置移動(dòng)盤的應(yīng)力分布情況�？紤]到數(shù)據(jù)精確性、應(yīng)變片的溫度臨界線及試驗(yàn)件的損壞臨界線等因素；通過反復(fù)加壓得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)取其最大值平均值的方法進(jìn)行研究可較為精準(zhǔn)的測(cè)量彈子加壓裝置移動(dòng)盤的應(yīng)變分布情況。慣性加載試驗(yàn)主要考慮制動(dòng)扭矩的影響，測(cè)試制動(dòng)器移動(dòng)盤應(yīng)力分布情況。慣性加載試驗(yàn)工況為：1800N•m、2700N•m 和 3600N•m，共分三種工況加載，每種工況加壓五次，共計(jì)加載次數(shù)為 15 次。 如圖 5.7 所示為一點(diǎn)內(nèi)、中、外三處工況下的數(shù)據(jù)采集圖像。根據(jù)試驗(yàn)采集圖像可得出，在慣性加載試驗(yàn)中 5 次加載均有振動(dòng)，此振動(dòng)為加壓過程中每一時(shí)刻制動(dòng)彈子滾動(dòng)，與彈子盤接觸位置不同，同時(shí)制動(dòng)器加壓板表面并非絕對(duì)平面，與移動(dòng)盤傳力過程中，會(huì)有微小震動(dòng)。因此在加壓轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)曲線震動(dòng)現(xiàn)象，在慣性加載試驗(yàn)中 5 次加載得出的數(shù)據(jù)也基本穩(wěn)定，數(shù)據(jù)精度滿足試驗(yàn)精度要求。對(duì)慣性加壓試驗(yàn)得出的每種工況下的最大應(yīng)變平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)見表 5.3，得出慣性加壓試驗(yàn)面壓曲線如圖 5.8 所示。

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6  結(jié)論

本論文針對(duì)高速重載下某型號(hào)履帶車輛制動(dòng)器彈子加壓裝置和支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，首先通過改變槽型半徑和槽型傾角的方法，確定三種槽型設(shè)計(jì)方案；其次，對(duì)加壓裝置典型支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二種方案，并運(yùn)用 CAE 軟件進(jìn)行仿真分析研究。通過方案仿真結(jié)果的對(duì)比，確定彈子加壓裝置和支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)，分別進(jìn)行靜態(tài)加載試驗(yàn)和慣性加載試驗(yàn)。與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性，仿真分析方法的可行性。在保證加壓效率的前提下，提供足夠大的制動(dòng)壓力，縮短加壓時(shí)間，并且減輕反復(fù)加壓對(duì)加壓裝置彈子槽以及支撐結(jié)構(gòu)齒槽的磨損。 具體工作內(nèi)容如下：（1）通過改變槽型半徑和傾角的方法，確定三種槽型設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用 ADAMS 軟件進(jìn)行加壓仿真，，并結(jié)合對(duì)移動(dòng)盤位移的理論研究。結(jié)果均表明，方案三（R=13.3mm，α=22°）的加壓效率最高，隨著 α 的增大，加壓用時(shí)也越短，加壓效率也越大，但加壓用時(shí)增幅不明顯，說明彈子槽型半徑 R 和傾角 α 對(duì)加壓裝置加壓效率的影響并不大。方案一（R=12.9mm，α=16）所受接觸力最小，隨著 α 的增大，所受接觸力也越大，且三種方案接觸力相差較大，說明彈子槽型半徑R和傾角α對(duì)加壓裝置接觸力的影響很大。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：100753