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毕业设计（论文）外文摘要目录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)3.3 ADAMS\View的运动仿真 (25)3.4 ADAMS\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2.11 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。