摘 要

汽车作为当今社会最重要的交通工具之一，其功能性和安全性备受关注，而制动系很大程度上保证了汽车行驶的安全性，因此很有必要对制动系进行设计研究。

本文以东风某中型载货车的后轮制动系为研究对象，首先比较了盘式制动器和鼓式制动器的优缺点，进行了方案的选型，然后根据东风天锦中型货车 DFH1160BX1JVA的整车参数，进行鼓式制动器性能参数的确定，包括了同步附着系数、制动器的最大制动力矩，也利用Matlab绘制了I曲线等，之后进行了主要零部件的计算，包括制动底板、制动蹄、制动鼓等，同时利用Catia建立了三维模型，然后对制动器进行了设计校核，包括了磨损特性和比摩擦力的校核，之后进行了制动凸轮轴的设计、制动调整臂中的蜗轮蜗杆设计和制动驱动机构的选择与计算，然后利用Abaqus对简化了的装配模型进行了有限元分析，研究了鼓式制动器的热—结耦合状况，得到了制动鼓的应力云图和节点温度云图，进一步验证了建立的模型的准确性，同时也确保了货车能够达到有效的制动效能。

关键词：鼓式制动器；制动凸轮轴；热-结耦合分析；制动鼓

Abstract

As one of the most important means of transportation in today's society, automobile is of great concern to its function and safety, and the braking system has ensured the safety of automobile driving. Therefore, it is necessary to design the brake system. In this paper, the rear wheel brake system of a medium-sized truck in Dongfeng is taken as the research object. The advantages and disadvantages of the disc brake and the drum brake are compared first. The selection of the scheme is carried out, and then the drum brake is carried out according to the vehicle parameters. The parameters of the determination, including the synchronization of the adhesion coefficient, the maximum brake braking torque, the use of Matlab to draw the I curve, and then the main parts of the calculation, including the brake floor, brake shoes, brake drums, etc. Using Catia to establish a three-dimensional model, the brake was also designed to check, including the wear characteristics and specific friction check. The design of the brake camshaft, the design of the worm gear in the brake adjustment arm and the selection and calculation of the brake drive mechanism are carried out. Then the finite element analysis of the simplified assembly model is carried out by using Abaqus. The results show that the accuracy of the model is verified, and the effective braking performance of the truck can be ensured by the heat-junction coupling analysis, the stress cloud and the node temperature cloud of the brake drum are obtained.

Key Words：drum brake；brake camshaft；heat - junction coupling analysis；brake drum

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题设计的内容 2

第2章 制动器总体方案的确定 3

2.1制动器的分类及工作原理 3

2.2总体结构方案的比较 3

2.3鼓式制动器的分类及选择 4

第3章 鼓式制动器主要参数的确定及设计计算 6

3.1制动系性能参数 6

3.1.1地面对前后轮的法向反作用力 6

3.1.2理想的制动力分配曲线 8

3.1.3同步附着系数 9

3.1.4制动器的最大制动力矩 10

3.2鼓式制动器主要结构参数的确定 10

3.3鼓式制动器主要零部件 12

3.4鼓式制动器的设计计算 13

3.4.1制动阻力矩 13

3.4.2领从蹄促动力的确定 17

3.4.3制动器效能因数 17

3.4.4制动器自锁检查 18

3.5制动器设计校核 18

3.5.1制动器的磨损特性的计算 18

3.5.2比摩擦力的计算 19

第4章 制动器零部件和驱动机构的计算 20

4.1制动凸轮和凸轮轴 20

4.2制动调整臂中的调整蜗轮 22

4.3制动驱动机构的选择与计算 24

第5章 制动过程中的数值模拟分析 26

5.1制动器的几何仿真模型及网格划分 26

5.2制动系统关键零部件材料的确定 27

5.3载荷与边界条件 28

5.4制动鼓的温度场及应力场分析 29

结论 31

参考文献 32

致谢 33

附录A 34

附录B 35

第1章 绪论

1.1 引言

随着社会的进步和经济的飞速发展，汽车成为了普通大众的日常生活中重要的交通工具之一。另外随着市场的需求，汽车向高速，重载的方向不断发展，这对汽车的制动系统提出了更高的要求，因为它关乎人们的生命安全和财产安全，所以我们就要保证汽车行驶的稳定性和工作的可靠性，并且通过不断地研究在制动过程中出现的各种问题（制动尖叫、制动热衰退等）来改进制动器的结构，从根本上解决问题,才能够使制动器适应时代的需求与发展。因此我们要关注制动器的研究，并联系实际情况，观察和分析它的工作情况，提出自己的意见。

1.2 国内外研究现状

长安大学赵凯辉以EQ1208为参考车型，建立了鼓式制动器的热-机耦合三维有限元模型，通过增大汽车行驶通过的坡度和制动初速度，制动器温度都增大。其中随着坡度增大时，温升曲线非线性增强，另外随着制动初速度的增大，虽然改善了对流换热，但制动蹄与制动鼓之间的相对滑动速度增大，使得摩擦生热流量上升更快，因此总体上制动器温度仍呈上升趋势^[1]。王庭义提出了一种新型鼓式制动器，它的支撑销是椭圆的，因此被称为浮动鼓式制动器。他利用ADAMS和有限元软件ANSYS对浮动式和普通式鼓式制动器进行分析，得到了浮动式鼓式制动器的摩擦力矩远大于普通式的，接触应力要小于普通式的，另外由于制动蹄是浮动的，可以减少摩擦衬片接触角变化量，改善了接触状态^[2]。管欣、申俊峰等建立了某客车的多柔体仿真模型，将制动鼓与摩擦片都看成柔性体，并通过改变制动工况来验证了模型的正确性^[3]。李善峰通过有限元软件建立了鼓式制动器各部件的三维模型，进行模态分析，并提出对制动器各部件进行结构优化、材料优化，可以错开它们之间的固有频率，从而降低了噪声^[4]。

Abd Rahman M R尝试通过修改摩擦衬片来抑制鼓式制动器尖叫，首先采用有限元方法，然后使用复特征值分析来预测尖叫噪声。最后，对四个建议的修改进行实验室尖叫测试，以验证其对抗尖叫声的有效性^[5]。Puncioiu A M通过使用商业有限元软件ANSYS开发了制动鼓中的温度分布的有限元模型，提出了制动期间产生的热量引起变形，这改变了制动鼓和制动蹄界面的热弹性接触压力分布^[6]。Ishak M R开发了前后滚筒式驻车制动器模型的一维模型，然后通过测试台来验证该制动模型，并且发现制动扭矩随着滚筒温度的升高而略微增加^[7]。

1.3 课题设计的内容

（1）本论文研究的基本内容是关于某中型东风载货车后轮制动系设计，先是对国内外情况和研究意义的概述，可以吸取前人的经验，也避免了重复劳动。之后比较盘式制动器和鼓式制动器的优缺点，确定制动系总体方案确定。