ADAMS鼓式制动器仿真

 

ADAMS鼓式制动器仿真

     鼓式制动器是车辆中常见的制动结构，鼓式制动器是利用制动蹄片挤压制动鼓而获得制动力的，可分为内张式和外束式两种。内张鼓式制动器是以制动鼓的内圆柱面为工作表面，在现代汽车上广泛使用；外束鼓式制动器则是以制动鼓的外圆柱面为工作表面。本文基于ADAMS建立内张鼓式制动器模型进行仿真。

 

一.模型的建立

1. 摩擦片柔性体的建立
   

      鼓式制动器中的摩擦片材料一般是有机石棉材料或是粉末冶金材料，其刚度一般最小，其变形直接影响到制动力矩和制动时间等，对于制动器的性能仿真影响最大，所以本次仿真摩擦片采用柔性体。如下图，为了使摩擦片与制动蹄之间紧密结合在一起，在柔性体上设置5个刚性连接点(并提取10阶模态)。然后通过Hypermesh完成mnf柔性体文件的制作。
   

柔性体文件的部分模态振型如下图所示：

 

2.鼓式制动器刚柔耦合模型的建立

a.制动蹄的建立

   将mnf柔性体摩擦片导入到adams后，摩擦片内侧建立两个制动蹄(左右对称建立，可以在adams中通过布尔操作建立模型。)

 

b.制动鼓的建立

   在摩擦片的外侧建立制动鼓，同时制动鼓与摩擦片之间留有一定的间隙：

c.制动缸的建立

     制动缸主要通过液压将摩擦片压向制动鼓，通过摩擦使轮胎停止转动，在adams中可用几个连杆来模拟制动缸和缸杆，如下：

d.回位弹簧的建立

     在车辆正常行驶的过程中，摩擦片与制动鼓之间没有接触，因此需要在制动蹄与制动底板(本文用ground代替)间建立一个弹簧，在非制动过程中，弹簧拉着摩擦片使其不与制动鼓接触(所以非制动状态，弹簧体现为拉力，需在弹簧中设置预载)。

e.下连接杆的建立

   正常在两个蹄片下部会有调节装置、回位弹簧，为了简化，本文在两个蹄片间只建立了一个连杆：

     正常制动缸杆是卡在制动蹄上的，如文中开头图所示，为了简化，本文采用以下结构，在后面中，图中箭头所示的“接触圆柱”与制动蹄建立接触：

 

3.约束的建立

a.固定副

    如下图，每个摩擦片与每个制动蹄片间建立5个固定副，制动缸与地面建立固定副，缸杆与接触圆柱间建立固定副：

b.球副和平面副

      下连接杆与制动蹄片间建立球副，模拟有一定间隙的销连接，然后在制动蹄片与地面(制动底板）间建立平面副：

c.移动副和旋转副的建立

    在缸杆与制动缸之间建立移动副，然后在制动鼓与地面间建立旋转副：

4.接触的建立

  在摩擦片与制动鼓间建立接触，该接触考虑摩擦系数；然后在接触圆柱与制动蹄片间建立接触，该接触可以不添加摩擦系数：

5.制动力的添加

 如下图，添加在缸杆上一个随结构运动的单向力，该单向力的函数为step(time,0.5,2.707,1,250),表示：在0-0.5s时，作用力为2.7N，该数值的力使接触圆柱始终顶着制动蹄片；在0.5-1s时，单向力由2.7变为250N，表示施加制动力的过程：

 

二.仿真分析

1. 初始设置

    首先给制动鼓一定的初始速度，如下所示(初始7200°/s)：
   

进行仿真后，结果动图如下：

制动鼓旋转速度变化图：

   改变上面制动力函数后，不同的旋转速度变化图如下，可以看出增加制动力，可以明显减少制动时间：