鼓式制动器热分析及冷却装置研究

论文摘要

保持制动性能稳定对车辆的行驶安全至关重要。许多重型载货汽车和一些需要在山区等特殊路段行驶的车辆,在使用鼓式制动器进行制动时很容易发生制动器热衰退现象。因此为了提高制动器制动效能,减小制动器发生热衰退现象,本文建立了鼓式制动器热分析有限元模型,应用Ansys软件对影响制动器温升的因素进行分析,并对制动器冷却装置进行了研究,探讨了减小制动器热衰退的相关措施。本文根据热力学理论,分析了鼓式制动器制动过程中的生热散热机理,建立了导热微分方程,确定了定解条件及制动器热流密度和对流换热系数。依照有限元分析和建模应遵守的基本原则,在合理简化制动器实体模型基础上建立了鼓式制动器的三维实体CATIA模型,通过合理的网格划分控制方式,建立了Ansys有限元分析模型,得到不同载荷条件下热分析结果,并与制动器温升试验数据进行了对比,验证了制动器实体建模和有限元分析过程的准确性。在充分比较车辆运行工况后,选取有代表性的工况对鼓式制动器进行热分析,获得了不同因素对制动器温升的影响程度,并提出了减小制动器热衰退的措施。应用MATLAB遗传算法优化工具箱对制动器的结构参数进行了基于车辆综合性能的优化设计。通过对制动器结构参数的改进有效降低了制动器的温升,为汽车设计、改进以及相关研究提供了参考。对现有的几种鼓式制动器冷却装置进行了研究,分析对比了各自的优缺点,阐述了冷却装置应该具备的性能。对冷却装置的冷却区域以及冷却水用量进行了计算,并用Ansys仿真计算软件验证了冷却水用量的准确性。同时对比了不同冷却装置的用水量,介绍了其他防止制动器热衰退的工程措施,为冷却装置的深入研究提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 鼓式制动器结构特点及其热失效
• 1.2.1 鼓式制动器结构特点
• 1.2.2 鼓式制动器的热失效
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 鼓式制动器生热与散热分析
• 2.1 鼓式制动器热分析基本理论
• 2.1.1 热传导
• 2.1.2 对流换热
• 2.1.3 热辐射
• 2.1.4 导热微分方程
• 2.2 鼓式制动器生热与散热分析
• 2.2.1 制动过程中的摩擦生热
• 2.2.2 鼓式制动器散热分析
• 2.2.3 制动过程能量分配
• 2.3 求解对流换热系数
• 2.3.1 对流换热机理
• 2.3.2 影响对流换热系数的主要因素
• 2.3.3 对流换热系数的求解
• 2.4 本章小结
• 第3章 鼓式制动器有限元仿真计算
• 3.1 有限元建模基本理论
• 3.1.1 有限元分析过程
• 3.1.2 有限元建模的基本原则
• 3.2 制动器三维实体模型建立
• 3.2.1 实体模型简化
• 3.2.2 制动器材料力学参数
• 3.2.3 三维实体模型建立
• 3.3 制动器有限元模型建立
• 3.4 制动器有限元模型验证
• 3.4.1 鼓式制动器热分析
• 3.4.2 制动器有限元模型验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 鼓式制动器制动热分析
• 4.1 车辆持续下坡制动器温升仿真
• 4.1.1 不同坡度下制动器温升计算
• 4.1.2 结果分析
• 4.2 不同载荷制动器温升计算
• 4.2.1 不同载荷下制动器温升
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 不同车速下制动器温升
• 4.3.1 不同车速下制动器温升
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 其他条件下制动器温升仿真计算
• 4.4.1 制动器材料的影响
• 4.4.2 路面附着系数的影响
• 4.4.3 制动力分配系数的影响
• 4.5 制动器优化设计
• 4.5.1 目标函数确定
• 4.5.2 约束确定
• 4.5.3 优化计算
• 4.6 本章小结
• 第5章 鼓式制动器冷却装置研究
• 5.1 制动器冷却装置研究
• 5.1.1 冷却装置分析
• 5.1.2 冷却装置性能要求
• 5.2 冷却装置用水量确定
• 5.2.1 冷却方式确定
• 5.2.2 冷却区域确定
• 5.2.3 冷却装置工作温度确定
• 5.2.4 用水量确定
• 5.3 冷却装置执行机构参数确定
• 5.3.1 执行机构及安全装置
• 5.3.2 水泵流速计算
• 5.3.3 水箱容量计算
• 5.4 其他控制制动器温度措施
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢