一种新型机电缓速器的研究

论文摘要

随着汽车技术的迅速发展和道路的不断改善，车辆的行驶速度普遍提高，人们对车辆行驶安全的要求也越来越高。特别是在频繁停车的市内公共汽车和山区行驶的重载汽车上，制动负荷过大的问题比较突出，如果这些制动负荷全部由车辆的主制动器承担，就会造成摩擦片过热，产生热衰退现象，严重影响车辆的行车安全。新型机电缓速器是一种新型的辅助制动装置，车辆上安装了机电缓速器能使其主制动器的温度大大降低，同时提高了整车的制动和安全性能。本文首先分析了研发新型机电缓速器的意义和前景，对目前国内汽车（特别是大型客车和重载车辆）加装缓速器的必要性进行了讨论。同时对目前国内外对缓速器制订的法规以及行业规定进行了总结，明确了研究新型缓速器所要求的工作条件。然后将研制的新型机电缓速器和目前市场占有率较大的电涡流缓速器、液压缓速器进行了详细的横向比较，得出机电缓速器的优劣性，肯定了研发机电缓速器的意义。通过将机电缓速器和其他制动器受力情况进行类比分析，提出了机电缓速器受力分析数学模型，建立了机电缓速器的主要部件相对应的数学模型，并进行了相应的受力分析，其中包括摩擦鼓、制动蹄、摩擦片、齿轮传动等部分。同时进一步完成了各个主要部件的设计和校核，设计完成了特定型号的新型机电缓速器。采用有限元软件模拟仿真车辆制动摩擦过程，得到了摩擦片内表面压力分布特征，并将得到压力分布规律和传统理论分布规律的差异进行了探讨，同时也得到了制动蹄和摩擦鼓的应变场、应力场，并对有限元计算结果进行了深入的分析和讨论。在热力学分析中，对最能检验机电缓速器性能的恒速下长坡制动工况进行了分析，建立了机电缓速器的热流密度模型，并将有限元计算得到的瞬态温度分布和热应力分布规律进行了充分的分析和讨论。对产品进行有限元分析已经成为产品设计周期中的一个重要环节，对所设计的产品参数和性能进行计算分析，能减少产品设计周期，优化产品性能。本文的有限元分析结果将为其进一步的优化设计提供一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外缓速器发展概况
• 1.3 新型电机缓速器研究的背景
• 1.4 新型电机缓速器研究的主要内容和目的
• 1.4.1 本课题研究的主要内容
• 1.4.2 本课题研究预计达到的目的
• 第2章 新型机电缓速器和其他缓速器比较
• 2.1 汽车缓速器国内外的相关法规
• 2.1.1 国外的汽车缓速器标准的发展
• 2.1.2 国内的汽车缓速器标准的发展
• 2.2 汽车缓速器的分类
• 2.2.1 发动机排气制动
• 2.2.2 液力缓速器
• 2.2.3 电涡流缓速器
• 2.2.4 永磁式缓速器
• 2.2.5 自励式缓速器
• 2.3 新型机电缓速器
• 2.4 本章小结
• 第3章 新型机电缓速器的设计
• 3.1 新型机电缓速器的结构
• 3.1.1 新型机电缓速器的机械装置
• 3.1.2 新型机电缓速器的工作原理
• 3.2 新型机电缓速器的控制部分设计
• 3.3 新型机电缓速器的结构设计方法和计算
• 3.3.1 缓速器理论设计模型
• 3.3.2 缓速器最大制动力矩的确定
• 3.3.3 缓速器设计的受力数学模型
• 3.3.4 机电缓速器的结构参数设计和摩擦系数
• 3.3.5 制动蹄铁设计（领从蹄）
• 3.3.6 制动蹄支撑销的剪切应力计算
• 3.3.7 紧固摩擦片铆钉的剪切应力验算
• 3.3.8 齿轮传动和强度设计
• 3.3.9 恒速下长坡摩擦热计算
• 3.3.10 循环水冷型机电缓速器的设计和计算
• 3.3.11 制动气室的计算
• 3.4 新型机电缓速器实体
• 3.5 本章小结
• 第4章 机电缓速器的结构有限元分析
• 4.1 前言
• 4.2 力场作用下空间问题的有限元方法
• 4.3 机电缓速器的接触问题
• 4.3.1 接触问题讨论
• 4.3.2 有限元接触分析理论
• 4.4 机电缓速器有限元模型的建立
• 4.4.1 缓速器工作时的力学模型
• 4.4.2 实体三维模型的建立、导入 ANSYS 软件
• 4.4.3 单元类型的选取和材料定义
• 4.4.4 模型的网格划分
• 4.4.5 建立接触单元
• 4.4.6 边界条件及载荷
• 4.5 机电缓速器各个部件的分析与讨论
• 4.5.1 制动蹄的有限元分析与讨论
• 4.5.2 摩擦鼓的有限元分析与讨论
• 4.5.3 摩擦片的有限元分析与讨论
• 4.5.4 支架的有限元分析与讨论
• 4.6 本章小结
• 第5章 机电缓速器的热力学有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 力-温度耦合下空间问题的有限元方法
• 5.3 机电缓速器热力学数学模型
• 5.3.1 机电缓速器生热与散热过程
• 5.3.2 热分析数学模型
• 5.3.3 摩擦鼓表面热流密度的确定
• 5.3.4 散热系数的确定
• 5.4 机电缓速器的温度场和热应力场有限元分析和讨论
• 5.4.1 建立摩擦鼓有限元分析模型
• 5.4.2 制动鼓材料参数的选取
• 5.4.3 单元选取和网格划分
• 5.4.4 边界条件的加载与求解
• 5.4.5 下场坡仿真结果分析与讨论
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢