特种车刹车盘加压机构理论分析

2019-07-10路修强杨圣俊

汽车零部件 2019年6期

路修强，杨圣俊

(泰安航天特种车有限公司，山东泰安 271000)

0 引言

特种车刹车盘加压机构如图1所示，主要由转动压盘1、弹子2、移动压盘 3、回位弹簧 4、片式制动器5等零件组成。当车辆需要制动时，制动力通过液压缸推动转动拉杆使转动盘产生转矩，转动盘通过弹子让压盘产生轴向力，克服回位弹簧的拉力将片式制动器压紧，使车辆达到制动效果。松开制动踏板时，液压缸回缩带动拉杆回转，弹子和移动压盘在弹簧拉力作用下向左平移，片式制动器分离，轴向制动力消失。

图1 特种车刹车盘加压机构图

特种车刹车盘加压机构基理为：滚动弹子在一定倾角的滚槽内滚动[1-2]，由于滚槽渐变，转动盘做旋转，在两侧挤压应力的作用下，弹子旋转加轴向运动，移动盘做轴向位移，通过中介弹子把旋转运动转变为轴向运动，为制动器摩擦副结合提供正压力。此结构既改变了力的方向，又增大了力的大小。

本文作者分析特种车刹车盘加压机构力和位移的传递函数并进行应力应变模拟分析，为特种越野车刹车系统提供一种全新制动系统思路。

1 加压机构力传递及增力系数推导

为便于运动机制研究与仿真分析，提取特种车刹车盘加压机构结构模型，如图2所示。

图2 特种车刹车盘加压机构模型

其中，图2(a)为装配体、图2(b)为弹子与压盘装配体(由于转动盘与移动盘对称只表示一组)。驾驶员制动时，转动压盘、弹子、移动压盘受力如图3所示。其中，F为作用于转动压盘的作动力，Fx为沿x方向作用于转动压盘上的支撑力，Fy为沿y方向作用于移动压盘上的支撑力，Fo为移动压盘作用于制动器的压力，即特种车刹车盘加压机构输出力，F′o则为其反作用力。

图3 弹子盘各构件受力分析

假设弹子作匀速运动，根据力的平衡关系，在y方向上，由图3(a)得式(1)：

F=(f′1cosα+N′1sinα)·n

(1)

在x方向上，由图3(c)得式(2)：

F′o=(N′2cosα-f′2sinα)·n

(2)

式中：n为弹子个数。

N1与N′1、N2与N′2、f1与f′1、f2与f′2均为作用力与反作用力[3-4]。对弹子而言，N1=N2，f1、f2为弹子受到的摩擦力[5]。若μ为弹子与压盘间的摩擦因数，则有f1=μ·N1，f2=μ·N2。

由式(1) 、式(2)推理得式(3)：

(3)

所以特种车刹车盘加压机构输出力为

力传递函数分别对α、μ求导，得：

所以，力传递函数对弹子槽倾角、弹子摩擦因数而言是减函数。

凹槽倾角α对应的增力系数λ如表1所示。轴向推力Fy=λ·T/R，即只需要很小的转动扭矩就产生成倍的轴向力。

表1 增力系数λ

2 特种车刹车盘加压机构位移函数推导

在车辆制动过程中，设弹子与两压盘接触点处的速度：vA是弹子随转动压盘旋转的切线速度，vB是弹子随移动压盘沿轴向移动的速度。

设转动压盘旋转角度为θ[单位为(°)]，弹子中心线所在圆的半径为Rd，移动压盘的轴向位移为x，弹子滚动角速度为ω，则有：

所以位移传递函数为

显然，g(α，Rd)随α和Rd的增大而增大。

用正交试验法计算各个参数对位移的影响。当转动盘转动角度为35°时，转动盘凹槽倾角分别：15°、15.5°、16°、16.5°、17°，中心线半径分别为60、65、70、75、80 mm。图4给出3D Map图，可以看出：位移随着凹槽倾角和中心线半径增大而增大。

图4 位移传递计算值

3 特种车刹车盘加压机构模拟分析

运用ANSYS软件瞬态动力学模块对特种车刹车盘加压机构进行模拟分析。首先在CREO中建模，使弹子槽倾角α=16.5°，中心线半径R=80 mm，弹子槽个数为8个，弹子半径为6.5 mm，并保存成.igs格式。

保存好的零部件导入ANSYS软件，从左拖入Geometry几何处理模块，对不被识别的尖角进行简化处理；处理好的几何体导入瞬态动力学模块，并在MESH里面划分网格，要对凹槽部分和接触的弹子作加密处理；接触类型选择摩擦接触，两移动盘之间接触设置为面接触，摩擦因数为0.14；弹子与两盘之间的凹槽距离设置为刚好接触并设置为两边线接触，摩擦因数为0.01。施加约束为圆柱约束，移动盘为轴向Free，径向、周向为Fix。转动盘为周向Free，径向、轴向Fix。后处理添加等效应变和等效应力，如图5所示。