【摘 要】
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电动自行车鼓式制动器的制动性能严重影响行车安全。2018年,《电动自行车安全技术规范》新国标的颁布,对制动器制动性能提出了更高要求。制动器在工作状态下,由于制动鼓与摩擦片非均匀摩擦接触,摩擦副产生局部热点和非均匀分布的温度场,导致制动鼓与摩擦片产生非均匀热膨胀变形,使得摩擦副的接触面积、接触应力和摩擦系数不断变化,导致制动抖动和摩擦片局部磨损过大。本文针对电动自行车80型鼓式制动器,分析摩擦副在不
【基金项目】
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某企业委托项目“电动车新型高性能毂闸研发”
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电动自行车鼓式制动器的制动性能严重影响行车安全。2018年,《电动自行车安全技术规范》新国标的颁布,对制动器制动性能提出了更高要求。制动器在工作状态下,由于制动鼓与摩擦片非均匀摩擦接触,摩擦副产生局部热点和非均匀分布的温度场,导致制动鼓与摩擦片产生非均匀热膨胀变形,使得摩擦副的接触面积、接触应力和摩擦系数不断变化,导致制动抖动和摩擦片局部磨损过大。本文针对电动自行车80型鼓式制动器,分析摩擦副在不同制动工况下温度场与应力场的分布情况。通过物理试验,测试并分析制动鼓转速和握闸力对制动器摩擦副温升的影响。基于不同制动工况下的热力耦合分析和试验测试的结果,提出制动器优化建议,用于改善制动抖动和摩擦片局部磨损过大的问题。主要研究工作如下:（1）制动器工作情况分析。论述了80型鼓式制动器的工作原理;运用图解法和数值计算相结合的方法分析了摩擦副的接触状态,分析结果表明,制动鼓与摩擦片非均匀接触,且摩擦片外表面中部位置是首先和主要的接触区域。结合经典力学理论,对制动器进行了受力分析。（2）制动器动态性能分析。运用三维建模软件,建立了80型鼓式制动器的几何模型;基于制动器几何模型,运用动力学软件建立了制动器刚柔耦合动力学仿真模型;在持续制动和停车制动两种典型工况下,仿真求解了制动凸轮对领、从蹄的促动力,并分析了制动器的动态性能。将促动力矩的理论计算结果与通过刚柔耦合仿真结果间接计算出的促动力矩进行对比,验证了刚柔耦合动力学仿真模型的正确性。（3）摩擦片特定点温度的试验测量。基于相似原理搭建了摩擦片周向等距测点的温度测量试验平台,测试并分析了制动鼓转速和握闸力对摩擦片周向等距布置的测点温升影响。结果表明,摩擦片中部测点温升最大,制动鼓与摩擦片主要在摩擦片中部位置产生摩擦接触,与摩擦副的非均匀接触分析结果一致,长时间持续制动状态下,摩擦片中部位置容易产生过度磨损。（4）鼓式制动器热力耦合仿真分析与优化建议。运用有限元软件,建立了鼓式制动器热力耦合仿真模型。分析了制动器在两种典型工况下的温度场与应力场的分布情况。探究了制动鼓材料特性对制动器摩擦副的温升影响。为改善制动抖动和局部磨损过大的问题,基于热力耦合仿真分析与试验测试的结果,提出如下优化建议:对于制动鼓和摩擦片,应综合选取比热容和导热系数大的材料;选取大刚度的摩擦片材料;将摩擦片外表面沿宽度方向设计为凹弧面。
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