摩擦性能试验研究及制动器摩擦衬片的优化设计

摘要

据不完全统计，摩擦大约消耗了超过1/3的能源，而磨损导致了超过70％的装备失效。为了减少经济损失，近年来人们越来越重视摩擦磨损基本规律的研究与实际工业生产的结合，本课题的研究正是基于这方面的内容而展开的。
　　本文首先介绍了摩擦磨损相关的基本原理，在此基础上设计不同的试验方案来研究不同参数对摩擦系数的影响规律和权重次序；然后建立销盘摩擦副的二维和三维模型，观察接触应力的分布情况以及载荷对接触应力的影响；最后，根据摩擦磨损机理对扬州源锋机电有限公司提供的鼓式制动器进行研究，主要包括衬片夹具的摩擦学设计和鼓式摩擦片的参数优化。论文研究的主要内容和结果如下：
　　(1)运用MMW-1A和MMS-2A摩擦磨损试验机，设计试验来检测速度、载荷对摩擦系数的影响规律，并根据正交试验完成速度、载荷、时间影响摩擦系数的显著顺序。试验结果表明：摩擦系数随着载荷、速度的增大有减小的趋势，影响程度的顺序为载荷、时间、速度。这就为后续的研究工作奠定了理论基础。
　　(2)在有限元软件Ansys中建立销盘副的静态和动态模型，对接触应力进行模拟分析。仿真结果表明，接触应力的分布呈现中间小、边缘大的态势；销盘滑动以后，接触应力场向滑动方向偏移，销底部边缘出现最大值，并且应力值有所增大。另外，通过建立的三维模型分析载荷对接触应力的影响，发现随着载荷的增大接触应力值增大，分布状态没有改变。有限元的分析可以从直观上观察接触应力分布，同时也为摩擦磨损机理研究提供的途径。
　　(3)根据提供摩擦片的形状设计夹具，分别从定位和夹紧方面考虑，确定夹具的主体和夹紧装置，然后对其仿真分析，得到最大偏移量为0.000197mm、承受最大应力为1.09Mpa，满足要求。这样的分析能够为加工制造减小误差、保证装配精度。
　　(4)利用SolidWorks建立鼓式制动器的几何模型，并导入AnsysWorkbench中，分析不同条件下摩擦片的应力分布，完成摩擦片的材质、起始角、厚度的优化设计。分析结果表明，当材质为少金属类、厚度在3mm～5mm之间、起始角在25°～27° 之间的摩擦片，接触应力集中程度降低，波动比较稳定，能够提供良好的制动性能和增加使用寿命。参数的优化能够为新型制动器的开发提供数据支持。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 文献综述

1.3 课题来源

1.4 课题研究主要内容

1.5 本章小结

第二章 与课题相关的摩擦磨损理论及方法

2.1 摩擦片的失效分析

2.2 制动副的相关摩擦磨损理论及研究方法

2.3 本章小结

第三章 摩擦磨损试验设计及结果分析

3.1 摩擦磨损试验方法与装置

3.2 试验设备

3.3 试验方案设计[52]

3.4 试验结果分析

3.5本章小结

第四章 销盘摩擦副的有限元分析

4.1 粗糙表面的接触特性与模型

4.2 销盘摩擦副的计算模型

4.3 销盘接触的仿真分析

4.4 本章小结

第五章 鼓式摩擦片的夹具设计与仿真

5.1 夹具概述

5.2 夹具设计

5.3 夹具的仿真分析

5.4 本章小结

第六章 鼓式制动器的优化设计

6.1制动器的理论研究

6.2制动器的模型建立

6.3制动器的参数优化

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢