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湿式多片制动器制动性能研究及可靠性分析
| 论文题名： | 湿式多片制动器制动性能研究及可靠性分析 |
| 关键词： | 船用起重机;湿式多片制动器;制动性能;可靠性 |
| 摘要： | 湿式多片制动器是机械传动系统中的关键部件，因其制动力矩大、稳定可靠等优点，在重型车辆、工程机械、船舶装备中广泛应用。但是随着湿式多片制动器向轻量化、高速化方向的发展，制动器的工作环境愈加复杂，制动器在工作过程中常会出现摩擦元件振动、变形、烧蚀等各种失效问题。本文是以船用起重机的湿式多片制动器为研究对象，通过动力学与运动学分析对不同制动工况下制动器的制动性能进行了研究，同时根据摩擦元件的结构性能与热特性对制动器的可靠性进行了分析，并根据分析结果对制动器摩擦元件进行了结构优化设计。本文的主要研究内容与成果如下： （1）基于分形接触理论并结合对摩擦元件表面分形参数的测定，根据W-M分形函数模拟了摩擦元件的表面轮廓，通过分形接触模型获得了钢片与钢片的法向接触刚度，根据Hertz接触理论获得了其他摩擦元件的接触刚度。使用销-盘实验分析测定了制动器摩擦副的摩擦因数，通过拉伸机对压力弹簧进行了弹簧刚度的测量，获得了压力弹簧的压缩刚度，为建立可靠的制动系统动力学模型奠定了基础。 （2）基于获得的关键参数建立了湿式多片制动器的动力学模型与运动学模型，分析了制动器实际工作中不同的制动工况，并分别对一般制动工况与紧急制动工况下的制动系统进行了动力学仿真分析，获得了制动器关键零件的制动特性曲线。分析可知摩擦元件在制动过程中会出现抖动等现象，压力弹簧会造成轴向载荷的波动影响摩擦元件的稳定接触，从而影响制动器的制动性能。 （3）建立了摩擦元件的有限元模型，对摩擦元件进行了模态分析，通过对薄板类零件钢片与摩擦片的固有频率测试，验证了钢片与摩擦片有限元模型的准确性。依据准确可靠的有限元模型生成了钢片的柔性体文件并完成了制动系统的刚柔耦合动力学分析，研究了钢片在摩擦过程中的动态接合过程与结构性能。对摩擦元件在紧急制动工况下的温升进行了仿真分析，研究了制动器的可靠性。 （4）对湿式多片制动器摩擦元件的结构进行了分析与研究，首先对摩擦元件的排列方式进行了研究，通过改变钢片与摩擦片的轴向排列顺序设计了新的摩擦副排列方式，研究分析了摩擦元件排列方式对制动器制动性能的影响，并根据分析结果选出了最佳的摩擦元件排列方式。根据动力学与热特性对摩擦元件进行了结构设计，通过刚柔耦合动力学分析与热特性分析研究了优化设计后的湿式多片制动器，验证可以发现摩擦元件结构优化设计后的制动器制动性能与可靠性明显提高。 |
| 作者： | 李昌远 |
| 专业： | 机械工程;机械制造及其自动化 |
| 导师： | 张建润 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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