S形凸轮制动间隙自动调整臂工作原理及运动仿真
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摘要
本文在概述里从以下三各方面提出了对S形凸轮制动间隙自动调整臂进行研究的必要性：1 汽车法规的要求；2 汽车技术发展的要求；3 用户求追求高汽车制动性能的要求。分析了我国S形凸轮制动间隙自动调整臂发展的现状以及与国外的差距。
间隙调整臂是汽车气压制动系统中的一个重要总成，它经历了从手动到自动调节。其自动调整臂经历从开始使用活塞杆行程原理设计到使用比较先进的间隙检测原理进行设计。本文通过对间隙感知型自动调整臂的结构分析，较详细地讨论了间隙调整臂的工作原理和主要零件的设计方法。对自动调整臂的设计计算作了详尽的分析，主要以下几个方面：
1 矩形截面力和弹簧的设计计算。该弹簧是保证调整臂正常工作的关键件，本文从材料力学的结论出发，详尽地推导了该弹簧应力及其初始预紧量的设置，并给出它们的计算公式。
2 离合器锥齿的设计计算。该齿形的大小、倾角直接影响离合器是否能正确地啮合和分离，也是保证机构进行正确工作的关键部分，本文详尽推导了它们的计算公式。
3 强力压紧弹簧的设计计算。该弹簧首先保证制动可靠地进行，其次是保证机构不被损坏。文章给出了其刚度的确定原则和几何尺寸的计算公式。
4 控制盘开口尺寸的设计与制动器制动间隙的设置和调整臂的整体布置有关，文中给出了它们的相互关系。
5 小齿轮的设计与控制盘开口尺寸、蜗轮蜗杆的传动比和制动衬片的实际磨损量有关，文中给出了它们的计算公式。
本文还介绍了虚拟模型技术及其在制造业的广泛运用和一个相当好的虚拟软件ADAMS。最后用ADAMS软件对在Pro／E软件中造型调整臂零件模型建立机械系统，在ADAMS软件环境里实现了调整臂机构的运动仿真。
In summarize, Article bring forward necessary of research of the S-projecting wheeding-drum braker from three aspects: 1 need of automobile rule of law; 2 need of automobile technology development; 3 need that consumer request high auto-braking capability. This article analyses our country developmental states and distance with other country about S-projecting wheeding-drum braker.
AIRA(Auto-Interruption Regulating Arm) is an important part of air pressure braking system in automobiles. It has gone through from hand adjust to auto adjust. Design for AIRA has gone through from piston-rod journey principle to interruption check principle. This article analyses the structure o'f the introduction of AIRA to deal with its operating principle and the design for the major components. There are mostly a few aspects that fully analyse for design and compute for AIRA:
1 design and compute for spring of rectangle section. This spring is a key part for ensuring normal operating of AIRA. Stress and beforehand close quantum of helix torsion spring of rectangle section is educed by some conclusions of mechanics of materials and compute formula.
2 design and compute for prick tooth of clutch. Size and obliquity of tooth directly influence clutch whether normal operating. It is a key part for ensuring normal operating of AIRA too. This article fully deduces their compute formula.
3 design and compute for mightiness tighten spring. First, this spring reliably ensures brake operating, second, ensures machine is damaged. This article gives its ascertaining rules for its angular rigidity and compute formula for its geometry size.
4 design for hatch size of control-pan relates to brake interruption setup and whole layout of AIRA. This article gives their correlation.
5 design for small gear relates to hatch size of control-pan-, worm-wheel ratio and fact abrasion quantum of brake block. This article gives their compute formula.
This article introduces VPT(Virtual Prototyping Technology) and it is abroad used in the manufacturing, and ADAMS is very good virtual software. Finally, author use ADAMS software has established mechanism system using parts were sculpted in the Pro/E software environment, and has realized movement simulation of AIRA in the ADAMS software environment.
间隙调整臂是汽车气压制动系统中的一个重要总成，它经历了从手动到自动调节。其自动调整臂经历从开始使用活塞杆行程原理设计到使用比较先进的间隙检测原理进行设计。本文通过对间隙感知型自动调整臂的结构分析，较详细地讨论了间隙调整臂的工作原理和主要零件的设计方法。对自动调整臂的设计计算作了详尽的分析，主要以下几个方面：
1 矩形截面力和弹簧的设计计算。该弹簧是保证调整臂正常工作的关键件，本文从材料力学的结论出发，详尽地推导了该弹簧应力及其初始预紧量的设置，并给出它们的计算公式。
2 离合器锥齿的设计计算。该齿形的大小、倾角直接影响离合器是否能正确地啮合和分离，也是保证机构进行正确工作的关键部分，本文详尽推导了它们的计算公式。
3 强力压紧弹簧的设计计算。该弹簧首先保证制动可靠地进行，其次是保证机构不被损坏。文章给出了其刚度的确定原则和几何尺寸的计算公式。
4 控制盘开口尺寸的设计与制动器制动间隙的设置和调整臂的整体布置有关，文中给出了它们的相互关系。
5 小齿轮的设计与控制盘开口尺寸、蜗轮蜗杆的传动比和制动衬片的实际磨损量有关，文中给出了它们的计算公式。
本文还介绍了虚拟模型技术及其在制造业的广泛运用和一个相当好的虚拟软件ADAMS。最后用ADAMS软件对在Pro／E软件中造型调整臂零件模型建立机械系统，在ADAMS软件环境里实现了调整臂机构的运动仿真。
In summarize, Article bring forward necessary of research of the S-projecting wheeding-drum braker from three aspects: 1 need of automobile rule of law; 2 need of automobile technology development; 3 need that consumer request high auto-braking capability. This article analyses our country developmental states and distance with other country about S-projecting wheeding-drum braker.
AIRA(Auto-Interruption Regulating Arm) is an important part of air pressure braking system in automobiles. It has gone through from hand adjust to auto adjust. Design for AIRA has gone through from piston-rod journey principle to interruption check principle. This article analyses the structure o'f the introduction of AIRA to deal with its operating principle and the design for the major components. There are mostly a few aspects that fully analyse for design and compute for AIRA:
1 design and compute for spring of rectangle section. This spring is a key part for ensuring normal operating of AIRA. Stress and beforehand close quantum of helix torsion spring of rectangle section is educed by some conclusions of mechanics of materials and compute formula.
2 design and compute for prick tooth of clutch. Size and obliquity of tooth directly influence clutch whether normal operating. It is a key part for ensuring normal operating of AIRA too. This article fully deduces their compute formula.
3 design and compute for mightiness tighten spring. First, this spring reliably ensures brake operating, second, ensures machine is damaged. This article gives its ascertaining rules for its angular rigidity and compute formula for its geometry size.
4 design for hatch size of control-pan relates to brake interruption setup and whole layout of AIRA. This article gives their correlation.
5 design for small gear relates to hatch size of control-pan-, worm-wheel ratio and fact abrasion quantum of brake block. This article gives their compute formula.
This article introduces VPT(Virtual Prototyping Technology) and it is abroad used in the manufacturing, and ADAMS is very good virtual software. Finally, author use ADAMS software has established mechanism system using parts were sculpted in the Pro/E software environment, and has realized movement simulation of AIRA in the ADAMS software environment.
引文
[1] 瑞典霍尔德克斯公司 汽车S型鼓形制动器的制动杆发明专利说明书(专利号93114454．X)
[2] 瑞典霍尔德克斯公司 汽车S凸轮鼓式制动器的制动杆发明专利申请公开说明书(申请号94194290．2)
[3] 叶旅 沈树盛 鼓式制动器制动间隙自动调整装置(专利申请号92214959)
[4] 蔡富旗 气制动汽车制动间隙自动调整臂专利申请号93222582
[5] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号00206509
[7] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号98246521
[8] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号97244388
[9] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号97214596
[10] 汽车制动系统结构、性能和试验方法中华人民共和国国家标准GB12676—1999
[11] 张莹 机械设计基础(上、下册)机械工业出版社1997．2
[12] 彭海涛 白笛Pro／ENGINEER 2000i应用教程 人民邮电出版社 2000．11
[13] 濮良贵 纪名刚 机械设计(第六版) 高等教育出版社1996．1
[14] 杨汝清 现代机械没计—系统与结构 上海科学技术文献出版社
[15] 鲍洛托夫斯基 渐开线齿轮与蜗杆传动几何计算手册华东化工学院出版社1990．2
[16] 李润方 王建 轮系统动力学—振动、冲击、噪声科学出版社 1997．3
[17] 曹泗秋 杨巍 机械原理 科学技术出版社1994．4
[18] 郑文伟 吴克坚 机械原理 高等教育出版社 1997．7
[19] 尹冠生 理论力学 西北工业大学出版社2000．8
[20] 王三民 诸文俊 机械原理与设计 机械工业出版社2001．3
[21] 申永胜 机械原理教程 清华大学出版社 1999．8
[22] 宋子康 蔡文安 材料力学 同济大学出版社1998．5
[23] 龚志钰 李章政 材料力学 科学技术出版社1999．8
[24] 欧宝贵 朱加铭 材料力学 哈尔滨工程大学出版社 1997．1
[25] 刘鸿文 高等材料力学高等教育出版社 1987．8
[26] 吴群波 肖田元 韩向利 王知行 机构运动方案仿真系统的研究机械设计2001年6月№ 6
[27] 郑淑贤 邓劲莲 梁式 李尚平 机构运动仿真在机构设计中的应用 机械研究与应用第15卷第1期2002年3月
[28] 刘刚 尹文生 宗志坚 陶建华 机构运动分析与仿真系统研究与实践 华中科技大学学报第29卷第7期2001年7月
[29] 凌雯 余卓平 江浩 ADAMS在悬架运动学和弹性运动学仿真中的应用上海铁道大学学报第21卷第6期2000年6月
[30] 封飚 汽车动力学特性仿真分析与ADAMS软件 城市车辆 2001．3
[31] 刘义翔 李瑞峰 李东婉 应用ADAMS软件对点焊机器人大臂机构进行动力学仿真研究 哈尔滨商业大学学报第17卷第3期2001年9月
[31] 贾小平 邢俊文 李军 史力晨 用ADAMS对义式座椅垂向振动的建模仿真兵工学报坦克装甲车与发动机分册总第79期
[32] 陈效华 黄兴刚 陈德玲 严桃平 自动间隙调整臂工作原理及设计方法 淮阴工学院学报 第10卷第6期2001年12月
[33] 康凤举 现代仿真技术与应用国防工业出版社2001．9
[34] 俞宏波 王金敏 王玉新 多杆空间机构三维实体仿真机械设计1999．9
[35] 戴同 宗志坚 吴明华 机构分析与仿真中关键技术的研究中国机械工程1996年第7卷第3期
[36] 齐中伟 工程机械的机器人化机构与运动仿真 青岛大学学报1995年9月第8卷第3期
[37] 刘军 欧宗瑛 基于变异几何的平面连杆机构分析与仿仿真专家系统 大连理工大学学报1995年4月第32卷第2期
[38] 王哲 张益民 王知行 毕国中 具有真实感的常用机构实时三维运动仿真微机系统 吉林工业大学自然科学学报1999年第1期
[39] 刘敏 关慧君 平面四杆机构设计与仿真系统黑龙江工程学院学报2001年6月第15卷第2期
[40] 王帮峰 张国中 戚靖洋 张瑞方 起重机液压提升机构起升过程的仿真研究工程机械1998．10
[41] 吴群波 肖田元 韩向利 王知行 机构运动方案仿系统的研究机械设计2001．6
[42] 鲁墨武 贾忠忱 空间连杆机构运动仿真的研究 机械设计与制造2001．8
[43] 熊坚 胡永平 汽车制动过程的计算机仿真研究 云南工业大学学报1995年
[44] 郑建荣 ADAMS——虚拟样机技术入门与提高 机械工业出版社2001．1
[45] 李军 邢俊文 覃文洁 ADAMS实例教程 北京理工大学出版社2002．7
[46] Lee S H; Lee U K; Hah C S; Enhancement of vehicle handling characteristics by suspension kinematic control. proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. part D.Journal of Automobile Engineering. 2001, 215 (2).-197-216.
[45] Brach R, Vehicle dynamics model for simulation on a macrocomputer.
Int. J of Vehicle design Vol 12 №4,404～419.
[46] Zeid A, Chang D, Simulation of multibody systems for the computer-Aided-design of Vehicle dynamic control.SAE paper №910236,1991.
[47] Villoc G, Co-simulation of an Automobile Control System using ADAMS and Xmath. 1998 international ADAMS User conference.
[48] Zlajpah L, Simulation of n-R planar manipulators SIMUL PRACT THEORY, vol. 6, № 3, pp.305-321, 15 Mar 1998.
[49] Chamis, Christos C, Computational infrastructure for engine structural performance simulation. Propulsion R&T. Part 2 (of 2) May 1 1997 №10193/2 1997 Cleveland
[50] 桑楠 杨新明 徐达 矩形截面弹簧应力及变形分析国外建材科技杂志社 2003年№3(已录用待发表)
[51] 杨新明 桑楠 徐达 多轴转向汽车的运动分析及优化设计中国农机学会地面机器系统分会 第十一届学术年会论文集 中国 昆明 2002年12月
[2] 瑞典霍尔德克斯公司 汽车S凸轮鼓式制动器的制动杆发明专利申请公开说明书(申请号94194290．2)
[3] 叶旅 沈树盛 鼓式制动器制动间隙自动调整装置(专利申请号92214959)
[4] 蔡富旗 气制动汽车制动间隙自动调整臂专利申请号93222582
[5] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号00206509
[7] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号98246521
[8] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号97244388
[9] 韩学智 汽车制动间隙自动调整臂专利申请号97214596
[10] 汽车制动系统结构、性能和试验方法中华人民共和国国家标准GB12676—1999
[11] 张莹 机械设计基础(上、下册)机械工业出版社1997．2
[12] 彭海涛 白笛Pro／ENGINEER 2000i应用教程 人民邮电出版社 2000．11
[13] 濮良贵 纪名刚 机械设计(第六版) 高等教育出版社1996．1
[14] 杨汝清 现代机械没计—系统与结构 上海科学技术文献出版社
[15] 鲍洛托夫斯基 渐开线齿轮与蜗杆传动几何计算手册华东化工学院出版社1990．2
[16] 李润方 王建 轮系统动力学—振动、冲击、噪声科学出版社 1997．3
[17] 曹泗秋 杨巍 机械原理 科学技术出版社1994．4
[18] 郑文伟 吴克坚 机械原理 高等教育出版社 1997．7
[19] 尹冠生 理论力学 西北工业大学出版社2000．8
[20] 王三民 诸文俊 机械原理与设计 机械工业出版社2001．3
[21] 申永胜 机械原理教程 清华大学出版社 1999．8
[22] 宋子康 蔡文安 材料力学 同济大学出版社1998．5
[23] 龚志钰 李章政 材料力学 科学技术出版社1999．8
[24] 欧宝贵 朱加铭 材料力学 哈尔滨工程大学出版社 1997．1
[25] 刘鸿文 高等材料力学高等教育出版社 1987．8
[26] 吴群波 肖田元 韩向利 王知行 机构运动方案仿真系统的研究机械设计2001年6月№ 6
[27] 郑淑贤 邓劲莲 梁式 李尚平 机构运动仿真在机构设计中的应用 机械研究与应用第15卷第1期2002年3月
[28] 刘刚 尹文生 宗志坚 陶建华 机构运动分析与仿真系统研究与实践 华中科技大学学报第29卷第7期2001年7月
[29] 凌雯 余卓平 江浩 ADAMS在悬架运动学和弹性运动学仿真中的应用上海铁道大学学报第21卷第6期2000年6月
[30] 封飚 汽车动力学特性仿真分析与ADAMS软件 城市车辆 2001．3
[31] 刘义翔 李瑞峰 李东婉 应用ADAMS软件对点焊机器人大臂机构进行动力学仿真研究 哈尔滨商业大学学报第17卷第3期2001年9月
[31] 贾小平 邢俊文 李军 史力晨 用ADAMS对义式座椅垂向振动的建模仿真兵工学报坦克装甲车与发动机分册总第79期
[32] 陈效华 黄兴刚 陈德玲 严桃平 自动间隙调整臂工作原理及设计方法 淮阴工学院学报 第10卷第6期2001年12月
[33] 康凤举 现代仿真技术与应用国防工业出版社2001．9
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[35] 戴同 宗志坚 吴明华 机构分析与仿真中关键技术的研究中国机械工程1996年第7卷第3期
[36] 齐中伟 工程机械的机器人化机构与运动仿真 青岛大学学报1995年9月第8卷第3期
[37] 刘军 欧宗瑛 基于变异几何的平面连杆机构分析与仿仿真专家系统 大连理工大学学报1995年4月第32卷第2期
[38] 王哲 张益民 王知行 毕国中 具有真实感的常用机构实时三维运动仿真微机系统 吉林工业大学自然科学学报1999年第1期
[39] 刘敏 关慧君 平面四杆机构设计与仿真系统黑龙江工程学院学报2001年6月第15卷第2期
[40] 王帮峰 张国中 戚靖洋 张瑞方 起重机液压提升机构起升过程的仿真研究工程机械1998．10
[41] 吴群波 肖田元 韩向利 王知行 机构运动方案仿系统的研究机械设计2001．6
[42] 鲁墨武 贾忠忱 空间连杆机构运动仿真的研究 机械设计与制造2001．8
[43] 熊坚 胡永平 汽车制动过程的计算机仿真研究 云南工业大学学报1995年
[44] 郑建荣 ADAMS——虚拟样机技术入门与提高 机械工业出版社2001．1
[45] 李军 邢俊文 覃文洁 ADAMS实例教程 北京理工大学出版社2002．7
[46] Lee S H; Lee U K; Hah C S; Enhancement of vehicle handling characteristics by suspension kinematic control. proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. part D.Journal of Automobile Engineering. 2001, 215 (2).-197-216.
[45] Brach R, Vehicle dynamics model for simulation on a macrocomputer.
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[46] Zeid A, Chang D, Simulation of multibody systems for the computer-Aided-design of Vehicle dynamic control.SAE paper №910236,1991.
[47] Villoc G, Co-simulation of an Automobile Control System using ADAMS and Xmath. 1998 international ADAMS User conference.
[48] Zlajpah L, Simulation of n-R planar manipulators SIMUL PRACT THEORY, vol. 6, № 3, pp.305-321, 15 Mar 1998.
[49] Chamis, Christos C, Computational infrastructure for engine structural performance simulation. Propulsion R&T. Part 2 (of 2) May 1 1997 №10193/2 1997 Cleveland
[50] 桑楠 杨新明 徐达 矩形截面弹簧应力及变形分析国外建材科技杂志社 2003年№3(已录用待发表)
[51] 杨新明 桑楠 徐达 多轴转向汽车的运动分析及优化设计中国农机学会地面机器系统分会 第十一届学术年会论文集 中国 昆明 2002年12月