双线圈旁置式新型磁流变制动器的设计与优化

为提高传统单线圈混合式磁流变制动器的制动力矩,提出了一种双线圈旁置式新型磁流变制动器.利用一种新的线圈安装方式,增大了制动盘圆柱面的可控作用面积,从而增大了磁流变制动器的制动力矩.基于Herscher-Bulkley模型,提出了双线圈旁置式磁流变制动器的力矩模型与磁路设计方法,并在特定条件下对其进行了多目标优化.研究结果表明:与单线圈混合式相比,在相同体积条件下,双线圈旁置式能产生更大的制动力矩;而为了充分利用磁流变液的流变性能,获得更紧凑的结构,双线圈旁置式磁流变制动器的宽度应在80~100mm之间,长宽比的合理范围应在0.6~1.2之间;优化后在制动器质量基本维持不变的情况下,制动力矩提高了11%.研究结果可作为磁流变制动器的设计参考.     

用于抑震的磁流变阻尼器磁路设计与力学性能研究

介绍了一种新型结构的适用于抑震机器人的旋转式磁流变阻尼器。基于磁流变液与磁芯材料特性,得出了适用于该种磁流变阻尼器结构的磁路设计方法,应用该方法对阻尼器进行了磁路设计,得到了阻尼器的相关机械参数与电气参数。针对阻尼器结构特点,应用有限元软件ANSYS提供的参数化设计方法,对阻尼器进行了三维电磁场分析,获得了阻尼器模型的电磁场物理量和力学性能参数,应用ANSYS的分析结果与磁流变液的本构关系,对阻尼器的力学性能进行了预估。在此基础上,研制了磁流变阻尼器及其力学性能测试系统,对阻尼器的力学性能进行了试验研究,得到了阻尼器的力矩—转速、屈服力矩—电流等力学特性,并对试验结果进行了分析,试验结果表明,所研制的磁流变阻尼器具有较理想的力学性能。     

磁流变减振器磁路设计与结构优化

设计了基于混合工作模式的微型汽车磁流变减振器,讨论了结构参数对磁流变减振器阻尼力和可调系数的影响.提出了基于磁路设计的结构优化方法,对磁流变减振器的一些关键尺寸进行优化、计算,以确保各部分磁化工作点接近于饱和工作点,阻尼通道处的磁场强度达到设计要求,且磁响应时间最短.电磁有限元计算结果验证了磁流变减振器的磁路设计.应用磁路优化设计方法设计、制造了3个原型磁流变减振器,并完成了台架试验.试验验证了理论模型的预测.表明磁路优化设计方法是正确和有效的.磁路优化设计方法能够使磁流变减振器的结构更加紧凑,能量利用率更高,调节范围增大,响应速度加快.     

磁流变纳米复合材料减振器的磁路分析

为解决磁流变纳米复合材料减振器磁路设计问题,研究了磁流变纳米复合材料减振器磁路计算方法,并对磁流变纳米复合材料减振器的结构进行改善,利用ANSYS软件对改善后磁流变纳米复合材料减振器磁路进行了仿真分析,仿真结果与理论相结合,验证磁路计算及结构改善的正确性。改善后磁流变纳米复合材料处磁场强度最先达到饱和状态,对磁流变纳米复合材料减振器磁路的设计及优化提供了有效的思路和方法。     

双出杆磁流变阻尼器设计与性能分析

基于磁流变液的流变特性,设计应用于减振系统的双出杆磁流变阻尼器,详细讨论了双出杆磁流变阻尼器设计过程中主要构件参数的确定以及磁路尺寸计算。通过Work bench有限元软件对饱和磁路问题进行分析,表明活塞轴心区域和磁流变液工作区域的磁路基本同时饱和,验证了设计尺寸的合理性,从而提高阻尼器的工作效益,获取较大出力。基于Bingham模型,将实验测试得到的力学性能数据与理论计算数据进行对比,结果保持一致,验证了设计方案的可行性。     

汽车磁流变碰撞缓冲器的优化设计与分析

为改进汽车碰撞安全性能,提出一种基于磁流变技术的新型汽车智能碰撞缓冲器的设计方案。针对现有磁流变缓冲器高速环境工作中存在设计理论不足的问题,提出以宾汉塑性非线性流体修正模型为理论基础,将优化目标转化为响应时间、最大阻尼力和阻尼力的动态范围三个指标的加权和,运用遗传算法对所设计的磁流变缓冲器结构参数进行优化的方法。优化结果表明,所提出的设计和优化方法使磁流变缓冲器具有更好的磁路结构,更短的响应时间。     

空间机器人关节电磁制动器及其实验研究

针对空间机器人可能出现的失电失控问题,设计了一种新型双面摩擦弹簧电磁制动器。该制动器结合了ERA制动器和汽车盘式制动器的优点,相比普通弹簧摩擦制动器,该制动器在相同制动压力下可提供双倍制动力矩。利用有限元法分析了制动器电磁场的静态和动态特性,验证了制动器制动性能。通过对该制动器在真空高低温环境下进行多次制动实验,得到其制动力矩随制动次数变化的关系。根据实验前后摩擦副中各摩擦表面磨损状况的对比分析,找到了制动力矩改变的原因。为了使制动器稳定工作,提出了进行钛合金制动片表面处理以及在安装之前对制动器进行充分跑合的改进措施。     

基于盘-块间弹簧接触动力学模型的盘式制动器抖动改进设计

为了更加准确地量化制动抖动的产生,寻找降低抖动的方案,构造了一种盘式制动器盘-块间采用面分布式弹簧接触的动力学模型,并通过将仿真结果与台架试验结果进行对比来验证所构建的动力学模型的正确性以及适用性。从制动压力波动和制动力矩波动的计算表达式中找到制动抖动的关键影响参数,提出对制动卡钳结构和制动块背板结构进行改进的两种改进方案。同时,提出一种结合有限元分析与理论计算的参数确定方法确定改进后制动系统的参数。将改进后的制动器参数值输入到搭建的制动器Simulink模型进行仿真,获得改进后的制动压力波动和制动力矩波动的时域响应,并将其与改进前的仿真结果进行对比分析。研究结果表明,改进后制动系统的制动压力波动量比改进前减少了32.43%,制动力矩波动量比改进前减少了38.50%,说明所提出的制动器结构改进方法在降低制动抖动方面是有效的。     

基于制动器多点接触模型的初始SRO和DTV对制动抖动的影响分析

针对盘式制动器系统,假设制动盘与制动块存在多点接触,利用制动副摩擦系数—相对速度半经验理论模型,建立了制动器多点接触动力学模型,并通过台架试验验证了该模型的有效性。基于此模型,假设初始制动盘厚薄差和制动盘端面跳动具有正弦曲线特征,以制动力矩波动、制动压力波动的时频特性及均方根为评价指标,详细讨论了制动盘厚薄差和制动盘端面跳动的阶次、最大值及相位对制动抖动的影响。研究结果表明,制动盘DTV在圆周内的阶次特征决定了制动压力波动和制动力矩波动频率与转速的阶次关系;制动压力波动对制动盘SRO敏感性较强,制动力矩波动对制动盘DTV敏感性较强,制动压力波动均方根和制动力矩均方根与制动盘SRO和DTV最大值具有线性递增的关系;制动盘端面跳动的相位差通过改变制动盘厚薄差的最大值对制动压力波动和制动力矩波动产生影响。     

磁流变弹性体隔振器的磁路结构有限元分析

磁流变弹性体是一种新兴磁流变材料,目前在结构振动控制、冲击隔离等方面显示出广阔的应用前景。基于磁流变弹性体的优良特性,设计一种剪切挤压式磁流变弹性体隔振器。根据磁流变弹性体工作区域磁场强度的要求,进行磁流变弹性体隔振器的磁路设计。利用ANSOFT电磁场分析软件,对磁流变弹性体隔振器进行磁路有限元分析,验证设计结果的正确性。     

湿喷机液压制动系统制动阀性能研究

为了研究串联式双回路液压制动阀对湿喷机制动性能的影响,根据制动阀结构及工作原理,考虑稳态液动力等非线性因素,采用键合图理论建立了液压制动系统的动力学模型,基于MATLAB平台仿真分析了制动阀的静、动态特性,并在湿喷机上搭建实验平台进行其制动性能测试。结果表明：制动阀输出压力具有比例特性,后桥制动响应快于前桥,且后桥制动压力约大于前桥制动压力0.2 MPa;制动阀双段制动压力梯度的设计可以满足湿喷机在高低速行驶时动能差别较大的制动需求;制动阀阶跃响应迅速,系统能在0.3 s内趋于稳定,且无明显压力超调,制动性能稳定;在制动阀复位阶段,制动油缸将工作腔油液迅速排入油箱,解除制动。制动压力的测试值与仿真值基本吻合,验证了所建模型的准确性。研究结果可以为制动系统的参数匹配和制动阀结构优化提供参考。     

Thermomechanical Behavior of Brake Drums Under Extreme Braking Conditions

Braking efficiency is characterized by reduced braking time and distance, and therefore passenger safety depends on the design of the braking system. During the braking of a vehicle, the braking system must dissipate the kinetic energy by transforming it into heat energy. A too high temperature can lead to an almost total loss of braking efficiency. An excessive rise in brake temperature can also cause surface cracks extending to the outside edge of the drum friction surface. Heat transfer and temperature gradient, not to forget the vehicle's travel environment (high speed, heavy load, and steeply sloping road conditions), must thus be the essential criteria for any brake system design. The aim of the present investigation is to analyze the thermal behavior of different brake drum designs during the single emergency braking of a heavy-duty vehicle on a steeply sloping road. The calculation of the temperature field is performed in transient mode using a three-dimensional finite element model assuming a constant coefficient of friction. In this study, the influence of geometrical brake drum configurations on the thermal behavior of brake drums with two different materials in grey cast iron FG200 and aluminum alloy 356.0 reinforced with silicon carbide (SiC) particles is analyzed under extreme vehicle braking conditions. The numerical simulation results obtained using FE software ANSYS are qualitatively compared with the results already published in the literature.     

装甲车辆传动装置试验台无损连接制动系统研究

传动装置试验台无损连接制动系统是传动装置试验台大转矩原位校准系统的重要组成部分,可实现对装甲车辆大转矩传动轴的无损连接制动.为了在满足现场空间要求的前提下保证原位校准的准确性,本文设计了一套与现场大转矩动力输出装置相匹配的无损连接制动系统.该系统不仅适用于现场狭小空间,而且可根据传动装置试验台输出转矩的大小提供与之匹配...     

超深矿井提升机制动盘热性能分析与优化

超深矿井提升机制动盘在紧急制动过程中由于受到摩擦循环热载荷的作用，内部产生较大的热应力，同时高温会导致制动盘和闸片摩擦制动性能下降甚至失效。针对制动盘制动热性能问题，根据热传导理论和有限元分析方法，建立了制动盘组件三维有限元模型，采取直接耦合方法对制动盘制动过程中的热应力场进行模拟研究，并通过实验验证了仿真参数设置的正确性。分析了闸片数量和排布方式对制动工况下制动盘温度和应力分布的影响。结果表明，在制动阶段，制动盘摩擦面温度先急剧上升，后缓慢下降，摩擦面温度呈现锯齿状波动性变化，制动过程中应力变化规律与温度变化规律相同。原制动盘在制动过程中的最高温度为134.8℃，最大应力为230.2 MPa，高温和大应力区域集中于摩擦面附近；增加闸片数量的制动盘最高温度为142.4℃，最大应力为251.1 MPa，高温和大应力区域同样集中于摩擦面附近；改变闸片排布方式的制动盘最高温度为86.5℃，最大应力为119.1 MPa，高温区域和大应力区域范围较小。由此可知，改变闸片排布方式更能显著降低制动盘温度和应力，并且温度场和应力场分布更均匀。研究结果可为制动盘热性能优化设计提供理论参考。     

A new design of magnetorheological fluid based braking system using genetic algorithm optimization

This paper proposes a new design for an automotive magnetorheological (MR) braking system using multiple rotary disks. We develop an analytical model to calculate the torque and validate our results using finite element analysis considering a non-linear relationship between magnetic field and magnetic flux. Using genetic algorithm, we optimize the system’s dimensions to generate maximum torque. The optimized geometry shows an improvement in output torque compared to existing systems. Moreover, our design directs higher flux onto the MR fluid and subsequently generates greater shear frictions. This design can be used in applications such as rehabilitation devices.     

A reliability-based robust optimization design for the drum brake using adaptive Kriging surrogate model

To decrease random parameters’ influence on the drum brake reliability, the reliability-based robust optimization design (RBROD) of the electric vehicle brake is proposed. Based on the assumption that the maximum temperature of the brake cannot exceed the allowable temperature, a performance function model of thermal–mechanical coupling reliability of drum brakes is established by the adaptive Kriging method, and the analysis of reliability sensitivity and RBROD are conducted. The accuracy of the proposed model is verified by temperature measurement experiment under emergency braking condition. The robust optimization design improves the drum brake reliability to 0.99998 and reduce the influence of the design parameters on the reliability, with the absolute values of the reliability sensitivity and the weight of the drum brake are significantly smaller. Therefore, the objectives of reliability design, robustness design, and optimization design are simultaneously achieved by the proposed methods. Besides, the relative error of the proposed method is 0.373%, the number of function evaluations is 39, and the comparison with four meta-model methods show that the proposed method holds high-accuracy and high-efficiency. This study provides a high-precision theoretical explanation for the robust optimization design of drum brake.     

基于LabVIEW的反力式滚筒制动试验台仿真研究

为有效评价反力式滚筒制动试验台的检测性能,该文在建立反力式滚筒制动试验台力学模型的基础上,使用LabVIEW软件对其制动检测过程进行仿真,并通过与实车制动检测试验所得数据的对比,验证该仿真的准确性。通过对台体参数的输入,可反映不同参数制动试验台的使用性能,以验证产品设计或结构优化的效果。     

叶片式磁流变液减振器的结构设计及磁场分析

介绍一种基于传统叶片式液压减振器设计的叶片式MRF减振器的工作原理,提出两种结构方案。利用ANSOFT电磁场分析软件对两种不同方案的减振器进行磁场有限元分析,得到磁场分布相对比较理想的一种方案。采用磁场有限元分析的方法对叶片式MRF减振器的结构设计进行优化,可以有效提高减振器的性能。表明有限元分析方法在磁流变液减振器磁路设计中具有重要的应用价值。     

Slip-based regenerative ABS control for in-wheel-motor drive EV

Research on regenerative brake systems on electric vehicles (EVs) has progressed considerably, but anti-slip functions have not been practical due to the difficulty in coordinating with conventional hydraulic brake systems. This paper takes advantage of the features of driving electric motors to derive an allowable torque according to the expected relation between the vehicle and wheel acceleration. Then, an innovative saturation control in a regenerative antilock braking system (ABS), which adopts logic threshold control, is presented. The control system realizes lock prevention on a wheel by constraining the motor reference torque directly with the derived allowable value. By theoretical analyses and simulation studies, including a comparison with conventional ABS control, the resulting control design is shown to be effective in anti-slip performance.