鼓式制动器是利用摩擦力实现驻车或使行驶中的汽车减速、停车的装置,由于制动效能高、结构简单、价格便宜,在汽车上得到广泛的使用。虽然制动器结构简单,但是其工作环境复杂,制动过程中伴随摩擦接触和机械振动,涉及多体动力学、摩擦学和接触力学等多种理论。基于以上原因,对鼓式制动器制动过程的研究,尤其是如何提高制动性能的研究,有很好的应用价值。本文通过机构运动学分析方法,建立摩擦片与鼓圆心重合与偏离时的摩擦片接触角方程,研究摩擦片-鼓接触原理,并基于虚拟样机技术和有限单元理论,利用多体动力学仿真软件ADAMS和大型通用有限元软件ANSYS对普通鼓式制动器进行结构动力学仿真研究,深入了解制动器的力学原理,提出了一种浮动鼓式制动器新型结构,并通过仿真分析、台架试验和实车试验验证了新型结构的合理性。主要研究内容如下：(1)分析了制动器的国内外研究现状,结合课题的研究需要,确定了鼓式制动器研究的主要内容,提出技术路线,明确研究重点。(2)采用机构运动学分析方法,建立了摩擦片与鼓圆心重合与偏离时的摩擦片接触角方程,利用Matlab仿真分析了某型重车鼓式制动器的接触角变化规律。分析表明：摩擦片圆心与鼓圆心重合时,摩擦片上端较下端接触角小,实际结构中存在弹性变形,此时摩擦片上端容易与鼓接触；鼓圆心与摩擦片圆心偏移量为0.1mm时,领蹄和从蹄均是摩擦片上端较下端接触角小,且随着偏心角度的变化,摩擦片下端接触角有较大变化,由于实际结构制动器的偏心量是随机的,因此接触状态差异较大；摩擦片接触角方程建立时虽未考虑结构弹性变形,但从几何角度可分析制动过程中摩擦片与制动鼓接触区域的变化规律,为复杂的鼓式制动器制动过程分析提供了一种分析途径；提出了一种浮动鼓式制动器的新型结构,即制动蹄在支撑销位置有径向移动,建立了新型结构的接触角运动方程,为后续仿真分析提供理论模型。(3)为了能够更准确地分析具有凸轮张开装置的领从蹄鼓式制动器的制动过程,提出将制动蹄、制动鼓和凸轮张开装置组成一个系统,在凸轮轴上施加制动力矩,通过ADAMS动力学仿真软件分析了制动过程中促动力、摩擦力矩以及各振动量的变化规律。结果表明：具有凸轮张开装置的领从蹄式制动器系统在制动过程中,领、从蹄制动力矩并非相等,而是领蹄制动力矩远大于从蹄,此结论又通过有限元法计算结果所验证；由于非线性摩擦因数等原因的影响,领从蹄在制动过程中一直处于随机振动状态,且振动程度随着车速的提高而增加；领蹄的制动摩擦衬片上的切向摩擦力(或衬片上的正压力)分布为中部大两侧小,而从蹄摩擦衬片上的切向摩擦力分布为上部大下部小,且从蹄切向摩擦力远小于领蹄,该结论也被有限元计算结果所验证；从蹄促动力大于领蹄促动力,在凸轮输入力矩相等的情况下,不随车速发生变化。(4)运用有限元分析软件ANSYS建立新型浮动鼓式制动器的三维有限元模型,在凸轮轴上施加输入力矩来模拟制动器系统的制动过程,对摩擦衬片和制动鼓之间的摩擦接触进行分析,得到了该制动器的接触应力分布云图和制动力矩的分布曲线,与普通鼓式制动器进行了对比分析,并利用接触角运动方程,分析了浮动领蹄和从蹄结构的接触角运动规律,最后分别进行两种制动器的制动效能台架试验验证了仿真分析的正确性。分析认为：浮动鼓式制动器的领蹄由于接触面积增大,在制动力矩保持不变的情况下,接触应力比普通鼓式制动器的接触应力小；浮动鼓式制动器从蹄由于向上浮动,使其摩擦力矩大于普通鼓式制动器；浮动鼓式制动器的总制动力矩大于普通鼓式制动器的制动力矩；浮动制动器制动时,领蹄通过蹄片支撑销处移动自由度的调整,可减小全摩擦片接触角变化量,改善接触状态,但不能改善从蹄的接触角状态。(5)利用ANSYS有限元分析软件进行普通鼓式制动器和浮动鼓式制动器的偏心量对制动输出力矩的影响分析,并通过接触角运动方程仿真分析浮动鼓式制动器的偏心量对摩擦片接触状态的影响,最后进行了试验台制动性能试验验证理论分析的合理性。结果表明：偏移量改变时,浮动鼓式制动器能够保证总的摩擦力矩基本不变,因此汽车在制动过程中,有效地降低了制动器对汽车跑偏的影响；偏移量改变时,普通鼓式制动器总摩擦力矩有很大的变化,容易造成左右轮制动力矩不等,发生制动跑偏；浮动领蹄结构可明显改善摩擦片接触状态,增大摩擦片接触区域,且通过接触运动方程可找出领蹄最优调整移动量,而浮动从蹄结构不能改善摩擦片接触状态；对普通鼓式制动器与浮动鼓式制动器进行车辆跑偏试验台试验,普通鼓式制动器制动差明显大于浮动鼓式制动器的制动差,说明装配普通鼓式制动器的车辆左右车轮制动力偏差较大,容易产生跑偏现象,与仿真结果吻合。