鼓式制动器摩擦尖叫的复模态模型与影响因素研究

针对某型号鼓式制动器,应用ABAQUS软件建立了摩擦尖叫有限元模型,通过零部件自由模态试验和制动尖叫台架试验验证了模型的正确性。在此基础上,进行了制动蹄摩擦衬片弹性模量、制动压力和摩擦系数对摩擦尖叫倾向性的影响分析;引入制动鼓与制动蹄间的接触压力分布特性,结合复模态理论,探索了前述因素对摩擦尖叫的影响的内在机制。

盘-销系统摩擦尖叫的时变性:发生机理与关键影响因素

为解释摩擦尖叫时变性的基本机制,建立盘-销系统并完成摩擦尖叫台架试验,成功反复再现间歇性和持续性尖叫。试验时,记录不同速度和法向力载荷工况下的摩擦噪声、动态接触作用力和销端部振动加速度信号。通过试验信号的小波分解、时频分析和馈入能量的计算,系统分析盘-销系统发生时变性摩擦尖叫的机理与因素。研究发现,摩擦尖叫的间歇性或持续性取决于摩擦接触法向力准静态分量的大小。当法向力准静态分量较小时,系统发生间歇性尖叫,反之则发生持续性尖叫。制动盘和销的模态耦合导致摩擦尖叫,尖叫频率会随着法向力准静态分量的变化成比例变化,且与摩擦接触力之间存在显著的滞环效应;能量馈入是产生摩擦尖叫的重要前提,而且馈入能量的变化导致摩擦尖叫声压幅值变化。

制动器摩擦尖叫的时变性与不确定性统计分析

为了研究制动器摩擦尖叫的时变性与不确定性特征,对某型号汽车用鼓式制动器在制动器声-振综合试验台架上进行了制动尖叫台架试验,并对尖叫信号进行了统计分析。建立了摩擦尖叫不确定性统计分析流程及一套尖叫频率与声压级的统计特性评价指标,并考察了摩擦工况对尖叫时变性和不确定性的影响。分析发现:摩擦尖叫的频率成分及数量、时间持续特征以及声压级水平呈现明显的时变性和随机性;尖叫频率近似服从正态分布,而各频率下的声压级也接近于均值为60dB的正态分布,且不同频率水平尖叫统计特性评价指标差别较大。

盘-销系统摩擦尖叫瞬态动力学有限元模型

基于ABAQUS软件建立盘-销系统的瞬态动力学有限元模型,在验证模型正确性的基础上分析了系统的运动状态、摩擦副接触状态、系统能量馈入情况以及非线性频率耦合现象.研究发现:制动盘具有压紧翘曲和高频法向面外振动;销棒呈弯曲为主,扭转为辅的振动模式,且表现为纯滑动的极限环运动;接触压力分布周期性变化,法向力和摩擦力变化引起频率的变化;系统同时存在能量馈入和馈出,但占主要地位的能量馈入维持系统的摩擦尖叫.

制动盘非光滑仿生表面对制动摩擦尖叫行为影响的研究

加工出3种非光滑仿生表面制动盘,即表面沟槽盘、表面圆坑盘和表面沟槽圆坑盘,利用有限元软件ABAQUS对3种非光滑仿生表面制动盘进行制动摩擦尖叫行为有限元分析,并与光滑制动盘进行对比。结果表明,制动器的振动模态主要表现为制动盘的面内和面外振动,并伴随有制动夹钳以及摩擦片的弯曲扭转运动。利用复特征值法计算系统尖叫倾向性系数后发现,制动盘表面经过非光滑仿生处理后,制动器的摩擦尖叫倾向性发生了明显改变,表面沟槽圆坑盘抑制尖叫的效果最佳,而表面沟槽盘在三者之中抑制尖叫的效果最弱。进一步采用瞬时动态分析对结果进行验证,结果表明:制动盘表面经过非光滑仿生处理后,系统振动加速度信号、弹性位移信号以及界面力信号的强度均有所降低,且表面沟槽圆坑盘在降低系统振动强度方面效果最为显著,系统稳定性得到明显提高;但是,由于沟槽和圆坑的棱边可能会形成应力集中区,因此可以采用抛光、打磨等方式对棱边进行一定处理,以提高表面使用寿命。

模态耦合与能量馈入两种摩擦尖叫机理关系

模态耦合和能量馈入是当前重要的两个摩擦尖叫发生机理理论,但是对于两种理论之间的关系尚未有针对性的开展研究.针对一种典型的集总参数柔体刚体组成的摩擦振动副,建立2自由度摩擦振动动力学模型;推导了系统产生不稳定模态耦合的条件,并分满足模态耦合条件、满足临界模态耦合条件和不满足模态耦合条件3种情况分析了模态耦合理论与能量馈入理论之间的关系.结果表明:能量馈入依赖于模态耦合理论,而不是一种摩擦噪声机理理论.

盘-销系统摩擦尖叫的多柔体动力学模型

基于有限单元和多柔体动力学理论,利用HYPERWORKS和ADAMS软件,建立了盘-销系统的多柔体动力学分析模型。在利用台架试验验证模型正确性的基础上,通过分析了摩擦系数、铝棒长度和法向力大小对摩擦尖叫的影响发现:只有当铝棒具有适当的长度,并且施加合适的法向力时,盘-销系统才会在一定的摩擦系数范围内产生高频振动。

消声片对汽车盘式制动器摩擦尖叫特性影响研究

建立某车型浮钳式盘式制动器有限元模型,通过有限元软件ABAQUS中的复特征值分析法,对比分析有/无消声片状态下制动系统的稳定性,探讨通过消声片改善制动摩擦尖叫的作用机理,并对消声片结构与制动摩擦尖叫之间的关系进行研究。结果表明,制动器的不稳定振动模态主要表现为制动盘的面外模态,同时伴随有制动卡钳、保持架以及摩擦片等的弯曲与扭转运动,制动尖叫噪声具有多频耦合的特性。在制动器中引入具有特定结构与材料形式的消声片能够有效降低系统的尖叫倾向和强度,尤其是在抑制低频尖叫方面效果显著。消声片基板存在一个最佳厚度值(0.5 mm),使得减振降噪的效果达到最佳,过度增大或减小消声片基板厚度可能导致降噪效果减弱,使尖叫强度开始上升。对消声片表面进行开沟槽处理能够改变制动力的传递特性,使得制动界面接触应力分布更加均匀,界面能量堆积现象被削弱,从而改善制动系统的稳定性。以上分析结果对认识消声片的减振降噪特性以及其结构优化设计具有一定的工程指导意义。

织构表面影响制动盘材料尖叫噪声的试验及有限元分析

用电火花加工方法在列车制动盘试样表面上加工出不同尺寸径向均匀分布的沟槽,选用列车制动片材料为对磨副,采用面-面接触模式,对沟槽表面和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,研究沟槽型织构化表面对摩擦尖叫噪声的影响,并在试验基础上利用复特征值分析法和瞬态动力学分析法进行数值模拟分析。试验与数值分析结果均表明相比原始未处理光滑表面,沟槽型表面织构能降低制动盘试样的界面摩擦尖叫噪声。制动片试样滑过沟槽织构表面并碰撞沟槽棱边时将引起摩擦力的波动,进而打断摩擦界面的连续接触并扰乱系统的连续自激振动,摩擦力和振动加速度无法形成连续的高频成分并最终降低摩擦尖叫噪声。

模态耦合及摩擦系数速度斜率与黏滑运动的关系

摩擦尖叫的理论目前主要有摩擦系数-速度负斜率、模态耦合、黏-滑运动和锁-滑理论,但没有一种理论可以完全解释摩擦尖叫等现象.因此,深入探讨各个理论之间的内在联系对于统一摩擦振动和噪声机理的认识至关重要.以摩擦系数及其速度特性为切入点,基于考虑摩擦系数及其速度斜率的单点接触集总参数柔体-刚体组成的二自由度非线性摩擦振动动力学模型,通过理论推导和数值计算研究摩擦系数-速度斜率对模态耦合不稳定的影响,并根据摩擦系数及其速度斜率的符号形成4个区域,分析了4个区域的黏-滑运动的特点和极限环及工况依赖性,并指出在摩擦系数-速度正斜率情况下系统参数改变会导致Hopf分岔.

盘-销摩擦系统摩擦接触力测试与特性分析

测量分析动态摩擦接触力是研究摩擦振动与噪声发生机理的关键.本文中建立了盘-销系统摩擦尖叫试验台架,成功再现了摩擦尖叫.采用三向力传感器对有无摩擦尖叫条件下的动态摩擦接触力进行了测量,并利用小波信号分解、概率密度函数、功率谱密度函数、时频分析等方法进行了分析和讨论.研究发现:在发生摩擦尖叫时,动态摩擦力和法向力发生高频波动,是系统噪声的激励源;无摩擦尖叫时的摩擦力和法向力的动态分量为典型的白噪声随机过程,呈非高斯分布;有摩擦尖叫时的摩擦力和法向力为窄带高频类谐波信号,摩擦力呈非高斯分布,而法向力近似为高斯分布;模态耦合是导致盘-销系统发生动态接触力高频波动以及摩擦尖叫的原因.

汽车盘制动器优化设计热和机械特性的研究(一)

由于热量集中于制动盘的表面造成热弹不稳定性(TEI)而引起热变形。这样可能发生大家知道的低频强烈振动。因为在盘和衬块的接触面间的摩擦系数变化,在摩擦衬块发生尖叫声。通过对热聚集和尖叫现象的联合分析,对高热和机械特性可设计一最佳的盘和摩擦衬块。本文同时考虑了热和机械不稳定性按照盘的厚度,卡钳的加压方式,衬片弧长进行了数值和实验分析。采用有限元分析法(FEA)计算了热变形和压力分布。采用汽车底盘测功器和高速红外摄像仪进行实验评估TEI性能,结果用FEA修正。采用FEA估计机械不稳定性进行复杂固有值分析,按照转子和摩擦衬盘的形状对于一固有值问题应用修正仿真结果分析接合形式。在热聚集和尖叫问题期间,讨论因考虑盘制动器性能盘和摩擦衬块的设计。

汽车盘制动器优化设计热和机械特性的研究（二）

由于热量集中于制动盘的表面造成热弹不稳定性（TEI）而引起热变形。这样可能发生大家知道的低频强烈振动。因为在盘和衬块的接触面间的摩擦系数变化，在摩擦衬块发生尖叫声。通过对热聚集和尖叫现象的联合分析，对高热和机械特性可设计一最佳的盘和摩擦衬块。本文同时考虑了热和机械不稳定性按照盘的厚度，卡钳的加压方式，衬片弧长进行了数值和实验分析。采用有限元分析法（FEA）计算了热变形和压力分布。采用汽车底盘测功器和高速红外摄像仪进行实验评估TEI性能，结果用FEA修正。采用FEA估计机械不稳定性进行复杂固有值分析，按照转子和摩擦衬盘的形状对于一固有值问题应用修正仿真结果分析接合形式。在热聚集和尖叫问题期间，讨论因考虑盘制动器性能盘和摩擦衬块的设计。