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,在摩擦衬决发生尖叫声.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...     

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,在摩擦衬决发生尖叫声.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.     

盘式制动器中热问题的研究概况

摩擦热是影响摩擦副材料性能变化的最直接因素。过高的摩擦热不仅使摩擦副材料的摩擦学性能发生变化,而且导致热弹性不稳定性（TEI）、局部过热点现象等发生,制动盘发生热变形。目前研究认为,热弹性不稳定性是制动器发生热颤振和噪声的主要来源,最终可能导致制动器过早失效。本文针对这些方面的研究进行了综述,最后进行总结并对未来研究工作提出了展望与建议。     

干式摩擦元件的热弹不稳定性分析

针对干式摩擦元件热弹性失稳问题,通过理论和仿真计算相结合的方法,将系统扰动因素和系统结构因素相统一,从扰动频率对临界速度影响的角度,开展制动器干式摩擦元件的热弹不稳定分析。研究发现,系统失稳与扰动频率有关,造成系统失稳的临界速度存在一个极小值点,在该点系统最容易产生失稳;摩擦副局部热应力过大是造成系统失稳的主要原因,摩擦副整体温度的高低与系统失稳之间不存在必然的联系。提出的基于热固耦合扰动边界的干式摩擦元件热弹不稳定性分析方法,其计算结果可以直接用来指导摩擦片热弹性失稳的结构设计。     

摩擦引起的模态耦合不稳定性分析

模态耦合是摩擦系统振动不稳定性的重要机理之一,它会受到系统摩擦副的结构阻抗特性和摩擦接触特性的显著影响。针对一类由一个摩擦副部件的不同方向模态导致耦合不稳定性的现象,建立2自由度摩擦振动动力学模型,推导在摩擦副部件机械阻抗特性相差极大的条件下,系统摩擦耦合模态不稳定性及其对摩擦力方向的依赖性,以及研究了不稳定区域对摩擦副结构和摩擦接触特性参数的敏感性;同时,也分析摩擦副部件的自身约束模态频率和系统接触模态频率对系统摩擦耦合模态区域和频率的影响。这为指导以避免模态耦合的摩擦振动系统的结构参数和摩擦接触参数匹配,以及识别摩擦振动不稳定的摩擦副模态来源提供了理论依据。     

摩擦材料特性对离合器热弹性不稳定性的影响

针对车辆换挡离合器,应用热弹性不稳定性(Thermoelastic instability,TEI)理论研究其接合过程中的温度场非均匀分布问题。建立离合器接合过程的二维理论模型,采用扰动法求解系统发生TEI的临界条件。通过试验验证TEI理论对离合器温度场分布研究的适用性和临界速度的存在性。研究表明当离合器接合速度超过临界速度时,系统由于摩擦热、热应力和弹性应力等因素耦合作用而失稳,摩擦副表面温度场出现强烈的非均匀性。热点数小于5时,铜基材料临界速度小于纸基材料;热点数大于5时,铜基材料临界速度大于纸基材料。减小摩擦材料弹性模量、增大热导率以及减小对偶材料热膨胀系数,可以提高系统稳定性。     

制动工况下圆盘/摩擦衬块接触面间动态压力中心的测量(一)

本文阐明了活塞尾端或内侧,摩擦衬块在制动产生听觉可分辨的噪声方面的影响。采用独特的技术测量常态制动工况下摩擦衬块/圆盘接触面间的动态中心压力(Cop)。该新技术采用一个在摩擦衬块内嵌入压力感敏膜。本文还提出了摩擦衬块/卡钳接触区的共面分析,以及它对圆盘/摩擦衬块Cop位置的影响。该分析表明,活塞尾端情况,影响Cop位置,并进一步说明该中心的移动类似于摩擦衬块支架振动与支架反向。本文包含用12个活塞对立卡钳的附加研究,初始Cop位置可以沿摩擦衬块和径向两个方向变化。结果表明,Cop的运动很明确使制动压力增大。     

盘式制动器的制动效能和接触应力分析

研究汽车制动性能的影响因素,分析盘式制动器的制动效能。计算摩擦衬块产生的最大制动力矩、制动效能因素及摩擦衬块对制动盘的压紧力等。以摩擦衬块、制动盘为研究对象,研究轿车在低速、中速、高速和最高时速制动时,制动盘和摩擦衬块上的应力分布规律,给出速度对应力分布的影响规律。应力分布影响制动器的制动转矩容量、热容、磨损等,摩擦衬块与制动盘之间既不是完全接触更不是均匀分布的接触压力,接触表面的应力分布一直是工程界和学术界关注的热点之一。     

火箭橇滑块摩擦热的结构耦合场分析

利用ANSYS软件建立火箭橇试验中滑块与轨道的滑动摩擦热-结构耦合场模型,研究特定载荷和运行工况下滑块的温度场和应力场。结果表明:滑块材料的热参数和滑块轨道间的摩擦因数对接触面温度有很大影响,接触面温度随摩擦因数增大而增大;分析指定路径上的应力分布可知,摩擦热影响区和热应力集中区域约为从接触面开始至向上6 mm范围内,滑块在运行中的破坏发生在该区域。     

热分析仪在冲天炉熔炼过程中的应用

我厂的熔炼设备为5t／h、8t／h的酸性冷风冲天炉，在没有引进热分析仪之前，铁液的检验手段是通过炉前三角试块白口大小来判断铸件的硬度和强度，但三角试块白口的不稳定性导致这种检测手段存在很大的误差，使铸件的质量很难得到保证。     

基于分形理论的接触式机械密封端面摩擦热模拟计算

通过模拟计算,分析工作参数和端面形貌分形参数对接触式机械密封端面摩擦热的影响。基于机械密封端面接触分形模型,考虑密封端面摩擦热、摩擦系数、端面温度之间相互影响的关系,提出了密封端面摩擦热的耦合计算方法。对内流式部分平衡型机械密封端面摩擦热的影响因素进行了计算分析。结果表明,随着弹簧比压或密封流体压力的增大,密封端面摩擦热线性增大;随着转速的增大,密封端面摩擦热近似线性增大,且密封端面越光滑,摩擦热的增量越大;随着端面分形维数的增大或特征尺度系数的减小,密封端面摩擦热非性线增大,且随着密封端面趋于光滑,摩擦热的增幅变大。     

针对汽车安全玻璃热穹成形的高温摩擦试验机研制与试验

针对汽车安全玻璃热弯成形过程中的摩擦行为,基于库伦摩擦定律设计测量不同温度状态下汽车安全玻璃与模具之间摩擦系数的高温摩擦试验机,并进行了性能验证.该摩擦试验机由高温加热装置、数据采集与处理系统、控制系统和机械加载装置等组成,并利用ANSYS Workbench有限元分析软件对关键结构部件的刚度和强度进行仿真校核.在机械加载装置施加载荷后,试验机通过贴在摩擦头上的应变片将摩擦力引起的弯曲应变转换为电信号,利用数据采集与处理系统将采集到的电信号进行处理与存储.利用该试验机对汽车安全玻璃在不同温度条件下与模具之间的摩擦行为进行研究.结果表明,摩擦系数随着成形温度的升高整体呈现增大趋势.当加热温度接近玻璃化转变温度时,玻璃接近高弹态区域,温度对摩擦系数的影响减小,增幅减小.试验机检测性能稳定,满足用于研究实际生产中汽车安全玻璃热弯成形摩擦问题的需求.     

针对汽车安全玻璃热穹成形的高温摩擦试验机研制与试验

针对汽车安全玻璃热弯成形过程中的摩擦行为,基于库伦摩擦定律设计测量不同温度状态下汽车安全玻璃与模具之间摩擦系数的高温摩擦试验机,并进行了性能验证.该摩擦试验机由高温加热装置、数据采集与处理系统、控制系统和机械加载装置等组成,并利用ANSYS Workbench有限元分析软件对关键结构部件的刚度和强度进行仿真校核.在机械加载装置施加载荷后,试验机通过贴在摩擦头上的应变片将摩擦力引起的弯曲应变转换为电信号,利用数据采集与处理系统将采集到的电信号进行处理与存储.利用该试验机对汽车安全玻璃在不同温度条件下与模具之间的摩擦行为进行研究.结果表明,摩擦系数随着成形温度的升高整体呈现增大趋势.当加热温度接近玻璃化转变温度时,玻璃接近高弹态区域,温度对摩擦系数的影响减小,增幅减小.试验机检测性能稳定,满足用于研究实际生产中汽车安全玻璃热弯成形摩擦问题的需求.     

[轮轨磨耗及预测]高速列车制动摩擦块切入端特征对制动界面特性的影响

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上，对四种不同安装方向下的三角形摩擦块进行拖曳制动试验，研究了摩擦块的切入端特征对制动界面特性的影响,并采用有限元方法分析不同摩擦切入端特征下摩擦块的接触压力分布特点，探讨了摩擦块表面接触压力分布与其表面热分布、振动噪声特性的内在关联。结果表明：在摩擦制动过程中，摩擦块的切入端存在应力集中现象，尤其是当摩擦切入端是一个角的两条边时，摩擦切入端的角附近区域应力集中更为明显，从而引起制动系统产生高强度的振动噪声并导致摩擦块表面局部高温现象。     

机械密封热变形研究进展

机械密封是旋转机械中常用的一种轴密封,受力情况复杂,工作条件非常恶劣,介质压力和弹簧力的作用使得密封端面产生机械变形,端面容易呈现局部接触,当机械密封动环以高速旋转时,端面间的接触摩擦和端面对液膜的粘切作用而产生热,引起密封端面温升和热变形.端面热变形是密封失效的主要原因之一.从密封环温度场、变形、耦合变形、优化等方面综合评述了机械密封热变形的研究现状,分析存在的问题,最后指出进一步的研究方向.     

城市公交车用气压盘式制动衬块的开发应用

城市公交车用气压盘式制动器(ADB)是汽车制动器发展的趋势。ADB对盘式制动衬块有很高的技术要求。采取了一系列技术措施,解决了高温摩擦性能稳定性和物理性能等问题,探索了盘式制动衬块的测试项目和方法。     

炼油厂高温油泵机械密封泄漏原因分析及对策

当前石油化工炼油厂使用的高温介质泵大部分使用的是金属波纹管机械密封,机械密封的动、静环接触面上的摩擦热容易造成干摩擦或产生较大的温度梯度,从而使密封环产生过大的热应力导致密封端面磨损变形,严重时会出现热裂纹,造成机械密封的严重泄漏。本文结合具体实例详细介绍了金属波纹管机械密封的结构原理,并对金属波纹管机械密封端面温度及应力场进行了模拟分析研究,提出了改进措施,对于机械密封的设计和制造及其应用具有理论指导和现实意义。     

高温热油泵机械密封流固热耦合特性研究

高温热油泵具有输送介质温度高、传导热量大等特点,采用现有热量估算方法对其机械密封热量进行计算有较大的误差。利用FLUENT软件采用流固热耦合的方法研究了高温热油泵机械密封的传热特性及其热源热量;经对比分析,高温热油泵机械密封的热量主要来源于轴和腔体传导热。分析了不同轴径对高温热油泵机械密封传导热、摩擦热和搅拌热的影响规律;计算了高温热油泵机械密封热平衡冲洗量。针对高温热油泵机械密封的高温工况,提出了一种机械密封传导热系数的修正拟合方法,经算例验证,拟合公式计算结果与模拟值接近,最大误差为2.4%。     

基于DPS稳定性的径向轴承热不稳定性的研究

考虑到油膜能量方程是一分布参数系统(DPS)这一特点，将DPS稳定性分析的方法引入油膜热不稳定性的分析。选择适当的半离散化使DPS用LPS(集总参数系统)来近似，将DPS转化为高维的LPS来分析油膜温度的稳定性。结果表明在油膜中的确存在着热不稳定性现象，热不稳定性与轴颈的旋转速度和外载荷有着密切的关系，在承载能力范围内，速度越高、载荷越小时油膜温度越容易失去稳定性。     

石油钻机盘式刹车块材料的磨损机制研究

为提高深井石油钻机盘式刹车副的摩擦磨损性能和使用寿命,研制开发了一种性能优良的无石棉盘式刹车块摩擦材料,通过变温摩擦磨损性能实验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDAX)对刹车块磨损表面的形貌及元素成分进行分析,揭示了刹车块材料的摩擦学行为和磨损机制.结果表明,在磨损初期,刹车盘摩擦表面硬质凸峰对刹车块表面进行犁削;随着摩擦温度的升高,摩擦表面开始软化和膨胀,同时出现了氧化磨损;在高温磨损阶段,刹车块摩擦表面受摩擦热的严重影响,产生明显的软化和塑性流动,抗剪切的能力变弱,粘着磨损增强,同时刹车块中粘结剂的热分解作用增强,使各组分因失去胶粘作用而脱落,有机纤维处于流动状态,并产生明显的拉拔、剪切以及有机物的碳化、氧化现象.此外,在摩擦过程中,有机物的热裂解、热氧化、碳化、环化等作用,使摩擦表面层留下洞穴或裂纹,从而产生疲劳磨损.