制动参数对制动系统稳定性的影响

以汽车的制动盘与摩擦片构成的制动系统为研究对象,建立了基于Stribeck摩擦模型的制动系统动力学模型。采用数值仿真的方法就制动系统的初速度、制动压力、阻尼和刚度等制动参数对系统稳定性的影响做了定性的分析,提出了提高系统稳定性的方法。研究结果表明:随着制动初速度的增大,系统的振动幅值也变大,但系统达到稳定状态的时间越短;系统的振动幅值随着制动压力的增大而减小,适当地提高压力可以减小振动;系统的阻尼越大,系统越快达到稳定状态;系统的刚度越大,系统达到稳态运动所需的时间就越长,达到稳定前振动的幅值随着刚度的增大而变小。     

考虑时变速度的盘式制动系统的颤振特性研究

制动过程中的黏滑与颤振是一个与摩擦密切相关的复杂动力学问题.为了研究制动盘与摩擦片的黏滑与颤振现象,建立了制动系统考虑制动盘旋转自由度的五自由度非线性动力学模型.利用数值仿真方法,通过改变制动过程中的制动压力和初速度,研究速度时变的动力学特性,从而探索其黏滑与颤振现象产生的相关原因.研究结果表明:制动盘和摩擦片的切向振幅随着制动初速度的增加,呈先增大后减小的趋势;低速时制动盘和摩擦片切向将产生明显的黏滑颤振,随着制动初速度的增加,黏滑颤振逐渐减小;随着制动压力的增加,切向和法向的振动有增强趋势,系统由纯滑动逐渐进入黏滑运动并产生颤振.     

风力机制动系统摩擦片的振动特性研究

为了降低风力机制动系统的制动振动,研究了风力机制动系统摩擦片的振动特性,针对某型风力机盘式制动器,考虑制动盘与内外摩擦片的接触耦合,以多自由度振动力学理论为基础,并结合库伦摩擦模型,建立了制动盘-摩擦片的六自由度动力学模型,研究了制动力和摩擦片材料对制动振动的影响,得到了内外摩擦片沿制动盘旋转切向方向和法向方向的振动位移曲线图和相图。结果表明:风力机在制动工作过程中,制动力越大,内外摩擦片在两个方向的振幅越大,振动趋势越强;在相同的制动力下,三种摩擦片中C/C纤维复合材料摩擦片的性能最好,振动幅度最小,达到振动稳定状态所用的时间最短。     

拖曳与启停制动模式下盘式制动器热-机耦合特性研究

建立起盘式制动器三维热-机耦合有限元模型,分析在拖曳制动和启停制动两种模式下制动器的热-耦合特性和摩擦振动特性,并探讨了在启停制动模式下,不同的减速行为对热-机耦合和振动特性的影响。结果表明:制动器在热-机耦合作用下,制动盘两侧摩擦片的热变形形式完全不同,导致两侧摩擦片的温度分布差异显著,活塞侧的摩擦片表面温度大于钳指侧摩擦片温度,这种温度差异也表现在制动盘两侧的盘面温度上;随着摩擦界面温度升高,制动系统的振动强度逐渐降低,但由于温度差异导致制动盘两侧的热变形程度不同,因此制动器活塞侧的振动强度大于钳指侧的振动强度;制动盘的减速行为对系统的热-机耦合特性和摩擦振动特性影响显著,在快速制动模式下制动器与外界热交换效应显著,界面温度较低,但是振动强度较大;慢速制动和分步制动模式下,界面温度迅速升高,但是由于摩擦过程较为缓慢,系统振动强度较低;尤其是分步制动的情况下,在某一阶段的振动强度有可能非常微弱。以上研究结果对认识制动系统的温度分布特性和改善制动器振动噪声问题具有一定指导意义。     

CRH2盘形制动系统制动尖叫噪声研究

为了研究高速动车组的制动尖叫噪声,建立CRH2拖车盘形制动系统的摩擦耦合有限元模型,对其进行运动稳定性和制动自激振动的瞬态动力学分析,研究了摩擦因数、闸片以及制动盘弹性模量对制动系统尖叫噪声的影响。结果表明：随着摩擦因数μ的增大,盘形制动系统发生制动尖叫噪声的趋势增加;随着闸片弹性模量的增大,制动系统发生制动尖叫噪声的趋势增加,并且激发的噪声频率也明显变大;随着制动盘弹性模量增大,制动系统发生制动尖叫噪声的趋势先降低后增大。     

风电偏航制动器制动稳定性研究

针对研发新型抗颤振风电偏航制动器而避免偏航过程中的失稳振动问题,从摩擦学的角度研究偏航系统失稳振动机理,通过建立偏航制动系统动力学模型来研究风电偏航制动稳定性问题。结果表明,偏航失稳振动与系统的刚度、固有频率和阻尼比、制动盘与制动块上的摩擦片材料、制动盘质量、活塞直径与数量以及偏航余压等参数有关;当偏航过程中发生失稳振动时,可通过减小偏航余压或更换摩擦因数更小的摩擦片来控制振动;研发抗颤振风电偏航制动器时,应基于制动盘并结合稳定性曲面图进行偏航制动器结构设计和材料选择。     

基于ABAQUS的车辆盘形制动系统仿真分析

制动盘和摩擦片之间产生共振时会影响二者之间的接触状况,从而导致摩擦副之间的接触恶化,严重时会引起制动失效.文中基于三维实体软件SoIidWorks建立了轨道车辆盘形制动系统.针对车辆盘形制动系统振动噪声问题,利用ABAQUS建立了车辆盘形制动的有限元模型.利用模态分析方法,分别对制动盘、摩擦片和盘形制动耦合系统进行模态...     

盘式制动摩擦片摩擦磨损特性的研究

进行了纤维增强合成摩擦片和现用合成摩擦片与QT450制动盘配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用偏振光显微镜分析了磨损表面形貌.结果表明:纤维增强合成摩擦片的平均摩擦系数小于现用合成材料摩擦片,但摩擦系数稳定且耐磨性略高于现用合成材料摩擦片;在模拟制动工况下,纤维增强合成摩擦片比现用合成材料摩擦片所引起的制动盘温升略高;但都仍低于材料的热衰退温度。     

制动颤振的试验研究

在MM-1000型摩擦试验机上对车轮钢和高磷铸铁闸瓦、H300制动盘和HZ408闸片的制动颤振问题进行了试验,研究了制动初速度、制动压力对颤振的影响,分析了摩擦力-速度负斜率对制动颤振的影响。结果表明,制动初速度对制动颤振有较大影响,制动初速度越大,制动颤振的强度就越大;摩擦力-速度负斜率数值大小对制动颤振没有明显的影响,说明摩擦力-速度负斜率关系不是制动颤振产生的根本原因。     

制动力矩波动台架试验研究

为了深入研究制动抖动的发生机理,在整车道路试验的基础上,针对某轿车的制动抖动现象进行了台架试验研究,详细考察制动抖动的根源——制动力矩波动的特征及其影响因素。试验研究表明,制动过程中制动力矩均值及其波动值逐渐增大。制动盘厚薄差(DTV)是引起制动力矩波动的主要原因,制动盘的端面跳动(SRO)对制动力矩波动的影响较小,温度升高对制动力矩波动的影响具有两重性,制动压力对制动力矩波动影响不明显。     

Friction-induced vibration of an elastic slider on a vibrating disc

The in-plane vibration of a slider-mass which is driven around the surface of a flexible disc, and the transverse vibration of the disc, are investigated. The disc is taken to be an elastic annular plate and the slider has flexibility and damping in the circumferential (in-plane) and transverse directions. The static friction coefficient is assumed to be higher than the dynamic friction. As a result of the friction force acting between the disc and the slider system, the slider will oscillate in the stick-slip mode in the plane of the disc. The transverse vibration induced by the slider will change the normal force on the disc, which in turn will change the in-plane oscillation of the slider. A numerical method is used to solve the two coupled equations of the motion. Results indicate that normal pressure and rotating speed can drive the system into instability. The rigidity and damping of the disc and transverse stiffness and damping of the slider tend to suppress the vibrations. The in-plane stiffness and damping of the slider do not always have a stabilizing effect. The motivation of this work is the understanding of instability and squeal in physical systems such as car brake discs where there are vibrations induced by non-smooth dry-friction forces.     

基于ANSYS Workbench的盘式制动器热-机耦合分析

为进一步研究盘式制动器在制动过程中的行为,在建立盘式制动器热-机耦合简化计算模型的基础上,考虑温度变化对材料物理性能和摩擦因数的影响,运用ANSYS Workbench模拟分析不同制动初速度与不同制动压力下制动盘的热-机耦合特性,并从制动盘径向、周向、轴向等维度对其温度场与应力场进行了研究。结果表明：盘式制动器在紧急制动过程中,温度和应力的最大值与制动初速度和制动压力成正相关;制动初速度和制动压力对制动盘温度场和应力场有较大的影响,其中制动压力对制动盘温度和应力最大值的影响比制动初速度更加明显;制动盘温度与等效应力在圆周上都呈环带状分布,二者具有一致性,制动盘达到温度最大值早于达到应力最大值,二者之间具有耦合特性;制动盘温度在径向和轴向上存在较大的温度梯度,从而引起较大的应力变化。研究结果为探索制动盘温度场、应力场分布规律和制动盘在不同工作状态下的热-机耦合特性提供了参考。     

盘形制动系统颤振临界速度的计算及分析

建立干摩擦的单自由度盘形制动系统动力学模型,基于微分包含理论建立其数学模型,采用数值方法计算系统发生颤振运动的临界速度,并讨论阻尼比、动摩擦因数以及最大静摩擦因数与动摩擦因数之差对临界速度的影响。结果表明:系统发生颤振的临界速度随着阻尼比的增大而减小;随动摩擦因数的增大而增大;在动摩擦因数确定的情况下,随最大静摩擦因数与动摩擦因数之差增大而增大,但最终趋于恒定,在阻尼比ζ=0.001情况下最大静摩擦因数为动摩擦因数1.115倍左右时临界速度不再发生变化。     

摩擦副结构与制动盘温度关系的试验与模拟研究

摩擦副结构是影响制动盘温度分布的重要因素之一。针对闸片形状为圆形、三角形和六边形三种结构的摩擦副,采用制动试验台进行了速度为50～250 km/h的制动试验,并利用ABAQUS软件数值模拟了三种摩擦副不同工况条件下制动盘温度场的变化过程。结果表明：数值模拟温度场与试验测试结果具有良好的相似性。摩擦副结构对盘面温度分布的影响程度与制动条件密切相关,其结构形式对制动盘面温度的影响程度在制动初期最为明显,且随制动初速度和制动压力的增加而增加。这缘于闸片结构的不同导致了摩擦面摩擦弧长分布的不同,随制动速度升高和压力增加,摩擦弧长的差异起到了放大能量差别的作用,从而表现制动盘温度分布对闸片结构的敏感程度增加。     

汽车风冷盘式制动器摩擦学特性试验研究

为得出制动参数对汽车风冷盘式制动器摩擦学特性的影响机理,考虑空气流动和车辆惯性因素,基于噪声、振动与声振粗糙度（NVH,Noise Vibration and Harshness）台架试验机精确模拟制动工况,研究摩擦副表面在不同制动压力（1.0~3.0 MPa）、行驶速度（5~30 m/s）以及温度（100~350  ℃）条件下平均摩擦系数与摩擦稳定系数的变化规律。试验结果表明：制动压力增大时,摩擦力矩并非一定随之增大,尤其是较高行驶速度条件;当制动盘表面温度超过300 ℃时,低速条件下的平均摩擦系数和摩擦稳定系数急剧减小。     

汽车制动颤振瞬态特性与关键因素试验研究

在常规平路起步和坡道空档起步工况下开展汽车制动颤振整车道路试验,分析制动颤振的瞬态动力学特性。设计汽车制动颤振关键因素试验,研究动力总成、制动器总成、悬架总成对制动颤振的影响。研究表明,汽车制动颤振包括两种典型的运动模式,一是具有持续时间短、宽频带特征的冲击振动,没有明确的极限环;二是具有持续时间长、多倍频特征的周期谐波振动,它属于一种典型的粘滑振动,具有明显的极限环。制动压力是汽车制动颤振发生的关键触发条件,制动压力以较大斜率下降至特定范围时,往往触发冲击振动为主的制动颤振;反之,则容易触发周期谐波振动为主的制动颤振。汽车动力总成驱动力和发动机转速波动是制动颤振的关键影响因素,合理设计发动机从低温到常温的加浓控制策略和起步时的动力总成控制策略,可有效地抑制制动颤振。制动器动、静摩擦因数差值是制动颤振重要的影响因素,制动块背板与保持架的连接刚度、制动钳质量也是关键因素。通过制动器总成结构参数设计改变颤振时制动器的振动模式,改善制动中的悬架弓形效应,为控制制动颤振提供了新思路。     

制动过程中闸片材料与制动盘温度关系试验研究

为探讨碳/陶制动盘与不同闸片材料的匹配性,对碳/陶制动盘分别与碳/陶复合闸片、铜基粉末冶金闸片和铁基粉末冶金闸片组成的摩擦副进行制动试验,研究了在制动过程中盘面各点瞬时温度、最高温度、闸片温度与制动工况的关系。结果表明：碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副温度及温度梯度均高于其他2种摩擦副,其温度梯度在低速制动时随压力的增加而明显增加,当制动速度较高时,温度梯度并没有随压力的增加而增加;对于碳/陶制动盘与铜基和铁基粉末冶金闸片摩擦副,随制动速度和压力的提高,盘面温度梯度变化不明显。原因在于材料导热性和起始摩擦因数决定了盘面的散热能力和制动功率,碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副因较高的起始摩擦因数以及较低的导热性,其制动功率高和散热能力低,导致盘面温度持续升高。     

Investigation of temperature and thermal stress in ventilated disc brake based on 3D thermo-mechanical coupling model

Ventilated disc brakes are widely used for reducing velocity due to their braking stability, controllability and ability to prove a wide-ranging brake torque. During braking, the kinetic energy and potential energies of a moving vehicle are converted into thermal energy through friction heating between the brake disc and the pads. The object of the present study is to investigate the temperature and thermal stress in the ventilated disc-pad brake during single brake. The brake disc is decelerated at the initial speed with constant acceleration, until the disc comes to a stop. The ventilated pad-disc brake assembly is built by a 3D model with a thermo-mechanical coupling boundary condition and multi-body model technique. To verify the simulation results, an experimental investigation is carried out.     

Analysis of Friction-Induced Vibration Leading to Brake Squeal Using a Three Degree-of-Freedom Model

Friction-induced vibration is a common phenomenon in nature and thus has attracted many researchers’ attention. Many of the mathematical models that have been proposed on the basis of mode coupling principle, however, cannot be utilized directly to analyse the generation of friction-induced vibration that occurs between two bodies because of a difficulty relating model parameters to definite physical meaning for real friction pairs. In this paper, a brake squeal experiment is firstly carried out by using a simple beam-on-disc laboratory apparatus. Experimental results show that brake squeal correlates with the bending mode of the beam and the nodal diameter out-of-plane mode of the disc as well as the cantilever length of the beam. Then, a specific three degree-of-freedom dynamic model is developed of the beam-on-disc system and the vibration behaviour is simulated by using the complex eigenvalue analysis method and a transient response analysis. Numerical simulation shows that the bending mode frequency of the beam a little greater than the frequency of the nodal diameter out-of-plane mode and a specific incline angle of the leading area to the normal line of the disc as well as a certain friction coefficient, are necessary conditions for the mode coupling of a frictional system. Results also show that when the frictional system is transited from a steady state to an unstable state for the variation of parameters, its kinetic and potential energy increase with time due to continuous feed-in energy from the friction force while the dynamic responses of the system change from the beating oscillation to the divergent, which leads to the friction-induced vibration and squeal noise.