基于盘／销装置的摩擦尖叫噪声研究

为了研究摩擦尖叫的产生机理,利用汽车制动盘、摩擦材料及铝合金圆销设计了一种长度可调的盘／销摩擦试验装置,进行了不同销长的摩擦尖叫试验。基于盘／销零件的约束模态试验结果,建立了装置的有限元模型。利用复特征值分析方法研究了销长、摩擦因数、载荷、速度和材料特性等因素对摩擦尖叫噪声的影响。结果表明：当圆销和制动盘间弯曲模态频率相近时会形成模态耦合,系统不稳定,产生摩擦尖叫噪声;通过改进系统结构、适当降低摩擦因数和调整材料特性可以减轻或消除摩擦尖叫。     

基于盘-销系统的摩擦尖叫条件下的动态时滞摩擦特性分析

为研究摩擦副间摩擦特性,建立盘-销模型台架试验系统,采用三向力传感器在发生和不发生摩擦尖叫条件下测量摩擦接触作用力,并利用小波分解方法将摩擦接触力分解为准静态分量和动态分量;在此基础上提出摩擦因数传递函数的概念,进行传统摩擦因数和新摩擦因数传递函数的计算与分析.对比分析发现:在系统发生摩擦振动或者噪声的条件下,采用摩擦因数传递函数评价摩擦特性更加合理.研究结论有助于深化摩擦因数特性的认识以及摩擦振动和噪声发生机理的研究.     

阻尼参数对摩擦系统稳定性及黏滑运动的影响

基于普遍的销?盘摩擦系统，建立了一个同时考虑摩擦界面的法向与切向振动的非线性四自由度数学模型，基于复特征值分析法和时域分析法研究了系统法向和切向阻尼值对系统稳定性的影响。对系统的雅各比矩阵的复特征值分析表明：法向和切向阻尼值会对系统临界摩擦因数产生重要影响，系统存在一个最优阻尼比使系统的稳定性达到最强。在选取合理阻尼比值的基础上，若同时增大法向和切向的阻尼值有利于进一步提高系统的稳定性，减少摩擦系统不稳定振动的倾向。通过数值模拟计算，在进一步考虑黏滑现象的基础上，对系统动力学行为进行时域分析。结果表明：系统的振动行为会经历振幅增大的滑动阶段、振幅增大的黏滑运动阶段和纯黏滑阶段；同时在低速状态下，系统阻尼值会对振动极限环及黏着时长产生重要影响。     

载流条件下的1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦磨损性能研究

在销-盘摩擦磨损试验机上试验了载荷、速度、电流对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳对磨时的摩擦因数、磨损量及磨损形貌的影响。试验结果表明,载荷对1Cr18Ni9Ti/浸金属碳摩擦副的摩擦因数和销试样的磨损率有显著影响:载荷越大,摩擦因数越大,磨损率越低;摩擦因数、磨损率与速度的关系受载荷的制约。当低载时,以电流影响为主。销试样的磨损表面出现了粘着磨损,氧化磨损和电弧烧蚀。     

约束对盘形制动摩擦噪声影响的有限元研究

建立了铁路车辆盘形制动装置的三维实体有限元模型，分别为该模型中的制动盘、闸片和夹钳等部件设置了不同的材料特性。利用线性弹簧力模拟制动摩擦面间的法向力，摩擦力取为线性弹簧力与摩擦因数的乘积。通过对系统有限元运动方程进行复特征值分析，根据复特征根实部为正值判断系统发生失稳的模态，这也是可能产生摩擦噪声的模态。仿真结果显示，系统的约束条件对摩擦噪声的形成有显著的影响。改变模型的约束条件，可以抑制制动系统的摩擦噪声发生趋势，说明通过优化设置约束条件来提高摩擦系统的运动稳定性从而抑制摩擦噪声的发生是可行的。     

压电式摩擦振动能量收集的试验研究与仿真分析

针对机械系统中普遍存在的摩擦振动现象,结合试验分析和数值模拟的方法,提出采用压电材料进行摩擦振动能量收集的新思路.本研究搭建了一种既能产生摩擦振动,同时又能利用压电材料将振动能量转化为电能的试验装置,摩擦学试验结果验证了利用压电材料实现摩擦振动能量收集的可行性.利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,首先采用复特征值分析法对压电式能量收集器的响应特性进行分析,结果表明摩擦系统在法向和切向上出现的不稳定振动模态是实现摩擦振动能量收集的重要因素.采用瞬时动态分析法对摩擦系统的动力学响应进行模拟,结果表明瞬态分析能够从时域上很好地模拟试验过程,较大的法向载荷导致系统产生较强的摩擦振动,从而导致压电材料变形位移增大,进而输出较高的电压;摩擦系统存在一定的临界速度,使得系统能够产生最强的摩擦振动能量,并对外输出最大电压信号;进一步地,本研究建立起摩擦与压电相互耦合的二自由度数学模型,验证了摩擦振动能量收集的可行性,并定性分析了法向载荷和运动速度对系统响应的影响.以上研究结果能为实现摩擦振动的能量收集提供理论依据.     

电流对铬青铜/紫铜摩擦学特性的影响

采用自制的销盘摩擦磨损试验机,在载流条件下对铬青铜QCr0.5/T2铜的摩擦学特性进行了研究,结果表明电流对摩擦因数和磨损率具有显著影响,电流越大,磨损率越高,摩擦副磨损越严重,摩擦因数越大。载流条件下,摩擦表面发生电点蚀,并出现局部熔化和雨滴状金属颗粒。     

沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声机理

在列车制动盘蠕墨铸铁材料表面上制备出平行间隔分布的沟槽表面织构,将其和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,并利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对试验进行数值模拟分析,研究沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声的机理。结果表明,本试验条件下的光滑表面会产生较高强度的噪声而沟槽表面几乎不产生噪声,利用有限元软件ABAQUS/Explicit可以很好地模拟试验现象并揭示沟槽表面织构影响界面摩擦振动噪声的机理,即沟槽织构表面在对磨球滑过并碰击沟槽时引起的摩擦力波动能有效的打断摩擦界面的连续接触,作为不连续激励扰乱系统的自激振动,抑制界面摩擦力和振动加速度高频成分的形成并最终降低摩擦噪声。     

旋转滑动摩擦高频噪声产生机理的实验研究

为了深入研究金属旋转滑动摩擦高频噪声的产生机理,以多功能摩擦磨损试验机为平台,采用单因素实验法来研究相对滑动速度、接触压力、表面形貌等影响因素对摩擦高频噪声的影响规律。实验发现：金属旋转滑动高频摩擦噪声多发生在相对滑动速度低、接触压力较大以及摩擦因数-速度负斜率处;摩擦副间相对滑动速度、接触压力和表面粗糙度的变化几乎不会对高频噪声的频率产生影响,但高频噪声声压级随表面粗糙度的增大呈现明显减小趋势。对摩擦噪声声压信号和法向、切向振动加速度信号进行互相关分析,结果表明,法向振动加速度信号和摩擦噪声声压信号之间具有更高的相关性,从而为进一步理解摩擦高频噪声的产生机理和预测模型的建立提供了参考。     

基于正交试验设计的滑动摩擦性能研究

以正交试验方法设计销盘摩擦副滑动摩擦磨损的试验方案,在MMW-1A多功能立式摩擦磨损试验机上研究载荷、速度、时间对摩擦因数的影响。通过极差分析和方差分析得到上述因素对摩擦因数影响的权重次序,结果表明载荷对摩擦因数具有最显著影响。建立销盘摩擦副的几何模型,运用有限元分析软件ANSYS仿真分析载荷变化对接触应力的影响,结果表明,接触界面的压力分布不均匀,呈现中间小、边缘大的态势;接触应力数值大小随载荷变化而改变,但应力分布形态不受其影响。     

滑动摩擦振动噪声的非线性显式动力学分析

利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对球-平面接触条件下的滑动摩擦振动噪声进行了数值模拟分析。对比试验结果,探讨了摩擦噪声的发生机制,并分析了摩擦噪声发生时接触界面的运动特性。结果表明,摩擦噪声主要是由摩擦系统的自激振动引起的,法向振动与切向振动的耦合是系统产生自激振动和摩擦噪声的一个重要因素。当摩擦系统发生自激振动时,从面节点与主面的接触并不是连续不变的,两者在相对运动的过程中具有黏着-滑动-分离-黏着的特性。     

接触网-受电弓系统摩擦振动的初步研究

利用ABAQUS建立接触网和受电弓系统的有限元模型,对其进行运动稳定性的有限元复特征值分析,研究摩擦因数、升弓力矩以及承力索和接触线张力对弓网系统运动稳定性的影响.结果表明:随着摩擦因数μ的增大,系统的不稳定性增加;升弓力矩增大,弓网系统的不稳定性也增加;承力索和接触线的张力越大,弓网系统发生不稳定振动的趋势越大;当摩擦因数μ≥0.35时,系统出现模态耦合现象.     

金属摩擦副干滑动摩擦噪声机理研究

以销-盘磨损试验机配合振动加速度传感器和精密声级计为试验设备,研究了TiNi合金／GCr15轴承钢摩擦副干滑动摩擦噪声的特点和产生机理。结果表明：由于磨损造成摩擦表面形貌恶化,使摩擦力值增大,且波动剧烈,急剧变化的摩擦力对摩擦系统不断输入能量,引起系统产生自激振动,向环境中辐射噪声。TiNi合金的耐磨性能优于淬火45^#钢,所以在相同的试验条件下,TiNi合金／GCr15钢配副的滑动摩擦噪声比淬火45^#钢／GCr15钢配副的低,尤其在载荷较大时,TiNi合金可以降低摩擦噪声3～5dB。     

转向节特性对盘式制动器尖叫影响的研究

考虑到目前关于盘式制动器尖叫噪声的仿真研究通常忽略了转向节的影响,建立包含转向节部件的盘式制动器有限元模型,利用复特征值分析法对该制动器的振动尖叫特性进行预测分析,重点探讨了转向节的特性对制动尖叫行为的影响.结果表明增大摩擦因数会增强制动系统产生尖叫的倾向和强度,转向节对制动系统不同部件之间的耦合具有重要影响,其模态将会诱导制动尖叫噪声的产生.当模型忽略转向节时,尖叫预测结果可能出现"过预测"和"欠预测"的现象.转向节刚度增大会诱导更多频率的不稳定振动产生,同时增大系统的振动尖叫强度.由于转向节和盘毂之间并没有存在明显的摩擦运动,因此转向节-盘毂连接处的摩擦因数并不会对系统的制动尖叫行为产生重要的影响.以上研究结果为认识制动尖叫的产生机理及提出合理改善尖叫措施提供依据.     

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。     

盘式制动器复模态摩擦耦合制动稳定性分析

为研究影响汽车制动噪声的因素,以通风盘式制动器为研究对象,应用有限元软件ABAQUS,建立制动尖叫有限元模型,通过自由模态试验及制动尖叫台架试验验证了模型正确性,进行复特征值分析和自由模态分析,探讨系统部件自由模态与摩擦耦合模态的关系,摩擦系数及制动系统关键部件刹车盘刹车片的弹性模量对制动稳定性的影响,结果显示在摩擦耦合作用下,系统中固有频率接近的部件产生模态耦合,导致系统不稳定振动;系统摩擦系数越大,摩擦耦合程度也越大,系统不稳定性越大,但主振频率不变;刹车盘和刹车片弹性模量增大分别起到增强和削弱摩擦耦合对系统不稳定性的影响。     

载流条件下铬青铜/纯铜摩擦副摩擦磨损性能研究

在自制的销盘摩擦磨损试验机上,对铬青铜/纯铜摩擦副进行载流条件下的干滑动模拟试验,研究了电流、速度、载荷对铬青铜/纯铜摩擦磨损性能的影响规律。试验结果表明:电流是影响摩擦副摩擦磨损性能最显著的因素,摩擦因数和磨损率都随着电流的增大而增大;速度和载荷对摩擦因数和磨损率也有显著影响;电流的存在,摩擦副间产生了比无电流时更严重的粘着磨损和塑性变形,同时增加了电化学腐蚀,使磨损更加严重。     

基于销-盘材料互换试验的钴基合金摩擦磨损特性研究

以销-盘互换试验为基础,通过对比销-盘材料分别为42CrMoV-Stellite6和Stellite6-42CrMoV时,摩擦因数与磨损体积随速度、磨程的变化规律,研究钴基合金Stellite6的摩擦磨损性能。试验结果表明,Stellite6的摩擦因数随滑动速度的增大而减小,随磨程的增加逐渐增大之后达到稳定状态;磨损体积随速度和磨程的增大而增大,跑合阶段与稳定磨损阶段的分界点随速度的增大而减小。销-盘材料为42CrMoV-Stellite6较之销-盘材料为Stellite6-42CrMoV,摩擦因数与磨损体积差别很大,在工程应用中,需要根据实际工况,设计与之具有相同接触特征的试验以获得材料的摩擦磨损性能。     

高温、水介质下GH05轴承材料摩擦磨损性能*

高温、水介质润滑环境下轴承用高温无磁合金GH05材料的性质会发生转变,影响其磨损系数,进而影响轴承磨损性能,导致轴承振动噪声加剧。利用高温摩擦磨损试验机开展高温、水介质润滑下高温无磁合金GH05材料的摩擦磨损试验,分析温度、载荷、润滑对材料摩擦磨损性能的影响,获取关键性能参数,为特殊工况和润滑条件下的轴承寿命评估提供试验数据。结果表明：对于轴承用材料高温无磁合金GH05,在高温300 ℃时的摩擦因数约为0.53,在水介质润滑条件下的摩擦因数约为0.35;相比于常温25 ℃下摩擦因数,高温300 ℃环境下摩擦因数波动范围小,稳定性更强;相比于干摩擦状态,水介质润滑条件下摩擦因数小,稳定性好;随着温度的升高,无磁合金材料GH05的耐磨性降低;相同试验载荷下,无磁合金材料GH05在高温300 ℃干摩擦条件下的磨损体积最大,在常温水介质润滑条件下磨损体积最小。高温无磁合金材料GH05的磨损系数在高温300 ℃干摩擦条件下取值范围为1.93×〖JP〗10-7~3.02×10-7mm2/N。     

指数型摩擦因数对制动摩擦振动行为的影响

为探索摩擦因数同制动器摩擦振动行为的内在联系，本研究建立起某盘式制动器有限元模型，编写VFRIC＿COEF摩擦因数子程序并引入有限元模型中，从而探索指数型摩擦因数的相关参数对制动系统摩擦振动行为的影响。研究结果表明，指数型摩擦因数比定值摩擦因数，更易诱发制动系统产生高强度的摩擦振动现象。这说明在对制动系统进行动力学分析时，采用定值摩擦因数进行模拟具有一定的局限性。动摩擦因数μ_k对制动系统动力学行为影响显著，随着μ_k逐渐增大，活塞侧将出现粘—滑摩擦振动现象，且振动频率由多频振动逐渐变为单一频率的振动。而钳指侧的振动随μ_k的增大呈现出先增大后减小的趋势。另一方面，静摩擦因数μ_s也将影响制动系统的动力学行为，且对制动盘两侧摩擦面的影响行为差异显著。当μ_s逐渐增大时，活塞侧的粘—滑摩擦振动现象先出现后消失，且振动强度略微下降。钳指侧的摩擦振动则未见明显的粘—滑振动现象，同时该侧的振动强度随μ_s的增大而逐渐增强。综合以上，由于钳指侧和活塞侧的受力情况各不相同，因此两...