沟槽型表面织构对界面摩擦振动噪声特性的影响

用电火花加工方法在列车制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出具有不同沟槽宽度和间距的平行间隔分布的沟槽型表面织构,在自行研制的新型摩擦噪声试验装置上,采用球-平面接触方式,对沟槽型织构表面和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,研究沟槽型织构对摩擦噪声的影响及其作用机理。试验结果表明,本试验条件下的摩擦噪声产生主要归因于界面摩擦力的高频成分,而磨损表面的犁沟、磨屑和剥落等不平顺是导致这些高频成分的主要界面因素。尺寸分布合理的沟槽能持续有效打断摩擦界面连续的接触,抑制界面摩擦力高频成分的产生,扰乱摩擦系统的自激振动,并最终降低摩擦噪声。     

带沟槽表面的制动盘界面摩擦磨损及振动噪声特性

在列车制动盘表面加工出不同角度分布的沟槽,探究带沟槽的制动盘表面对界面摩擦学行为和振动噪声特性的影响。结果表明:研究中选取不同角度分布的沟槽都能在一定程度上提高制动盘材料的摩擦磨损特性并降低界面摩擦噪声,其中45°角度分布的沟槽降噪效果最佳。进一步的,利用有限元分析软件ABAQUS对试验结果进行数值模拟分析,结果表明沟槽的存在可以打断、分散接触界面的应力分布并对接触应力进行重新排布,从而抑制摩擦尖叫噪声的产生。     

基于界面调控的摩擦系统减振降噪方法

为寻求抑制摩擦振动及噪声的新方法,分别探讨了在摩擦副背面安装阻尼元件以及在摩擦副表面加工沟槽型织构两种手段对摩擦界面的调控效果,并在此基础上将两种调控摩擦界面的手段组合,对得到的3种不同界面调控方法调控的摩擦系统进行摩擦噪声试验,并利用有限元分析方法和压力测试结果揭示其作用机理。结果表明,摩擦副背面安装阻尼元件或摩擦副表面加工沟槽型织构均可以改善摩擦界面贴合程度,从而提高摩擦系统的稳定性,抑制摩擦振动及噪声产生。以上两种界面调控方法组合后摩擦界面贴合程度进一步增大,因此在抑制摩擦振动及噪声方面表现出更大的潜力。此外,摩擦副背面安装的阻尼元件在增大界面贴合程度的同时,还可以使界面贴合更加稳定。     

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。     

M型沟槽仿生制动盘的减振降噪性能研究

随着汽车工业的发展,盘式制动器的制动稳定性及安全性受到广泛的关注。在盘式制动器的制动过程中,制动盘表面加工形式以及制动条件对制动盘的振动,噪声都会有直接的影响。首先对制动盘表面进行仿生设计。利用鸟类翅膀在飞行过程中具有阻力小的特点,使用MOPA激光器在制动盘表面加工出4种不同数量及深度的M型沟槽。使用洛氏硬度计制动盘盘面进行硬度测试,分析M型沟槽对其硬度的影响。在LINK3900台架实验设备上进行NVH台架实验,对比分析不同工况下M型沟槽对制动噪声和制动卡钳振动的影响,确定较好的设计方案。     

316L不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究

采用激光微加工技术在316L不锈钢光滑表面上进行沟槽型织构化处理。在往复式摩擦磨损试验机上利用柱-平面接触方式对沟槽型织构和光滑表面进行摩擦磨损对比实验,重点考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电子显微镜对磨斑形貌进行了分析。结果表明,与未织构试样相比,织构化表面的摩擦因数均有不同程度减小且表现得更为稳定、磨损相对轻微,这是由于所制备的表面微坑起到了储存润滑介质并捕获磨屑的作用;织构条纹的结构参数对摩擦磨损有重要影响,随着沟槽宽度和沟槽间距的增大,摩擦因数均呈先下降后上升的趋势,而当沟槽宽度为100μm和沟槽间距为200μm时减摩抗磨性能最佳;此外,研究表明接触载荷对织构化表面摩擦因数的影响较小,织构化处理对高负载环境下的减摩抗磨性能影响更加显著。     

沟槽型织构摩擦学性能的数值模拟与实验研究

为研究沟槽型织构角度及排布形式对接触表面摩擦学性能的影响,通过有限元分析软件对不同角度及排布形式的沟槽型织构进行数值模拟,利用YLP-20型激光加工系统在不锈钢圆盘表面加工沟槽型织构,并利用UMT-2摩擦磨损仪在旋转条件下进行摩擦实验。结果表明:沟槽型织构的数值模拟结果与实验结果基本吻合,加工有织构的摩擦副其摩擦学性能得到改善,且不同角度及排布形式的沟槽型织构对摩擦副的摩擦学性能影响不同,即当摩擦速率小于300r/min时0°平行织构的摩擦因数较小;摩擦速率大于300r/min时90°平行织构有更好的减摩能力,故应用中要根据不同工况条件选择不同排布形式的沟槽型织构。     

基于模态频率特征的浮钳盘式制动器盘块间法向接触刚度辨识方法

盘式制动器广泛应用于交通工具和工业装备,在制动过程中出现的摩擦振动噪声和制动盘与制动块之间的接触摩擦作用有密切关系。由于受到多种因素影响,建立准确的制动器关键零件接触关系仍是当前制动器振动噪声研究的难点。基于接触刚度能够影响系统刚度从而改变制动盘模态频率的动力学特性,针对乘用车浮钳盘式制动器,提出一种基于模态频率特征的制动器盘块间法向接触刚度辨识方法。应用锤击模态试验测得不同制动压力条件下制动盘各模态的频率特征;基于ABAQUS软件建立约束条件下制动盘与制动块装配体的有限元模型,在1~10 kHz范围内对该模型进行前7阶面外模态频率分析,辨识得到制动盘与制动块之间的法向接触刚度,并对接触刚度变化原因进行了分析。结果表明,随着制动压力的增加,由于制动块摩擦材料的孔隙度减小,接触刚度增大;随着制动盘模态阶次的提高,由于制动盘与制动块在谐振状态时其接触面积发生变化,接触刚度会先增大然后基本保持不变。该方法可用于建立准确的制动器盘块间接触关系,以开展制动器振动噪声仿真分析,能够提高计算精度,保证分析结果的可靠性。     

时滞摩擦尖叫噪声模型的稳定性研究

应用Olgac直接法对单自由度时滞摩擦噪声模型的稳定性进行了分析,建立了无摩擦尖叫噪声的稳定区域.对模型的自然频率、阻尼和接触摩擦综合系数对摩擦尖叫噪声的影响进行了数值分析.结果显示,摩擦力时滞的数值对摩擦噪声的发生有重要的影响.随着摩擦力时滞数值的增大,模型无摩擦噪声的稳定区和有摩擦噪声的不稳定区交替出现.模型的自然频率越高,就越容易发生摩擦噪声.模型的阻尼越小,也越容易发生摩擦噪声.模型的接触摩擦综合系数越大,也越容易发生摩擦噪声.对模型进行了非线性仿真分析,仿真结果显示,法向振动引起的接触分离是摩擦振动受限的一个非线性因素.     

接触刚度对制动摩擦块时域-频域响应的影响

考虑Stribeck效应的摩擦力,建立摩擦块-制动盘耦合动力学方程。应用Runge-Kutta法和有限差分法数值模拟相对移动作用下的系统振动。主要分析摩擦块切向运动的动力学特性,揭示表面接触刚度比对其Hopf分岔的影响,并应用时域-频域分析方法得出摩擦块动力学特性随制动盘转动速度变化的规律,分析其黏滑振动机理。     

局部约束结构振动的模态研究

制动盘/摩擦块系统的制动过程属于局部接触振动问题。摩擦块局部接触(约束)会对系统模态及固有频率造成影响,进而影响制动噪声的产生。将刹车盘简化为一维循环梁结构,并建立了在摩擦块作用下的运动方程。首先计算无接触时梁自由振动的模态(参考模态)。然后用线性弹簧代替局部接触,列写出连续条件并计算模态,得到所谓局部非连续基函数。将局部非连续基函数与参考模态进行正交化处理后,作为参考模态的补充,用于计算系统响应。与差分法结果比较表明,与传统模态方法相比,局部非连续基函数法更为准确。研究发现局部接触会抑制循环结构振动的对称性,导致正弦或余弦模态消失,以及刚度非线性和摩擦作用,会使振动是波动型的。该工作为基于局部非连续基函数法研究摩擦结构不稳定振动机理打下了基础。     

织构化纹理对于45钢摩擦学性能的数值模拟及试验分析

为探究不同形式的微织构对于柴油发动机活塞裙部表面摩擦特性的影响,在考虑惯性效应的条件下,基于CFD方法,利用Navier-Stokes方程建立了织构化试样流场的二维仿真分析模型.利用磨床在试样表面加工出规律单向条状纹理,采用激光打标机在45钢表面制备三角微织构凹坑,并在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上对织构化45钢进行摩擦试验.织构化流场的数值模拟试验结果表明:在织构化流场存在流体惯性效应,使得流场获得额外的承载力;条状纹理与三角微织构凹坑之间的流场存在惯性效应的“叠加”效应,能够获得更高的承载力.摩擦试验结果表明:带有条状纹理的上试样能够有效降低摩擦过程初始阶段的摩擦系数,缩短摩擦副达到稳定磨损状态的时间.摩擦试验结果较好地证明了数值模拟试验的准确性.     

TiNi形状记忆合金的滑动摩擦噪声特性研究

利用销-盘磨损试验机以及振动加速度传感器和精密声级计,研究了TiNi形状记忆合金在不同相结构下的滑动摩擦噪声特性.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.母相时,TiNi合金阻尼性能相对马氏体较低,只能通过良好的耐磨性而保持磨损面形貌恶化速度较慢,从而延缓摩擦啸叫的产生;母相/马氏体相共存时,合金有很高的阻尼性能,具有很好的减振降噪性能;马氏体态时由于TiNi合金销试样接触刚度下降,导致系统失稳,产生激振,引发高频噪声.     

连续制动条件下碳纤维增强纸基摩擦材料摩擦磨损性能研究

采用湿法工艺制备出一种碳纤维增强纸基摩擦材料,通过惯量试验机研究了长时间连续制动条件下碳纤维增强纸基摩擦材料的摩擦磨损性能变化规律.利用扫描电子显微镜和三维轮廓仪观察磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明:随着制动次数的增加,摩擦力矩曲线波动现象严重,摩擦系数减小,摩擦表面由于形成了光滑的摩擦膜使磨损率大幅度降低.     

摩擦制动低频振动噪声的研究现状

通过分析总结过去几十年的研究文献,从试验研究和理论研究两方面来详细介绍汽车摩擦制动引起的低频振动噪声的国内外研究现状,其中重点介绍了制动颤振和制动抖动两种低频制动噪声和振动的产生机理、理论建模和实验研究工作。最后,对有效解决摩擦制动产生的低频振动和噪声的技术和方法进行了展望并提出建议。     

混杂纤维盘式制动闸片材料的装车实验研究

采用混杂纤维作增强材料生产列车客车车辆闸片,依据TB/T3118-2005进行了"现车运用试验".实际测量了闸片的磨耗和表面状况,在线测量了制动盘厚度变化并对制动盘表面进行了观测.实验结果表明,闸片线磨损率低,表面平整无龟裂、塌边和掉渣等,制动盘面光洁,无集中产生热斑和微裂纹等异常状况.摩擦学机理分析指出,混杂纤维闸片...     

轮轨表面水介质混合润滑数值模拟

雨雪、潮湿等环境下,轮轨接触界面处于混合润滑状态,界面间的流体动压效应不可忽视,轮轨间的黏着系数降低,导致黏着力降低。根据确定的轮轨接触几何参数,建立考虑真实机械加工表面的混合润滑模型,模拟轮轨滚动接触界面水润滑状态,通过对比车削加工的纵纹粗糙表面与光滑表面数值解,结果表明:在水介质存在状态下,粗糙表面接触载荷比增加会大幅提高黏着系数;列车行驶速度较快时,混合润滑状态下轮轨黏着系数较小,不利于列车安全平稳运行;轮轨接触副在混合润滑状态下接触压力小于干接触状态接触压力,有利于提高轮轨接触副使用寿命。该研究可为轮轨表面设计提供了重要的理论依据。     

计及齿面摩擦的直齿轮动力学分析

建立了考虑齿面摩擦影响的六自由度非线性直齿轮动力学模型,以FZG试验专用A型齿轮为研究对象,计算了实际时变啮合刚度,基于混合润滑模型分析了不同齿面粗糙度对应的时变摩擦系数,利用数值仿真方法研究了齿面粗糙度改变对齿轮啮合力、摩擦力、轴承力以及动传动误差等信号的时频特征的影响,并利用FZG试验台对A型齿轮具有完好齿面和损伤齿面两种状态下的多个振动加速度时频信号进行比较分析,验证了仿真结果。结果表明：齿面摩擦力会抑制啮合线方向的振动,齿面粗糙度增大会减小动传动误差,但加剧摩擦力方向振动,从而导致系统振动幅值增加,结论对齿面微损伤的故障诊断有实用参考意义.     

金属表面织构化微孔填充干膜润滑剂的摩擦学性能

表面微孔织构化与润滑剂结合的制备技术能够有效地降低摩擦和延长工件的使用寿命.为此,研究了低成本、高效率的电解加工微孔表面织构化与MoS2干膜润滑剂的结合技术,并分析了其摩擦性能、磨痕表面及探讨微孔中润滑剂释放机理.结果表明,用电解技术加工微孔使表面织构化再填充干膜润滑剂是制备长寿命及低摩擦面的有效方法;摩擦面成膜的原因...     

非线性接触状态下的盘式制动器制动噪声分析

针对盘式制动器的制动噪声问题,建立盘式制动器的动力学仿真模型。首先对盘式制动器制动时的瞬态结构进行分析,然后根据制动盘与摩擦片在制动过程中的接触状态,将制动盘与摩擦片之间的接触面划为4个具有各自特征的接触区域,每个接触区域对应不同的接触应力。仿真过程中,分别将各接触区域相应的接触应力作为输入载荷进行加载,通过复特征值法的有限元仿真分析,得到制动器不稳定模态的分布及其振型,进而得到可能产生制动噪声的频率。最后通过制动试验,验证仿真结果的正确性。结果表明,盘式制动器的制动过程是一种非线性的接触过程,过大的非均匀分布的接触应力及其非线性变化将导致制动噪声,噪声频率主要分布在1 500 Hz～2 100 Hz之间。