风电主轴盘形制动器温度场的数值模拟

制动摩擦热对摩擦副的摩擦学特性有着重要影响。根据制动摩擦热分析理论,建立了风电主轴盘式制动器摩擦副的有限元模型,并模拟了风电制动过程的三维瞬态温度场,获得了风电主轴制动器紧急制动工况下的温度场分布。结果分析表明,制动盘表面温度场呈非对称分布,且温度高和温度低的区域区别显著,摩擦副径向、轴向和周向上存在较大的温度梯度并预测了制动盘可能存在安全隐患的部位。得到风电主轴单次制动120 s内的摩擦副热量产生与耗散曲线,预测了单次制动后摩擦副恢复常温所需时间。     

矿车盘式制动器温度场的数值模拟

根据热分析理论,建立矿车盘式制动器摩擦副的有限元模型,模拟矿车制动过程的三维瞬态温度场,研究制动工况、制动时间对摩擦副温度的影响。研究结果表明,摩擦副温度场呈非轴对称分布,且轴向温度梯度较大;制动工况对温升速率和最大值影响显著;制动时间对温升过程有一定的影响。研究结果为制动器摩擦副热应力分析提供支持,进而为矿车盘式制动器工况提供技术数据,为改善制动器工作条件和改进制动器摩擦副的设计提供参考。     

盘式制动器热力耦合分析的研究进展

制动器摩擦副的温度/应力场耦合分析计算是制动器设计的重要内容和选择摩擦副材料的重要理论依据.首先对实心盘式制动器和通风盘式制动器做了一定的比较,然后在广泛查阅文献的基础上详述了实心盘式制动器和通风盘式制动器热力耦合分析的研究现状,最后对盘式制动器热力耦合在今后的研究中的问题做了综述.     

盘式制动器摩擦副热力场应力场耦合分析

盘式制动器以制动平稳、制动感良好等优点在汽车上得到广泛应用。其摩擦副温度、应力等多场耦合是设计和选材的重要参考。根据其结构特点和工作性能,以摩擦副的多场耦合为分析对象,建立其三维分析的有限元模型,采用非线性相关理论和分析方法,对制动器的工作过程进行模拟分析。分析结果可知制动器摩擦副的多场分布规律,在制动器的轴、径等两个方向上,温度场存在着明显的温度变化,与之对应的也有非常大的热应力。采用制动器实验进行模型验证,实测温度变化曲线与温度仿真曲线变化趋势一致,证明所建立的制动器仿真模型及分析结果的准确性与可靠性,为同类研究提供参考。     

制动器摩擦热效应分析

以现代摩擦理论为基础,依据试验结果定性地分析了制动器摩擦副摩擦热的产生扩散及对摩擦副性能的影响，不同对偶摩擦副其“热影响表面层”摩擦性能的变化以及＂热分解温度＂的重要意义。制动器在长时制动或重复制动工况下，摩擦温度不断升高,在摩擦材料浅表层积聚高的热量从而引起摩擦材料摩擦性能的变化。不同对偶摩擦副摩擦因数随温度的变化规律有所不同,但温升高于“热分解温度”后，摩擦因数均显著下降，因此了解摩擦材料热分解温度是制动器设计和运行的关键所在。     

材料匹配性对盘式制动器接触应力分布的影响

通过有限元方法分析了盘式制动器接触应力分布状况,研究了材料匹配性对摩擦副接触应力分布的影响.结果表明:弹性模量和热膨胀系数是影响制动器接触应力分布的重要因数,在不影响其它参数的情况下适当降低摩擦片的弹性模量可以使接触应力降低,并且使其分布更为平均,较小的热膨胀系数也有利于改善接触应力分布状况;摩擦副热流参数则通过影响整体热流输入影响制动器接触应力,同时较大的比热容和热传导系数能有效降低接触应力的不均匀性.     

矿车盘式制动器热－结构耦合分析

研究矿车盘式制动器耦合场的分布规律。采用温度场与应力场直接耦合方法,根据矿车制动摩擦副的实际尺寸及热传导的原理,建立摩擦副三维瞬态热-结构耦合的有限元模型,对制动器在紧急制动工况下进行数值模拟。结果表明,耦合场下制动盘温度场、应力场都呈现带状分布,温度与应力的最大值出现在摩擦盘与摩擦片接触挤压处,且应力最大值的出现稍滞后于温度最大值,这说明了二者之间具有耦合特性; 摩擦副径向、轴向具有较大的温度分布梯度,因此会产生较大的热应力,对制动器摩擦副材料造成热冲击和热疲劳,严重时可能会导致制动盘出现裂纹。     

采煤机智能型盘式液压制动器研制

针对采煤机盘式液压制动器存在的摩擦副磨损量、温度超限无法在线检测的问题,开发了一种可以在线检测摩擦副温度和磨损量的智能型液压制动器。介绍了智能型盘式液压制动器的结构和组成及其位移和温度检测系统的组成、功能及检测过程等。该系统以单片机为核心,能实现制动器位移和温度的在线检测和超限报警功能。     

制动器摩擦接触表面温度场分布特性研究与实验验证

通过运用滑动接触理论,考虑摩擦接触表面的变形因素,依据制动器制动规律,建立摩擦接触表面温度场分布模型,研究制动器摩擦副滑动过程中温度场变化规律并进行试验验证。分析结果表明:随着达到最大压力时间的延长,制动摩擦接触表面最高温度呈现下降趋势;制动温度场在轴向和径向上变化趋势较为明显,随着傅里叶数的增加,摩擦接触温度呈现下降趋势;通过试验验证后摩擦接触表面温度场理论计算模型与试验结果在趋势和结果上基本相同。     

湿式制动轴对称摩擦生热与摩擦因数/热磨损特性分析

多片式湿式摩擦制动器工作中产生大量的摩擦热,引起摩擦工作表面产生局部高温、表面氧化和材料系数变化。其中热疲劳磨损和热摩擦因数两者的变化对制动稳定性的影响非常重要,通过建立基于"轴对称"梯度变化的摩擦热流及对流换热热传导数学模型和摩擦因数及热磨损与相关参数响应特性函数模型,分析了摩擦副的瞬态温度、制动时间与摩擦因数、热磨损量、热磨损率之间的对应分布。分析结果表明:温度、时间的变化对摩擦因数、热磨损有很大的影响,通过控制温度、时间可以改变摩擦副材料的摩擦因数、热磨损量,从而在紧急制动、持续制动过程能够减少事故的发生率,同时在研究新材料的摩擦特性及磨损相关性提供了一定的理论依据。     

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。     

Effect of convective cooling on temperature and thermal stresses in disk during repeated intermittent braking

A numerical solution of the heat-friction problem for a brake pad–brake disk system during repeated intermittent braking has been obtained using the finite-element method. The obtained temperature field has been used to study the thermal stress state of the disk. A numerical analysis has been carried out for a metal-ceramic pad–cast iron disk friction pair during ten intermittent brakings. The effect of the coefficient of the coefficient of heat transfer on the temperature, the stress tensor components, and the Huber–Mises–Henky stresses on the working surface of the disk has been investigated.     

二维轴对称摩擦制动器瞬态热弹性失稳的研究

提出考虑摩擦层闸片厚度的影响,建立二维轴对称摩擦制动器热弹性失稳的数学模型。基于扰动分析法,推导摩擦副的温度场扰动以及不同热点分布模式下的热特征平衡方程。研究临界速度和扰动增长系数的变化规律。计算摩擦面瞬态名义温度随制动时间的变化关系。分析和比较不同摩擦副厚度比、热导率、弹性模量、比热容以及热膨胀系数对系统稳定性的影响。结果表明,当热点呈反对称分布时,系统发生热弹性失稳时所需的最低临界速度远低于对称分布模式,临界速度随扰动频率的增加呈先减小后增加的变化趋势。不同扰动频率对应的扰动增长系数随滑动速度近似呈线性增加,最低临界扰动频率对应的扰动增长系数最大。当扰动频率低于临界扰动值时,温度随扰动频率的增加而增加,反之,则降低。增加摩擦副的厚度、摩擦层闸片的热导率和比热容以及减小滑动层制动盘的热导率和热膨胀系数和摩擦层闸片的弹性模量均可以提高滑动摩擦系统的稳定性。     

Studying thermal state of friction pairs of multidisc brake

A dimensionless heat problem for a friction pair of a multidisc brake was formulated under conditions of a linear decrease in the friction power of discs with time. Thermal state of friction pairs of the multidisc brake under load and velocity conditions of the friction of the discs that simulate service brakings of a wheel tractor was experimentally and theoretically studied. The validity of a mathematical model of the temperature field in the discs of the brake has been experimentally confirmed and functional dependences of the maximum temperature of friction surfaces of the discs on values of the main performance parameters have been obtained.     

摩擦块形状对制动盘摩擦温度及热应力分布的影响

列车制动产生的摩擦热在制动盘表面的分布与闸片结构密切相关,并影响到制动盘的耐热疲劳程度.基于实际应用的圆形、六边形、三角形3种形状摩擦块的制动闸片,利用有限元分析软件ABAQUS,模拟制动时制动盘的温度及热应力分布情况.结果显示:制动盘摩擦表面温度及热应力呈环形带状分布,沿周向变化不明显,在径向上分布的均匀程度差异较大;其变化程度与摩擦块形状和位置有关,摩擦块为圆形时,盘面的温差和热应力最小,摩擦块为三角形时,盘面的温差和热应力最大;摩擦块的位置分布影响到摩擦副接触弧长度,接触弧长度增加,对应的摩擦环带温度升高;各环带对应的接触弧长度偏差越小,制动盘温度越低,分布也越均匀.     

Simulation of Temperature Distribution in Disk Brake Considering a Real Brake Pad Wear

This paper presents a methodology for the modeling of the transient thermal behavior of the disk brake of the vehicles using finite element methods. The influence of the wear properties of friction materials on thermoelastic behaviors is investigated to facilitate the conceptual design of the model. The coupled characteristics of the friction heat flow between the disk and pad as well as the effects of the brake disk thermal stress because of the variable applied pressure was considered. At the same time, the model was optimized by the experiment. Repeated brake processes with varying load, sliding speeds and temperature are applied in the simulation of the disk brakes. Experimental dependencies of the coefficient of friction and wear rate on the temperature of brake pad were approximated and applied to the model. The temperature and pressure on the contact surface of the pad/disk brake system obtained for constant and speed/pressure sensitivity applications were confronted and compared. The thermo-distribution is operated to visualize the disk temperature.     

三维热弹耦合场作用下汽车制动鼓的性能分析

将制动中的辐射换热等效为对流换热,建立汽车鼓式双领蹄制动器三维热弹耦合模型。考虑制动摩擦力矩的影响,对多次连续制动工况下的制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场进行有限元数值模拟,获得制动鼓的内外表面的温度、热应力及热机耦合强度变化规律。     

汽车制动器制动热应力及温度场分析

以热分析理论为基础,建立了汽车盘式制动器"热-固"耦合模型。在此基础上,模拟分析了循环制动工况下,制动盘的瞬态温度场分布及热应力结果,提出了制动盘的优化改进方向。     

Effect of operation parameters on thermal loading of wet brake discs. Part 1. Problem formulation and methods of study

A dimensionless heat problem which describes the three-dimensional transient temperature field in the friction pair of a multidisc wet brake with the radial arrangement of oil grooves is developed. A method for the multifactor study of the effect of operation parameters on the formation of the temperature field in brake discs under stationary friction conditions is proposed.