1 研究汽車盤式制動器熱和力學(xué)性能的優(yōu)化設(shè)計 摘要 : 運用 件 ,對轎車盤式制動器在不同車速、不同摩擦片材料下的模擬仿真 , 據(jù)不同工況下的計算結(jié)果得出磨擦片熱分布規(guī)律 ,最后提出盤式制動器的改進設(shè)計方案。 關(guān)鍵詞 :盤式制動器 ;摩擦熱 ;有限單元 制動系統(tǒng)是汽車最重要的系統(tǒng)。如果制動失敗 ,結(jié)果是很可怕的。制動系統(tǒng)實際上是能量轉(zhuǎn)換裝置 ,將汽車的動能轉(zhuǎn)換為熱能。典型的制動系統(tǒng)包括盤式制動器和鼓式制動器。 汽車上使用的是兩個完整的獨立的制動系統(tǒng)。他們是行車制動和駐車制動。行車制動在減速 ， 停車或正常行駛時駐車起作用。他們通過司機踩踏和放松制動踏板來實現(xiàn)。制動器的主要目的是在無人看管是保持車輛平穩(wěn)停止。駐車制動是在拉起手剎或制動腳踏板時由機械操縱的。 盤式制動器因為產(chǎn)生的熱和停車時的機械載荷很容易引起噪聲和震動問題。這種噪音 ,震動和 象不僅不舒服 ， 而且很危險。此外 ， 由于熱摩擦產(chǎn)生的溫度變化 ，導(dǎo)致制動盤和轉(zhuǎn)子之間摩擦轉(zhuǎn)變和墊襯材料機械壓力系數(shù)變化。壓力變化是一種非線性現(xiàn)象 ， 正如摩擦現(xiàn)象是一般非線性耦合問題。特別是在汽車盤式制動系統(tǒng)中熱抖動噪聲振動是非線性耦合問題。這些現(xiàn)象也共享核 心設(shè)計等因素 ,如轉(zhuǎn)子和襯里之間的壓力分布 ， 轉(zhuǎn)子的形狀和剛度 ,空氣排氣口組成 ， 散熱的性能和摩擦的變化。因此 ，應(yīng)在考慮和分析抖動和噪聲的同時優(yōu)化盤式制動器的設(shè)計。 當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦加熱超過一定的轉(zhuǎn)子和墊之間的滑動速度 ， 臨界速度時 ， 會發(fā)生熱彈性形變。一些關(guān)鍵的因素 ， 如臨界速度 ， 外部溫度 ， 運動時閥板厚度變化可能會導(dǎo)致制動盤的熱變形。此外 ,頻繁制動也能誘導(dǎo)制動器的高熱。這些情況導(dǎo)致較高的熱變形和熱點 ， 這是熱顫動的原因之一。一個相對高強度 ， 低頻率的震動 ， 應(yīng)該是從盤式制動系統(tǒng)通過樞紐 ， 懸浮驅(qū)動 ， 方向盤 ， 剎車踏板和地板 。此外 ， 頻繁和高溫?zé)狳c結(jié)合 ， 很容易導(dǎo)致物質(zhì)損失 ， 其中包括制動盤表面裂紋的產(chǎn)生。該熱點現(xiàn)象也稱為摩擦性熱彈性不穩(wěn)定 ， 被 次發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用到摩擦系統(tǒng)。 決了假設(shè)隨著時間推移 ， 在溫度和應(yīng)力場的擾動成倍增加的 題。他們表明 ， 不穩(wěn)定的發(fā)病總是由一個反對稱的對應(yīng)圓周屈曲變形模式導(dǎo)致熱點在制動盤兩側(cè)交替。此外 ， 使用汽車盤式模型 ， 他們發(fā)現(xiàn) ， 由兩個半空間模型計算的臨街轉(zhuǎn)速高出實驗。 生出的有限元攝動方法 ， 即線性方程組是利用時間獲取與指數(shù)變化擾動分隔的變量的解決方案制定。 他們利用有限元分析解決了盤式制動器和離合器的 們解釋說 ， 主波長和臨界速度并非主要受三維效果的影響 ， 被很好的預(yù)測一個二維 （ 平面 ） 的分析 ， 但不包括彎曲模式。他們通過有限元分析與實驗驗證制動盤的 題。對 理論 ， 可以在受熱抖動制動系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計準(zhǔn)則上進行設(shè)計。 盡管努力減少或消除噪聲的發(fā)生 ， 噪聲呈現(xiàn)出另一種整個汽車行業(yè)的主要制動器的題。這是一種當(dāng)司機減速或低速是產(chǎn)生的高頻率的噪聲。因為他是耦合的制動系統(tǒng) ， 噪聲不容易解決。因此 ， 噪聲問題應(yīng)該仔細(xì)評估。有兩種利用有限元分析的方法來模擬 和分析盤式制動器的噪聲問題 ， 一是非線性瞬態(tài)模擬或動態(tài)瞬態(tài)分析 ， 另一種是線性或非線性穩(wěn)定分析。這兩種方法各有優(yōu)缺點 ， 要準(zhǔn)確的分析和預(yù)測噪聲 ， 都需要在轉(zhuǎn)子和其他制動元件固有特性研究方面有良好的相關(guān)性。目前有很多以通過實驗方法和仿真的研究。 把噪聲分為卡鉗托架誘導(dǎo) （ 赫 ）， 墊誘導(dǎo)（ 4赫 ） 和轉(zhuǎn)子誘導(dǎo) （ 7赫 ） 幾類。通過 研究了某些操作 2 參數(shù)如摩擦系數(shù) ， 材料性能 ， 磨損以及絕緣體對盤式制動系統(tǒng)的影響。 并解 釋說動態(tài)的不穩(wěn)定行能被預(yù)測。 并報告說這是種有效的分析方法。 用有限元分析研究耦合模式解決了復(fù)雜的特征值問題。 在 準(zhǔn)使用新的復(fù)雜的特征值分析了前盤式制動器的噪聲問題。他們指出 ， 考慮接觸條件和其他非線性的堆載預(yù)壓效果 ， 制訂復(fù)雜的本征解的基本狀態(tài)。 用了復(fù)雜的特征值分析和實驗研究了模型的穩(wěn)定性。他們討論了制動盤和墊的關(guān)鍵 作用。 在這項研究中 ， 通過三個轉(zhuǎn)子標(biāo)本對 機械穩(wěn)定性進行了研究。制動測功機和高速紅外攝像機被用于 析。圓錐角是根據(jù)制動盤的形狀確定 ， 角度的改變能改變制動盤和墊之間的接觸壓力分布 ， 是改變壓力分布的主要因素。壓力分布影響著熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。首先 ， 熱變形和圓錐角的在恒定溫度下的變化是計算所考慮的幾何轉(zhuǎn)子。焊盤的壓力分布按照卡尺增壓類型計算 ， 并將結(jié)果和 行分析和比較。臨界轉(zhuǎn)速的分析結(jié)果通過商業(yè)軟件 得。將從實驗和分析方法得到的結(jié)果進行比較和分析。要進行復(fù)雜的特征值分析 ， 自然頻率和模式是由制動盤和墊片的模態(tài)試驗和有限元分析得出的。通過有限元分析 ， 按照制動盤厚度 ， 襯砌弧長度和增壓類型來決定不穩(wěn)定耦合模式并估計不穩(wěn)定的機械力學(xué)性能差異來解決復(fù)雜的特征值問題。最后 ， 利用這些成果為優(yōu)化熱性能和力學(xué)性能進行評估和分析。 盤式制動器轉(zhuǎn)子部分由頂部 ， 頸部 ， 氣孔和內(nèi)外側(cè)板組成。摩擦熱被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子的主要熱源 ， 其產(chǎn)生是由于內(nèi)外側(cè)板和剎車片之間的接觸摩擦。如熱傳導(dǎo) ， 熱對流過程 ， 和輻射產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子溫度梯度 ， 并導(dǎo)致熱變形。此外 ， 內(nèi)外側(cè)的密度層不僅在接觸表面的局部熱集中 ， 由于密度方向傳到速度的差 異 ， 還影響轉(zhuǎn)子剛度 ， 特別是在外平面。這三個幾何模型是基本模型 ， 2型和 2型。所有這 3 個轉(zhuǎn)子直徑均為 254 毫米。在 2子模型中 ， 外側(cè)的鋼板厚度減少了 2 毫米。類似的 ， 在 2 內(nèi)側(cè)和外側(cè)的鋼板厚度均減少了 2 毫米。 轉(zhuǎn)子的熱變形是由于摩擦生熱產(chǎn)生的制動盤和焊盤之間的非均勻壓力分布。轉(zhuǎn)子之間的接觸壓力和高墊影響 機械不穩(wěn)定性。摩擦熱源是法向力 ， 摩擦系數(shù)和相對速度的一個表現(xiàn)。制動盤和墊之間眼里分布產(chǎn)生的偏心是由于錐角偏轉(zhuǎn) ， 加壓性卡鉗及可能導(dǎo)致的快速非均勻發(fā)熱。 在這些因素中 ， 可以對轉(zhuǎn)子的形狀設(shè)計適當(dāng)降低圓錐角。對此進行熱變形和壓力分布的有限元分析。 圓錐角沒有固定值由于在行駛時轉(zhuǎn)子的溫度分布變化。通常 ， 通過實驗和有限元分析調(diào)節(jié)制動工況來實現(xiàn)圓錐角 ， 熱應(yīng)力和熱容量。然而 ， 在這項研究中 ， 為了通過轉(zhuǎn)子厚度有限元分析來尋找相應(yīng)的圓錐角假定了一個均勻 100° C 的溫度。通過仿真結(jié)果 ， 對熱性能進行評價并按照內(nèi)外側(cè)的厚度差別進行分析。根據(jù) 按照墊形狀和增壓條件的機械不穩(wěn)定性對壓力分布進行非線性有限元分析。為了產(chǎn)生一個墊上對應(yīng)一點到兩點加壓卡鉗的壓力分布 ， 應(yīng)用一個反映卡鉗 活塞形狀的壓力條件。靜態(tài)和動態(tài)條件下都適用。在靜態(tài)條件下 ， 旋轉(zhuǎn)速度為零 ， 靜壓力為 動態(tài)條件下 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 10 轉(zhuǎn) /分 ， 壓力大小為 摩擦系數(shù)為 析 ， 該墊的壓力分布可用于預(yù)測有效壓力和有效內(nèi)襯弧長 ， 它反映了熱點數(shù)目和臨界速度。熱點數(shù)目和臨界速度與內(nèi)襯弧長密切相關(guān)。因此 ， 利用有效壓力和有效內(nèi)襯弧長的概念可以使 型更加準(zhǔn)確。使用有限元分析套件 熱變形和結(jié)構(gòu)分析來計算出圓錐角和壓力分布 。 圓錐角是根據(jù)制動盤厚度并通過對熱結(jié)構(gòu)有限元分析來計算的。模 擬結(jié)果顯示了 3 再 100° C 時圓錐角和內(nèi)測板的偏轉(zhuǎn)。圓錐角的相對比率是轉(zhuǎn)子標(biāo)準(zhǔn)錐角和基準(zhǔn)的比。結(jié)果表明 ， 圓錐角有一個相對較低的絕對值。然而 ， 由于恒定溫度邊界條件需要根據(jù)轉(zhuǎn)子形狀實現(xiàn)一個相對熱變形差 ， 所以相對圓錐角差值比絕對圓錐角更重要。根據(jù)轉(zhuǎn)子的基本標(biāo)準(zhǔn) ， 2型顯示了最小的圓錐角比例。這一結(jié)果表明 ， 頸部的截面差異很大的作用于導(dǎo)致變形差的幾何約束。因此 ， 內(nèi)外側(cè)厚度差異不僅顯著的影響結(jié)構(gòu)特征 ， 而且引起熱變形。在實際的汽車上 ， 在嚴(yán)重的熱負(fù)荷和機械負(fù)荷下 ， 轉(zhuǎn)子邊緣的撓度與由于 跳動產(chǎn)生的非均勻壓力下相比相 對值較高。因此 ， 它不能夠被忽視。雖然 跳動還增加了制動盤和焊盤之間的局部壓力 ， 他們不依賴與轉(zhuǎn)子橫截面的形狀。因此 ，的 。 熱力耦合和熱抖動過程造成制動盤表面產(chǎn)生熱點 ， 不穩(wěn)定的摩擦生熱 ， 熱彈性形變和彈性接觸?？偹苤?， 首先 ， 司機會感到如方向盤 ， 踏板的抖動 ， 在較高頻率內(nèi)伴隨著震動聲音 。 然后 ， 制動抖動主要影響舒適性 ， 或有可能當(dāng)一個沒有經(jīng)驗的司機第一次面對時導(dǎo)致了錯誤的反應(yīng)會影響行車安全 ， 最后 ， 熱抖動會造成制動盤永久性的扭曲或開裂。高溫也可能導(dǎo)致剎車 過度磨損 ， 尤其是在出現(xiàn)熱點的位置。實驗技術(shù)在熱力耦合調(diào)查中發(fā)揮主要作用。在捷克克大學(xué)最新技術(shù)研究中心 ， 對在實驗室和實際情況下的熱力耦合進行實驗研究。其目的是弄清各種物理參數(shù)的影響 ， 包括起源 ， 發(fā)展和熱力耦合在宏觀和微觀的后果。其結(jié)果將被應(yīng)用到設(shè)計人員的結(jié)構(gòu)建議中 ， 并轉(zhuǎn)化為對制動系統(tǒng)和技術(shù)用戶的技術(shù)建議。 A of of is of in to of is in of he is in If be of of in or on to or by of is to it is is by a or is to of to 4 is In by to a in is a as In in as of be at of a as of In in of of a 10 30 is to it to of on as EI by in of is by an to a to at on of by a of in of is to in Yi et EI of by a by 3D) by a 2D) Yi et EI of a EA On EI a to be to or VH It is a or at a it is to be be to EA is 5 is or to to in of of et 2 6.5 4 11 7 16 et of as on of a in of be by a as a or et a a is to a E to to et on a to of of In in of A a EI is in as is of of as as by of of E of in EI M. 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