1 研究汽車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器熱和力學(xué)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘要 : 運(yùn)用 件 ,對(duì)轎車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器在不同車(chē)速、不同摩擦片材料下的模擬仿真 , 據(jù)不同工況下的計(jì)算結(jié)果得出磨擦片熱分布規(guī)律 ,最后提出盤(pán)式制動(dòng)器的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵詞 :盤(pán)式制動(dòng)器 ;摩擦熱 ;有限單元 制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)最重要的系統(tǒng)。如果制動(dòng)失敗 ,結(jié)果是很可怕的。制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際上是能量轉(zhuǎn)換裝置 ,將汽車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能。典型的制動(dòng)系統(tǒng)包括盤(pán)式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器。 汽車(chē)上使用的是兩個(gè)完整的獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)。他們是行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)。行車(chē)制動(dòng)在減速 ， 停車(chē)或正常行駛時(shí)駐車(chē)起作用。他們通過(guò)司機(jī)踩踏和放松制動(dòng)踏板來(lái)實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)器的主要目的是在無(wú)人看管是保持車(chē)輛平穩(wěn)停止。駐車(chē)制動(dòng)是在拉起手剎或制動(dòng)腳踏板時(shí)由機(jī)械操縱的。 盤(pán)式制動(dòng)器因?yàn)楫a(chǎn)生的熱和停車(chē)時(shí)的機(jī)械載荷很容易引起噪聲和震動(dòng)問(wèn)題。這種噪音 ,震動(dòng)和 象不僅不舒服 ， 而且很危險(xiǎn)。此外 ， 由于熱摩擦產(chǎn)生的溫度變化 ，導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)和轉(zhuǎn)子之間摩擦轉(zhuǎn)變和墊襯材料機(jī)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(wèn)題。特別是在汽車(chē)盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)中熱抖動(dòng)噪聲振動(dòng)是非線性耦合問(wèn)題。這些現(xiàn)象也共享核 心設(shè)計(jì)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(dòng)和噪聲的同時(shí)優(yōu)化盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)。 當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦加熱超過(guò)一定的轉(zhuǎn)子和墊之間的滑動(dòng)速度 ， 臨界速度時(shí) ， 會(huì)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(yùn)動(dòng)時(shí)閥板厚度變化可能會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)的熱變形。此外 ,頻繁制動(dòng)也能誘導(dǎo)制動(dòng)器的高熱。這些情況導(dǎo)致較高的熱變形和熱點(diǎn) ， 這是熱顫動(dòng)的原因之一。一個(gè)相對(duì)高強(qiáng)度 ， 低頻率的震動(dòng) ， 應(yīng)該是從盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)樞紐 ， 懸浮驅(qū)動(dòng) ， 方向盤(pán) ， 剎車(chē)踏板和地板 。此外 ， 頻繁和高溫?zé)狳c(diǎn)結(jié)合 ， 很容易導(dǎo)致物質(zhì)損失 ， 其中包括制動(dòng)盤(pán)表面裂紋的產(chǎn)生。該熱點(diǎn)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(shí)間推移 ， 在溫度和應(yīng)力場(chǎng)的擾動(dòng)成倍增加的 題。他們表明 ， 不穩(wěn)定的發(fā)病總是由一個(gè)反對(duì)稱的對(duì)應(yīng)圓周屈曲變形模式導(dǎo)致熱點(diǎn)在制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)交替。此外 ， 使用汽車(chē)盤(pán)式模型 ， 他們發(fā)現(xiàn) ， 由兩個(gè)半空間模型計(jì)算的臨街轉(zhuǎn)速高出實(shí)驗(yàn)。 生出的有限元攝動(dòng)方法 ， 即線性方程組是利用時(shí)間獲取與指數(shù)變化擾動(dòng)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(pán)式制動(dòng)器和離合器的 們解釋說(shuō) ， 主波長(zhǎng)和臨界速度并非主要受三維效果的影響 ， 被很好的預(yù)測(cè)一個(gè)二維 （ 平面 ） 的分析 ， 但不包括彎曲模式。他們通過(guò)有限元分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證制動(dòng)盤(pán)的 題。對(duì) 理論 ， 可以在受熱抖動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則上進(jìn)行設(shè)計(jì)。 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(gè)汽車(chē)行業(yè)的主要制動(dòng)器的題。這是一種當(dāng)司機(jī)減速或低速是產(chǎn)生的高頻率的噪聲。因?yàn)樗邱詈系闹苿?dòng)系統(tǒng) ， 噪聲不容易解決。因此 ， 噪聲問(wèn)題應(yīng)該仔細(xì)評(píng)估。有兩種利用有限元分析的方法來(lái)模擬 和分析盤(pán)式制動(dòng)器的噪聲問(wèn)題 ， 一是非線性瞬態(tài)模擬或動(dòng)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(diǎn) ， 要準(zhǔn)確的分析和預(yù)測(cè)噪聲 ， 都需要在轉(zhuǎn)子和其他制動(dòng)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(guò) 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(duì)盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)的影響。 并解 釋說(shuō)動(dòng)態(tài)的不穩(wěn)定行能被預(yù)測(cè)。 并報(bào)告說(shuō)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(wèn)題。 在 準(zhǔn)使用新的復(fù)雜的特征值分析了前盤(pán)式制動(dòng)器的噪聲問(wèn)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(shí)驗(yàn)研究了模型的穩(wěn)定性。他們討論了制動(dòng)盤(pán)和墊的關(guān)鍵 作用。 在這項(xiàng)研究中 ， 通過(guò)三個(gè)轉(zhuǎn)子標(biāo)本對(duì) 機(jī)械穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。制動(dòng)測(cè)功機(jī)和高速紅外攝像機(jī)被用于 析。圓錐角是根據(jù)制動(dòng)盤(pán)的形狀確定 ， 角度的改變能改變制動(dòng)盤(pán)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(jī)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(jì)算所考慮的幾何轉(zhuǎn)子。焊盤(pán)的壓力分布按照卡尺增壓類型計(jì)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(guò)商業(yè)軟件 得。將從實(shí)驗(yàn)和分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行比較和分析。要進(jìn)行復(fù)雜的特征值分析 ， 自然頻率和模式是由制動(dòng)盤(pán)和墊片的模態(tài)試驗(yàn)和有限元分析得出的。通過(guò)有限元分析 ， 按照制動(dòng)盤(pán)厚度 ， 襯砌弧長(zhǎng)度和增壓類型來(lái)決定不穩(wěn)定耦合模式并估計(jì)不穩(wěn)定的機(jī)械力學(xué)性能差異來(lái)解決復(fù)雜的特征值問(wèn)題。最后 ， 利用這些成果為優(yōu)化熱性能和力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)估和分析。 盤(pán)式制動(dòng)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(chē)片之間的接觸摩擦。如熱傳導(dǎo) ， 熱對(duì)流過(guò)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(gè)幾何模型是基本模型 ， 2型和 2型。所有這 3 個(gè)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(dòng)盤(pán)和焊盤(pán)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(jī)械不穩(wěn)定性。摩擦熱源是法向力 ， 摩擦系數(shù)和相對(duì)速度的一個(gè)表現(xiàn)。制動(dòng)盤(pán)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(duì)轉(zhuǎn)子的形狀設(shè)計(jì)適當(dāng)降低圓錐角。對(duì)此進(jìn)行熱變形和壓力分布的有限元分析。 圓錐角沒(méi)有固定值由于在行駛時(shí)轉(zhuǎn)子的溫度分布變化。通常 ， 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和有限元分析調(diào)節(jié)制動(dòng)工況來(lái)實(shí)現(xiàn)圓錐角 ， 熱應(yīng)力和熱容量。然而 ， 在這項(xiàng)研究中 ， 為了通過(guò)轉(zhuǎn)子厚度有限元分析來(lái)尋找相應(yīng)的圓錐角假定了一個(gè)均勻 100° C 的溫度。通過(guò)仿真結(jié)果 ， 對(duì)熱性能進(jìn)行評(píng)價(jià)并按照內(nèi)外側(cè)的厚度差別進(jìn)行分析。根據(jù) 按照墊形狀和增壓條件的機(jī)械不穩(wěn)定性對(duì)壓力分布進(jìn)行非線性有限元分析。為了產(chǎn)生一個(gè)墊上對(duì)應(yīng)一點(diǎn)到兩點(diǎn)加壓卡鉗的壓力分布 ， 應(yīng)用一個(gè)反映卡鉗 活塞形狀的壓力條件。靜態(tài)和動(dòng)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(dòng)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(cè)有效壓力和有效內(nèi)襯弧長(zhǎng) ， 它反映了熱點(diǎn)數(shù)目和臨界速度。熱點(diǎn)數(shù)目和臨界速度與內(nèi)襯弧長(zhǎng)密切相關(guān)。因此 ， 利用有效壓力和有效內(nèi)襯弧長(zhǎng)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(lái)計(jì)算出圓錐角和壓力分布 。 圓錐角是根據(jù)制動(dòng)盤(pán)厚度并通過(guò)對(duì)熱結(jié)構(gòu)有限元分析來(lái)計(jì)算的。模 擬結(jié)果顯示了 3 再 100° C 時(shí)圓錐角和內(nèi)測(cè)板的偏轉(zhuǎn)。圓錐角的相對(duì)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(gè)相對(duì)較低的絕對(duì)值。然而 ， 由于恒定溫度邊界條件需要根據(jù)轉(zhuǎn)子形狀實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)熱變形差 ， 所以相對(duì)圓錐角差值比絕對(duì)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(shí)際的汽車(chē)上 ， 在嚴(yán)重的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷下 ， 轉(zhuǎn)子邊緣的撓度與由于 跳動(dòng)產(chǎn)生的非均勻壓力下相比相 對(duì)值較高。因此 ， 它不能夠被忽視。雖然 跳動(dòng)還增加了制動(dòng)盤(pán)和焊盤(pán)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(dòng)過(guò)程造成制動(dòng)盤(pán)表面產(chǎn)生熱點(diǎn) ， 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(jī)會(huì)感到如方向盤(pán) ， 踏板的抖動(dòng) ， 在較高頻率內(nèi)伴隨著震動(dòng)聲音 。 然后 ， 制動(dòng)抖動(dòng)主要影響舒適性 ， 或有可能當(dāng)一個(gè)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)第一次面對(duì)時(shí)導(dǎo)致了錯(cuò)誤的反應(yīng)會(huì)影響行車(chē)安全 ， 最后 ， 熱抖動(dòng)會(huì)造成制動(dòng)盤(pán)永久性的扭曲或開(kāi)裂。高溫也可能導(dǎo)致剎車(chē) 過(guò)度磨損 ， 尤其是在出現(xiàn)熱點(diǎn)的位置。實(shí)驗(yàn)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(duì)在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際情況下的熱力耦合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(jì)人員的結(jié)構(gòu)建議中 ， 并轉(zhuǎn)化為對(duì)制動(dòng)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. To a by EA is in to of in in 6 of a of is to be of as on In on to of of a 2t 0t t 2t a 54 In t 0t is in t 2t of to a EI is a of of of to be by EA no of EA to 25,28,29. in a 00 ° C is in EA to in EA EI in In to a on to In is a Pa is In of 10 r/ 0.4 of 30. of to 5of EI A is to a EA in of by a of 00 ° C. of is of 7 a is of to a to of t 0t of of on In a of by TV it be TV do on of it is to of as as A is of in A in in A VH to a is a In it is to in a of at be to in to as of Pa at of 0 r/.4 at 4 to on of by a is ,