高压大型车用盘式制动器热摩擦磨损机理研究

摘要

盘式制动器的制动过程伴随着强烈的“热-应力-磨损”耦合现象，制动盘温度高、波动程度大，摩擦片磨损快且不均匀的问题，已经成为制约盘式制动器使用寿命的主要因素，因此，开展高压大型车用盘式制动器热摩擦磨损机理研究，对提高汽车制动安全性，有效提升制动性能具有重要的理论意义和实用价值。本文针对24.5吋灰铸铁制动盘和树脂基复合材料摩擦片所组成的摩擦副，采用试验研究、理论分析和数值计算相结合的方式，对其在1.2MPa气压下的热摩擦磨损机理进行研究。主要研究内容和结论如下：
　　（1）通过制动盘与摩擦片在室温至800℃的拉压试验、热物性参数试验，建立制动盘与摩擦片的本构模型和热机耦合有限元分析模型。综合利用解析法和CFD技术，确定摩擦片、制动盘和空气之间的对流换热系数，并结合温度场试验，探讨制动盘与摩擦片在紧急制动工况和连续制动工况下温度场、应力场和接触压力的变化规律，证明温度场与应力场之间存在强耦合关系。
　　（2）以树脂基复合摩擦材料为对象，进行销盘式摩擦磨损试验，研究摩擦系数、磨损率随温度的变化关系，建立合理的摩擦磨损模型。通过分析试验过程中摩擦力矩、磨损体积、磨损深度和接触压力的变化规律，得出磨损半径越大，磨损深度越大的结论。提出磨损深度不均匀度 hNU和接触压力不均匀度 piNU的概念，采用正交试验极差分析法，研究不同制动工况下压力分布对磨损深度的影响，得出当压力中心处于摩擦材料试样下半部分中心时，hNU和 piNU最小，摩擦磨损性能最好的结论。
　　（3）编写用户子程序UMESHMOTION，采用自动后处理热机耦合计算结果方式，实现盘式制动器热摩擦磨损行为的数值模拟，分析摩擦片磨损体积、磨损深度、摩擦力矩、接触压力和接触面积的变化规律，探究温度对磨损深度、接触压力和接触面积的影响。利用惯性台架试验，验证热摩擦磨损仿真的正确性，并采用扫描扫描电镜，观察磨损后摩擦片表面的微观形貌，研究温度对磨损机理的影响，得到不同制动时期的摩擦片磨损形式。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 盘式制动器热机耦合国内外研究现状

1.3摩擦材料摩擦磨损国内外研究现状

1.4 盘式制动器热摩擦磨损国内外研究现状

1.5 本文研究内容

第2章 盘式制动器热摩擦磨损试验研究

2.1 盘式制动器材料性能与热物性参数试验

2.2 盘式制动器热机耦合试验

2.3 树脂基复合摩擦材料摩擦磨损试验

2.4 盘式制动器惯性台架试验

2.5 本章小结

第3章 盘式制动器热机耦合温度场与应力场研究

3.1 热机耦合理论模型建立

3.2 对流换热系数计算方法研究

3.3 紧急制动工况下热机耦合数值计算结果分析与试验验证

3.4 连续制动工况下热机耦合数值计算结果分析与试验验证

3.5 本章小结

第4章 树脂基复合摩擦材料摩擦磨损规律分析

4.1 摩擦材料摩擦磨损数学模型建立

4.2 摩擦材料摩擦磨损数值计算与试验验证

4.3 压力分布对摩擦材料表面接触压力的影响

4.4 压力分布对摩擦材料摩擦磨损特性的影响

4.5 本章小结

第5章 盘式制动器热摩擦磨损机理分析

5.1 盘式制动器热摩擦磨损数值模拟方法的实现

5.2 盘式制动器热摩擦磨损数学模型建立

5.3 紧急制动工况下热摩擦磨损数值计算结果分析与试验验证

5.4 盘式制动器热摩擦磨损机理分析

5.5 本章小结

总结与展望

1、总结

2、创新点

3、展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术成果及参与的科研项目

致谢