鼓式制动器不稳定性分析及优化

摘要

鼓式制动器是确保汽车行车安全的重要组成结构，由制动鼓、制动底板、制动蹄以及相应的摩擦衬片等零部件构成。若制动器未经合理的设计，在其工作过程中就可能处于不稳定状态，导致剧烈的振动，辐射出噪声，尤其是高频尖叫。特别是在车流量大的道路上，汽车制动会随时发生，产生的噪声不仅会影响驾乘人员的舒适性，还会污染环境。目前研究制动噪声的对象主要是盘式制动器，而鼓式制动器的制动噪声也很严重，因此有必要探讨鼓式制动器的不稳定性问题，以此探究制动噪声问题。　　本文以某企业提供的汽车鼓式制动器为研究对象，对其不稳定性及影响因素进行了分析和优化。首先，根据鼓式制动器的工作原理，构建了其接触单元的四自由度振动模型，摩擦力的耦合导致模型的刚度矩阵不对称，系统出现复特征值，复特征值的实部为正时表明模态不稳定，并基于此理论建立了制动鼓、制动蹄和摩擦衬片的摩擦接触非线性有限元模型，复模态分析得到该模型的不稳定模态主要集中在3500Hz、4900Hz、6200Hz、10500Hz、11200Hz、11900Hz、12800Hz、13500Hz、14600Hz左右的9个频率范围；制动器NVH试验结果显示制动噪声的发生频率基本包括不稳定模态频率，噪声的发生度也与不稳定模态的实部大小相对应，说明了模型是有效的。其次，以不稳定性系数作为评价参数，基于制动器的非线性有限元模型，对不稳定性影响因素进行了仿真分析，结果表明摩擦系数、接触面积和制动蹄、摩擦衬片的弹性模量对制动器的不稳定性影响显著且为非线性的；制动鼓的弹性模量影响相对较小，也为非线性的；制动压力的影响非常小且为线性的；制动鼓的转速几乎无影响。最后，选取非线性影响因素摩擦系数、接触面积以及制动鼓、制动蹄和摩擦衬片的弹性模量作为设计变量，不稳定性系数作为设计目标，采用响应面法进行了优化。结合各因素的取值范围，优化方案在摩擦系数为0.35、接触面积为总面积的90％、制动鼓、制动蹄和摩擦衬片的弹性模量分别为1.33GPa、2.15GPa、369MPa时，其不稳定性系数比原模型的降低了55.4%，制动器的不稳定性有明显改善。　　研究结果表明，应用有限元法及响应面优化方法研究鼓式制动器的不稳定性具有工程价值，可为制动器的前期设计或后期改进降噪提供参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的内容

2 鼓式制动器摩擦接触有限元模型

2.1 主要部件的有限元模型

2.2 鼓式制动器摩擦接触模型

2.3 本章小结

3 鼓式制动器NVH试验

3.1 试验目的

3.2 试验条件与设备

3.3 制动器噪声测试

3.4 本章小结

4 鼓式制动器不稳定性分析

4.1 制动器不稳定性与噪声关系分析

4.2 各影响因素分析

4.3 本章小结

5 基于响应面法的制动器不稳定性改善

5.1 响应面优化设计方法

5.2 响应面法试验方案设计

5.3 不稳定性优化设计

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果