温度影响下鼓式制动器NVH特性分析

摘要

制动器系统是汽车的重要组成部分，也是行车安全的重要保障。制动器系统工作的环境复杂多变，在工作不稳定时可能会产生噪声。制动噪声不仅会让车内乘员感到不舒适，还会影响周边的人群和环境。目前在制动噪声计算分析领域，很少有考虑制动温度对噪声预测的影响，而制动过程中制动温度较高且是多变的，对制动器系统各部件材料特性及结构力学表现有一定的影响。多变的制动环境增加了制动噪声的不确定性，因此有必要研究制动噪声在温度影响下的不稳定性时变特性，找出制动不稳定性的影响因素，对提升制动器制动声品质有一定的指导意义。　　课题以某汽车鼓式制动器为分析对象，应用有限元与试验相结合的方法对其制动噪声进行探究，分析温度影响下制动不稳定时变特性。首先依据鼓式制动器内部结构及制动原理对其三维数模进行简化处理，建立了各结构合理的有限元模型，并对各部件进行了自由模态计算分析和试验分析，验证了有限元模型的准确性。　　其次，建立了鼓式制动器热机耦合模型，分析了机械工况及热机耦合工况下结构温度场和应力场分布。发现制动鼓在旋转时会影响制动鼓整体结构应力分布，且摩擦衬片接触压力呈现两端大中间小的分布。摩擦生热制动鼓应力要比纯机械工况下大数倍，领蹄的自增力作用和从蹄的自减力作用，使领、从蹄摩擦衬片的接触压力呈非对称分布。减速工况下制动鼓温度与应力呈现先快速升高后缓慢下降的状态。拖滞工况下制动鼓温度与应力一直升高，最高温度和最大应力值是在制动末时刻。　　随后构建了鼓式制动器四自由度接触振动模型，并以此建立了摩擦制动噪声有限元模型，以复特征值分析法得出不稳定模态频率主要集中在3080Hz、3600Hz、5000Hz、6560Hz、10500Hz、11000Hz、11200Hz、11700Hz、12100Hz、13100Hz、13600Hz、14600Hz左右的12个频率范围。制动器台架试验测得的噪声发生频率与数值分析的不稳定模态频率吻合较好，且噪声发生度与实部数值大小级别相对应，验证了制动噪声有限元模型的准确性。　　在制动噪声模型中引入温度，以复特征值法对弹性模量、热膨胀系数及二者共同作用进行了不稳定性时变特性分析。得出弹性模量对制动噪声时变性预测的影响为非线性但并不敏感，而热膨胀系数对制动噪声预测有显著的非线性影响并起主导作用。温度通过热膨胀系数影响不稳定性模态频率、实部数值及不稳定倾向性，引入温度提高了制动噪声预测的精度。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.制动温度研究现状

2.制动噪声研究现状

3.温度下制动噪声研究现状

1.3研究内容及技术路线

1.3.1主要内容

1.3.2技术路线

2鼓式制动器有限元模型的建立与验证

2.1鼓式制动器有限元模型

2.1.1制动模型简化

2.1.2鼓式制动器有限元模型

2.2鼓式制动器模态分析

2.2.1鼓式制动器计算模态分析

2.2.2鼓式制动器试验模态分析

2.3鼓式制动器有限元模型合理性分析

2.4本章小结

3鼓式制动器热机耦合分析

3.1鼓式制动器热机耦合模型

3.1.1基本假设

3.1.2材料物理特性

3.1.3热机耦合模型构建

3.2不同工况热机耦合分析

3.2.1纯机械工况

3.2.2热机耦合-减速工况

3.2.3热机耦合-拖滞工况

3.3本章小结

4制动噪声分析与试验

4.1摩擦制动噪声分析

4.1.1制动噪声数值分析法

4.1.2摩擦制动不稳定性分析

4.2摩擦制动噪声模型

4.2.1摩擦制动噪声模型设定

4.2.2数值分析结果

4.3制动噪声试验

4.3.1制动噪声试验法

4.3.2台架试验设备

4.3.3台架试验标准

4.3.4台架试验结果

4.4本章小结

5 温度影响下制动噪声时变特性分析

5.1制动不稳定性分析

5.1.1振动与噪声的基本关系

5.1.2制动不稳定性因素

5.2不稳定性时变分析

5.2.1弹性模量

5.2.2热膨胀系数

5.2.3弹性模量和热膨胀系数

5.3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、在学校期间发表的学术论文及取得的研究成果