盘式制动器摩擦副热结构耦合及模态分析

发布时间：2017-04-15 15:07

  本文关键词：盘式制动器摩擦副热结构耦合及模态分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着煤矿开采的深入发展,带式输送机已经作为煤矿运输的主要设备而被广泛应用,其制动系统性能的优劣直接影响着输送机运行的安全、稳定,进而直接影响煤矿开采的顺利运行。其中,盘式制动器由于其结构简单、安装维护方便、结构散热较快而成为带式输送机的主要制动装置,其摩擦副在制动过程中所体现出来的热结构耦合效应成为影响盘式制动器振动、噪声以及热疲劳的主要因素,因此对盘式制动器进行热力耦合分析有重要意义。本文首先介绍了盘式制动器的研究现状和热结构耦合分析的相关理论。在此基础上,完成摩擦副的三维简化建模并通过ANSYSWorkbench有限元分析平台完成其制动过程的仿真模拟,揭示了制动过程中的温度场、应力场的分布变化规律及相关原因。分析了制动盘温度、应力沿轴向和径向的变化趋势,探讨不同影响因素变化(初速度、制动时间、摩擦系数、材料密度)对其最高温度变化的影响。仿真结果表明:制动盘和闸瓦的各点温度均表现为先上升后下降的趋势,制动盘摩擦区域的节点温度曲线由于热流输入和对流换热的交替进行而表现为锯齿状波动,不同作用因素对最高温度变化影响各有不同,摩擦副应力主要变现为热应力且应力场变化分布则与温度场高度相似。通过搭建盘式制动工业试验平台,实验验证了制动盘正常制动工况下的温度变化以径向分布规律。探讨了摩擦系数的影响因素并通过CFT摩擦磨损特性试验仪分析不同初始转速和不同制动时间下瞬时摩擦系数的变化规律。研究了盘式制动器的振动模态并通过提取其制动盘和机架的前8阶模态频率进行对比分析。在此基础上,对其机架进行结构上的优化,从而为其避免共振和减小摩擦副振动提供了参考依据。
【关键词】：盘式制动器 摩擦副 热结构耦合分析 振动模态
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH222
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题提出的背景及意义10-11
• 1.2 盘式制动器概述11-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.3.1 摩擦副热结构耦合研究现状14-16
• 1.3.2 振动和噪声的研究现状16-17
• 1.4 课题的研究内容17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 热结构耦合理论分析18-34
• 2.1 概述18-21
• 2.1.1 摩擦生热过程18-19
• 2.1.2 摩擦热对制动器的影响19-21
• 2.2 热流密度的产生21-24
• 2.2.1 热流密度的计算22-23
• 2.2.2 热量分配过程23-24
• 2.3 热分析理论基础24-29
• 2.3.1 热力学第一定律24-25
• 2.3.2 热传递方式25-26
• 2.3.3 热传导微分方程26-28
• 2.3.4 边界条件28-29
• 2.4 热-结构耦合过程分析29-31
• 2.5 Workbench分析平台简介31-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 盘式制动器摩擦副热结构耦合分析34-56
• 3.1 摩擦副有限元模型的建立34-39
• 3.1.1 摩擦副三维模型的建立34-35
• 3.1.2 Workbench分析模型的建立35-37
• 3.1.3 边界条件以及网格划分37-39
• 3.2 摩擦副温度场分析39-46
• 3.2.1 制动盘温度场分析39-42
• 3.2.2 制动盘轴向径向温度分布特性42-44
• 3.2.3 闸瓦表面温度场分布44-46
• 3.3 单一作用因素对温度场影响46-49
• 3.3.1 制动初速度对温度场的影响46-47
• 3.3.2 制动时间对温度场的影响47-48
• 3.3.3 摩擦系数对温度场的影响48-49
• 3.3.4 摩擦副密度对温度场的影响49
• 3.4 摩擦副应力场分析49-53
• 3.4.1 制动盘应力场分析50-51
• 3.4.2 制动盘轴向径向应力分布特性51-52
• 3.4.3 闸瓦应力场分析52-53
• 3.5 本章小结53-56
• 第四章 盘式制动器温升及摩擦试验56-66
• 4.1 制动盘温升试验56-60
• 4.1.1 试验平台及设备56-58
• 4.1.2 试验过程及结果58-60
• 4.2 摩擦特性试验60-64
• 4.2.1 摩擦系数影响因素分析61-62
• 4.2.2 试验仪器及方案62-63
• 4.2.3 试验结果分析63-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 带式输送机盘式制动系统模态分析66-78
• 5.1 模态分析基本理论66-68
• 5.1.1 模态分析基本定义66
• 5.1.2 模态分析数学模型66-68
• 5.2 盘式制动器模型的建立和基本假设68-69
• 5.3 模态分析结果69-73
• 5.3.1 制动盘的模态分析69-70
• 5.3.2 安装机架的模态分析70-73
• 5.4 改进优化后的模态分析73-76
• 5.5 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文85

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