灰铸铁耦合仿生模型与刹车片的匹配研究

发布时间：2020-09-05 06:33

　　随着汽车高速化,轻量化的发展,盘式制动器越来越多的应用于轿车的制动器中,而对于卡车,大客车而言,鼓式制动器依然占据着主要地位。鼓式制动器具有制动力强的特点,但由于其结构所限,与盘式制动器相比散热较差,特别是应用于重载复杂路况的卡车制动鼓,往往会因为大量的产热,加剧制动鼓和刹车片的磨损,同时在强烈的热疲劳和表面应力的作用下,导致制动鼓破裂失效,对卡车的行驶安全造成了隐患。根据耦合仿生原理,利用激光熔凝表面处理技术,在制动鼓表面按照加工出具有不同形状的仿生单元体,可以使制动鼓的耐磨及抗疲劳性能得到较大提升。然而由于仿生单元体相比于基体硬度较高,表面凸凹不平,容易划伤刹车片,尤其在制动摩擦副的磨合期甚至会产生摩擦副不匹配,制动不稳等问题,大大缩短了与其对磨的刹车片的使用寿命。同时,在摩擦副使用过程中,温度的变化会对基体和仿生单元体的组织和结构产生一定的影响,从而改变仿生表面的物理性能,因此对热疲劳后仿生表面的摩擦特性仍有待研究。本文通过调整制动鼓表面仿生单元体的分布,探究仿生制动鼓不同模型与不同类型刹车片之间的匹配关系,同时对制动鼓不同热疲劳程度下的磨损行为进行了研究,理清仿生耦元与制动鼓热疲劳及与刹车片之间的磨损的关系。研究结果表明,仿生表面对制动鼓的耐磨性有较大的提高,同时对刹车片的磨损有着不同程度的增加,仿生模型与刹车片之间具有一定的匹配关系,其中,半金属型刹车片与45°角网格状仿生模型,NAO型刹车片与45°角条纹状仿生模型均显示了较好的匹配关系。在热疲劳过程后,仿生试样与空白试样相比,耐磨性的增加均得到了一定程度的保持,而同时由于硬度的降低,对刹车片的磨损逐渐减少,这表明仿生表面在制动鼓的整个使用期均有着良好的强化效果。其中,具有条纹加框模型的试样,抗热疲劳性能最好,同时在较高疲劳程度下,仍能保持较高的耐磨性,有着较高的应用价值。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.5
【部分图文】：

实验方案,刹车片,制动鼓,长方体

图 2.1 实验方案Figure 2.1 The experiment Approach试样制备刹车片试样的制备半金属型，陶瓷型，以及有机无石棉型刹车片通过机械加工的方式30×10 的长方体试样。制动鼓试样的制备用东华数控公司生产的 DK77 型电火花线切割机将灰铸铁制动鼓成 30×20×6 以及 40×20×6 的长方体试样，并在 40×20×6 的长

示意图,灰铸铁,试样,示意图

图 2.2 灰铸铁试样示意图Figure 2.2 Diagram of gray cast iron sample用带有六自由度机械手臂的激光加工系统（图 2.3）对灰铸铁试样进行激光熔凝表面处理，该系统配备有 Nd：YAG 激光器及其冷却系统、二维工作转台六自由度机械手和伺服控制系统。通过调整机械手在 z 轴方向上的位置，实现对激光镜头离焦量的精确控制，并通过调整控制电柜的激光加工参数，使得到的激光仿生单元体大小、形状、组织结构相同或相近；加工过程中，通过伺服控制系统制定程序，使机械手按照设定路线运行，在试样表面加工出具有不同模型的激光仿生单元体。本文中使用的激光参数如表 2.2 所示。表 2.2 激光加工参数Table 2.2 Parameters of laser process

激光加工,热疲劳

图 2.3 激光加工系统Figure 2.3 Laser processing system2.4 热疲劳实验热疲劳实验在如下图所示自制的电阻加热自约束热疲劳试验机上进行，热疲劳试样用铁丝挂在以同样高度挂于实验盘上，以保持加热及冷却速度一致，通过电机带动丝杠实现上下垂直运动，使试样完成加热及冷却的热循环过程，通过控制电柜和限位器控制加热及冷却时间以及丝杠行程，并反馈至计数表完成对循环次数的记录。试验机采用感应电阻丝加热，流动自来水冷却，通过热电偶测温仪控制炉温，如图 2.4 所示。本次实验中，设定加热温度为 700℃，冷却温度为室温，为保证试样达到目标温度且不在炉中长时间加热，经实际测试，设定加热时间 3min，冷却时间 5s 为一次循环，能够达到较好的热疲劳效果。

【参考文献】