不同角度沟槽橡胶阻尼垫片对摩擦系统自激振动的影响研究

发布时间：2020-10-23 03:48

　　 随着现代交通工具的快速发展,人类对于其各方面舒适性的标准和要求也在不断提高。车辆在制动过程中产生的摩擦振动甚至尖叫噪声会大大降低乘坐人员的舒适度,影响其身心健康,并可能降低制动系统的可靠性。因此关于如何抑制制动过程中产生的摩擦振动是制造商和研究人员致力于解决的问题。目前,阻尼垫片已在部分常见交通工具的盘式制动器上存在应用,但关于阻尼垫片的结构改进如何影响系统动力学行为及界面摩擦学行为尚无统一认识,其作用机理也尚不明确。因此,通过在阻尼垫片表面设计加工出不同排布形式的沟槽,并研究具有不同结构的阻尼垫片在抑制摩擦振动以及改善界面摩擦磨损特性的效果及作用机理,具有良好的创新性及工程应用价值,对探寻抑制盘式制动器不稳定摩擦自激振动的方法具有重要意义。本研究针对盘式制动器摩擦制动工况研制了盘式制动器摩擦振动试验台,并在该试验台上开展了不同制动压力和制动盘转速条件下的摩擦学试验研究,结合有限元分析手段分析了不同试验参数对制动摩擦振动特性的影响规律。在此基础上,设计加工出具有不同角度沟槽结构的阻尼垫片并将其加入摩擦系统中进行摩擦学试验,探究不同结构的阻尼垫片在相对高转速条件下对系统动力学行为以及界面摩擦学特性的影响,并利用锤击实验和有限元方法分析了不同结构的阻尼垫片抑制摩擦振动以及改善界面摩擦磨损特性的作用机理。此外,研究了不同角度沟槽结构的阻尼垫片对低转速条件下摩擦系统可能出现的stick-slip现象的影响规律。主要结论如下:1.不同制动压力和制动盘转速条件下的摩擦学试验结果表明,制动压力和制动盘转速均对摩擦系统的振动特性具有影响,振动幅值随着制动压力和制动盘转速的增大而增大,其中制动压力对摩擦系统振动幅值的影响更为明显。利用有限元软件ABAQUS对摩擦系统进行复特征值分析和瞬态动力学分析,发现有限元仿真分析结果与试验结果无论在时域还是频域上均具有很好的一致性,由此验证了模型的有效性和可靠性。2.在制动盘转速相对较高的条件下对引入不同角度沟槽结构的阻尼垫片的制动摩擦系统进行试验,结果表明在摩擦系统中引入阻尼垫片能有效地降低摩擦振动的幅值,且特定角度沟槽结构的阻尼垫片相比于未开沟阻尼垫片展现出了更好的减振性能。此外,对于未加入阻尼垫片的原始系统以及加入未开沟阻尼垫片的摩擦系统,制动片表面展现出不同程度的局部接触现象,而加入特定角度沟槽结构阻尼垫片后的摩擦系统,其摩擦界面的接触状态得到明显改善。3.对原始系统和加入不同角度沟槽结构阻尼垫片的摩擦系统进行锤击试验,结果表明原始系统在122 Hz的固有频率处能量最高,加入未开沟阻尼垫片的摩擦系统在该固有频率处的能量有所降低。而加入不同角度沟槽结构的阻尼垫片后,摩擦系统在该固有频率处的能量均有不同程度的进一步降低,其中加入沟槽角度为45°的阻尼垫片的系统的降低幅度最大。根据分析结果推断摩擦振动的降低主要是由于振动能量被阻尼垫片所吸收,但不同结构的阻尼垫片吸收系统振动能量的效果不同,其中沟槽角度为45°的阻尼垫片吸收系统振动能量效果最好。4.利用有限元分析软件ABAQUS对不同阻尼垫片的变形情况,以及将不同阻尼垫片加入摩擦系统后制动片表面的应力分布情况进行模拟计算,结果表明阻尼垫片的弹性变形行为能缓解接触界面的应力分布集中现象,使得接触应力分布均匀,有效改善了界面接触和摩擦磨损特性。沟槽角度为45°的阻尼垫片的弹性变形最大,因此对界面摩擦学特性的改善效果最好。5.进一步在制动盘转速较低的条件下,对加入不同角度沟槽结构的阻尼垫片的摩擦系统进行试验,研究不同结构阻尼垫片对摩擦系统的stick-slip现象的影响规律。结果表明原始系统产生的振动表现出明显的stick-slip现象,但在引入不同角度沟槽阻尼垫片后,stick-slip现象得到了很好的改善。静-动摩擦系数之差(△μ)以及振动极限环的计算结果表明,原始系统的如值和振动极限环均为最大,而加入阻尼垫片后系统的△μ值和振动极限环均有不同程度的减小,尤其是加入沟槽角度为45°的阻尼垫片后系统的△μ值和振动极限环最小。因此,沟槽橡胶阻尼垫片在调节系统稳定性方面具有很好的效果。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.5;U461.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 摩擦自激振动的研究现状
        1.2.1 摩擦自激振动的产生机理
        1.2.2 摩擦自激振动的研究手段
        1.2.3 摩擦自激振动的影响因素
    1.3 摩擦自激振动的抑制方法
        1.3.1 改变摩擦副
        1.3.2 添加阻尼垫片
    1.4 阻尼垫片的结构对其减振性能的影响
    1.5 选题意义及主要研究内容
        1.5.1 选题意义
        1.5.2 主要研究内容
第2章 摩擦振动试验台研制及结果分析方法
    2.1 盘式制动器摩擦振动试验台的研制
        2.1.1 试验台结构
        2.1.2 试验台控制系统
        2.1.3 试验台数据采集分析系统
        2.1.4 试验台安装及调试
        2.1.5 试验步骤
    2.2 试验材料的选择及试样制备
        2.2.1 制动盘、片试样
        2.2.2 阻尼垫片
    2.3 试验参数的确定
    2.4 试验结果分析方法
    2.5 有限元分析
        2.5.1 有限元分析软件
        2.5.2 有限元模型
第3章 关键制动参数对盘式制动器振动特性的影响
    3.1 压力和转速对盘式制动器振动特性的影响
    3.2 压力对盘式制动器振动特性的影响
        3.2.1 不同压力下振动加速度时域分析结果
        3.2.2 不同压力下振动加速度频域分析结果
        3.2.3 摩擦力和振动加速度在频域内的相关性分析结果
    3.3 制动盘转速对盘式制动器振动特性的影响
    3.4 摩擦接触界面形貌分析
    3.5 有限元数值模拟验证分析
        3.5.1 复特征值分析结果
        3.5.2 瞬态动力学分析结果
    3.6 本章小结
第4章 相对高转速下不同角度沟槽阻尼垫片对摩擦振动特性及摩擦磨损特性影响
    4.1 不同角度沟槽阻尼垫片对系统摩擦振动特性的影响
        4.1.1 不同角度沟槽阻尼垫片对系统时域振动特性的影响
        4.1.2 不同角度沟槽阻尼垫片对系统频域振动特性的影响
    4.2 不同角度沟槽阻尼垫片对系统接触状态及磨损形貌影响
        4.2.1 不同角度沟槽阻尼垫片对系统接触状态影响
        4.2.2 不同角度沟槽阻尼垫片对界面摩擦系数影响
    4.3 不同结构阻尼垫片对系统摩擦振动及摩擦接触特性的影响机理
        4.3.1 不同结构阻尼垫片对系统摩擦振动特性的影响机理
        4.3.2 不同结构阻尼垫片对系统摩擦接触特性的影响机理
    4.4 本章小结
第5章 低转速下不同角度沟槽阻尼垫片对摩擦振动特性影响
    5.1 原始系统的振动特性
    5.2 不同角度沟槽橡胶阻尼垫片对系统振动特性的影响
        5.2.1 摩擦力时域信号分析
        5.2.2 振动加速度信号分析
    5.3 不同角度沟槽橡胶阻尼垫片对系统振动特性的机理
        5.3.1 不同摩擦系统的静-动摩擦系数的差值
        5.3.2 不同摩擦系统的振动极限环
    5.4 本章小结
结论
研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的成果
    论文成果
    专利成果
    攻读硕士期间参与的科研项目
    攻读硕士期间参加学术会议并作报告

【参考文献】

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本文编号：2852513