關(guān)于鼓式制動(dòng)器的汽車技術(shù)論文(2)
汽車技術(shù)論文鼓式制動(dòng)器篇二
盤式制動(dòng)器制動(dòng)振動(dòng)噪聲研究
摘 要：本文基于對(duì)制動(dòng)噪聲的理論機(jī)理、建模和實(shí)驗(yàn)研究、測(cè)試程序和摩擦材料表面微觀結(jié)構(gòu)及其組份對(duì)制動(dòng)噪聲的影響分析，提出了發(fā)展新型摩擦材料來研究和消除制動(dòng)振動(dòng)噪聲的思路。
關(guān)鍵詞：綜述;制動(dòng)振動(dòng);制動(dòng)噪聲;摩擦材料
近年來，隨著、汽車保有量和盤式制動(dòng)器和各類非石棉摩擦材料應(yīng)用的急劇增加,各國都在逐步限制制動(dòng)噪聲。表1為對(duì)不同制動(dòng)噪聲的抱怨，表2為對(duì)各項(xiàng)制動(dòng)指標(biāo)重視的優(yōu)先次序，我國也即將把制動(dòng)噪聲列為車輛年檢的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
雖然人們很早就開始研究制動(dòng)噪聲問題，并形成多種解釋制動(dòng)噪聲機(jī)理的理論模型、以及解決特定問題的工程實(shí)用方法，但迄今為止對(duì)制動(dòng)噪聲的研究從發(fā)生機(jī)理到分析方法仍未取得一致 [1]。
1 制動(dòng)噪聲的分類、特征及其影響因素
1.1 制動(dòng)噪聲的分類及其特征
不同研究者對(duì)制動(dòng)噪聲的分類不同\，但頻率是各種文獻(xiàn)分析制動(dòng)噪聲時(shí)普遍采用的基本特征參數(shù)。一般根據(jù)制動(dòng)器部件振動(dòng)頻率的頻段將制動(dòng)噪聲分成三類：低頻振動(dòng)噪聲、低頻尖叫和高頻尖叫。
1.1.1低頻振動(dòng)噪聲
低頻制動(dòng)噪聲(100～500Hz)，如Groan、Hum、Moan和Judder等。對(duì)于Groan，文獻(xiàn)[2]認(rèn)為通過改變系統(tǒng)阻尼、剛度或在制動(dòng)盤表面覆蓋固體潤滑膜等可以抑制這類噪聲。Hum和Moan[3]的振動(dòng)頻率在100～400Hz之間，其潛在影響因素包括：對(duì)偶件間、卡鉗與摩擦片間的壓力分布狀況等。Judder(5～100hz)主要由車輛的懸掛和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的共振造成，并受輪速變化的影響。
1.1.2 低頻和高頻尖叫
低頻尖叫的頻率在1～3kHz之間;高頻率尖叫的頻率在2～16KHz之間或上限到人耳聽力的極限。其中頻率在1～16kHz之間的制動(dòng)尖叫聲嚴(yán)重影響車輛的舒適性和環(huán)保品質(zhì)。為此，很多學(xué)者[4]對(duì)這類噪聲進(jìn)行了大量的研究，然而如圖1和圖2所示，其發(fā)生傾向、頻率與摩擦片承受的載荷、溫度之間關(guān)系復(fù)雜，故至今仍末產(chǎn)生統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。
2 制動(dòng)噪聲的研究進(jìn)展與評(píng)述
2.1 制動(dòng)噪聲的機(jī)理研究
自1935年以來，人們?cè)诨诓煌睦碚摲治龊痛罅康膶?shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，形成了多種不同的制動(dòng)噪聲機(jī)制。最初人們認(rèn)為動(dòng)靜摩擦系數(shù)之差和動(dòng)摩擦系數(shù)隨相對(duì)滑動(dòng)速度的增加而減小是引起制動(dòng)噪聲的根本原因，從而形成了“粘滑機(jī)理”和“摩擦力-相對(duì)滑動(dòng)速度關(guān)系的負(fù)斜率機(jī)理”。
1961，Spurr指出隨著摩擦力的變化而反復(fù)出現(xiàn)的彈性變形是系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動(dòng)的主要原因。首次提出“自鎖-滑動(dòng)機(jī)理”。 Millner基于該理論分析了包含了制動(dòng)盤鉗、盤片六個(gè)自由度的分析模型，取得了較好效果。文獻(xiàn)[5]基于結(jié)構(gòu)閉環(huán)耦合理論，針對(duì)一個(gè)實(shí)際樣車，通過有限元方法，應(yīng)用自由界面法進(jìn)行模態(tài)綜合，得到了與實(shí)際尖叫情形較符合的耦合模型。Hu等人通過有限元和Taguchi方法對(duì)制動(dòng)噪聲進(jìn)行非線性瞬態(tài)分析，得出：摩擦耦合和構(gòu)件的幾何特征對(duì)制動(dòng)噪聲的影響都很大。
2.2 制動(dòng)噪聲的實(shí)驗(yàn)研究
測(cè)定制動(dòng)盤的振動(dòng)模態(tài)不僅有助于探明制動(dòng)振動(dòng)噪聲的發(fā)生機(jī)理，也有助于形成抑制制動(dòng)噪聲的方法。加速計(jì)能是測(cè)量系統(tǒng)的強(qiáng)迫響應(yīng)和模態(tài)振型的有效工具，但由于安裝不便，一般僅限于對(duì)制動(dòng)器構(gòu)件的靜態(tài)分析。全息干涉測(cè)量法可對(duì)安裝在制動(dòng)臺(tái)架上的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，其優(yōu)點(diǎn)在于能獲得制動(dòng)尖叫時(shí)整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的耦合模態(tài)振型。近年來，Murakami基于該技術(shù)的雙脈沖激光全息干涉(Double pulsed laser holography，DPHI)[6]制動(dòng)尖叫研究得出：盤式制動(dòng)系統(tǒng)的耦合振動(dòng)是導(dǎo)致制動(dòng)尖叫的原因，并指出制動(dòng)尖叫的產(chǎn)生傾向隨著摩擦片、卡鉗和制動(dòng)盤的固有頻率的接近而增加。
2.3 制動(dòng)噪聲的測(cè)試
制動(dòng)噪聲的測(cè)試的方法主要有兩種：整車測(cè)試和臺(tái)架測(cè)試。整車測(cè)試用于最終判斷降噪方案的成功與否，其典型的測(cè)試程序有北美的LACT、DST和歐州Mojacar、Gross Glockner。臺(tái)架測(cè)試便于在可控環(huán)境下提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有成本低，效率高、針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。其典型的測(cè)試程序主要有：歐洲的AK(歐洲工作組開發(fā))和在該技術(shù)上由美國開發(fā)的全球尖叫噪聲試驗(yàn)矩陣法―AE J2521，其具體描述見文獻(xiàn)[7]。
3 摩擦材料對(duì)制動(dòng)噪聲的影響
Min Hyung Cho 在研究摩擦材料的組分對(duì)轉(zhuǎn)移膜的形成和摩擦片摩擦特性的影響中指出：隨著界面膜的形成，摩擦振動(dòng)減小。Filip等經(jīng)過試驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)界面膜的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分與原樣品組份顯著不同，其界面膜的成分和配方之間的關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜， A. Wirth等人通過對(duì)制動(dòng)后制動(dòng)盤表面的物質(zhì)成分的分析認(rèn)為：界面膜的形成將導(dǎo)致制動(dòng)噪聲的產(chǎn)生。H Jang[8]等人用一種包含12種成分的摩擦材料來研究摩擦材料各成分對(duì)減小摩擦材料動(dòng)靜摩擦因數(shù)之差，從而抑止制動(dòng)時(shí)的粘-滑運(yùn)動(dòng)，降低制動(dòng)噪聲的效果。
4 束語
綜上所述，在進(jìn)一步分析制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的同時(shí)，研究摩擦材料的各組份和其微觀表面對(duì)制動(dòng)噪聲的影響，開發(fā)既滿足制動(dòng)性能，又能抑制制動(dòng)噪聲的摩擦材料是防治制動(dòng)振動(dòng)噪聲的發(fā)展趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn):(Reference)
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[3] Kreitlow,W.,Schrodter,F.,et al. Vibrations an‘hum’of disc brakes under load[J].SAE Paper,850079.
[4] Kinkaid N M,et al.Automotive disc brakesqueal[J].Journal of Sound and Vibration,2003,267:105 -166.
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