盘-销系统摩擦尖叫的时变性:发生机理与关键影响因素

为解释摩擦尖叫时变性的基本机制,建立盘-销系统并完成摩擦尖叫台架试验,成功反复再现间歇性和持续性尖叫。试验时,记录不同速度和法向力载荷工况下的摩擦噪声、动态接触作用力和销端部振动加速度信号。通过试验信号的小波分解、时频分析和馈入能量的计算,系统分析盘-销系统发生时变性摩擦尖叫的机理与因素。研究发现,摩擦尖叫的间歇性或持续性取决于摩擦接触法向力准静态分量的大小。当法向力准静态分量较小时,系统发生间歇性尖叫,反之则发生持续性尖叫。制动盘和销的模态耦合导致摩擦尖叫,尖叫频率会随着法向力准静态分量的变化成比例变化,且与摩擦接触力之间存在显著的滞环效应;能量馈入是产生摩擦尖叫的重要前提,而且馈入能量的变化导致摩擦尖叫声压幅值变化。     

基于销/盘试验机的摩擦噪声试验与仿真研究

为了研究摩擦噪声的产生机制和影响因素,利用销/盘试验机对以转子式压缩机曲轴-法兰材料制成的销/盘试样进行摩擦噪声试验研究;应用ABAQUS有限元软件,建立销/盘试验机有限元模型,利用复特征值分析方法预测该系统摩擦噪声的主频,并与试验结果进行对比;讨论相关参数对系统的稳定性和摩擦噪声的影响。结果表明：销与盘法向和横向振动的耦合是引起系统自激振动和摩擦噪声的重要因素;当系统摩擦界面处的摩擦因数大于系统临界摩擦因数时,系统开始出现不稳定振动,且摩擦因数越大,系统越不稳定,越易出现摩擦噪声;法向载荷对系统稳定性的影响不大;选择具有合适弹性模量的摩擦副材料可以抑制摩擦噪声的产生。     

基于盘-销系统的摩擦尖叫条件下的动态时滞摩擦特性分析

为研究摩擦副间摩擦特性,建立盘-销模型台架试验系统,采用三向力传感器在发生和不发生摩擦尖叫条件下测量摩擦接触作用力,并利用小波分解方法将摩擦接触力分解为准静态分量和动态分量;在此基础上提出摩擦因数传递函数的概念,进行传统摩擦因数和新摩擦因数传递函数的计算与分析.对比分析发现:在系统发生摩擦振动或者噪声的条件下,采用摩擦因数传递函数评价摩擦特性更加合理.研究结论有助于深化摩擦因数特性的认识以及摩擦振动和噪声发生机理的研究.     

CRH2盘形制动系统制动尖叫噪声研究

为了研究高速动车组的制动尖叫噪声,建立CRH2拖车盘形制动系统的摩擦耦合有限元模型,对其进行运动稳定性和制动自激振动的瞬态动力学分析,研究了摩擦因数、闸片以及制动盘弹性模量对制动系统尖叫噪声的影响。结果表明：随着摩擦因数μ的增大,盘形制动系统发生制动尖叫噪声的趋势增加;随着闸片弹性模量的增大,制动系统发生制动尖叫噪声的趋势增加,并且激发的噪声频率也明显变大;随着制动盘弹性模量增大,制动系统发生制动尖叫噪声的趋势先降低后增大。     

转向节特性对盘式制动器尖叫影响的研究

考虑到目前关于盘式制动器尖叫噪声的仿真研究通常忽略了转向节的影响,建立包含转向节部件的盘式制动器有限元模型,利用复特征值分析法对该制动器的振动尖叫特性进行预测分析,重点探讨了转向节的特性对制动尖叫行为的影响.结果表明增大摩擦因数会增强制动系统产生尖叫的倾向和强度,转向节对制动系统不同部件之间的耦合具有重要影响,其模态将会诱导制动尖叫噪声的产生.当模型忽略转向节时,尖叫预测结果可能出现"过预测"和"欠预测"的现象.转向节刚度增大会诱导更多频率的不稳定振动产生,同时增大系统的振动尖叫强度.由于转向节和盘毂之间并没有存在明显的摩擦运动,因此转向节-盘毂连接处的摩擦因数并不会对系统的制动尖叫行为产生重要的影响.以上研究结果为认识制动尖叫的产生机理及提出合理改善尖叫措施提供依据.     

利用不稳定系数TOI分析盘式制动器噪声

针对某型号车辆前轮盘式制动器低速制动时出现的制动噪声现象,应用ABAQUS软件,建立由制动盘、制动支架及摩擦衬块组成的盘式制动器有限元模型。通过对关键零部件自由模态仿真分析和模态的锤击试验,验证有限元模型的准确性。利用复特征值法,结合系统不稳定系数TOI,分析摩擦因数、材料弹性模量、制动衬块厚度参数变化量对盘式制动器制动噪声特性参数的影响规律。优化制动盘和摩擦片的结构,装车试验后解决了制动噪声问题。     

制动盘非光滑仿生表面对制动摩擦尖叫行为影响的研究

加工出3种非光滑仿生表面制动盘,即表面沟槽盘、表面圆坑盘和表面沟槽圆坑盘,利用有限元软件ABAQUS对3种非光滑仿生表面制动盘进行制动摩擦尖叫行为有限元分析,并与光滑制动盘进行对比。结果表明,制动器的振动模态主要表现为制动盘的面内和面外振动,并伴随有制动夹钳以及摩擦片的弯曲扭转运动。利用复特征值法计算系统尖叫倾向性系数后发现,制动盘表面经过非光滑仿生处理后,制动器的摩擦尖叫倾向性发生了明显改变,表面沟槽圆坑盘抑制尖叫的效果最佳,而表面沟槽盘在三者之中抑制尖叫的效果最弱。进一步采用瞬时动态分析对结果进行验证,结果表明:制动盘表面经过非光滑仿生处理后,系统振动加速度信号、弹性位移信号以及界面力信号的强度均有所降低,且表面沟槽圆坑盘在降低系统振动强度方面效果最为显著,系统稳定性得到明显提高;但是,由于沟槽和圆坑的棱边可能会形成应力集中区,因此可以采用抛光、打磨等方式对棱边进行一定处理,以提高表面使用寿命。     

沟槽和圆坑织构抑制摩擦尖叫噪声研究

在列车制动盘试样表面加工出不同宽度的发散型沟槽织构和不同直径与间距的发散型圆坑织构后,将其与光滑表面进行摩擦噪声对比试验,并利用数值分析方法进行模拟分析,研究织构表面对摩擦尖叫噪声特性的影响及作用机理。结果表明,两种织构表面均能降低摩擦系统高频尖叫噪声,且尺寸分布合理的沟槽织构能明显地抑制噪声的产生。利用数值分析方法能较好地揭示织构影响界面摩擦噪声的机理,即对摩材料滑过织构表面并碰击其棱边时,所产生的作用力能起到主动控制界面摩擦噪声的作用,且能抑制某些特定频率的尖叫噪声的产生。     

约束对盘形制动摩擦噪声影响的有限元研究

建立了铁路车辆盘形制动装置的三维实体有限元模型，分别为该模型中的制动盘、闸片和夹钳等部件设置了不同的材料特性。利用线性弹簧力模拟制动摩擦面间的法向力，摩擦力取为线性弹簧力与摩擦因数的乘积。通过对系统有限元运动方程进行复特征值分析，根据复特征根实部为正值判断系统发生失稳的模态，这也是可能产生摩擦噪声的模态。仿真结果显示，系统的约束条件对摩擦噪声的形成有显著的影响。改变模型的约束条件，可以抑制制动系统的摩擦噪声发生趋势，说明通过优化设置约束条件来提高摩擦系统的运动稳定性从而抑制摩擦噪声的发生是可行的。     

制动力对制动尖叫噪声及磨损特性的影响

在自行研制的新型摩擦制动噪声试验台上,采用锻钢制动盘和铜基粉末冶金制动片作为摩擦副,研究制动力对制动尖叫噪声特性和界面磨损特征的影响。结果表明:随着制动力的增大,摩擦系统不稳定振动加强,系统产生高强度制动尖叫噪声的倾向增强;制动力的增大导致摩擦界面磨损更加严重,黏着撕裂和剥落、犁削、磨屑堆积等"不平顺"因素对接触界面产生连续激励并加剧系统的不稳定振动,进一步诱导高强度制动尖叫噪声的产生。     

基于ABAQUS的车辆盘形制动系统仿真分析

制动盘和摩擦片之间产生共振时会影响二者之间的接触状况,从而导致摩擦副之间的接触恶化,严重时会引起制动失效.文中基于三维实体软件SoIidWorks建立了轨道车辆盘形制动系统.针对车辆盘形制动系统振动噪声问题,利用ABAQUS建立了车辆盘形制动的有限元模型.利用模态分析方法,分别对制动盘、摩擦片和盘形制动耦合系统进行模态...     

基于销-盘材料互换试验的钴基合金摩擦磨损特性研究

以销-盘互换试验为基础,通过对比销-盘材料分别为42CrMoV-Stellite6和Stellite6-42CrMoV时,摩擦因数与磨损体积随速度、磨程的变化规律,研究钴基合金Stellite6的摩擦磨损性能。试验结果表明,Stellite6的摩擦因数随滑动速度的增大而减小,随磨程的增加逐渐增大之后达到稳定状态;磨损体积随速度和磨程的增大而增大,跑合阶段与稳定磨损阶段的分界点随速度的增大而减小。销-盘材料为42CrMoV-Stellite6较之销-盘材料为Stellite6-42CrMoV,摩擦因数与磨损体积差别很大,在工程应用中,需要根据实际工况,设计与之具有相同接触特征的试验以获得材料的摩擦磨损性能。     

高速列车制动材料高温摩擦磨损行为研究

高速列车制动盘制动时的高温摩擦磨损是导致制动盘失效的原因之一,针对高速列车制动材料,设计了4种不同温度梯度(25℃、200℃、400℃、600℃)的摩擦磨损试验。以制动闸片材料作为销试样、制动盘材料做为盘试样,进行销-盘式摩擦磨损试验。结果表明:25℃和400℃条件下都具有较高的摩擦系数,但是两种温度下的磨损类型不同;25℃条件下盘试样的磨损量和表面粗糙度均最大,以磨粒磨损为主,盘表面有明显犁沟现象;200℃条件盘试样表面平整,摩擦系数和失重量均最小,摩擦面有部分片状石墨起到润滑作用;600℃盘试样出现负磨损,氧化磨损和黏着磨损同时存在。     

干滑动条件下45CrNi材料摩擦磨损规律研究

以某自行火炮底座传动箱摩擦副所用材料45CrNi为研究对象，考察了该材料在不同热处理状态下（530℃回火、380℃回火、830℃淬火及原始状态）组成摩擦副时的干滑动摩擦磨损特性。试验结果表明：530℃回火盘和摩始销组成摩擦配副时结合最好，具有较好的摩擦磨损性能，销试样磨损率最小；在较低速度下载荷是影响材料摩擦因数的主要因素，而速度对摩擦因数的影响较小；粘着磨损是材料配副磨损的主要形式。     

盘式制动器摩擦特性及制动尖叫测试与分析

针对汽车制动时制动副间摩擦产生的制动尖叫问题,笔者搭建了汽车盘式制动器制动噪声实验台架,对制动尖叫进行了实验研究。测试了制动尖叫产生时的制动盘转速、制动压力、制动扭矩参数及噪声信号,并研究了一定初始转速下,制动盘和制动衬块之间摩擦系数随制动压力、制动副表面温度、转速及时间的变化关系。使用时域和频域方法分别对制动尖叫的声压信号进行分析,获得了其信号特征和频谱成分。本研究工作有助于理解和揭示汽车盘式制动器制动尖叫的产生机理。     

直流磁场下销盘摩擦副接触面的磁感应强度和磁吸力分析

为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,通过试验检测了销盘接触时的磁吸力,利用电磁场有限元软件分析计算了销盘摩擦副在接触区域的磁感应强度大小和分布及磁吸力的大小。试验和仿真结果表明:磁感应强度和磁吸力都随线圈电流的增大和气隙的缩小而增大,并且与材料的磁化特性有关;销盘上的磁场分布不均匀,当盘旋转进行摩擦磨损试验时,盘上各点将产生动态磁化现象;由于销和盘之间的微凸峰接触存在漏磁,故在磁场仿真时可用一个极小的间隙来表示其实际磁接触状态;在销和盘接触时,可用试验得到的最大磁吸力值根据麦克斯韦公式计算出接触面的平均磁感应强度。     

机车牵引齿轮材料摩擦磨损性能试验研究

以某高速机车牵引齿轮材料42Cr Mo-17Cr Ni Mo6为研究对象,在销盘往复摩擦磨损试验机上研究接触载荷和相对滑动速度对其摩擦磨损性能的影响规律;利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,进而分析材料摩擦磨损机制。结果表明:机车牵引齿轮材料的摩擦因数随载荷和速度的增加而降低并逐渐趋于稳定;机车牵引齿轮材料在摩擦条件下在磨损表面形成了犁沟,由于载荷和速度的增加使得犁沟间距变宽、摩擦表面更加平整,从而导致材料摩擦因数减低。     

降低制动摩擦振动的制动器结构拓扑优化设计

本文建立起某车型盘式制动系统三维有限元模型,分析了该制动系统的摩擦振动噪声特性,并基于ABAQUS/Optimization模块对该制动系统进行结构拓扑优化设计,在满足轻量化的目标要求下改善摩擦振动噪声问题.结果表明:制动系统在摩擦力作用下可能出现四种振动模态,且产生频率为3632.4 Hz的振动噪声的倾向和强度最大.产生该频率摩擦振动噪声的原因是由于制动钳的第4阶模态频率与制动盘的第11阶模态频率非常接近,在摩擦力作用下容易产生共振.通过对制动钳进行结构拓扑优化设计,移除制动钳两侧区域的材料,使其在满足重量最小的目标前提下将第4阶模态频率降低到2804 Hz,从而避免与制动盘发生共振,且制动钳的重量减轻了17.1％.进一步采用复特征值分析对结构优化后的制动系统进行摩擦振动噪声特性预测,结果表明制动系统仅有两组相邻模态出现模态耦合现象,且原始制动系统出现的3632.4 Hz的振动噪声频率已经消失,制动系统摩擦振动噪声问题得到显著改善.     

低温环境下制动参数对列车制动材料摩擦性能的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机与温度控制装置模拟低温环境下列车的制动行为,研究了低温环境(-20℃)下制动压力、制动速度对制动盘与制动闸片摩擦磨损性能的影响.研究结果表明,低温环境(-20℃)下制动盘与闸片之间的摩擦因数和磨损率均比室温环境(20℃)下略微提高.在低温环境下,制动压力和制动速度对制动材料摩擦磨损与损伤行为有明显影响.制动盘与闸片之间的摩擦因数随制动压力的增大呈现先减小后趋于稳定的变化趋势;随制动速度增加,摩擦因数呈现先减小后增加的变化趋势.制动盘和闸片的磨损率随制动压力的增大均呈现先增大后趋于稳定的变化趋势,且闸片材料的磨损率均大于制动盘材料的磨损率;随制动速度的增大,制动盘磨损率呈现快速减小的趋势而闸片磨损率呈现先减小后趋于稳定的趋势.随制动压力和制动速度的增大,闸片磨损表面第三体层分布更加均匀,表面剥落坑数量与面积呈减小趋势.     

基于标准销—盘试验的石墨/硬质合金副滑动摩擦磨损特性研究

通过标准销—盘摩擦磨损试验对石墨与硬质合金副的滑动摩擦磨损特性进行深入研究。结果表明,硬质合金销表面有石墨转移膜形成,并发生了轻微的"抛光"磨粒磨损;提高法向载荷和滑动速度可增加石墨转移膜形成,从而降低摩擦因数;与石墨高速铣削试验的刀具磨损结果进行对比发现,标准销—盘摩擦磨损试验未能复制硬质合金刀具的严重磨损现象,说明该摩擦试验方法对于石墨切削摩擦行为的研究具有一定的局限性,需要进一步改进。