盘式制动器摩擦噪声特性的试验分析

盘式制动器制动时产生的摩擦噪声不仅影响车辆的驾乘舒适性，还会带来严重的环境噪声污染. 摩擦噪声具有瞬时性与不确定性的特点，至今尚未形成对制动器摩擦噪声机理的统一论断. 基于盘式制动器声振试验台，研究了摩擦系数、摩擦力波动系数和等效A声级三个参数在不同制动压力和制动初速度下的变化规律，结合对摩擦片微观特性的试验分析，从摩擦学角度揭示了盘式制动器摩擦噪声的发生规律及机理. 结果表明:摩擦噪声随制动初速度的增大而减小，随制动压力的增加而先增大后减小；制动摩擦噪声由于摩擦系统不稳定而产生，其产生原因是因为摩擦副表面的沟壑与黏着引起，沟壑与黏着程度与噪声的声压与频率呈正相关关系. 研究结果对于解释制动器摩擦噪声发生机理、控制制动器噪声污染具有重要理论意义和实际价值.      

导磁制动副摩擦磁化行为及机理研究

利用盘式制动器模拟制动试验台，研究了由磁性有机摩擦片与HT250制动盘构造的导磁制动副在制动过程中的摩擦诱导磁化行为，探讨了制动初速度和制动压力对摩擦磁化的影响规律及作用机理. 结果表明:制动初速度增大将会导致摩擦面温度升高，致使热退磁效应出现，进而使导磁制动副摩擦磁化感应强度减小，这是削弱摩擦磁化的主要因素；随着制动压力的增大，摩擦面温度略微增加但变化不大，但摩擦表面的摩擦磨损程度逐渐加剧，铁镍元素总含量明显上升，导致导磁制动副摩擦磁化磁感应强度增大，从而摩擦磁化获得增强. 研究结果不仅可以为磁控摩擦制动技术的发展提供理论支撑，也可为其他宏观机械和微纳系统界面摩擦磁化研究提供有益理论参考.      

接触式机械密封端面摩擦系数影响因素分析与试验

通过理论模拟计算和试验,研究并分析工作参数和端面形貌分形参数对接触式机械密封端面摩擦系数的影响.依据接触式机械密封端面摩擦系数分形模型,并考虑端面摩擦系数与端面平均温度的相互耦合关系,通过模拟计算,对B104a-70型机械密封端面摩擦系数的影响因素进行分析.计算结果表明,端面摩擦系数随着弹簧比压的增大而增大,随着密封流体压力的增大而减小;当转速较小时,端面摩擦系数随着转速的增大而增大,当转速增大到一定数值后,端面摩擦系数则随着转速的增大而略有减小;端面摩擦系数随着软质环端面分形维数的增大和特征尺度系数的减小而增大,且端面越光滑增大的幅度越大.通过在不同的弹簧比压、密封流体压力和转速下的试验对理论计算结果进行了验证,试验密封流体为15℃清水.结果表明:随着弹簧比压、密封流体压力及转速的变化,摩擦系数理论计算值与试验值的变化规律相同;当转速和密封流体压力均较小时,最大相对误差为21.74%;而当转速达到正常工作转速2 900 r/min时,最大相对误差为5.08%.     

制动工况对汽车半金属刹车片磨损性能的影响

刹车片是汽车制动器的重要部件材料,其磨损特性直接影响制动器工作性能和使用寿命,现有研究主要采用小样试验,不能真实反映刹车片实际使用工况. 采用汽车盘式制动器模拟制动试验台,分析了制动初速度、制动压力、摩擦面温度对刹车片磨损的影响规律. 结果表明:随制动压力、制动初速度或摩擦面温度的增大,磨损量曲线均呈上升趋势,其中制动压力的变化对磨损量的影响较小,制动初速度的变化对其影响最大. 通过几组补充试验得到,没有外界热源干预,制动初速度和制动压力共同作用比摩擦面温度对磨损量的影响更明显. 基于试验结果数据,利用SPSS软件拟合了制动工况参数与磨损量之间的经验公式. 研究结果对于指导汽车刹车片的设计制造和使用维护具有一定理论意义和实用价值.      

纤维增强合成闸片摩擦磨损特性的试验研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机进行了纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片与H300制动韫材料配副的制动摩擦试验，记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况，采用三维激光共焦扫描显微镜（CLSM）分析了磨损表面形貌．结果表明：制动初速度对纤维增强合成闸片的平均摩擦系数影响小于HZ408合成闸片，在高速制动工况下，纤维增强合成闸片的平均摩擦系数大于HZ408，耐磨性略低于HZ408合成闸片；在低速制动工况下，纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片所引起的制动盘温升大致相同；在高速制动工况下前者引起的制动盘温升略高．     

盘式制动器摩擦界面接触压力分布研究

在考虑具有可变效应的移动热源影响、制动盘与片的弹性影响以及界面摩擦热流影响等的耦合作用下,建立了一个三维瞬态盘式制动器热-结构耦合模型,利用大型有限元软件ANSYS的非线性多场耦合分析方法,分别数值模拟了不同状态下的制动器摩擦接触界面上的压力场分布情况.发现制动接触压力并非均匀分布,而是与制动盘和片的变形、摩擦力以及摩擦热-结构耦合有关.     

等离子喷涂铁－镍－钴－碳化钨涂层制动摩擦特性的研究

重载制动摩擦磨损特性制约着刹车装置的刹车性能及其使用寿命．在ＭＭ－１０００试验机上，对等离子喷涂Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ－ＷＣ涂层的重载制动摩擦特性进行了试验研究．结果表明：在相同的试验条件下，等离子喷涂涂层分别与石棉摩擦材料和半金属摩擦材料对摩时的摩擦系数均比与基体３５ＣｒＭｏ钢对摩时的高，制动时间短，制动效率和耐磨性能都明显提高，制动力矩峰比小，刹车平稳，制动特性好；制动摩擦系数与制动压力、速度和转动惯量等参数密切相关，压力增大，摩擦系数减小，速度和转动惯量增大，石棉材料摩擦副的摩擦系数降低，半金属材料摩擦副的摩擦系数升高，而且半金属材料的摩擦系数的热稳定性比石棉摩擦材料的好     

半金属盘式刹车材料的试验研究

通过正交试验设计和蔡氏试验机测试,得到了摩擦系数受温度、载荷和速度影响较小,磨损也较小的半金属盘式刹车材料配方,其平均摩擦系数是0.444.结果表明,在4种被研究的成分中温和的研磨剂氧化铁黑对与温度有关的摩擦系数的标准偏差影响最大,原因在于其只对冷制动起增摩作用而对热制动没有增摩作用;过多使用强的研磨剂氧化铝会导致摩擦系数和比磨损率增大,出现过恢复,并且摩擦系数随载荷增加;而过多使用混合润滑剂(石景和三硫化二锑)会减小摩擦系数和比磨损率.     

基于有限元的高速列车车轮多边形磨耗成因分析

研究了中国高速列车车轮多边形磨耗的形成原因,考虑轮对的旋转惯量,建立了高速列车轮对-轨道-盘式制动系统有限元模型. 基于轮轨系统摩擦自激振动的理论,采用有限元复特征值分析法研究了高速列车制动时轮对-轨道-盘式制动系统的稳定性. 研究了饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动系统摩擦力耦合作用对车轮多边形磨耗的影响,并调查了轮轨-轨道-盘式制动系统的参数敏感性. 数值模拟结果表明:在饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动器摩擦力耦合作用下,轮轨系统的摩擦自激振动导致高速列车车轮多边形磨耗的产生,其导致的21~22阶和23~24阶车轮多边形磨耗占主导地位,这与中国高速列车高阶车轮多边形磨耗最为符合. 饱和的轮轨蠕滑力主要影响较低阶车轮多边形磨耗,盘式制动器摩擦力主要影响较高阶车轮多边形磨耗. 制动压力为13 kN时,车轮多边形磨耗形成的几率最小,发展速度最慢. 过高或者过低的垂向悬挂力均不利于抑制车轮多边形磨耗. 垂向悬挂力为75 kN时,车轮多边形磨耗形成的可能性最小,发展速度最慢.      

碳质双层纸基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用抄纸工艺制备碳质双层纸基摩擦材料,采用惯量摩擦试验方法研究双层纸基摩擦材料的摩擦磨损性能.结果表明:碳质层的摩擦力矩在制动初期上升较快,中间过渡区平稳,尾部翘起较小;在制动压力小于0.28 MPa时静摩擦系数小于动摩擦系数,且动、静摩擦系数均随制动压力增加而减小;相对纤维层而言,采用碳质层摩擦时摩擦力矩曲线形态更好,连续制动时摩擦系数波动较小,磨损率低且能够有效保护偶件,是1种静/动摩擦系数比较低且适用于高载荷工况条件下使用的摩擦材料.     

树脂基复合材料摩擦片摩擦学性能研究

摩擦片的摩擦磨损性能严重影响盘式制动器的使用寿命和客车行驶的安全性.以灰铸铁HT250圆盘为对偶件,利用销盘式摩擦磨损试验机,在不同温度下对树脂基复合材料摩擦片的摩擦系数和磨损率进行研究,同时应用JSM-651010LA型扫描电子显微镜、HGP-7500型光电直读光谱仪和HXD-1000TMSC型显微硬度测试仪对摩擦磨损表面进行观察和测量,表征其摩擦表面的微观形貌和测定微观硬度,进而推断其磨损机理.结果表明:在不同温度下,平均摩擦系数和磨损率均随着温度的升高先增加后降低;随着温度升高,摩擦层的面积和其微观硬度的变化和平均摩擦系数、磨损率的变化规律基本相同;在高温摩擦磨损过程中,黏着磨损占主导作用,同时伴随着切削磨损.     

耐磨碳／碳复合材料的研制及其制动性能

针对常规化学气相沉积碳／碳复合材料存在的制备周期长和工艺过程繁杂等问题，在大量试验研究的基础上，通过对常规压差法化学气相沉积工艺进行重大改进，设计出了一种新的沉积室和气体快速定向流动装置，并且配合沉积工艺参数的调整，成功地利用这种改进压差法制备出了碳／碳复合材料．利用这种方法不仅使制备周期缩短到改进前的４０％，省去了常规化学气相沉积法中反复进行的中间机械加工和高温热处理工序，而且大幅度降低了制备成本．全尺寸试样（１∶１）惯性动力试验表明，所得制品不仅具有良好的摩擦磨损性能．制动力矩－速度关系曲线平稳和磨损率低等优点，而且刹车盘表面光滑，未发现碎裂和分层等现象，符合飞机等刹车制动的使用要求     

高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响. 结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象. 在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.      

硫化锑质量分数对汽车摩擦材料性能的影响

通过调整摩擦材料基础配方中硫化锑的质量分数,采用直接混合工艺制备出不同组分的摩擦材料,对其进行了理化性能、力学性能、摩擦性能及制动噪音测试,并用SEM、EDX和XRD对不同试样摩擦表面及磨屑进行了表征,分析了其摩擦磨损机制.结果表明:适量硫化锑的加入可促进摩擦表面摩擦膜的形成,从而提高摩擦材料摩擦系数的稳定性、降低磨损率、改善制动噪音.当硫化锑质量分数为5%时,试样的综合性能最佳.     

Experimental study on the temperature evolution in the railway brake disc

Increasing operating speed of modern passenger railway vehicles leads to higher thermal load on the braking system. Organic composite brake pads are poor thermal conductors, hence frictional heat is absorbed mainly by the disc. In this study three brake pad types were tested on the dynamometer. Metallic fibres, steel and copper, were introduced to the formulation of two materials. The third was a non-metallic material-a reference case. Dynamometer test comprised emergency brake applications to determine the frictional characteristics of the materials and constant-power drag braking to analyse the effect of metal fibres on temperature evolution,measured by six thermocouples embedded in the brake disc. Mean friction coefficient is analysed and discussed. It is concluded that conductive fibre in the friction material formulation may influence its tribological characteristics. Despite high thermal conductivity, metal fibres in the concentration tested in this study, did not reduce temperature of the brake disc.