摩擦粒子填充材料对高速列车闸片制动性能的影响

在自行研制的制动缩比试验台上,对中心孔填充不同材料的高速列车制动闸片摩擦粒子进行拖曳制动试验,并采用有限元分析方法进行制动系统复特征值和接触应力分析,探讨填充不同材料对磨损特性、振动噪声和热分布的影响. 结果表明:原始摩擦粒子中心孔填充材料后,对制动系统的摩擦系数和模态耦合特性未产生显著影响,但对界面磨损行为和系统振动噪声特性产生明显影响. 填充粉末冶金后排屑行为下降,磨损行为更为复杂,制动系统产生的噪声增大;而填充紫铜、石墨和铸铁后的制动噪声均有所降低,尤其填充铸铁后表面磨损相对均匀,其摩擦学性能相较于其他粒子得到一定的改善. 填充材料产生的磨屑及相应的界面磨损行为是影响制动摩擦振动噪声和表面热分布的关键因素,填充合理的材料有助于降低制动噪声和改善制动界面磨损行为及表面热分布.      

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.      

声子晶体结构在汽车制动降噪中的理论研究及应用

基于弹性波在声子晶体结构中传播时会产生弹性波带隙,即特定频率范围的弹性波被禁止传播这一特性,为降低高频的制动噪音,将声子晶体这一新结构引入到汽车盘式制动装置中。通过对汽车制动噪音频谱的分析,得到高频噪音比较集中的频段。通过设计专用的二维空气柱/钢体系正方格子声子晶体结构(体积占有率为40%),使高频噪声集中频段(2000~2500Hz)落于声子禁带中,以达到降噪的目的。与传统的制动降噪技术相比,利用声子晶体结构的降噪装置具有频带宽和降噪量大的优越性。通过实验装置验证了声子晶体降噪结构的可行性,在2000~2500Hz范围内,声压的降低幅值最大可达25dB,平均降噪量可达13dB以上,即对汽车刹车减噪起到了明显的效果。     

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.      

汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究

本文针对9种具有不同厚薄差和端面跳动量组合的汽车盘式制动器,利用制动器惯性试验台在四种制动压力工况下进行了制动转矩和制动压力的测量,并通过阶次分析与小波分析的方法研究了盘式制动器摩擦特性与制动压力波动之间的耦合关系.研究发现:制动盘的厚薄差和端面跳动会引起法向力的波动,进而引起摩擦系数的波动,并且摩擦系数、制动压力以及制动转矩的波动都与转速存在2阶的阶次关系;摩擦系数静态成分随着相对速度的减小和制动压力的减小而增大;摩擦系数动态部分随制动压力的增大而减小,且主要由制动盘厚薄差引起,端面跳动对其影响不明显.     

叶轮机械气动噪声的研究进展

从机理研究、数值预测和控制方法3方面对叶轮机械气动噪声的研究进展和现状进行综述.主要内容包括: 离散噪声和宽频噪声的机理研究,离散噪声包括叶轮旋转的自身噪声和动静干涉噪声,宽频噪声包括进气畸变噪声、叶顶间隙流动噪声、尾迹噪声、涡脱落噪声;基于声比拟理论的方法在噪声预测方面的应用;有源控制、叶片尾迹控制、非等距叶片和多孔材料等新型噪声控制技术的综述.最后对叶轮机械气动噪声的研究现状进行了总结并对今后的研究工作进行了展望.      

制动盘材料表面织构化处理对摩擦噪声影响的试验分析

在列车制动盘材料表面加工出径向均匀分布的具有不同宽度的沟槽,采用列车制动片为配副材料,在面-面接触模式下对其进行了销-盘式摩擦噪声试验研究,探讨织构表面对摩擦尖叫噪声特性的影响及其作用机理.结果表明:具有特定合理尺寸参数的织构表面能有效地抑制摩擦尖叫噪声.表面沟槽的存在,一方面能提高界面的排屑效率,抑制尖叫噪声的产生,另一方面沟槽棱角与摩擦片平面的碰击能有效地抑制界面摩擦自激振动的高频成分,并达到降低噪声的效果.沟槽的棱角在整个试验过程中保持完好,其降噪作用寿命时间较长.     

基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究

由发动机主轴轴承油膜空穴造成的不规则打字机敲击噪声一直是汽车领域未解决的难题. 为了探究发动机主轴轴承动态载荷性能耦合作用下产生的异常空穴噪声,本文作者利用自行设计的平行板挤压油膜试验机进行模拟噪声试验并探究空穴噪声的特征. 该试验机可同时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号,通过试验探究了不同激励信号、挤压振幅、挤压频率、润滑油黏度等因素对空穴噪声的影响,结果表明在方波、大振幅、使用高黏度润滑剂以及挤压频率为12 Hz的状况下容易产生空穴噪声.      

轴对称直喷管的射流噪声特性实验研究

为了研究喷管射流噪声特性问题,应用丹麦B.K.公司3560C型多用途分析系统,对抽对称直喷管在不同压比下产生的亚音速和跨音速射流噪声进行了测量.并对外流场轴向和截面流动特性进行了测量和分析,确定了测量噪声探头放置位置,比较了离模型截面不同位置处的噪声.给出频率在5000HZ内噪声变化的规律,发现在低频时随着静压比的增加...     

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.      

带制退器的膛口射流噪声数值模拟与实验研究

为了研究膛口装置对膛口噪声气动特性的影响,对带膛口制退器的某小口径武器的膛口射流噪声进行了数值模拟和实验研究。采用计算流体力学CFD (computational fluid dynamics)-计算气动声学CAA (computational aeroacoustics)耦合算法对膛口噪声进行数值模拟,即对膛口流场进行瞬态CFD模拟,获取流场数据,然后利用所得到的结果采用声学方程模拟声源信息求解声场。基于数值模拟结果,分析了膛口流场变化及噪声的指向性分布,并与实验结果进行了对比。研究表明:膛口制退器的安装改变了膛口流场结构,影响了膛口射流噪声的指向性分布。计算结果与实验结果的误差小于9%,验证了该计算方法的可行性。研究结果可为膛口射流噪声的预测及膛口制退器的设计提供一定的参考。     

Stability of a Nonlinear Brake System at High Operating Speeds

The dynamics of a nonlinear car brake system is examined based on arealistic model in connection with a linearizationabout a stationary operating state. The rotating brake disc isapproximated by a rotating ring with two brake pads modeledas point masses which are in contact with the rotating ring.Each pad is visco-elastically suspended in axial and circumferential direction and loaded with a friction force. Two contact models areintroduced and incorporated in the system. The instabilitiesresponsible for brake noise evoked by internal resonances are presented.Several parameter studies are discussed,which show the sensitivity of the brake stiffness tuning and the brakeforce on the dynamic stability of the nonlinear brake system.     

摩擦噪声研究的现状和进展

评述了近２０年来摩擦噪声的理论和实验研究进展,指出在摩擦噪声研究领域取得的主要进展表现在制动系统摩擦尖啸噪声的动力学分析下,而对摩擦同观结构影响的研究不多,许多问题还有待深入研究,为了更好地认识摩擦噪声机理和探讨控制摩擦噪声的措施,建议应从摩擦学与动力学交叉的角度来研究和分析摩擦噪声。     

制动磨损源大气颗粒物排放的研究进展

交通运输工具种类及数量的持续增长,势必会给环境保护带来严重的影响.交通运输工具于摩擦制动过程释放的制动磨损颗粒物(即制动粉尘)已成为城市大气颗粒物的重要贡献源,显著影响着城市的空气质量.为贯彻落实绿色发展理念,探索制动磨损源大气颗粒物排放的控制措施,需深入了解颗粒物排放的准确信息.基于此,本文中综述了近年来以制动磨损为源头的大气颗粒物排放研究进展.首先,从机理层面介绍了制动过程中磨屑的衍化,简述了摩擦层的形成机制和制动粉尘的来源及排放特性;其次,重点阐述了制动器结构、材料类型、外界环境、制动速度和制动载荷等因素对制动磨损源大气颗粒物排放的影响,分析了各因素对大气颗粒物排放特性(如颗粒形貌、颗粒尺寸和颗粒浓度等)的影响规律;最后,提出了制动磨损源大气颗粒物排放研究需要加强的几方面内容.     

Minimal models for squealing of railway block brakes

Block brakes have been used to brake railway vehicles for approximately 200 years. During the last 40 years, disk brakes have replaced the block brakes at passenger cars but block brakes are still used for all freight wagons. One problem of block brakes is that they show an enormous tendency to squeal. Although the block brake is a very common and old technical component, there exists almost no scientific work on its noise behavior regarding squeal. On the other hand, a lot of work has been done on the problem of disk brake squeal especially concerning the modeling of the excitation mechanism. The goal of this paper is to investigate whether and how models from disk brake squeal can be modified to model block brake squeal. The starting point of these investigations is a minimal model for an automotive disk brake introduced by von Wagner et al. (J Sound Vibration, 51(1–2):223–237, 2007) that is adapted to the block brake problem. It can be shown that such a simple converted model does not show any instability at all. A deeper analysis suggests that the reasons for squeal in block brakes could originate from in-plane vibrations of the brake disk or specific geometrical properties of the railway wheel. The self-excited vibrations explaining the squeal occur at relatively low rotational speeds far below the first critical rotor speed which has rarely been observed in rotor dynamics.     

沟槽型织构化表面摩擦噪声特性试验研究

用电火花加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出不同沟槽宽度和间距的沟槽型表面织构,在自行研制的新型摩擦噪声试验装置上,采用球-平面接触方式,选取直径10 mm的GCr15球为对摩副,对沟槽型织构表面和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,研究沟槽型织构对摩擦噪声的影响.结果表明:本试验条件下沟槽型表面织构的尺寸及分布对摩擦噪声具有重要影响,一定尺寸及分布的织构表面可明显降低摩擦噪声.本试验条件下的摩擦噪声产生主要归因于接触表面的不平顺、磨屑层不均匀分布以及犁削作用等界面因素,这些因素导致了界面摩擦力高频成分的产生,当其与系统的自然频率耦合时,将引起摩擦系统强烈的自激振动并最终产生摩擦噪声.而摩擦界面存在尺寸分布合理的沟槽型表面织构,将能提高界面排屑能力并打断摩擦界面连续的接触,扰乱摩擦系统的自激振动,抑制摩擦噪声的产生.     

Motorcycle brake squeal: experimental and numerical investigation on a case study

Since, nowadays, the NVH performance of a vehicle is one of the most important priorities for the market, the noise radiating from disc brakes is considered a source of considerable discomfort and customer dissatisfaction. Squeal is an example of noise, caused by vibrations induced by friction forces, in which the vibration modes of the brake disc are coupled to those of the friction pads or of the caliper. In this work a case study, in which the squeal phenomenon was detected after changing the supplier of the disc pads, is presented. A test bench was purposely developed to investigate the squeal phenomenon; tests at different rotating speeds and pressures in the brake circuit were carried out employing different friction pads. The experimental apparatus appeared capable of reproducing the phenomenon observed in real practice and to investigate the effect of operating parameters and different components on the onset of instability. Friction tests and geometric analysis of the friction pads were also carried out to complete the investigation. At the same time, a finite element (FE) complex eigenvalue parametric analysis was performed on the brake assembly. The different propensity of the pads to squeal was attributed to differences in their geometry and in their friction coefficients. The FE analysis, confirmed the experimental observations and indicated possible design improvements to increase the stability of the system.     

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.