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《东北大学》 2015年
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钳盘式制动器振动模态及热结构耦合分析

吴云豪  
【摘要】:制动器作为汽车主动安全系统中制动系统的关键组成部分,与汽车的安全性和平顺性息息相关。目前在汽车上应用较为广泛的是钳盘式制动器,其制动效能稳定、结构简单且维修方便。制动过程中,钳盘式制动器会出现大量的振动与噪声以及热疲劳等问题,导致制动器的制动效能受到很大影响,这些问题主要受制动器在制动过程中出现的共振与热结构耦合现象的重要影响,因此针对钳盘式制动器进行振动模态及热结构耦合分析具有重要意义。本文根据某钳盘式制动器的实物,应用CATIA软件建立起其1:1三维模型,并基于有限元软件ANSYS完成其分析的前处理工作。本文基于钳盘式制动器的紧急制动工况,分析得到其机械边界条件,推导出它的三维瞬态温度场热传导方程,确定了热分析边界条件,为后续分析提供基础。本文针对钳盘式制动器的主要构成部件进行了振动模态特性分析,分别提取了制动钳的前六阶和制动盘的前十阶模态特性,分析提取出的模态特性,得到制动盘与外界激振频率区域有重叠,可能导致制动器共振。然后优化制动盘的轴向尺寸、通风道数量和材料特性等参数,再一次提取制动盘的前十阶模态固有频率与振型,通过对比得出上述参数对制动盘模态特性产生的影响,结果表明材料弹性模量的增加可以使制动盘模态固有频率避开外界的激振频率区域,达到了防止共振的目的。本文模拟了汽车的紧急制动工况,应用ANSYS软件仿真分析了钳盘式制动器的热结构耦合过程,得到了接触压力场、温度场和应力场的分布情况。对仿真结果进行分析可得,摩擦副接触区域的最大接触压力位于中央区域,高温区域也分布在中央区域。制动初期,制动盘的温度场和应力场都呈明显的非轴对称分布,在径向和轴向上呈现较大的温度梯度和应力差,随着制动的进行,温度场和应力场趋向于呈近似轴对称分布,摩擦副接触区域的摩擦半径处出现温度峰值点与应力峰值点。本文在对钳盘式制动器进行振动模态分析与热结构耦合仿真的基础上,为制动器的结构设计改进及材料的选择提供了理论参考。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U463.51

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