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基于逆向工程技术的盘式制动器NVH特性研究与优化

姜中望  
【摘要】:随着人们对于汽车乘坐舒适性的要求越来越高,汽车NVH性能愈加受到消费者的关注。盘式制动器的NVH特性作为整车NVH性能的一部分,对其进行研究及优化具有重要的意义。盘式制动器NVH特性的主要评价指标为汽车制动噪声,因此研究及优化盘式制动器NVH特性的目的就是研究汽车制动噪声产生机理以及如何减小汽车制动噪声的产生。本文首先查阅相关文献资料,介绍了常用的制动器基本构造及原理、制动噪声的国际分类及影响因素,并对国内外研究现状进行阐述,根据前人研究基础确定了本文重点研究内容及研究方法。对制动噪声产生的机理进行研究与总结,提出了三层结构的新型刹车片设计方案,将传统摩擦材料分为底料与摩擦料两部分,在保证原有制动强度不变的基础上,通过底料层的结构设计能够提高刹车片阻尼特性。根据新设计的刹车片,建立十自由度动力学模型并建立运动学方程,具体分析了制动噪声产生原因以及影响制动噪声的产生的各子结构特征参数。其次,对盘式制动器进行有限元分析。目前,国内主机厂的产品研发设计多为逆向研发设计,部分制动器产品也是如此,因此为了使研究更加贴近实际工程应用及提高模型的精度,本文基于逆向工程技术,对制动器中制动钳体及支架进行逆向重构建模,通过3D激光扫描仪获取部件点云表面特征参数数据并在Catia中进一步进行降噪、曲面重构等操作,完成制动器钳体及支架逆向建模;而对于制动盘、刹车片等尺寸简单易获得部件在Solidworks中快速建模。对制动器系统的各零部件分别进行实模态分析,研究得出各零部件互相接近的固有频率及模态振型,而后对制动器总成在workbench中进行复模态分析(复特征值),通过提取模态分析中不稳定的模态来预测制动噪声的发生。此外,还分别对摩擦系数、制动压力、简化的制动盘制动片模型、摩擦阻尼与材料阻尼等参数对不稳定模态影响进行了研究。实验是研究制动噪声必不可少的环节,本文对新型刹车片分别进行了密度及材料力学性能试验,获得准确材料特性,并通过锤击实验(F.R.F)及激光测振仪(Laser vibration detector)对刹车片固有频率及模态振型等模态参数进行测量,验证新设计刹车片有限元法模态分析结果的准确性,最后在LINK 3900型多通道噪声惯性试验台进行噪声台架试验研究,获得该制动器噪声测试结果,将获得的噪声测试结果与仿真分析所得结果进行比较分析。实验结果表明,仿真分析预测的结果与实验测得的结果吻合。最后,根据噪声台架实验结果,该制动器的NVH性能需进一步优化。本文首先对制动器NVH特性优化的方法进行研究与总结,确定选用改变刹车片底料结构中粘弹性成分比例及改变刹车片形状等两种方案对制动器进行优化,并对优化后的制动总成再次进行仿真分析与实验。结果显示,改进后的制动器NVH性能得到优化,极大抑制汽车制动噪声的产生。本课题所进行的仿真分析与实验研究为汽车盘式制动器设计理论及NVH优化提供有力、准确的理论及实验基础。


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