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制动盘模态试验分析 陈晓鹏 上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心 上海 200122 〔摘要〕本文叙述了利用 LMS TestLab模态测试软件测取某轿车制动盘的各种模态，并 对其模态进行了简单的分析。探讨了利用更简单的几何模型及对部分测量点进行激励时对模 态测量的影响，指出如果只要求测定固有频率而不关心具体的振型，可以采用简单的几何模 型及进行部分点的测试。 关键词：制动盘 模态 试验 key words: brake disc, modal, test 1 前 言 汽车工业的发展对零部件的开发也提出了越来越高的要求。制动盘的模态决 定着车辆在制动过程中的部分振动、噪声性能，并对制动盘的寿命、异常磨损等 产生影响。 模态分析技术是用于对零部件或工程结构系统进行动力学分析的现代化方 法和手段，借此可以解决很多工程实际问题。测量并确定制动盘的模态频率与振 型是研究并解决车辆制动引起振动与噪声的重要手段。 本文利用LMS公司有关模态测试软件对某车型的前制动盘进行比较完整的模 态测量后，得出了制动盘的各种模态特性；并利用测试软件对测试方法进行了简 短的分析，给出了在仅仅想得到零部件的固有频率的试验要求下可以简化几何模 型、减少测量次数，从而达到最快得到试件的固有频率的目的。 2 制动盘模态特性及要求 作为高速旋转部件，制动盘具有中心对称特性。对于制动盘制动摩擦面，其 振型主要是沿圆周均匀分布的变形（对于矩坐标系，相同θ角的各点位相相同， 沿圆周呈波浪分布）及相同 r（在矩坐标系中）具有相同形变（幅值与位相均相 同）的变形。当与制动系统中其它部件组合后，如果某种激励正好位于某一固有 频率下，模态被激发，处于共振情形中的这种自身变形会产生强烈的振动与噪音。 前一种模态发生共振的可能性更大。通常，制动盘处于本文后面所提到的0/4模 态占优势，在产品设计与开发阶段要特别注意此类模态的特性。 3 测量与分析 利用LMS TestLab 中的MODAL IMPACT模块对制动盘进行模态测量。 用弹性绳把制动盘悬挂起来。可以控制由试件与软绳所组成的系统振动的固 有频率在5Hz以下，完全能满足测试要求。 制动盘具有中心对称轴，以中心轴为z轴，建立柱坐标系。显然，制动盘除z 轴外的其它二方向的刚度比z轴方向的刚度要大得多，在常规频段振动主要是沿 着z轴方向发生，因此只测定z轴方向的加速度值即可。 制动盘结构相对较小，质量不大，因此在粘贴传感器时应尽量减小附加质量 的影响，为此采用分别在多点激励、测取某一点处的响应的方法进行。激励与响 应均只有沿z轴方向的数值。 制动盘为小质量、高硬度的部件，固有频率较高。利用LMS Modal Impact 模块进行测量。综合考虑传感器频响特性、试件模态特性及测试状况，频率范围 选为0-6400Hz可以满足实际要求。 频率的分辨率选为1Hz以下。 3 ．1 精细测量 为了不遗漏每一个模态（包括制动盘的固定面的局部、即凸台部分的模态）， 建立了比较精细的几何模型，如图1 所示，摩擦面外、内圈分别各24点，固定凸 台上外圈24点，内圈12点，共84点。 图1 精细测量几何模型 单向加速度传感器粘贴于摩擦面外圈某点处，分别在每一点沿z向用力锤进 行激励，每一次激励重复3 次测量。 用PolyMax对测试数据进行处理，所得到的稳态图（所有点响应的总和）如 图2所示。 7.47 ) N g / o g L ( v s v s s