盘式制动器制动噪声研究及结构优化.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 近年来，汽车的安全性和可靠性已经达到很高水平，但汽车在制动时会产生制动噪 声，严重影响车内的乘坐环境。所以提高汽车的舒适性、减少制动噪声、改善乘坐环境 已经成为消费者和汽车厂商的共同追求，且已成为众多学者们的研究课题。汽车的制动 系统中，盘式制动器以其技术成熟、结构简单、性能稳定、使用寿命长等优点得到了普 遍应用。但盘式制动器在使用过程中，制动盘、制动块会和其它零部件的相近模态发生 模态耦合，产生制动噪声，严重影响汽车的驾乘体验。研究发现，可以通过模态分析法 求出各部件的固有频率和振型，再利用复模态分析方法求出制动器的不稳定模态，并找 出对制动器稳定性影响较大的几何结构参数，并以此为依据，在设计初期通过改变结构 的几何参数来改变结构的模态特性，使制动噪声在产品研发阶段就能得到有效降低。因 此，为了降低制动器的不稳定性，抑制制动噪声的产生，本文运用有限元理论求得制动 器各结构部件的模态特性，研究了制动块的几何特征参数的变化对制动器不稳定性的影 响，并对制动器结构进行了优化。主要结果如下： 1 （）选用某中型豪华车左前轮制动盘作为建模原形，按照制动盘、块的实际尺寸进 行三维建模，根据制动时车轮的实际运行状态，以及相关理论计算得到制动过程中的转 速和制动压力。根据制动器制动时各部件的实际受载情况，确定了各部件的载荷和边界 条件。 2 （）对制动器装配体和各组成部件进行了约束模态分析，选取制动块的弯曲和扭转 模态、制动盘和制动器总成的周向模态作为研究对象。结果表明，制动器在各频率段都 有可能发生模态耦合，导致系统的不稳定，其中频率范围在8000~15000Hz 内的模态产 生制动噪声的可能性更大。 3 （）对具有不同制动块几何特征参数的制动器进行了复模态分析，并研究了制动块 几何特征参数的变化对制动器稳定性的影响。分析结果表明：制动块厚度和凹槽深度的 变化对制动器的稳定性有较大的影响，减小厚度和增加槽深都能够降低制动器的不稳定 性。 4 （）通过分析制动块结构尺寸的变化对制动器不稳定性的影响，选取对制动噪声产 — 生影响较大的结构尺寸 制动块凹槽深度作为优化变量，采用响应面法对制动块进行了 结构优化。优化后的制动块凹槽深度为5.2mm，对优化后的制动器再次进行复模态分析， I 山东建筑大学硕士学位论文 并将优化后的制动器与原尺寸制动器的复模态分析结果进行比较。结果显示，优化后制 动器的不稳定模态数目减少，复特征值的实部显著降低，制动稳定性得到明显的提高， 很大程度上降低了制动噪声产生的概率，达到优化制动器的目的。 关键词：盘式制动器，制动噪声，有限元，模态分析，复模态分析，优化设计 II 山东建筑大学硕士学位论文 The Study on Brake Noise and Structure Optimization of Disc Brake LiDa (SchoolofMechanical andElectronicEngineering) DirectedbyZhengZhongcai ABSTRACT In recent years, the safety and reliability of automobiles have reached a very high level, but braking noise will be generated when the automobile brakes, which seriously affects the riding environment in the vehicle.Therefore, improving the comfort of cars, reducing brakin