盘式制动器摩擦振动噪声特性及结构优化研究.pdf

摘要

摘要

汽车的普及给人们的出行带来了方便，但也导致了一系列的噪音污染问题。

其中，汽车的制动噪声不仅严重影响了驾乘人员的舒适感，也是汽车的主要噪音

之一。为了提高制动系统制动时的振动稳定性，降低汽车的制动噪声，本文以某

款车型的浮钳盘式制动器为研究对象，结合数值仿真、模态分析、复特征值分析、

瞬态动力学分析和响应面优化设计等方法对制动器制动时的摩擦振动噪声特性进

行研究。主要研究内容包括：

首先基于盘式制动器的工作原理建立系统的二自由度动力学模型，根据牛顿

第二定律可以得到该力学模型的动力学微分方程。通过MATLAB软件对所建立的

动力学模型进行数值仿真，探究制动压力、系统阻尼、系统刚度等关键参数对制

动系统振动稳定性的影响。数值仿真结果表明，制动压力的增加，会导致系统的

不稳定振动增强；而系统阻尼和系统刚度的增加则可以提高系统的振动稳定性。

其次根据盘式制动器的实物模型建立了简化的有限元模型，对制动器的各零

件分别进行模态分析和模态试验。提取各零件模态分析与模态试验的前四阶模态

频率并进行对比分析，仿真结果与实验结果基本吻合，验证了所建立盘式制动器

有限元模型的准确性。

然后对制动器进行复特征值分析，探究相关参数对制动系统摩擦振动噪声的

影响。复特征值分析结果表明，摩擦系数的增大，会导致系统不稳定振动的加剧；

适当的增加制动盘和摩擦片的弹性模量可以在一定程度上提高系统的振动稳定

性，达到抑制摩擦振动噪声的效果。复特征值分析无法直观的观测到制动压力和

制动盘旋转速度变化对制动系统摩擦振动噪声产生的影响。因此，进一步采用瞬

态动力学分析，从时域和频域的角度探究制动盘旋转速度和制动压力对盘式制动

系统摩擦振动噪声的影响。瞬态动力学分析结果表明，制动压力和制动盘旋转速

度的增加，都会加剧系统的不稳定振动，从而增强制动时的摩擦振动噪声。

最后对制动盘表面进行微造型处理，探究微坑直径、深度和径向间距对盘式

制动器摩擦振动噪声的影响。结果表明，增加微坑的直径和深度会引起制动器不

稳定振动的加剧，而微坑径向间距的增加对制动器的不稳定振动没有明显的影响。

此外，经过微造型处理的制动器其不稳定模态频率明显减少，振动稳定性相较于

原制动器有了显著的改善。接着将微坑的直径、深度和径向间距作为设计变量，

不稳定模态频率最少作为优化目标进行响应面优化设计。对优化后的盘式制动器

进行复特征值分析，并将复特征值分析结果与原制动器和实验组制动器进行对比，

发现优化后制动器的不稳定模态频率最少，验证了优化方案的正确性。

I

盐城工学院硕士学位论文

关键词：盘式制动器，摩擦振动噪声，数值仿真，复特征值分析，瞬态动力

学分析，响应面优化

II

ABSTRACT

ABSTRACT

Thepopularityofautomobileshasbroughtconveniencetopeoplestravel,butit

hasalsoledtoaseriesofnoisepollutionproblems.Amongthem,thebrakingnoiseof

thecarnotonlyseriouslyaffectsthecomfortofthedriverandpassengers,butalsoone

ofthemainnoisesofthecar.Inordertoimprovethevibrationstabilityofthebraking

systemduringbrakingandreducethebrakingnoiseofautomobiles,thispapertakesthe

floatingcaliperdiscbrakeofacertainmodelastheresearc