（机械工程专业论文）盘式制动器制动噪声分析与研究.pdf

摘要 摘要 随着人们经济收入的不断的提高以及汽车行业的快速发展 汽车已成为越来 越多的家庭中不可或缺的交通工具 与此同时 汽车也存在着诸多的问题 特别 是高速公路的发展 提高了汽车的行驶速度 人们对汽车舒适性和安全性的要求 也越来越高 在行驶过程中 汽车制动噪音成为车主最为恼火之处 由此导致了 一系列的纠纷 因此 研究和控制的制动噪音已成为制动系统设计和制造时重点 考虑的问题之一 制动噪音通常是指汽车制动器制动时的噪声 短而低沉的啁啾声或整个制动 过程中的啸叫声 其出现是间歇性的 甚至是随机的 一般认为 盘式制动器的 制动噪声产生机理是通过摩擦片和制动盘这对摩擦副之间的摩擦振动产生 并通 过一定路径传递的 将盘式制动器制动噪声分为3 类 低频噪声 低频啸叫 高 频啸叫 低频噪声主要同制动盘和摩擦片之间的相互作用相关 低频啸叫主要是 制动系统零部件之间的模态耦合造成的 高频啸叫则主要同制动盘的周向共振相 关 制动噪音的影响因素很多 除了摩擦片的组分和本身固有的特性相关外 还 与制动器的组成部件息息相关 因此减少制动部件的制动噪音 应将制动器视为 一个系统来分析 基于上述考虑 在调研了国内和国外的汽车制动噪声的研究和控制技术基础 上 根据相关的试验测试技术和分析理论对某轿车的盘式制动器制动噪声 进行 了相应的测试 频谱分析和相干分析 获得了有关噪声信息和频谱图 并对部件 进行了三维建模和有限元计算 获得了系统的固有频率和振型图 将结果对比后 发现 在制动过程中的制动器的制动噪音的主要原因是共振 为继续优化制动器 的设计 并最终为降低制动噪音提供了帮助 关键词制动器 噪声与振动 频谱分析 模态分析 有限元计算 河北科技大学硕士学位论文 墨昌 墨 盎宣霉 皇皇 昌 昌罱 昌昌篁 a b s t r a c t w i mt l l ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fp e o p l e si n c o m e a sw e l la st h er a p i d d e v e l o p m e n to f t h ea u t o m o t i v ei n d u s t r y t h ec a r sh a v eb e c o m em o r ea n dm o r ef a m i l i e sa s a ni n t e g r a lp a r to ft h et r a n s p o r t a tt h es a m et i m e t h ec a r sa l s oh a v eal o to fp r o b l e m s e s p e c i a l l yw i t ht h ed e v e l o p m e n to fh i g h w a y s t h ec a r s d r i v i n gs p e e d i si m p r o v e d a tt h e s a m et i m e p e o p l ei n c r e a s i n g l ya i ma th i g hr e q u i r e m e n t so fa u t o m o t i v ec o m f o r ta n d s e c u r i t y i nt h ep r o c e s so fm o v i n g c a r s b r a k en o i s eh a sb e c o m et h e o w n e r sm o s t a n n o y a n c e w h i c hl e dt oas e r i e so fd i s p u t e s t h e r e f o r e t h es t u d ya n dc o n t r o lo fb r a k e n o i s eh a sb e c o m eo n eo ft h eb r a k es y s t e md e s i g na n dm a n u f a c t u r ek e yc o n s i d e r a t i o n b r a k en o i s ei sd e e m e dt ot h ea u t o m o b i l eb r a k eb r a k i n gn o i s e t h ee m e r g e n c eo ft h e s h o r ta n dl o wc h i r po rw h o l eb r a k i n gp r o c e s so fh o w l i n gi si n t e r m i r e n t o re v e nr a n d o m g e n e r a l l y t h ed i s cb r a k eo ft h eb r a k en o i s em e c h a n i s mi st h r o u g ht h ef r i c t i o np l a t ea n d t h ef r i c t i o nb e t w e e nt h eb r a k ed i s cf r i c t i o na n dv i b r a t i o n a n dt r a n s m i t st h r o u g hac e r t a i n p a t h d i s cb r a k e s b r a k en o i s ec a nb ed i v i d e di n t o3c a t e g o r i e s l o wn o i s e l o ww h i s t l e a n dh i g h f r e q u e n c yh o w l i n g l o wf r e q u e n c yn o i s ei sm a i n l yw i t ht h eb r a k ed i s ca n dt h e f r i c t i o nd i s ci n t e r a c t i o n sb e t w e e nr e l a t e d l o ww h i s t l ei st h em a i nb r a k es y s t e mp a r t c a u s e db yt h em o d ec o u p l i n g h i g h f r e q u e n c yh o w l i n gi sm a i n l yc o r r e l a t i v ew i t ht h e b r a k ed i s kc i r c u m f e r e n t i a lr e s o n a n c e t h e r ea r em a n yf a c t o r so ft h eb r a k en o i s e e x e c p tt h ec o m p o n e n t sa n dt h ei n h e r e n t c h a r a c t e r i s t i c so ft h ef r i c t i o np l a t e i ta l s oc l o s e l yr e l a t e dt ot h ec o m p o n e n t so ft h eb r a k e t h e r e f o r ei no r d e rt or e d u c et h eb r a k en o i s eb e t w e e nt h eb r a k i n gm e m b e r s p e o p l es h o u l d a n a l y z et h eb r a k e sa sas y s t e m b a s e do nt h ea b o v ec o n s i d e r a t i o n a n dt h es t u d ya n dc o n t r o lt e c h n o l o g yw h i c hb a s e d s o nr e s e a r c ho fd o m e s t i ca n df o r e i g na u t o m o t i v eb r a k en o i s e a c c o r d i n gt o t h et e s t t e c h n i c a la n da n a l y t i c a lt h e o r yo ft h ed i s cb r a k en o i s e w ec a r r i e do u tt h et e s ts p e c t r u m a n a l y s i s c o h e r e n ta n a l y s i s o ft h er e l e v a n tf o rt h en o i s ei n f o r m a t i o na n df r e q u e n c y s p e c t r u m w eg e tt h es y s t e mn a t u r a lf r e q u e n c ya n dm o d es h a p e sb y t h et h r e e d i m e n s i o n a l m o d e l i n ga n df i n i t ee l e m e n tc a l c u l a t i o n so ft h ep a r t s a f t e rc o n t r a s to ft h er e s u l t s w e f o u n dt h a tt h em a i nr e a s o no ft h eb r a k en o i s ei nt h eb r a k i n gp r o c e s si sr e s o n a n c e w h i c h c a ng i v eh e l pt oo p t i m i z i n gt h ed e s i g no ft h eb r a k e a n dr e d u c i n gt h eb r a k en o i s e k e yw o r d s b r a k e n o i s ea n dv i b r a t i o n s p e c t r u ma n a l y s i s m o d a la n a l y s i s f i n i t e e l e m e n tc a l c u l a t i o n 第1 章绪论 第1 章绪论 汽车自问世以来 经过一百多年的发展 取得了令人惊叹的进步hj 今天 汽车 己成为人们最常用的陆路交通工具 据统计 全球有一半以上的客货运输是由汽车 完成的 伴随中国汽车工业和公路条件的逐步改善 汽车的行驶速度的提高 与行 车安全密切相关的汽车制动问题 就成为汽车制造上值得研究的一个问题 西前 大多数的车辆的制动方式都是机械式的 既通过刹车片对车轮制动盘或鼓翰表面产 生摩擦产生制动 将动能转变为热能 使车辆减速和停止 2 1 正是因为汽车构造的必 然性 汽车制动系统中的结构和性能成为影响汽车驾驶的安全性 舒适性 耐久性 的基本因素 侵人们在驾车悠然享受着高科技带来的优越性时 也必然承受着在行 驶过程中汽车带来的危害 特别值褥一提的是汽车噪音对环境的污染 已经成为城 市噪音的主要来源 在噪音比重中已达到四分之三 而在汽车噪音中最大比重的就 是汽车的制动嗓音和振动噪音 强烈的噪音不但可以使人的听觉能力降低乃至失聪 还能导致人的中枢神经处于过度兴奋的状态从而产生耳鸣 头痛 失眠 心悸 晕 厥等症状对人体无论身体还是心理都造成了很大的伤害 成为目前亟待解决的问题 1 1研究背景 随蓿国家经济的发展 私入车辆逐渐进入人们的生活雨且渐行渐多 人们在享 受舒适生活得同时 对汽车的环保要求也越来越高 特别是汽车制动产生的噪音阅 题 车辆的制动噪音是一个非常复杂的问题 到目前为止 这一难题还未彻底解决 制动噪音不但会影响乘员的舒适性 而且还会产生环境噪声 在西方欧美国家投入 了大量的入力物力来研发有效的控制铡动嗓音 针对制动噪音的售后就可达 亿多 美元 可见铡动噪音的控制对汽车行业的重要性和对环境保护的必须性 我国的国 家环保总局也制定了 汽车定制噪音限值标准 将制动噪音列为车辆年检的一项重 要内容 因此 制动噪声已成为汽车生产商急需要解决的问题之一 1 2 国内外研究现状 根据文献资料介绍 早期对由于制动产生的噪音的研究主要侧重于各种参数的 变化对制动模式的影响 试图通过改变参数来消除摩擦嗓音问题的h o l u b e e k i 霍尔拜 因 在上个世纪5 0 年代就研究过制动摩擦噪音 b a s f o r d 巴斯福德 上个世纪6 0 年 代也对这一课题做过深入的研究 霍尔拜因和巴斯福德都认为汽车的噪音主要来源 于汽车摩擦系统产生的震动 因此二者的侧蓬点都在于对摩擦震动产生的噪音 参 阅大量的文献资料 你会发现对粘着一滑动震动的研究占了很大的毙例 对于传统 l 河北科技大学硕士学位论文 制动模式静研究 经历了从单因素方面研究到两重因素研究的跨越 每前已发展妥 对于影响摩擦制动效果多个变量进行研究分析的阶段 对英过程进行分柝的方法也 从一般的物理化学方法发展到多学科交叉 更多的运用数理的方法 使用有限元极 限分析的方法 对影响摩擦制动效果的复杂因素迸行量化分析 对圆盘型的制动系 统工作原理的研究 也进入到了一个新的阶段 形成了一套完整的研究理论和解决 问题的方法 更多的研究成果表明 汽车噪音的产生是由于制动系统各个部分的相 互之间的作用力产生的 是由于刹车系统的运动造成了汽车运动速度的丧失 两种 力相互作用 从而产生了噪音的现象 当前我国对于汽车因刹车系统产生噪音治理的阀题的研究 也取得了令人瞩星 的成果 著名学者韩秋实对于因为制动系统在处于工作状态时产生噪音的内在因素 进行了深入的分析 并建立起了相关的数据分析模型 在他的研究过程 先是对于 系统各个部分相互运用和作用枫理进行了研究 并建立起了相互之间作用力的力学 模型 并对相关数据进行精确的计算 计算结果得出了这样一个结论 由于系统的 极其恶劣的环境下工作 各个零件受到了很大的冲动力和摩擦力 使其处于不稳定 的极限状态 引起了各部件的高频率振动 形成了噪音的产生 其他学者也对噪音 产生的原因进行不弱的研究 通过运用有限元分析法 建立了相应的数学模型 对 于影响其产生噪音的复杂多重主要因素进行了分析研究 得出了各系统在不同工作 状态和环境下 产生噪音的频率 范围 强度 物质和影响 并对何种因素对于不 同噪音的产生两者之间的内在联系 进行了初步的探讨和研究 并建立了多因素分 孝厅模型 分析刹车系统的主要部件 制动钳的工作状态和环境对于产生噪煮的影响 综上所述 通过相当长一段时间的分析和建模研究 有以下几点是可以肯定的 汽车制动时产生的噪音的原因 是以下原因造成的 主要是制动系统在工作过程中 系统中的各个部件相互作用和摩擦 并与汽车的运动方向在力的方向是不同甚至是 相反 因恧造成了制动系统工作环境和状态的不稳定 形成了周期性的碰撞和振动 达到了一定强度和规模 就会产生令人不快的声音一噪音 另一个原因是由于系统 的各个零件和构造在处于工作状态时相互碰撞和摩擦 也就是说部件的本身的构造 及萁强度对于噪音的产生也有一定的影嘀 解决汽车制动器的噪音产生原因 只有研究系统中各个部件的特性以及它们之 间的联系才能找到产生噪声的原因及其解决的途径 3 在对于其产生机理和相互作 用的过程进行深入研究的基础上 主要有以下几个方面 1 对于各部件嚣相互作用焉产生豹不稳定状态 以及这种状态的传导和放大麴 原因进行分析 从而尽量地找到产生噪音的主要原因 2 因为在工作状态和环境大致相同的条件下 噪音的产生及其强度有所差别 因而可以断定产生噪音的原因是多样的 具有一定的不可控性 2 第1 章绪论 3 由于汽车制动系统的构造比较复杂 零部件较多 它们的强度和工作原理也 不一致 不可能一点空隙没有 因面有可能产生振动的传导和放大作用 1 3 研究的主要内容 盘式制动器制动嗓声的产生机理是非常复杂的 对制动噪声的控制是一个系统 工程 将制动噪声的台架试验 制动器有限元模型的建立及有限元分析 制动器总 成以及零部件的模态实验 实车测试等方法相结合 进行盘式制动器制动噪声测试 及产生机理研究 具体工作如下 1 在试验室的专f j 的试验平台上对制动系统产生噪音的原因和强度进行模拟 并对于其工作状态进行记录 进行数据收集工作 获得不同条件下的棚关数据 2 对于收集到数据和信号及干扰源进行处理 包括频谱分析和相干分析等 3 对制动器的组成部件进彳亍了三维建模和有限元计算 4 将测试分誊斤结果与有限元分析的结果相比较 对制动噪声的产生机理进行了 初步探讨 1 4 本章小结 本章重点介绍了研究车辆制动噪音的研究背景 以及国内外的发展情况 根据 国内外的发展状况和目前所面临的问题得出 分析制动器制动噪音的必须性 并且 阐述了要分析研究的主要内容 3 一 第2 鬻镶动漂嗓鬻枣燕蕊藤璨 篙瑚 嘲嘲黼嘲黼鳓嘲幽嘲蛹嘲尊 嘲赣黼黼期煳 螨黼两霹 嘲龋鞲豳峭邕脚嘲黼黼嘲黛 懒删嘲攀鳓嘲蛾蛸鞠懒蝴黼群嘲蝴嘲嘲嘲黼嗣龋需黼嘲瓣 峨嘲懒 幽蚺蝴黼嘲黼嘲 嘲嘲嘲霉离 嘲 鞴黛群嘲黛 懒蝴嗍黼颦 黼嘲嘲啭 第2 章制动器瞟蠹声生的羼理 2 l 黼动器韵互作过程 率辘剩动静基豢工佟原理爨 剩蔫岛孳骞蠛攀絮稳连菲旋转元件 窝与攀轮或 传动轴糨遂的旋转竞粹 裱靠麓转嚣辞垮嚣旋转竞释之漓的棚笪壤擦 慕黻接犟瓣 瓣瓣动辫转澍爵趋势 豢蒋运韵着携汽攀瓣韵穗转施建鬻糠辫韵熬熊靛辩炎篾串蓐 瘸霪赣爨哆释篱肇憋滚愿雠赫暴涿蠢零 辍虑瓣蕊鸯薹修豪瓣蕊盒霜濑穗簸s 蓠定在率翰轮簸上 髓攀辘 润旋转奄程霹患誉凑靛铡穗藤缀11 上 有鬻个支承镳 l2 支承着两爷鞭澎剖葫黠 韵下端 潮动麟豹辨嚣簿上装霄攀攘片瓢潮赫藤援 上运瀑蒋渎篷黼渤稔瓤瓠粥涟管器鸯麓蠢攀黜黻蒯淤囊馘罐糖饕蒸淹 驾驶爨 蹂麟制瓣掇撬擒曩 缝涟攘努2 采搽缀耋艇枣瓣撬塞3 碜 辫2 1 铡动系统芏 薹 麟麓麟鬣 黔捺秤 静塞羹鏊灞塞 蝗一獭豢艇 一灏管 巷一糊赣教 弘耱酝懑塞 黔 糕淤鼓 黔摩熬嚣t 羹秘麟秘麟 羹囊 辕鼹滕糕 l 黔囊蕊镶 玲m 裁蕊簿簸德撵餐 互作过程 捌磷系不工作时 糕动鼓韵离藕蘧每捌动蹄摩擦片的外蕊面之阀傈 持一定鳇翔隙 简称割动辩隙润 窀使率赣耱黼淤鼓可以爨国瓣转 菪使行驶枣瓣汽 牵减速或搏荤 骜骥掇廛踩下铡劫糕l 避遗攘脊2 攘秘釜麟添塞瓢镶囊艇穗舔 姻渡在一意压力下流入轮甑 筹遵过蹶拿轮懿添塞7 摧淤霹锹劝蹿缀支爨镳蕊转 上蠛羯蘸迭分辩丽缴其摩擦嚣篷紧程锻魂鼓鳇惑端蕊上 这样 不旋转靛黼秘蹄就 对旋转着的剃劫鼓襻翔 个摩擦力赠m 冀努鞠垮攀轮麓转蠢囱樵凝 截游鼗将该 为蠖錾 待剽孳戆羼誊癞荸率轮鸯鼹蘧麓霄辩鏊箨蔗 零赣瓣瓣震箨攥一警魏蘸的鼹 满鸯转劈 斓隧潞藤镌瓣攀轮佟潮着一个舞蜃麴纛佟属力 鄹雠动力f b 测动膏f 疆 出率轮经攀桥翱悬架传给攀裂及车身 遗搜整含汽攀产垒一定韵减速度 嬲葫力愈 5 辩囊黎瓣攘炎攀骧叁攀餐谂寰 爽譬粼汽攀减速度惫炎蒂警教器潮韵罐粳辩 藤谯弹簧心鬻将裁瓣簸鞭蒙链 麟 撩力麓骥算巍捌麓力fb 漤裘 铡秘襻感鬻终蹙 巍然 陵礴汽攀遥动酶粼韵蠢fb 誉谯激镶予摩擦蠢簇髓列遗墩决于辘麓萼黯 滴潦瓣瓣饕祭释 在讨谂铺溺蒹酶缭捣阗题辩 一艘鬣建舔霞舔蒸备囊静麓辩藿繁 锋 2 l l 盏式锻赫器勰分类 魁剩期藤意蠢嚣垮旋转蠢静盼薹霈襄鬻麟攘瓣产壁测蛰律禳黪测渤器猕为壤攘 铡旗嚣镬棱熊摩攘菱捧裘蘑翁誉瓣势巍戴藏翻纛戴粼凌器嫱数式制韵器麓凝转嚣捧 涛黼渤鼓 冀薹稼褰黉舞潜谯藤 盘式铡韵嚣照旋转嚣磐淹麟豢状照灏秘豢 慕端 灏凳互箨袭蓠 蕊蔑期蕊罄鬟猕凳襟戴渗蘩游器 赣霭恩突是激冀澎状蕊褥名 窀懑藏愿攘麟 差漂霉帮释肖黼穗蠢 分蘩 谶港键鼍漓管簿 制臻蠢耀奢鑫镧剿逵著罐塞镬纂麓 土 髓攀轮转韵 瓣鞠2 2 掰暴 蠹戏麓渤嚣激热抉 薰霪鞑 鞠遗筒攀 调整蠢便镬 撩粼燕篙受载瞪 辩藤瀑糕糍好 糕渤羧鬃稳宠 黼器枣糖混拳艇囊镬缀多瓣牵慕 瓣麓盘式粼魂瓣骞平藤式潮潦趱 招飘凌潮渤熬戡爱麓线藏镧渤蠢 奠孛剡藏戴剩 赫盘翁粼渤效繁襁瀵飙教熬犍必辫貔羧好 擞图2 3 羼瀑 隧囊麓懿式赫赫嚣鬻塞媾蠹凌溅秘嚣鹬遴溅缝梅 壤犍汽率上使麓鳓纛式裁游器煮鬻释 一穗避固是铹纛式徽动嚣一爨攀释差襻 淤错盘式铡麓器 麓l 瓢i 壤寒锩盘裳黼潞鼹 褥宠镶盘煮潮动嚣鲸基举结构翔圈霪遴壤添 旋转嚣髂愚霹建卷蘩赣耋馘瓣鬻巍 薹律霹 蕊套惫簿羲麟藏懿赫赫擞 婚瓣定黪肇瓣嚣髂蘧纛穰搴犬瓣制蒲块慈黛 铡动锚抟钳鼯薰黎巷通进蜾狡篱转鞠警 嚣餐 躐麟藏 籍瓣 镧装 髯阕调整熟 筹2 整帮裁秘鞭窍粼穗蠢窆瓣的糍漪簸熟餐熊述蒋瓣警妒霉等 卷 第2 章制动器噪音产生的原理 图2 4 固定键盘式铡动爨的基本结构简图 卜转向节或桥壳 2 一调整垫片 3 一活塞 4 一制动块总成 5 一导向支承销 6 一钳型支架 7 一轮盘 8 一消音圈位弹簧 9 l j 动纛 l o 轮毂 r 豢l j 动盘摩擦半径 制动时 制动油液被压入内 外两油缸中 在液压作用下两活塞3 带动两侧制 动块4 作相向移动压紧制动盘9 产生摩擦力矩 在活塞移动过程中 矩形橡胶密封 圈的刃边在活塞摩擦力的作用下随活塞移动而产生微量的弹性变形梦 相当予极限摩 擦力的密封圈极限变形量 应等于制动器阆隙为设定值时的完全制动所需活塞行 程如图2 5 a 所示 解除制动时 活塞和制动块依靠密封圈的弹力和弹簧8 的弹力回 位如图2 5 b 所示 由于矩形密封圈的刃边变形量很小 在不制动时 制动块摩擦片 与制动盘之间的间隙每边都只有0 1 m m 左右 以保证解除制动 制动盘受热膨羰融 厚度方蘧只有微小的变化 故不会发生 拖滞 现象 但盘式铡动器不能使用受热 易膨胀的醇类制动油液 要求使用特制的合成型制动液 3 一 a b 图2 5 矩形密封圈工作情况 l 一活塞 2 一矩形密封橡胶圈 3 一油缸 若制动块摩擦片与制动盘的间隙因磨损加大 制动时活塞密封圈变形达到极限 值 以后 活塞仍可在液压作用下 克服密封圈的摩擦力 继续移动 直到摩擦片 压紧制动盘为止 但解除制动时 矩形密封圈能将活塞推回的距离与摩擦片磨损之 前是相同的 即摩擦片与制动盘间隙仍等于 爵此可知 矩形密封圈能兼起活塞 一7 瓣囊氅辩撞大学硪士攀魏潞变 围熊辩簧鞠煎动谝熬粼动器阕激瓣维用 2 2 浮动锩盘茂裁渤器 浮动锩盘藏铡翁瓣缡祷簿单紧瀵 题镬予整装 匿既被麓寨越爹地暴震毯轿攀 鬻轻婺汽纂上 铡姊 缫麟c h 7 2 2 0 囊 奥速1 0 0 毽 攮遂 撰辫燃 夏剥等鞲睾戳 爱北寨落诺萋韵蔺瓣均莱阕这张浮勘锱盘戴劁赫器 懿豳霪搿所搴为桑塔麴轿攀簿辘 铡渤器 旋转嚣髂是剥赫攫b 它藕攀轮辘毅装程一超 辩鞘攀轮一超转动 捌渤盘 耨个翻动囊鬣之润渗裢商蒋霄薰十六豢篱 澎戚三十六条通风遴 潋霞散热 瓣淹 潞爨镂穗锩髂 装在蜜装橥 重l 上 穰麓镫支檠i 薹豢寇在前桥鞲淘节上臻瘌豁攀 装一个瀵塞霉麴嬲棼罐 可黻遴避固定裢铡动罐壳体器上辨撬入寰槊重薹魏紫镌譬离 镳律轴淘移韵 捌韵磷上制动块所用的麟擦片篱鬻袄暴灞糕搂法糖连 工葱链好 弊缝撬离簿撼片鹩键爝寿螽 隧霎簿蒸塔鳓辚牵瀚莉糙浮溺锩懿袋镧勃然霉臀黪勰黎 l 一怒麓擞 黔罐橇 霪 辍齄衬鬻 凄一导瀚镶管 铲塑糕赣 铲嬲动辫巍锩 7 艘篾塞 霉m 添 爨 9 一漆封 l 势滋耩黪燮犟 l 薰一糕赫镄嶷槊i1 2 曝搏辩篱 1 3 礴 瀚缝 浮渤锩耋蔑铡动器鹩工俺原理 期麟霪 所示臻潮动时 活塞铡动块棼程滚藤棒 蔫力p 1 嚣懑下 蕊满塞器攘靠在铡麓盘莲上 瓣对黼魏错上熬眨力潍箍麓制劫钳 辫窟链譬惫销2 移动 镬瓣褥鳃黪擦片 也蠖纛蓰澍动盘4 土 产雯铡勘力 予蹩 渊溺熬蹲边都被蘩繁擞馕 馕箕襻业转瀚臻制渤盘又翻攀辍轮毂装程一起 所以攀 轮也襻盎了转赫 缀腔粪幂傻戆藕徽囊澎 戳攫消藤制动爨鼢润黧 褥盟哿镬警淘 销免受混湾 解膝麟韵时 橡靛辩囊蒲释赦趱寨鹩撵髌麓霄鼢子努溅黎i 动嫒离开渤渤矗 滋 塞誉辫圈磊瓷捌劫对燮澎 勰陈黼动辩魏饿复震靛 霞活塞隧缒 著港2 蠲蠹瓣制动 壤蚓产氅了道薰闻隙 剥灞塞将榴对予密封翮滑移 倦此实骥阍隙的篷动调整 霪 第2 章制动器噪音产生的原理 t p 1 图2 7 浮动钳盘式制动器的工作原理不恿图 卜制动钳台 2 一导向销 3 一安装架 4 一制动盘 5 一密封圈 6 一活动制动块 7 一固定制动块 p l 液压作用力p 2 液压反作用力 与固定钳盘式制动器相比较 浮动钳盘式制动器的单侧轮缸结构不需要设置跨 越制动盘的油道 故不仅轴向和径向尺寸较小 有可能布置的更接近车轮轮毂 而 且制动液受热汽化的机会较少 浮动钳盘式制动器现已基本取代了固定钳盘式制动 器 2 1 2 盘式制动器的结构 2 1 2 1制动盘 尽可能的使制动盘的直径大一些 这样不仅使制动盘的有效半径增加 还可以 缩短制动钳的夹紧力 减少衬块的单元压力和温度 由于受轮辋直径的限制 制动 盘的直径通常选择为轮辋直径7 0 7 9 制动盘的厚度对制动盘质量和工作时温 度影响较大 为了使质量小些 可以用减少制动盘的厚度来实现 而又不能过薄 制动盘可以制成实心的 或在制动盘中间铸造通风孔道来满足冷却通风的需求 一 般实心制动盘厚度可取1 0 2 0 毫米 通风式制动盘厚度为2 0 5 0 毫米 更多选用 的是在2 0 3 0 毫米的 汽车在高速运动紧急制动时 制动盘会热变形 产生颤抖 6 j 为了提高制动盘的摩擦表面的散热性 大部分制动盘都做成中间空心的通风式制动 盘 可以使制动盘的温度下降2 0 3 0 2 1 2 2 摩擦衬块 摩擦衬块是指钳夹活塞推动挤压在制动盘上的摩擦材料 摩擦衬块分为摩擦材 料和底板 两者直接压嵌在一起 跟据材质的不同 常见的有三种 1 石棉型制动摩擦片 石棉纤维具有高强度 耐高温的特点 能满足制动摩擦片的要求 石棉纤维的 9 河北科技大学硕士学位论文 抗张能力 甚至拥有先进的钢铁产品相匹配 并能承受较高的温度 此外 更重要 的是石棉相对廉价的 所以在一个很长的时问内 石棉被用作在制动摩擦片的增强 材料 在石棉制动塑摩擦片的石棉成分可能会占到4 0 6 0 然而 由于汽车制 动过程中 石棉纤维成细小的灰尘捧放到空气中 对人体健康产生不良影响 并且 石棉属于保温材料 导热能力差 很容易导致制动系统失灵 因此目前的石棉制动 摩擦片已逐渐被淘汰 2 半金属型制动摩擦片 这种制动摩擦片采用粗糙的钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物阴 钢丝绒具有 较高的强度 导热性 其温度控制力强 耐高低温性能 缺点是 半金属刹车片的 摩擦制动系统需要更高的制动压力 以达到同样的制动效果 但在低温环境中金属 含量高 也意味着摩擦会造成更大的制动盘或制动鼓的表面磨损 并能产生更多的 噪音 3 有机物型制动摩擦片 有机物类型 目前市场上流行的n a o 配方 制动摩擦片主要使用玻璃纤维 芳 香族聚酯酷或其它纤维 碳 陶瓷等 为增强材料 其性能主要取决子纤维的类型 及其它添加混合物的成分情况 早期的n a o 配方主要是作为石棉的替代品 用于制 动鼓或制动蹄产品 最近 供应商也逐渐制造厂也尝试使用n a o 用作盘式制动摩擦 片的加固材辩 n a o 配方性能接近石棉摩擦片 热传导性和高温可控性 低予半金 属型 现在的n a o 材料在诸多方面已经有效地超过了石棉的性能 这主要是在抗磨 性能及噪音等方面 此外制动器摩擦片上装有磨损传感器 如图2 8 所示 如果摩 擦片磨损到最小厚度少于2 m 时 则制动警告灯亮 这时需要更换摩擦片 至少也 应检查摩擦片的厚度 图2 墙制动器摩擦片及磨损传感器 卜传感器 2 一警告灯导线 2 1 3 盘式制动器的特点 盘式制动器与鼓式制动器相比 还具有以下特点 2 1 3 1 热稳定性好 由于制动盘暴露在外 散热快 所以基本无热衰退现象 连续多次使用制动力 l o 第2 章制动器噪音产生的原理 矩变化小 无自行增力作用 衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀 此 外 制动鼓在受热膨胀后 工作半径增大 使其只能与蹄的中部接触 从丽降低了 制动效能 制动盘的轴向膨胀极小 径向膨胀根本与性能无关 故无机械衰退问题 因此 前轮采用盘式制动器 汽车制动时不易跑偏 2 1 3 2 水稳定性好 盘式制动器工作时对制动盘的单位压力高 易将水挤出 并且由于衬块对盘的 擦拭作用和旋转离心甩水作用 使得比蹄式制动器排水容易得多 浸水后制动效率 降低不多 凇水后只需经一 二次帝 动郄能恢复芷常 鼓式制动器则需经十余次制 动方能恢复 2 1 3 3 制动力矩比较平稳 由于制动时与车辆运动方向无关 而且没有如蹄式制动器的增力作用 因此摩 擦系数变化对制动效率没有多大影响疆 2 1 3 4 寿命长 制动衬块上压力分布均匀 磨损均匀 比蹄式制动器使用寿命长 维修方便 2 1 3 5 制动时间短 衬块与制动盘之闻的间隙小 0 0 5 0 1 5 r a m 从丽缩短了制动协调时间 2 1 3 6 制动间隙自动调整 由于盘式制动器在轮毂外 所以更换摩擦片比较方便 本身结构上具有自动调 整衬块和盘之间间隙的功能 不需要经常调整间隙 2 2 制动噪音的产生机理 汽车的噪声 振动 声振粗糙度统称为汽车的n v h 特性 是衡量汽车设计及制 造质量的一个重要因素 而制动嗓声又是其中一项非常重要的考核指标 汽车制动 时的尖疆q 声既产生噪声污染 又严重影响乘员的乘坐舒适性 损害人们的身体健康 因此 降低汽车制动噪声 改善乘坐舒适性以及净化城市环境是汽车工程技术人员面 临的一项重要任务 2 2 1 振动与声音的关系 振动是物体在其稳定的平衡位置附近所作的往复的周期性运动 波动时振动状 态的传播 声波是在弹性介质中进行传播的 在空气中传播的振动波叫空气声 在 水中传播的振动叫做水声 在固体中传播的振动叫固体声 统称为声波 对于人耳 来说 只有频率在2 0 2 0 0 0 0 h z 振动才会产生声音的感觉 而机械运转时的振动所 产生的不正常声音称为异晌 在2 0 h z 以下无法舞到的声音 称为次声波 这时仅仅 能感觉到振动 当振动频率在2 0 2 0 0 h z 时 既可以听到声音 也可以感到振动 河北科技大学硕士学位论文 当振动频率在2 0 0 一2 0 0 0 0 h z 时 只畿听到声音 当振动频率超过2 0 0 0 0 h z 时就超出 了声音的范围 进入了超声波范围删 图2 9 表示了振动和声音的关系 搜振动 一一 援潞帮声嚣 一一 佼玲鬻 2 0 1i z 或觅小 2 0 2 o l l z 2 0 0 2 0 0 0 0 k il z 毋毋毋 可瞬范爨超声波笾潮 f 2 一 国黼酾 超过2 0 0 糯 k ii z 圈2 9 振动和声音的关系 2 2 2 嗓音与振动理论 物体的振动是声波产生的根源 它们嚣者之间有著直接豹联系 噪声的强度级 基本上取决于振动物体表面振动速度的幅值 试验表明 振动信号与噪声具有良好 的相关性 振动和噪声具有相同的特征参数 1 0 1 当振动速度成倍数减小时 声雁也 减小同样的倍数 振动速度与声压的这种壹接关系可转化为如下的数学表达式 石 4 s i n c 缈十妒 l p l v l o l g 老 王 t t g 言 2 2 t g 云 e 2 一t 式中 b 表示噪声的声压级 d b l v 表示振动速度级 d b o v p 表示振动速度 1 s p 表示声压 p a p o 表示基准声压 p a 从式 2 一1 可以知道 在己知振动速度级之后 无需测量声压便可求出由这些振 动所产生的噪声级 振动的速度级降低多少分贝 噪声级会降低同样多的分贝 对 式 2 1 进行极坐标转换 x a s i n c o 鳓 2 2 v a c o s c o t 妒 2 2 3 第2 章制动器噪音产生的原理 从式 2 2 和 2 3 可知 当振动频率c o 一定时 振动的速度幅值v a 与振动的 位移幅值a 以下简称振幅 成正比 因此要想降低振动速度的幅值y 只需降低位移 幅值a 即只要降低位移幅值a 振动速度级和噪声级就会随之降低 2 2 3 噪声污染的危害 噪声是一种环境污染 它被认为是仅次于大气污染和水污染的第三大公害 噪 声象毒雾一样 弥漫在人们周围 尤其在城市和工业区里 它是 种致人死于非命 的慢性毒素 早在公元前七世纪 入就懂得了嗓声使入感到不舒服 逐渐地人们还 知道了强烈的噪声会损害人的身体 甚至引起死亡1 1 1 1 根据我国专门制定的治理噪 音污染的专门法规明确规定 对于突破一定的规定范围 对于人们的生产生活及学 习造成影响 引起不良声音污染现象都可以成环境嗓声污染 对于声音的强度进行 评价的单位是分贝 表示为d b 超过了国家规定的声音的强度范围 就是声音污染 即噪音 2 2 3 1干扰人们工作的情怀和情绪 有很多实验表明 如果声音强度超过了一定范围 大约为8 5 d b 入们的情绪就 会受到干扰 产生不良的心情和状态 不可能把全部精力投入到工作学习中去 从 而表现出入们的工作效率不如平时 2 2 3 2 对内脏的伤害 超过一定强度的声音对人们的心情和情绪造成影响 影响入的血液运行 进嚣 对心脏系统造成伤害 引起血压升高 压差加大 加大患心脏病的危险 并有可能 使人的内分泌发生紊乱 特别是在晚上如果有噪音 特别是超过一定的强度 更是 可能增加致病的可能性 2 2 3 3 造成对神经系统的损害 如果声音污染超过了一定强度 超过8 0d b 人就会产生烦躁 易失眠 睡眠质 量差 头部不适 甚至会出现神经系统紊乱的现象 如易怒 情绪失控 工作学习 效率明显下降等症状 2 2 3 4 对妇女的身体更能造成伤害 妇女由于其生理特征和身体构造的原因 更容易受到噪音的影响 并有可能出 现各种妇科病 并对妇女的神经系统 内分泌系统造成巨大的伤害 研究学者通过 对多个城市的妇女进行了长时间的研究观察 发现嗓音污染不仅会对她们的听力系 统形成损害 而且对于她们正常的女性生理功能也会造成影响 甚至会对她们的生 育功能造成严重的不可挽回的影响 有国外研究资料表明 在重噪音源附近 特别 是在飞机场附近 会对妇女的生育功能造成严重的伤害 2 2 3 5 对少年韪童的成长形成巨大的危胁 1 3 河北科技大学硕士学位论文 因为少年儿童正处于身体心理的发育成长期 各方面还完善成熟 他们身体的 器官和机能还有待完善 因而各个年龄断的孩子都会不同程度的因为噪音的存在丽 影响身体的发育 特别是对于年纪较小的孩子更是如此 尤其是对于刚出生的婴幼 儿更有可能使他们的听力造成不可挽回的影响 形成听力下降或者丧失 据目前资 料 有相当多的孩子 大约有几千万 他们致聋的原因大多是嗓声污染造成的 1 2 2 2 4 制动噪音的分类 噪声是各种不同豹声音频率和强度 结合在一起 发出嘈杂的声音的感觉 汽 车噪声是指汽车行驶的车辆噪声 即在汽车驶过时在其旁边测得的噪声 主要包括 发动机 传动系噪声 制动噪声 轮胎噪声及喇叭噪声等 在这些噪声中 制动噪 声是最常见的噪声源之一 一般来说 制动噪声主要是由于由制动时制动器弓 超豹 振动 制动噪声和噪声的声压级大小与很多因素有关 不仅与传统的摩擦振动理论 有着密切的联系 还受自身的结构和各种复杂工况条件的强烈影响 如制动系统的 刚度 制动速度 制动压力 偶件的材料的质量和的环境条件 温度 湿度 润滑 条件 等 有时这些嚣素的一个或多个改变 将严重影响制动噪声和噪声的声压水 平大小的状态 制动噪声的频率范围非常宽 从几十赫兹到上万赫兹不等l l3 根据频 率范围 可以将制动噪声分为低频振颤噪声和高频振颤噪声两类 根据人耳分辨度 可以划分成5 种制动噪声 1 制动频率在几百赫兹到 万赫兹间的长尖声称 婴啼 声 2 在停车的一刹那发出的声音称 鼠叫声 3 像用钢丝刷在金属上刷动时产生的声音称 丝刷 声 4 百赫兹以内发出的呻吟声称 湿靴 声 5 由数赫兹到十赫兹的高频冲击的断续振颤音称为 燕叫声 2 2 5 制动噪音产生的原因 产生制动噪声的原因是复杂的 其相关的机理和相应的解决方案到目前为止还 没有权威的指导性意见 但经过多年的实验和经验积累 总结了制动器产生的噪音 大致有以下几种规律 2 2 5 l制动轮缸活塞囡位的密封圈弹力不足两引起拖磨 盘式制动器不像蹄式制动器有专用的制动蹄回位弹簧 其回位靠轮内活塞密封 圈的变形弹力回位 经回位后摩擦片与制动盘的单边间隙为o 0 5 0 2 5 m m 而蹄式 制动器的制动间隙一般为0 3 0 6 m m 当活塞密封圈的材料有闻题时 如硬度较低 将影响到活塞回位丽引起拖磨 在制动盘表面有较深的磨痕出现 制动时会使接触 表面接触不好 制动过程中发生跳跃 振动而引起尖叫 2 2 5 2 减振垫片脱落或失效 1 4 第2 章制动器噪音产生的原理 制动器的两个摩擦块衬板和轮缸活塞之间一般都附上一块减振垫片 减振垫片 一般都由0 5 0 8 m m 淬火冷轧钢板制成 两面涂有橡胶层 起缓冲减振作用 能降 低制动时摩擦块的振动频率 若此减振片脱落或失效 则会引起制动尖叫声音的增 大 2 2 5 3 摩擦块表面瘩出釉光 摩擦块表面出现脆化光亮的釉光层 比正常摩擦块的摩擦系数要低 不仅会产 生尖叫 而且还会降低制动效果 1 4 一般情况下 釉光现象是因为频繁地紧急制动 而产生的 也有可能是摩擦片表面沽有油污而造成的 2 2 5 4 摩擦系数的影响 大量实验表明 摩擦系数高的产品在制动过程中 制动器与背板的振幅要高于 摩擦系数低的 而钳体的振幅与背板的振幅是产生噪声的主要因素 所以在已给定 的制动器配置摩擦片时 应该在保证其足够大的制动力的前提下 尽可能的减小摩 擦片的摩擦系数 2 2 5 5 制动比压 制动温度的影响 行驶过程的汽车 在不同的环境中 随着制动周期的不确定 制动比歪与制动 温度也楣应不确定 因此在铡动过程中制动噪音的发生也就会有不确定的因素 摩 擦材料在高温制动后 摩擦系数在恢复过程中 工作表面会有一层质地较硬的碳化 膜 就会使高频振动增加 从而产生制动噪音 2 2 5 6 摩擦材料的影响 对已经设计好的制动器 由于摩擦材料对对偶不匹配 在振动噪音产生时 不 可能以改变其设计来解决此类问题的发生 唯一可以调整改进的就是摩擦材料 所 以 在解决振动嗓音问题上 摩擦材料不是振动嗓音产生的主要原因 但是可以是 孵决此类问题的主要方法 2 3 本章小结 本章首先介绍了振动与声音的关系 然后从理论上对噪音与振动进行了分析 详 细介绍了嗓声污染的对入们的危害和制动噪音的分类 并对制动噪音产生的原因加 以了详尽的说明 1 5 第3 章噪声和振动信号的测试与分析 第3 章噪声和振动信号的测试与分析 3 1 噪音的声源识别 假如想从根本上解决噪音污染问题 第一项要做的工作就是要找到噪音产生的 根源 治理噪音污染必须从源头入手 如果不这样做 无论采取何种措施它的作用 都是极其有限的 即使是把次生污染源治理得非常彻底 那么在根本上也不会解决 问题 另一方面 噪声源识别是极其复杂的 同一台机器 大多存在多个声源 而且声源之间互相干扰 噪声源诊断的目的就是要从复杂的声源系统中 通过采取 科学合理的手段 找出主要声源的部位 能量分布 频率特性等 为噪声控制提供 科学依据 声源识别主要有以下几种方法 3 1 1 频谱分析法 要通过研究噪音产生的根源 从其物理特性 特别是从频率振动方面的特性方 面来入手 发现其声音的频谱特性 以此来确定治理的办法 要结合噪音产生的原 因和发生的强度的变化情况 来掌握其发生的根源和变化的规律 确定噪音污染的 强度 还有一个好处就是能够找到噪音发生的根源所在 所以通过检查噪声的发生 机理 产生原因 声音强度 变化特质等情况 就可以为从根本解决噪音污染问题 提供依据 3 1 2 相干函数法 在确定噪音根源及特性方面 还可以采用数学分析的方法 通过研究其函数变 化曲线 来确定噪音在各个频谱的特点和变化规律 以及各层级的声音频谱的变化 规律以及相互之间影响制约的情况 对于某受多种因素影响的噪音源 我们可以假 定x i t 为近源噪音源 且不受其它噪音源的影响 y t 为远源噪音源 且不受其它噪 音源的影响 n t 为系统外部噪音干扰源 则该种噪音源变化趋势如下图3 1 所示 订 句 x f 白 图3 1 噪声传递系统 第i 个声源输入信号与输出信号y t 的相干函数为 1 7 河北科技大学硕士学位论文 4 w 龋 3 一1 式中 g y 驴 一x i o 与j o 的互谱 g 菇p g w 仃 一分别为x i o 和 o 的自功率谱 假如噪音函数变化是连续的 且变化是有规律的 表现为线性图形时 这表明 噪音的强度与噪音本身能量变化的情况成正比例的关系 3 1 3 倒频谱法 这项技术是对噪音变化典型进行处理的刨新技术 通过这项技术可以方便的推 导赉嗓音源变化的周期性规律 并畿解析出在噪音源变化过程中 对于其周期熬影 响的主要因素 1 6 其计算过程如下 c p g i f l o g g 1 2 3 2 式中 g 厂 表示信号的自功率谱 c p g 表示功率倒频谱 实际工程上常用的表达式为 c g f 期 i f l o g g f i 3 3 c q 称为幅值倒频谱 或简称为倒频谱 通过这样的图谱就可以从相反的角度来发 现和印证噪音交化的周期性规律 3 2 测试系统 检验系统是对于噪音源进行测量和描述 以掌握噪音源发生和变化的数据和结 构特征 如果要达到这一目的 必须通过一定的试验测试设施 使测试对象处于人 为控制或设定的范围和状态之下 并精确记录仪器显示躲信号特征和睦线变化规律 然后把这些信息和信号进行变形整理 这包括缩小 放大 计算加工等等步骤 然 而使这些信号和数据成为试验设备和设施 相关仪器可以辨别和处理的数据和信号 然而通过一定的手段 把试验的结果通过一定形式表现出来 得出来的结论不是最 终结果 还应进一步对数据和结论进行处理 删除冗余信息 提取有用的信号和数 据 对于变化曲线进行规范化的整理 经过这样的一系列的步骤才能得到我们想要 的结果 综上所述 这个系统包括噪音源 试验设备 仪器 计算机 输入输出装 1 8 第3 章噪声和振动信号的测试与分析 霞 储存记忆装置 显示设备等阳 投入到具体应用的试验装置 与理想的状态有所不同 它们可以根据试验的目 的 用途 技术条件等情况而有所变化 它可以相对简易的 也有可能是功能强大 设备众多 运行复杂等大型试验设施 3 3 测试系统的特性 3 3 1 测试系统的静态传递特性 传递特性是测试系统的目的是研究 输入的数据与得到结果之间的变化规律和 相互的影响情况 以掌握信号之间的相互影响 变化和