sprag-slip现象实验和数值仿真

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1、第一章绪论进行系统研究就很有必要。学术界普遍认为制动噪声的源头来自干摩擦，但如何对制动噪声和振动进行分类却存在多种方法。管迪华【l】对制动噪声采用振动频率进行分类。第一类为低频噪声，频率范围从几十到几百赫兹。第二类为中高频噪声，频率范围从几百到几十千赫兹。第一类制动噪声常常通过制动器，底盘，车身的振动为人体感知。第二类制动噪声则以听觉的方式被人感知，这两种制动噪声都会对乘坐者的舒适度产生负面影响。根据管迪华[1]的归类，对于制动噪声的术语可以分为下列几类：Hum，Moan，Groan，Judder，Roughness按频率划分算作第一类噪声，Squeal，S

2、queak可以算作第二类噪声。例如：Moan的发生频率在150--400Hz，表现为制动钳和制动器支撑的振动。Squeal的发生频率在1～16KHz之间，其中低频尖叫在1-3KHz之间，高频尖叫在5-15KHz之间。根据在不同机械结构上的使用，又可以分为盘式制动尖叫[2-4]，飞机制动尖nq[5]，轮轨制动尖nq[6]，带式制动尖nq[7]。第一类噪声中的Judder频率范围在通常在100Hz以内，根据Boudot[8]的记载，这类振动多发生在重载卡车上，通常由制动系统和前桥的共同作用所引起。根据振动频率进行归类，本文所研究的低频自激振动可以算作一类Judd

3、er问题。管迪华[1]对影响制动噪声的因素进行归纳，并将其列为四类：摩擦副特性因素[9]，制动器结构因素，环境因素，制动工况因素。并在实验的基础上给出关于制动噪声的发生规律[1]：(1)在下列情况下容易发生制动尖叫：低速制动和临近停车时；摩擦衬片历经热衰退后；特定的制动压力范围；以及一定的温度、湿度情况下。(2)随着环境温度的上升，摩擦衬片的摩擦系数减小，摩擦副间的接触形态得以改善，有利于抑制尖叫的发生。(3)对特定的鼓式制动器，尖叫频率独立于摩擦特性，且制动尖叫多发生100C以下。(4)尖叫频率随着制动压力的升高而略有增加。1．3选题背景本文的研究课题来源

4、于一类由制动系统制动时产生的自激振动～sprag．slip2第一章绪论现象。在物理模型中对所谓的Sprag—slip现象进行解释，其是指在制动过程中物体相对于摩擦面松弛与滑动相间的运动形式，对应于制动钳附着制动片和脱离制动片两种制动形态。根据Boudot[8]在实验中对Sprag．slip现象的特点总结，此现象通常在高频制动装置，重载制动装置以及紧急制动情况下发生。此类问题不仅出现在汽车制动器上，随着我国城市轨道交通的迅猛发展，城轨机车制动系统的类似问题也随之而来。由城轨列车运行方式的自身特点所决定，在运营途列车中必须快速制动，频繁制动；在大荷载情况下制动的

5、同时又要保证制动的相对平稳性。这就对城轨机车的制动系统提出了高要求。因此，任何可能对机车平稳制动产生重大影响的因素都需要进行考虑。sprag．slip现象作为一类影响制动效率和平稳性的自激振动，就很有研究价值了。1．4sprag—slip模型的演化在这一类摩擦引起的制动噪声和振动中，很大一部分可以用自激振动来解释。J．．J．Sinou[10]将其模型归结为四类制动机构，四类制动机构模型的分类可见于[11-14]。第一类为stick．slip制动机构；第二类为可变动摩擦系数制动机构；第三类为sprag．slip制动机构；第四类为耦合机构。其中前两类考虑到制动部

6、件接触时相互之间的滑动摩擦系数会随部件之间相对滑动速度的变化而变化，后两类则忽略不计。虽然第一类机构和第三类机构在模型假设上有所不同，但sprag．slip现象的模型很大程度上来自stick—slip模型。上溯到1938年，H．R．Mills[15]提出了一个力学模型用来解释制动噪声和振动，如图1(a)。H．R．Mills认为模型中stick-slip只有在低速情况才才有可能发生。在slip阶段，摩擦力保持不变。在stick阶段，摩擦力不断增加直至超过最大静态摩擦力时，stick转向slip。在图中，质块只有一个自由度，在水平向受到弹簧．阻尼系统的约束，在竖

7、向受到常值制动力约束。同时，H．R．Mills将这一种现象的发生归咎于静态摩阻系数高于动态摩阻系数，如图1．1(b)。3第一章绪论图1．1(a)stick-slip模型图【10】图1．1(b)【10]接着，Spurr[16]提出了一个新的模型，在该模型中，制动部件可能在摩擦面上跳跃，称为sprag，如图1．2(a)。Spun"解释sprag的发生机理时认为：摩擦杆制动力与摩擦面之间stick—slip相互过渡时发生自锁即制动钳的跳跃sprag，这是由负的滑动摩擦系数斜率引起的。滑动摩擦力见示意图1．2(b)。—V1妒，．／么5．>／心。<三一jTN．段V—i

8、图1．2(a)sprag模型图[10]图1．2(b)