鼓式制动器低频振动理论与特性研究

论文摘要

鼓式制动器是汽车上常用的制动装置,它利用摩擦力实现驻车或使行驶中的汽车减速、停车,是汽车上重要的安全部件之一。人们在追求制动器大的刹车力的过程中,也发现了制动过程中的一些问题,如摩擦磨损、发热、制动尖叫、制动振动等。这些问题伴随制动器而产生,日益成为人们关注的重要问题。制动过程中的低频振动,不仅影响汽车的舒适性,而且会损害汽车零部件,甚至导致灾难。国内外很早就开始了对制动器相关问题的研究,但关于制动器低频制动振动,特别是鼓式制动器低频振动研究的成果却少见公开报道。本学位论文围绕鼓式制动器的低频振动展开研究,并将研究成果用于指导优化鼓式制动器设计。其主要工作如下:通过分析鼓式制动器工作原理和低频制动振动特性,提出了一个模拟鼓式制动器低频制动振动产生机理的两自由度非线性模型。通过分析说明了鼓式制动器制动过程中的低频振动主要是由于内部结构参数耦合而产生的,结构参数对其振动特性有重要的影响。论文以领从蹄式鼓式制动器为原型提出了模拟鼓式制动器制动振动的五自由度非线性模型,并对其进行了稳定性分析,研究了参数变化对系统稳定性的影响,得到了各种参数组合情况下系统在参数平面上的稳定性区域,为改进鼓式制动器的设计提供了依据。运用中心流形理论对五自由度非线性模型在分叉点附近进行约化,通过计算规范形等方法研究了系统参数对系统极限环颤振振幅的影响,得到了系统参数对振幅的影响规律。在刚体模型研究的基础上,论文通过建立有限元模型,研究了鼓式制动器的低频制动振动特性,与刚体模型的研究结果相比较,其结果相近。论文研究了运用遗传算法对鼓式制动器结构进行优化的方法,并将前面制动低频振动研究的成果运用于优化过程中,用Matlab编写程序实现了鼓式制动器的结构优化,优化后制动效能有明显的提高。在理论研究的基础上,论文通过台架试验研究,分析了鼓式制动器低频振动的试验特征,同时也验证了理论分析的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 制动振动与噪声的国内外研究现状
• 1.3 制动器有限元计算分析的国内外研究现状
• 1.4 智能优化设计的国内外研究现状
• 1.5 课题来源与论文的主要研究内容
• 2 基于两自由度模型的制动低频振动机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 模型建立
• 2.3 模型的稳定性分析
• 2.4 本章小结
• 3 鼓式制动器低频振动模型的建立与稳定性分析
• 3.1 引言
• 3.2 鼓式制动器制动力矩分析
• 3.3 低频振动模型
• 3.4 模型的稳定性分析
• 3.5 稳定性分析结果讨论
• 3.6 本章小结
• 4 五自由度模型的极限环颤振研究
• 4.1 引言
• 4.2 中心流形与规范形的计算
• 4.3 计算过程
• 4.4 算例
• 4.5 计算结果
• 4.6 本章小结
• 5 低频制动振动特性的有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 有限元分析方法的基本原理
• 5.3 制动器有限元模型的建立
• 5.4 计算结果
• 5.5 本章小结
• 6 基于遗传算法的鼓式制动器优化设计研究
• 6.1 引言
• 6.2 遗传算法的实现步骤
• 6.3 鼓式制动器优化数学模型建立
• 6.4 用MATLAB 的遗传算法工具箱求解
• 6.5 计算结果
• 6.6 本章小结
• 7 低频制动振动的特性试验研究
• 7.1 引言
• 7.2 试验仪器与设备
• 7.3 试验方案
• 7.4 试验数据处理
• 7.5 试验数据与结果分析
• 7.6 本章小结与讨论
• 8 总结与展望
• 8.1 本文取得的成果
• 8.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附 录一 攻读学位期间发表论文目录
• d 矩阵的内容'>附录二 K_d矩阵的内容
• 0和B₁ 矩阵的内容'>附录三 B₀和B₁矩阵的内容