第57卷 第3期Vol. 57 No. 3
2019年3月
March 2019农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2019.03.014
盘式制动器模态分析与阻尼测试
张雪刚,曾康
（200093 上海市 上海理工大学 机械工程学院）
[摘要] 基于有限元理论和试验模态方法，对盘式制动器进行模态分析。通过CATIA软件建立制动盘的三
维几何模型，之后导入到有限元软件ABAQUS中进行模态分析，得到制动盘的固有频率和模态振型。利
用DASP和RTE两种设备对制动盘进行模态试验，得到制动盘的固有频率，并与有限元仿真的结果做对比。
结果表明，利用3种方法测得的固有频率相差很小，误差在允许范围内，试验结果和仿真结果可以接受。
最后，利用DASP和RTE两种设备测量制动盘的阻尼并做对比，所得的研究成果为进一步提高盘式制动
器制动性能提供了可靠试验依据。
[关键词] 盘式制动器；模态分析；固有频率；阻尼；ABAQUS；DASP；RTE
[中图分类号] U463.51 [文献标识码] A [文章编号] 1673-3142(2019)03-0062-05
Modal Analysis and Damping Test of Disc Brake
Zhang Xuegang, Zeng Kang
(School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China) [Abstract] Based on finite element theory and experimental modal method, modal analysis of disc brakes is carried out. The 3D geometric model of the brake disc is established by CATIA software. Then, import the model into the finite element software ABAQUS for the modal analysis to obtain the natural frequency and mode shape of the brake disc. At the same time, the modal test of the brake disc is carried out by using two kinds of equipment, DASP and RTE. The natural frequency of the brake disc is obtained and compared with the result of the finite element simulation. The results show that the difference between the natural frequencies measured by the three methods is very small, the error is within the allowable range, and the experimental results and the simulation results can be accepted. After that, the damping of the brake disc is measured by using two kinds of DASP and RTE equipment, and the results obtained provide a reliable experimental basis for further improving the brake performance of disc brake.
[Key words] brake disc; modal analysis; natural frequency; damping; ABAQUS; DASP; RTE
0 引言
盘式制动器具有结构简单、体积小、制动力矩大、操作维护方便等特点，是目前常用的一种安全制动装置，被广泛应用于车辆、矿井提升机、带式输送机等各个领域。制动盘在制动过程中产生制动噪声，制动噪声的频率范围较宽，通常可以分为1 kHz以内的低频噪声和1 kHz以上的高频噪声。低频噪声主要包括groan和judder，高频噪声主要包括squeal，而实际中发生较多的噪声问题是频率在1 kHz以上的高频制动尖叫声[1~2]。制动噪声长期以来一直困扰着汽车制造商，消除和限制制动噪声是一个迫切需要解决的课题。
制动噪声发生机理和影响因素比较复杂，20世纪80年代中期以来，许多学者从制动器结构设计角度研究制动尖叫的发生机理。文献[3-4]借助于有限元和模态综合技术，建立了盘式制动器制动尖叫的摩擦耦合模型，文献[4]的试验表明，制动尖叫的频率主要集中在1~10 kHz之间。文献[5]针对制动噪声，进行了盘式制动器零部件实模态分析，认为制动器各零部件动力学参数匹配不当是引起制动尖叫的主要因素，并通过建立制动器的动力学模型，从理论上对制动尖叫进行定性定量的分析。本文基于有限元理论和试验模态方法，对制动系统中的关键部件制动盘进行模态分析，以了解制动噪声的动态特性，为制动盘设计和结构优化提供一些有意义的依据。
1 模态分析基本理论
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型，通
收稿日期: 2018-03-08 修回日期: 2018-03-16
