11制动教材(新编)方泳龙编著--第五章

121第五章制动器的振动与噪声§5-1制动器振动的分类及其产生原因进行制动时产生的振动、噪声给用户带来不舒服的感觉。所以，降低制动器的振动、噪声是和制动本身的性能、功能同样重要的技术课题。在高速公路上行驶中进行轻微的制动时，汽车的车身、转向器、转向器立柱中的某一部件产生振动，使制动踏板产生脉冲振动。我们把这些现象成为制动器振动。其振动和汽车的速度有关，振动的频率范围一般在15～60Hz。这一制动器的振动是由摩擦材料和制动盘，或者是摩擦材料和制动器制动鼓之间的摩擦引起的。其摩擦力的变化成了振动激振力，从而使制动器的组成部件、悬架、车身部分产生共振。具体地说，当盘式制动器的制动盘或者鼓式制动器的制动鼓的滑动面凹凸不平；当制动鼓相对于旋转中心有偏心的情况；当制动盘的摩擦面上的铁锈引起的局部摩擦系数有变化的时候等等情况下，制动盘或者制动鼓产生摩擦力的变化。由于这些激振力引起悬架系统的共振，引起制动器的振动。影响制动器振动的主要原因如下：⑴制动鼓旋转中心的偏心当把制动鼓安装在汽车上的时，由于安装误差引起制动鼓的中心偏心的情况下，其中心到滑动面距离在圆周上是不相等的，其结果制动鼓旋转一周时摩擦力进行一次变化。⑵缩紧轮毂螺栓的扭矩不相同对鼓式制动器而言，把制动鼓固定在半轴的时候，由于缩紧轮毂螺栓的扭矩不相同情况时有发生。由这些组合件的荷重不同引起制动鼓的倾斜，使滑动面变为椭圆形。结果，制动鼓旋转一周时有两次摩擦力的变化。⑶制动盘、制动鼓的热变形制动时由于制动器摩擦面上产生的热量，引起制动盘、制动鼓的滑动面的膨胀。因为这些滑动面的厚薄偏差和残留应力等原因，可能产生滑动面被破坏或产生热变形。结果，制动盘等旋转一次产生两次摩擦力的变化。这些摩擦力的变化次数取决于滑动面的变化状态，或者与热变形发生次数间隔等有关。⑷制动盘在非制动时的磨损盘式制动器在非制动时往往存在制动盘和制动衬块的轻微接触的现象。于是发生制动盘相对于旋转轴不垂直的现象。当制动盘旋转时候，其摩擦面在受压方向（轴向)旋转一周发生一次强压现象，从而产生制动器拖滑状况。在制动器拖滑行驶中制动盘长时间旋转时，制动盘的局部产生磨损，引起制动盘滑动部的厚度的变化。由此，制动时制动盘旋转122一周发生二次摩擦力的变化。⑸制动盘摩擦面上的铁锈汽车长时间不使用时，制动盘与衬块的接触部位上产生铁锈，和其它部位的局部摩擦系数不相同。其结果，制动盘旋转一周摩擦力变化一次。§5-2制动器振动激振力的作用在有凹凸不平的制动盘的滑动面上，制动器衬块摩擦物体在车轴方向进行振动。由于有这一振动,使制动器液压也进行相同周期的变化，从而引起制动力的周期变化。此时，包括制动器在内的悬架系统,在车轴方向和制动器滑动方向上有同一个共振点时，随着制动盘滑动体旋转速度变化的制动器摩擦力变化频率和这个共振点相一致时喉，悬架往往产生较大的振动。这就表明汽车从高速开始进行制动时,达到某一个车体速度领域使悬架产生共振，从而发生制动器的振动。如图5-1所示为,质量M的物体在弹簧刚度为k的弹簧作用下,受摩擦力f=μN，在x方向进行滑动振动的模型。这里,m为盘式制动器的质量,k为悬架的弹簧刚度,x为制动盘滑动方向的位移,μ为制动器摩擦系数,N为制动器衬块的压紧力.其运动方程如下图5-1摩擦振动模型Nkxxm在前一节⑴～⑸所讲到的那样，把压紧力N能够用周期函数tNNNdsin0来表示。假设把摩擦系数定为常数时，则摩擦力f为tNNfdsin0。如果,在f的最大值附近有kxf的领域的话，质量m开始进行频率为ω的滑动振动。也就是，这一滑动振动的频率取决于压紧力N的周期变化。如果在制动器的滑动方向和滑动体垂直方向上,有相同的123固有振动频率ω，则通过滑动振动相互之间以频率ω来进行激振。该现象结合到盘式制动器时，滑动方向就是制动盘的滑动方向，垂直方向就是制动盘的压紧方向。于是，滑动方向的振动根据制动器安装角度分成悬架的前后方向和上下方向传递给车身。因此可以看出,从这二个方向上具有同一共振点的制动器或者悬架,容易引起制动器的振动。§5-3制动器噪声的分类与影响因素装备自动变速器汽车的增加，汽车在低速进行轻微制动的频率不断增大，从而增加了制动器鸣叫等容易发生制动器噪声的使用条件。对汽车肃静性的要求也越来越高情况下，制动器噪声也不例外。要降低制动器噪声，实现汽车的肃静性的问题变为更重要的课题。制动器噪声在60Hz～15kHz可听范围内存在许多种噪声。这种噪声中有是由外力引起的敲打声似的噪声；也有是由自激振动引起的制动器鸣叫声那样的噪声。因此，这些制动器噪声中分别有制动器本身产生的噪声和振动传递给悬架与车架后引起的噪声。制动器噪声中最常见的制动器鸣叫声一般出现在，轻轻踩下制动踏板时的盘式制动器；制动踏板力很大时的鼓式制动器。但是，盘式制动器和鼓式制动器双方具有以下共同点：①摩擦材料旧的比新的容易出现鸣叫声。②过重地反复进行制动后容易产生鸣叫声。③制动过程的后期产生鸣叫声的现象多。④受大气中湿度的影响,容易产生鸣叫声。其他种类的制动器噪声产生原因也和上述原因相似的情况较多。从这一点充分说明,摩擦材料的摩擦特性的变化对产生制动器噪声的影响。制动器噪声可以分成以下几种。1、敲打声进行制动时在制动衬块上有加紧力作用时，其加紧力是由制动钳来承受的。当制动衬片和制动钳之间的间隙大时,容易发生敲打声。2、嘎嘎声把车辆行驶路面垂直方向的力作为输入力时，制动器衬片等部件产生振动，发生嘎嘎的敲打声。为防止这个噪声的产生，一般把制动衬片用弹簧来进行约束。3、蠕动噪声自动变速器（AT）汽车进行制动情况下，当汽车将要停止之前脚还没有从制动踏板离开时，就发生“咕”的噪声。这一噪声具有复数的频率成分，其频率在60Hz～400Hz范围内。这一噪声产生在制动盘和制动衬片之间的滑动振动，是通过悬架传递给车体后产生的噪声。124一般，采用半金属系列摩擦材料的汽车容易产生这种噪声。这一滑动振动主要是摩擦系数与滑动速度有关，以及静摩擦系数和动摩擦系数差别很大引起的。4、咕声、哼声一般,车辆行驶速度较低时轻轻地踩制动踏板，或者是非制动滑动（制动盘和制动衬块之间的滑动）状态时，发生“咕”的一声的噪声。这一噪声频率一般在200Hz～400Hz范围内。制动钳和制动衬片受制动钳和悬架作为一体的振动模型等的振动特性的影响，有时发生动态的不稳定振动。这一振动通过悬架传递给车体后转变成噪声。这一振动产生的主要原因是制动盘和制动衬片之间的摩擦系数μ值高，或者是摩擦系数μ相对于滑动速度的提高而下降的原因。5、低频率制动器鸣叫声制动器噪声中最一般的就是制动器鸣叫声。对盘式制动器来说，一般在低车速下轻轻踩制动踏板时，发生“喀”的噪声。这一噪声频率在1kHz～4kHz的范围内。一般认为，制动盘边缘弯曲和扭转的共振频率接近时，发生这一振动。从此可以知道，对制动器鸣叫声的影响因素有，盘式制动器的结构因素和部件的固有振动频率；部件之间的接触刚度；摩擦特性等。对摩擦特性来说，这一鸣叫声是由于制动盘和制动衬片之间的摩擦系数μ值高，或者是摩擦系数μ相对于滑动速度的提高而下降的原因。6、高频率制动器鸣叫声高频率制动器鸣叫声是和低频率制动器鸣叫声同样的制动条件下发生的。发生的噪声为“嘁”的音，频率为4kHz以上的谐和函数的噪声，把这个噪声称为高频率制动器鸣叫声。频率在4kHz～15kHz可听域的范围内。可以认为这些现象也基本上和低频率制动器鸣叫声相同机理下发生的。但是，和低频率制动器鸣叫声不同的是，盘式制动器在高频振动中，由动态不稳定振动引起的。7、鼓式制动器的鸣叫声鼓式制动器的鸣叫声是制动踏板力越大越容易发生。这一鸣叫声也是谐和函数的噪声。有2kHz～4kHz的“咳”的噪声和4kHz～10kHz的“嘁”的噪声，其可听域范围很广。发生制动器鸣叫声时候，制动鼓和制动底板进行弯曲振动，而制动蹄进行弯曲振动或者扭转振动，为此制动蹄、制动鼓和制动底板的共振引起制动器鸣叫声。另外，鼓式制动器也有低频率鸣叫声。其鸣叫声是“咕”的谐和函数的噪声，频率为500Hz～1kHz。与高频率鼓式制动器鸣叫声不同的是，主要受悬架的振动特性的影响。8、静噪制动时有时会发生像干毛皮和玻璃相互摩擦时产生的“嘎噜、嘎噜”的特殊非共振噪声，把这一噪声称为静噪。这个噪声的基本频率高，并且一定。由于其振幅连续进行变化，所以产生有节拍的轰鸣声。波谱为非谐和函数，频率在200Hz～500Hz的范围内具有明显的125频率成分。产生静噪的机理还不太明确。9、刷钢丝噪声制动时会产生像用钢丝刷子刷金属表面时发生的非共振噪声，这个噪声称为刷钢丝噪声。刷钢丝噪声的振动频率与制动器鸣叫声的振动频率相同，其振幅进行随机变化。刷钢丝噪声作为发生制动器鸣叫声的先兆经常发生。我们认为，这一噪声是制动系统的动态不稳定振动引起的，是对随机外力的响应。§5-4制动器噪声的激振力制动器噪声是摩擦材料(制动蹄或者制动衬片）和对应材料（制动鼓或者制动盘）之间的摩擦而发生的摩擦振动引起的，这一摩擦振动传递到制动器结构上，引起制动器各部件的共振，并增大振动幅度转变成大的噪声。因此，制动器噪声发生的原因可以说是，摩擦振动和制动器结构引起的增大摩擦振幅作用的结果。1、摩擦系数μ对速度的依赖性在图5-1中表示了摩擦振动模型的滑动现象。众所周知，摩擦系数μ随滑动速度v而变化。在图5-1中，在滑动速度v以速度x进行振动时，其运动方程式表示为如下：0kxxdvdxm从上式可见，当摩擦系数μ相对于滑动速度v具有负的斜率时，具有负的衰减性，其范围愈大愈容易引起自激振动。我们认为，蠕动噪声的激励力等也许是由此引起的。2、动态不稳定振动引起的摩擦激振力盘式制动器鸣叫声是制动器边缘弯曲和扭转的共振频率接近时，把它们连成一起进行摇摆的运动机理是相同的。我们认为，影响制动器鸣叫声的因素有，盘式制动器的结构形状和部件的固有频率、部件之间的接触刚度、摩擦特性等。所以，对于摩擦特性来说，制动盘和制动衬片之间的摩擦系数μ的值越高激振力就越大，从而越容易发生制动器鸣叫声。另外，摩擦系数μ相对于滑动速度的提高而下降的范围愈广愈容易引起制动器鸣叫声。