摘要 固有频率是物体进行自由振动过程中,系统固有特性所造成的振动频率,固有频率往往受系统的刚度、质量以及阻尼决定。加强对刹车片固有频率的理论研究,可改善优化系统的工作状态,降低盘式制动器的振动噪音,为此本文将在理论分析的基础上,对两种摩擦材料(半金属与新型复合材料)的刹车片展开实例分析,最终得出盘式刹车片的固有频率高低与摩擦材料比模量密切相关。
关键词 固有频率;理论分析;盘式刹车片;比模量汽车刹车片
刹车片是汽车刹车系统安全的关键所在,往往直接决定汽车的刹车效果,盘式刹车片可提升汽车卡盘的稳固性,避免刹车片松动,是目前汽车制造中常用零件之一。刹车片工作期间,受系统自身质量、外部环境激励等影响,将在很大程度上改变振动频率(即激励力频率),若该频率接近某一阶固有频率时,系统工作状态将发生恶化,发生共振并产生噪音。若想更好的降振减躁,提升盘式刹车片的应用价值,掌握刹车片固有频率相关理论特点至关重要。
1 盘式刹车片固有频率理论分析
依据盘式刹车片的结构特点,其结构近似于矩形厚板模型,通常需要按照薄板模型理论进行计算,待薄板各阶的固有频率确定后,再借助频率厚化系数进行修正。计算所需的厚化系数是由厚板边界特点、结构形式、泊松比等决定的,可通过查询机械振动手册得出。张扬[1]等人研究报道得出,厚板频率因受到转动惯量与切变形等因素影响,其频率较薄板频率要小,故而频率厚化系数<1。
参照薄板振动理论,薄板各阶固有频率()与各因素间存在如下关系: ;h为薄板厚度,ρ为密度,D0则为薄板抗弯刚度[2];其中薄板抗弯刚度又受泊松比()、弹性模量(E)板厚(h)等因素决定,且公式表达为:D0=(Eh3)/[12(1-2)];将以上两式联合,可得出。
以表示频率厚化系数,厚板固有频率()可有如下公式表示:=。由以上推断得出<1,且与泊松比()、厚板边界特点、结构等有关,而与厚板密度(ρ)、厚度(h)、弹性模量(E)等无关,故而当相关变量一定时,值将确定不变,比模量(即E/ρ)越大、h越大,相对应的将越高。