一种摩擦片及其优化摩擦片减少不均匀磨损的方法技术

本发明专利技术提供了一种优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，包括如下步骤：建立制动盘和摩擦片模型；对制动盘和摩擦片进行网格划分；通过有限元软件进行热机耦合分析；根据温度场和接触压力场，得出摩擦副离散点的应力值；通过PB实验设计确定影响因子最大的参数，得出离散点的一阶拟合曲线；通过响应面设计方法得出最优解。本发明专利技术可以预测不均匀接触压力的影响，同时通过改变设计变量来比较磨损的不均匀度，因此本发明专利技术适用范围广，可以广泛应用于设计各类接触的干摩擦磨损分析中。

Friction disc and method for reducing uneven wear by optimizing friction disc

The invention provides a method for optimizing the friction disc to reduce uneven wear, including the following steps: establishing the model of the brake disc and the friction disc; meshing the brake disc and the friction disc; conducting the thermo-mechanical coupling analysis through the finite element software; obtaining the stress value of the discrete point of the friction pair according to the temperature field and the contact pressure field; The parameters with the greatest influence factor are determined by PB experimental design, and the first-order fitting curve of discrete points is obtained, and the optimal solution is obtained by response surface methodology. The invention can predict the influence of uneven contact pressure and compare the unevenness of wear by changing the design variables. Therefore, the invention has wide application range and can be widely used in dry friction and wear analysis of various contact designs.

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦片及其优化摩擦片减少不均匀磨损的方法
本专利技术涉及机动车的摩擦片领域或者磨损优化设计领域，特别涉及一种摩擦片及其优化摩擦片减少不均匀磨损的方法。
技术介绍
汽车盘式制动器摩擦片的不均匀磨损是汽车制动过程中经常发生的工程问题。磨损会影响摩擦片的使用寿命，不均匀磨损会使得检测失准。因此摩擦片的不均匀磨损已经成为当前难题之一。随着我国汽车保有量的剧增，盘式制动器广泛应用，摩擦片的磨损问题倍受关注。现有技术中，通过优化摩擦片来减少磨损及其不均匀度，通常根据实际需要设计出产品，然后对产品施加载荷进行实验，如果达不到要求，再重新设计再实验，这样循环往复，此过程耗时很长，而且需要优化的参数很多，需要进行大量的测试，成本很高，效率低下。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种摩擦片及其优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，可以进行最少的实验次数得到优化结果，提高了效率，避免浪费时间。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，包括如下步骤：建立制动盘和摩擦片模型；对制动盘和摩擦片进行网格划分；通过有限元软件进行热机耦合分析；根据温度场和接触压力场，得出摩擦副离散点的应力值；通过PB实验设计确定影响因子最大的参数，得出离散点的一阶拟合曲线；通过响应面设计方法得出最优解。进一步，所述网格划分中的单元类型为六面体八节点热力耦合单元C3D8T，用于提高计算精度，确保计算收敛。进一步，所述热机耦合分析的条件为：制动盘和摩擦片为固体材料，沿各个方向上的力学性能完全相同，满足各向同性和均匀性；制动盘和摩擦片内部无热源；静力分析采用准静态方式。进一步，所述得出摩擦副离散点的应力值具体为：将摩擦面划分为进摩擦区、中部和出摩擦区，在所述进摩擦区、中部和出摩擦区内各选取7个节点；将各个所述的节点一一对应到通过有限元得到的温度场和接触压力场的云图，得到各个所述节点的应力值。进一步，所述通过PB实验设计确定影响因子最大的参数具体为：选取若干摩擦片外形尺寸作为可优化参数，通过PB实验设计确定影响因子最大的参数，根据得到的影响因子最大参数的取值范围，排列组合；根据不同的排列组合，重复建立制动盘和摩擦片模型、对制动盘和摩擦片进行网格划分、通过有限元软件进行热机耦合分析和根据温度场和接触压力场，得出摩擦副离散点的应力值的步骤，得出不同的排列组合中的各个离散点的应力值；根据不同的排列组合中的各个离散点的应力值绘制一阶拟合曲线，所述一阶拟合曲线斜率作为不均匀接触压力分布的指标。进一步，所述通过响应面设计方法得出最优解具体为：离散点的一阶拟合曲线和影响因子最大的参数通过响应面分析方法，得到二阶回归模型函数，作为一阶拟合曲线斜率的响应面，通过方差分析，确定可靠度，最终确定二阶回归模型函数的最小最优解。一种通过优化摩擦片减少不均匀磨损的方法制得的摩擦片，所述摩擦片两中心槽距离D1取值范围为：22<D1<28mm；摩擦片倒角的径向长度D4取值范围为：8<D4<14mm。进一步，所述摩擦片两中心槽距离D1为25mm；摩擦片倒角的径向长度D4为11mm。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，利用响应面设计原理，选取影响因子最大的参数作为因子，进行最少的实验次数得到优化结果，提高了效率，避免浪费时间。2.本专利技术所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，采用二阶回归模型函数，可以预测不均匀接触压力的影响，同时通过改变设计变量来比较磨损的不均匀度，因此本专利技术适用范围广，可以广泛应用于设计各类接触的干摩擦磨损分析中。3.本专利技术所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，采用二阶回归模型函数，通过减少磨损的不均匀度，从而提高摩擦片的使用寿命。4.本专利技术所述的摩擦片，通过所述摩擦片两中心槽距离D1和摩擦片倒角的径向长度D4的取值范围在优化范围，可以实现减少磨损的不均匀度，从而提高摩擦片的使用寿命。附图说明图1为本专利技术所述摩擦片与制动盘网格划分图。图2为本专利技术所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法流程图。图3为本专利技术所述的摩擦片离散点选取示意图。图4为本专利技术所述的摩擦片可优化尺寸参数具体位置图。图5为本专利技术所述影响因子最大参数的一组排列的各离散点应力值折线图。图6为本专利技术所述摩擦片接触面内检测点分布图。图7为本专利技术所述优化前后的摩擦片各检测点磨损量分布图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本专利技术实施例中构成接触对的两个零件包括一个摩擦片和一个环形制动盘，摩擦片在给定的1Mpa接触压力压紧制动盘，并且和制动盘以恒定的转速15r/s进行旋转，两零件接触面直接无润滑，摩擦系数为0.37。本实施例中，制动盘转动一周的时间内，摩擦片处于接触磨损状态，而制动盘处于间接磨损状态，因此在整个制动过程期间摩擦片的磨损量远大于制动盘的磨损量，本实施例中只考虑摩擦片的磨损，将制动盘当作刚体处理。如图2所示，本专利技术所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，包括如下步骤：建立制动盘和摩擦片模型；如图1所示，采用三维建模软件CATIA建立制动盘和摩擦片的1:1模型，忽略其他部件。由于制动盘和摩擦片在结构和热传导上均具有对称性，因此，只取制动盘和摩擦片的一半模型组成摩擦副，对其进行热机耦合分析。对制动盘和摩擦片进行网格划分；运用Hypermesh软件对制动盘和摩擦片进行网格划分，为能够收敛，单元类型采用六面体八节点热力耦合单元C3D8T，保证计算精度。制动盘材料为珠光体灰铸铁HT250，摩擦片材料为树脂基复合摩擦材料，制动盘密度为7220kg/m3，泊松比为0.30，摩擦片密度为1550kg/m3，泊松比为0.25，其材料参数详见机械设计手册。通过有限元软件进行热机耦合分析；热机耦合分析需保证以下三点：制动盘和摩擦片均满足各向同性和均匀性；模型所有变形均未进入塑性阶段。且没有阻尼，因此材料内部无热源；制动过程中，主要作用力为接触压力和摩擦力，忽略惯性力的影响，因此静力分析采用准静态方式。制动过程材料内部热传导满足方程：式中：ΔΦ＝Φ(x,t)为温度场变化量；ρ,c和k分别为材料密度、比热容和导热系数。摩擦热流边界条件为：式中：为Φ的梯度方向；n为热流边界的单位法向量；μ为接触点的摩擦因数；p为接触压力；vr为相对滑动速率。对流换热边界条件为：式中：ht为对流换热系数；Φa为冷源温度。热传导方程的有限元格式为：CΦΔΦ+KΦΔΦ＝ΔPq(p)+ΔPH式中：CΦ为热容矩阵；KΦ为热传导矩阵；Φ为节点温度向量；ΔPq为由摩擦生热引起的载荷增量向量，是接触压力p的函数；ΔPH为由对流散热引起的载荷增量向量。考虑热变形的静力分析有限元格式为：Kuu-KuΦΔΦ＝fu式中：Ku为节点位移对节点力的贡献矩阵；KuΦ为节点温升对节点力的贡献矩阵；u和fu分别为节点位移向量和节点力向量。根据温度场和接触压力场，得出摩擦副离散点的应力值；具体为：将摩擦面划分为进摩擦区、中部和出摩擦区，在所述进摩擦区、中部和出摩擦区内各选取7个节点；将各个所述的节点一一对应到通过有限元得到的温度场和接触压力场的云图，得到各个所述节点的应力值，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，其特征在于，包括如下步骤：建立制动盘和摩擦片模型；对制动盘和摩擦片进行网格划分；通过有限元软件进行热机耦合分析；根据温度场和接触压力场，得出摩擦副离散点的应力值；通过PB实验设计确定影响因子最大的参数，得出离散点的一阶拟合曲线；通过响应面设计方法得出最优解。

【技术特征摘要】
1.一种优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，其特征在于，包括如下步骤：建立制动盘和摩擦片模型；对制动盘和摩擦片进行网格划分；通过有限元软件进行热机耦合分析；根据温度场和接触压力场，得出摩擦副离散点的应力值；通过PB实验设计确定影响因子最大的参数，得出离散点的一阶拟合曲线；通过响应面设计方法得出最优解。2.根据权利要求1所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，其特征在于，所述网格划分中的单元类型为六面体八节点热力耦合单元C3D8T，用于提高计算精度，确保计算收敛。3.根据权利要求1所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，其特征在于，所述热机耦合分析的条件为：制动盘和摩擦片为固体材料，沿各个方向上的力学性能完全相同，满足各向同性和均匀性；制动盘和摩擦片内部无热源；静力分析采用准静态方式。4.根据权利要求1所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，其特征在于，所述得出摩擦副离散点的应力值具体为：将摩擦面划分为进摩擦区、中部和出摩擦区，在所述进摩擦区、中部和出摩擦区内各选取7个节点；将各个所述的节点一一对应到通过有限元得到的温度场和接触压力场的云图，得到各个所述节点的应力值。5.根据权利要求1所述的优化摩擦片减少不均匀磨损的方法，其特征在于，所述通过PB实验设计确定影响因子最大的参数具体为：选取若...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘公宇，蔡荣誉，李韵，朱瑞，陈磊，周海超，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32