制动系统是车辆减速装置,起到保持车辆稳定和可靠的作用。盘式制动器是制动系统中最广泛应用的机构,包括旋转制动盘和受夹钳约束的对称摩擦块两部分。其工作原理是通过夹钳提供给摩擦块法向压力,并通过摩擦块和制动盘间的摩擦作用实现减速和停车。盘式制动器是典型的干摩擦系统,设计不合理可能导致制动失稳和噪声等问题。因此,研究盘式制动器的动力学特性,提出系统参数优化的方法具有重要的工程价值和实际意义。本文结合理论分析、解析和数值仿真以及实验探究,研究制动摩擦盘系统动力学特性,具体内容如下:1.建立摩擦块-制动盘和摩擦块-环形梁的动力学方程,其中采用了Stribeck形式的干摩擦模型,并给出有限差分法、伽辽金方法和平均法求解移动载荷问题的步骤。此外,采用非光滑基函数方法对系统降维,将制动盘(环形梁)横向振动的偏微分方程变换成常微分方程。2.考虑制动盘外缘面外(横向)振动,研究满足柔性边界和连续性边界条件的环形梁结构动力学特性。采用有限差分法对环形梁方程数值求解,并根据差分结果,将偏微分方程转化成含有时变刚度的常微分方程,分析不同制动减速度情况下的系统响应。结果表明,当速度低于临界速度时,摩擦块的相对平衡点失稳,变成具有较大幅值的粘滑极限环。研究表明,较大的制动减速度将缩短粘滑自激振动的持续时间;摩擦块和环形梁之间的相对移动作用使系统出现移动模态和时变响应,且非光滑基函数模态在移动载荷处,模态曲线突出,剪力曲线间断。3.采用伽辽金方法对制动盘振动的偏微分方程降维,并通过Runge–Kutta法求解得到的一阶模态振动的常微分方程。根据求解的复特征根研究系统稳定性,并详细分析摩擦块响应的幅值变化分岔图。结果表明:摩擦块切向超临界Hopf分岔,出现相对平衡点失稳,且分岔与载荷周向位置无关;摩擦自激振动初期表现为纯滑动极限环;当转速继续减小到极限环粘滑转折点时,转变为粘滑极限环,且振动幅值增加到最大值,其后幅值持续衰减;由于摩擦块的作用,制动盘横向振动幅值不断增大。采用时域和频域方法,分析了三种典型摩擦自激振动的动力学现象。4.分析制动初始位移(代表制动压力)、接触刚度等系统参数对摩擦块动力学响应的影响。结果表明:在內共振情况的临界速度(Hopf点)高于非內共振情况。由于越大的临界速度导致摩擦失稳越早出现,因此系统振动耦合关系越强,制动过程的摩擦失稳越早;较大的接触刚度和法向压力使得失稳较早出现并伴随较大的幅值;接触刚度对粘滑转折点也有影响。5.考虑随机摩擦系数和制动初始位移对系统稳定性的影响,得到失稳概率分布。结果表明,失稳概率分布存在响应面,其面积受到速度和输入数值的方差影响;且越大的初始位移和摩擦系数使得失稳概率响应面区域越大。6.根据实验和有限元结果,验证部分假设和结论。分析不同节圆和节径对应的制动盘模态,及对称结构的正交弯曲模态和扭转模态,找到摩擦块和制动盘耦合模型的固有频率,并采用动态测试得到旋转圆盘的位移响应。