引言

制动片与制动盘相互摩擦作用，同时伴随产生摩擦振动和部件振动，引起制动系统NVH，是制动系统产生振动和噪声的源头，越来越引起人们重视。

自由状态的制动盘固有频率是目前普遍研究的重点，但是由于制动过程中受到的制动压力、摩擦力（摩擦力矩）、转速等制动参数和制动盘螺栓约束力等都会影响其模态（约束模态），减少制动盘与其他系统约束模态耦合和共振，可以减少和优化制动系统NVH。利用ANSYS WORKBENCH软件分析实心制动盘A1401P，材质HT250，密度7 200 kg/m3,弹性模量11 000 MPa，泊松比为0.28，研究自由模态和不同状态下约束模态频率和振型变化规律。

约束（固定）设置对模态影响分析

 工作状况下螺栓将制动盘安装面（图1）固定在轮毂面上，因此利用ANSYS分析时，采用不同的约束设置，研究其差异；为了分析加载和约束方便，将不同螺纹孔进行编号,如图1所示。

1.固定设置对模态影响分析

制动盘安装面设置为FIX support,并在不同安装螺纹孔模拟加载约束力（紧固力），分析固定设置约束模态和自由模态变化规律。如表1所示。 通过分析可以得出以下结论：

1）自由模态和约束模态振型和频率明显不同，因此，在进行NVH优化和改进时，需要关注约束模态影响。

2）固定设置下，大小和数量不同的紧固力对约束模态无影响。该分析数据与模态理论和实践相矛盾，故不能采用该约束分析。

3）固定支持设置，在ANSYS分析中类似于BOND接触模式设置分析，其固定面处于整体刚性约束，不产生变形，其振型（图2）和自由模态振型（图3）截然不同。

2.无摩擦支撑设置对模态

影响

制动盘安装面设置无摩擦支撑（实际有摩擦，简化），并在不同安装孔位置模拟施加螺栓紧固力，探究不同状态紧固力对模态影响规律，如表2所示。通过分析可得出如下结论：

1）采用无摩擦支撑及模拟螺栓紧固力约束，ANSYS仿真数据和模态振型符合模态分析理论和实际检测数据，仿真分析和振型云图更为合理。

2）自由模态和无摩擦支撑及不同约束下的模态明显不同（图4）。

3）该分析也证明了装配和试验时，不一致不均匀紧固力，会增大模态变化和差异。

4）在全部安装孔施加足够均匀紧固力，其模态接近固定支撑设置。

制动参数对模态影响

自由模态分析和上述支撑设置下的约束模态分析，都为无制动的“静”模拟分析，可以理解为自由模态分析的扩展。制动盘工作时，转速、加载制动压力、产生摩擦力（力矩）、减加速度，这些制动参数不仅影响安全制动，也影响其振动特性，对于NVH研究有十分重要影响。

1.转速对模态影响分析

利用ANSYS 模拟制动盘转速0～2 160 r/min(相当于0～240 km/h)下，不同转速下的制动盘模态频率变化。通过分析可以看出：

1)转速对于轴向变形趋势的模态影响较大（图5）,例如15～18阶模态；对于径向变形趋势的模态变化较小，如1阶、8～10阶、13～14阶、19～20阶等（图6）。

2)模态各阶频率和转速变化规律也不尽相同，因此实际改善时应关注转速对NVH的潜在影响（图7）。

2.制动压力、制动力矩、制动减速度等制动参数对于模态影响分析

 制动时，在制动盘上施加制动压力，摩擦片和制动盘摩擦产生摩擦力，形成制动力矩，实现车辆减速或者制动目的。因此制动力（制动力矩）的大小取决于制动压力和摩擦系数。在制动盘上按照图8示例，施加制动压力、制动力矩、减速度等各种载荷及约束，分析对模态影响规律并分析，如表3所示。

通过分析得出如下结论：

1）稳定的制动力、制动力矩、制动减速度对模态数据没有影响。

2）在制动系统NVH改进时可以忽略制动力、摩擦力及摩擦力矩对模态频率的影响，但是转速影响不能忽略。

结束语

本文利用大量分析试验，利用ANSYS WORKBENCH模拟单面实心制动盘不同约束、受力等不同参数下,对孤立的制动盘模态数据变化规律及变化趋势进行仿真和分析，可以为产品设计/开发人员、试验人员和质量改善人员，提供制动系统NVH改善和优化思路和方法。

但由于制动过程中，制动压力、制动温度、速度及材料等影响因素非常多，参与制动的配件如制动片、卡钳、底盘及支架等多个部件，各种因素、各种部件的作用也不同，各种因素相互影响，相互叠加，多因素多因子非常明显，因此仅仅通过单一制动盘模拟分析还不够，后续还需逐渐对其他制动部件及装配体进行相关模态分析和不断深入模拟研究，不断完善相关方面的仿真和分析数据，以达到不断优化和改进产品的目的。