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仿生刹车片表面结构构建与耐磨性研究
| 论文题名： | 仿生刹车片表面结构构建与耐磨性研究 |
| 关键词： | 汽车制动;仿生刹车片;非光滑表面结构;耐磨性能 |
| 摘要： | 刹车片作为汽车制动过程中非常重要的安全保障部件之一，在行驶过程中往往磨损至三分之一处就需要进行更换，以此来保证制动性能。目前主要通过改变刹车片材料配比成分，以期达到耐磨的目的，但存在研发周期长，耐磨性能不够理想等不足。因此本文利用仿生学的手段，对步甲壳体表面三种不同部位的特征进行提取，将生物非光滑表面纹理和刹车片结构相结合，以此来减少刹车片的磨损，从而提高刹车片的耐磨性和使用寿命。 本文首先对刹车片表面结构进行仿生构建，基于步甲壳体非光滑表面优异的生物特性，通过三维超景深观测系统对壳体不同部位的微观形貌进行分析观察，根据三维软件设计得到具有凹坑、条纹、网格特征的仿生刹车片。 其次通过摩擦磨损实验对比普通刹车片与三种类型仿生刹车片的磨损质量曲线，得出耐磨性能最优的纹理结构为条纹形，通过三维曲线图，得到条纹之间间距的变化对磨损质量的影响更大，条纹宽度次之，只有在宽度与间距合适的情况下才能够达到最佳耐磨效果，其中宽度4mm间距6mm的条纹形刹车片的磨损质量与普通刹车片相比降低1.50g，同比降低64.66%，耐磨性能表现最优，接着从磨损痕迹与磨损高度的角度进一步验证条纹形为最优纹理结构，为保证在不影响制动性能的情况下提升刹车片耐磨性能，对制动盘做热喷涂碳化钨处理，保障制动摩擦系数在额定范围的同时提升了刹车片耐磨性。 然后对具有仿生结构的刹车片进行有限元分析，结果表明仿生刹车片能够使接触表面作用力分布更加均匀，耐磨性均优于普通刹车片，其中凹坑形、条纹形刹车片应力分布情况更理想，宽度4mm间距6mm的条纹形刹车片相较于普通刹车片最大应力下降49.67%，对仿生刹车片进行瞬态温度场分析，得到条纹形、网格形刹车片表现出较好的散热性能，这源于条纹、网格凹槽能够实现刹车片与空气的快速换热，从而有效地降低了因温度迅速升高而引起的热摩擦磨损。 基于昆虫非光滑表面耐磨理论，通过仿真与实验的手段，对刹车片与制动盘这对制动摩擦副进行改进，在不影响制动摩擦系数的同时减少了刹车片的磨损量，对提升刹车片的制动性能具有重要意义。 |
| 作者： | 梅家山 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张邦成;左锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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