交變磁場對制動器摩擦噪聲抑制的試驗研究

鮑久圣 董慧麗 陰妍

摘要： 基于摩?磁復合盤式制動器和模擬制動試驗臺，分析了不同磁場參數(shù)與制動器摩擦噪聲及摩擦磨損行為之間的非線性映射關系，討論了交變磁場對制動器摩擦噪聲的抑制機理。結果表明：磁場可明顯抑制制動器摩擦噪聲的產(chǎn)生，其中磁感應強度的改變對降噪效果更為明顯;低頻磁場對噪聲有較好抑制作用，但磁場頻率過高反而可能會加劇噪聲的產(chǎn)生。磁場具有穩(wěn)摩降噪、潤滑降噪和磁致伸縮的作用機制，其根本原因是改善了界面摩擦磨損特性，增加了氧化磨損的比例，磨屑被細化后充當了固體潤滑劑的作用，使得摩擦界面趨于穩(wěn)定從而達到降噪的效果。研究結果解釋了磁場作用下制動器摩擦噪聲的發(fā)生規(guī)律及抑制機理，可為未來利用磁場治理制動器摩擦噪聲污染奠定理論基礎。

關鍵詞： 降噪; 盤式制動器; 摩擦噪聲; 磁感應強度; 磁場頻率

引 言

制動摩擦噪聲是城市噪聲污染的重要組成部分，嚴重影響著人們的正常生活[1]。隨著汽車數(shù)量的迅速增長，大中城市交通擁堵越發(fā)嚴重，頻繁的起步和剎車大大增加了制動噪聲的產(chǎn)生。影響制動摩擦噪聲的因素較復雜，且噪聲本身具有較大的瞬時性和隨機性，故制動噪聲的抑制成為目前國際性難題[2]。汽車制動引起的噪聲通常被分為抖動、顫振和尖叫等。其中，制動尖叫作為一種典型的技術難點，具有頻率高（1000?16000 Hz）、聲壓級高（60?120?dB）、瞬時性等特點。據(jù)統(tǒng)計，制動尖叫在用戶對汽車制動器的申訴中所占比例高達60%，各大車企每年有近20%的研發(fā)費用均消耗在解決振動及噪聲問題上[3]。因此，研究如何抑制制動噪聲是汽車行業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。

國內(nèi)外學者在抑制制動噪聲領域進行了深入研究，例如，Xu等[4]利用仿真和試驗相結合的方法，提出從改變摩擦片的材料和制動系統(tǒng)設計兩個角度抑制摩擦噪聲。管迪華等[5]得出材質較軟、摩擦因數(shù)較小、長而窄的摩擦片能起到抑制摩擦噪聲的作用。蓋小紅等[6]、莫繼良等[7]證明溝槽的存在可打斷摩擦界面連續(xù)接觸，抑制摩擦尖叫噪聲效果。陳光雄等[8]發(fā)現(xiàn)當金屬?金屬摩擦副出現(xiàn)高聲強級的摩擦噪聲時，其表面磨痕形貌出現(xiàn)麻坑狀，犁溝出現(xiàn)不均勻斷裂，則摩擦副表面粗糙度較大。對于噪聲抑制的研究多集中于通過增加阻尼層、修改制動器結構參數(shù)、修飾制動盤表面、改變摩擦材料等方面，但其僅對高頻噪聲有較好的抑制效果，對低頻噪聲的效果較差。近年來，陸續(xù)有學者發(fā)現(xiàn)磁場對摩擦磨損特性和噪聲有一定的抑制作用，如魏永輝等[9]發(fā)現(xiàn)隨著磁導率增大，摩擦系數(shù)和磨損率有減小的趨勢;Mansori等[10]研究了外加磁場垂直于滑動接觸面時磁化材料的滑動磨損行為;徐敬業(yè)[11]提出磁場可以主動實現(xiàn)對摩擦界面的磨屑和高低頻噪聲的抑制;在文獻[12?15]中，研究人員研制了新型摩?磁復合制動器，可實現(xiàn)磁場的添加及其靈活調節(jié)，探索了導磁制動副的摩?磁耦合行為及其機理。然而目前關于磁場影響摩擦振動噪聲的研究較少，尤其對其抑制機理的研究存在很大不足。因此，探究交變磁場對制動摩擦噪聲的抑制作用具有較強的創(chuàng)新性和前瞻性，且對探尋減振降噪方法具有重要的理論指導及實踐意義。

針對當前研究的不足，本文利用摩?磁復合制動性能試驗臺，開展大量的制動試驗，首先重點探究磁場參數(shù)、摩擦噪聲和摩擦磨損等參數(shù)之間的動態(tài)聯(lián)系;其次，觀測磁場干預下導磁摩擦片的表面形貌及磨屑分布，并分析導磁摩擦片表面元素成分和分布，從而深入研究磁場干預下制動摩擦噪聲的發(fā)生規(guī)律及機理。

1 試驗部分

1.1 試驗設備

本文采用臺架試驗法模擬真實的制動工況，摩?磁復合制動性能試驗臺架如圖1所示。其主要由慣量載荷系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、動力驅動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、摩?磁復合制動器和臺架六部分組成。通過變頻器和電機控制轉速的大小，采用飛輪模擬汽車后輪的轉動慣量，測控系統(tǒng)主要用來監(jiān)測信號，通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)摩擦制動，同時向勵磁線圈通電實現(xiàn)電磁制動。測控系統(tǒng)主要實現(xiàn)實時監(jiān)測制動壓力、摩擦轉矩、主軸轉速和聲振信號，通過GB?DTS扭矩傳感器測量摩擦轉矩，并計算得出摩擦系數(shù);采用AWA?14421型聲學傳感器和CT1010L ICP/IEPE加速度傳感器實時監(jiān)測聲振信號，同時利用恒流適配器對聲振信號分別進行放大、濾波，利用NI MCC1608G數(shù)據(jù)采集卡采集、顯示和記錄數(shù)據(jù)。

試驗采用課題組設計的摩?磁復合盤式制動器[16]，其主要結構有：背板、勵磁線圈、導磁摩擦片（特質材料）、制動鉗支架、制動鉗體和制動盤等，如圖2所示。

背板被改造成兩塊，并由兩個圓柱鐵芯連接的結構，鐵芯上纏繞線圈，每個制動器兩側分別布置2個勵磁線圈，每個線圈匝數(shù)N=438，鐵芯直徑d=24 mm，長度l=30 mm，通過萬用表測量勵磁線圈電阻為7.1 Ω，24 V交流電通過調壓器、變頻器、勵磁線圈，產(chǎn)生的電流范圍為0?5 A;線圈通入電流后，產(chǎn)生的磁場可以穿過背板、鐵芯和導磁摩擦片，可使磁場在制動副摩擦區(qū)域形成完整的回路，真實模擬制動器在磁場環(huán)境下工作的狀態(tài)。

1.2 試驗方案

制動摩擦噪聲本身具有不確定性、瞬時性、多變性，且制動工況的變化對其影響較大。研究表明，摩擦力、摩擦系數(shù)與摩擦噪聲之間存在一定的映射關系，為全面反映噪聲整體的強度和特征，采用等效連續(xù)A聲級（LAeq）和尖叫發(fā)生率（Occ）來表征噪聲特性;采用摩擦系數(shù)μ和摩擦力波動系數(shù)α表征摩擦特性。通過結合制動噪聲和摩擦特性，研究盤式制動器的制動摩擦噪聲產(chǎn)生機理。

制動尖叫影響因素眾多，發(fā)生機理復雜，尖叫的頻率和聲壓級都存在固有的不可重復性、時變性、隨機性和不確定性等特征，即便是制動壓力、速度和溫度都確定，其聲壓峰值也表現(xiàn)出很強的離散性，故尖叫發(fā)生率定義為制動試驗次數(shù)中制動尖叫（LAeq > 70 dB）發(fā)生的頻次[18?19]，其計算公式如下

（1） 不同工況下制動尖叫發(fā)生率試驗方案設計

為了定量研究磁場對摩擦噪聲的影響規(guī)律，選取合適的制動工況是試驗方案的必要條件。通常低速階段更易產(chǎn)生制動摩擦噪聲，故制動初速度選取為5，10，15，20，25 km/h。根據(jù)GB 5763?2008《汽車用制動器襯片》，本方案選取0.98 MPa為制動壓力參考值，考慮試驗臺液壓泵站的能力，取制動壓力分別為0.5，0.75，1.0，1.25，1.5 MPa。采用正交試驗法，將上述2因素（制動初速度和制動壓力）5水平進行排列組合、交叉分組為25種工況，且為確保試驗數(shù)據(jù)的可靠性，在每個工況上進行了3次制動試驗取其平均值。

為模擬真實的制動工況，排除單次制動的偶然性，本方案選取了多次連續(xù)制動，每次制動時間為5?s，兩次相鄰制動時間間隔為30 s，連續(xù)制動次數(shù)為10次。

（2） 不同磁場環(huán)境下制動摩擦噪聲試驗方案設計

在進行大量關于不同工況對制動尖叫發(fā)生率試驗（具體為試驗方案（1））之后，選取以下尖叫發(fā)生率較大的工況如表1所示。將交流電壓調節(jié)至36 V，通過高斯計測量制動器摩擦接觸區(qū)域的磁感應強度，其大小為0.258 T，故選取磁感應強度分別為0，0.06，0.12，0.18，0.24 T;磁場頻率為0，25，50，75，100 Hz。

針對以上三種工況，分別研究磁感應強度和磁場頻率對制動噪聲的影響規(guī)律及其機理。磁感應強度過大或過小都會影響磁場頻率的效果，因此依據(jù)經(jīng)驗選取磁感應強度為0.18 T，研究不同磁場頻率下制動噪聲的變化規(guī)律;同理，選取磁場頻率為50 Hz，研究不同磁感應強度對制動噪聲的變化規(guī)律。此方案采用交叉法開展試驗，各15組試驗，每組開展20次制動試驗，每組重復3次。記錄并整理制動噪聲特征參數(shù)與摩擦特征參數(shù)等。

1.3 試驗結果與分析

1.3.1 制動工況參數(shù)對制動器尖叫發(fā)生率的影響

制動壓力與制動初速度是影響制動摩擦噪聲的重要因素，二者共同決定了制動尖叫發(fā)生率[21?22]，其關系如圖3所示。

從圖中可以看出，制動壓力為1.25 MPa，制動初速度為5?km/h時，制動尖叫發(fā)生率最大（約為35%）;制動壓力為0.5 MPa，制動初速度為25?km/h時，制動尖叫發(fā)生率最?。s為12%）。不同制動工況下，制動尖叫發(fā)生率可能相近。例如，制動壓力為1?MPa，制動初速度為10?km/h;制動壓力為0.75?MPa，制動初速度為5 km/h;這兩種工況的尖叫發(fā)生率均為23%。

從壓力維度來看，制動初速度一定時，隨制動壓力的增加，制動尖叫發(fā)生率表現(xiàn)為先增大后減小。在不同制動初速度下，制動尖叫發(fā)生率均在制動壓力為1.25 MPa時達到最大。制動壓力為0.5?1.25?MPa時，摩擦噪聲呈較為平緩的增長趨勢，這是由于隨著載荷的增大，微凸體間相互嚙合的程度加深，被切削和脫落的材料增加，磨損率上升，摩擦噪聲隨之增加;超過1.25 MPa時，制動尖叫發(fā)生率出現(xiàn)了急劇的下降，分析認為，隨著磨粒磨屑的增多，其不斷被碾壓成層片狀，在一定程度上減少了摩擦磨損，摩擦界面趨于穩(wěn)定，由此產(chǎn)生的振動也會減少，摩擦噪聲也隨之減弱。

從速度的維度來看，制動壓力恒定時，隨制動初速度的增加，制動尖叫發(fā)生率基本呈現(xiàn)不斷減小的趨勢;但減小的變化率有明顯的差異。制動壓力為0.75，1和1.25 MPa時，變化趨勢比較明顯。除此之外，制動尖叫發(fā)生率在低速階段（0?15 km/h）更為明顯，當制動初速度較低時，由于制動過程時間短，摩擦片的溫度突變較大，表面微凸體之間相互擠壓碰撞產(chǎn)生強烈的局部過熱形成冷焊點，發(fā)生剪切脫落，造成黏著磨損且摩擦界面不穩(wěn)定，故低速制動時更容易產(chǎn)生噪聲。同時，制動初速度較高時，磨屑的產(chǎn)生速度大于排出速度，磨屑產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，摩擦表面產(chǎn)生三體磨粒磨損[23]，隔離了摩擦面的直接接觸，摩擦界面相對穩(wěn)定，摩擦尖叫發(fā)生率較小。

1.3.2 磁場參數(shù)對制動器摩擦噪聲的影響

（1） 磁感應強度對制動摩擦噪聲的影響研究

三種不同的制動工況下，開展磁感應強度對制動尖叫發(fā)生率、等效連續(xù)A聲級、摩擦系數(shù)和摩擦力波動系數(shù)四個參數(shù)的影響規(guī)律，試驗結果如圖4所示。

對比圖4（a）和（b），從摩擦學角度分析，摩擦系數(shù)和摩擦力波動系數(shù)在有無磁場時有很大的差異，且均隨著磁感應強度的增大而減小。摩擦表征參數(shù)在不同磁感應強度下的減小速度不同。在0?0.06 T范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)減小速度較慢;在0.06?0.24 T范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)減小速度較快，該現(xiàn)象表明較小磁感應強度的磁場只能輕微的改善制動摩擦行為，對摩擦系數(shù)的影響較小。摩擦力波動系數(shù)整體趨勢在減小，但趨勢越來越平緩。從圖4（c）和（d）中可以看出，磁感應強度越大，制動尖叫發(fā)生率越小;連續(xù)等效A聲級隨磁感應強度的增大明顯降低。磁感應強度為0和0.24 T的試驗工況，對比其制動尖叫發(fā)生率，工況1的尖叫發(fā)生率降低了25%，工況2降低了約18%，工況3降低了約8%;對比其連續(xù)等效A聲級，工況1降低了12%;工況2與工況3均降低了8%。由此可見，磁場在抑制摩擦噪聲產(chǎn)生、降低制動摩擦噪聲強度方面有積極作用。

（2） 磁場頻率對制動摩擦噪聲的影響研究

三種不同的制動工況下，開展磁場頻率對制動尖叫發(fā)生率、等效連續(xù)A聲級、摩擦系數(shù)和摩擦力波動系數(shù)四個參數(shù)的影響規(guī)律，試驗結果如圖5所示。

從圖5（a）可以看出，磁場頻率為25 Hz時，各制動工況的摩擦系數(shù)均達到最低值;磁場頻率位于25?100 Hz時，制動摩擦系數(shù)隨著頻率的增加而逐漸增大。由圖5（b）中可以看出，隨著磁場頻率的增大，摩擦力波動系數(shù)先降低后升高。工況1和工況2在磁場頻率為25 Hz時，摩擦力波動系數(shù)值達到最小;在25 Hz之后摩擦力波動系數(shù)增加，摩擦系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。從圖5（c）中可以看出，制動尖叫發(fā)生率隨磁場頻率的增大，其變化趨勢基本呈現(xiàn)先減少后增加，但變化值均不明顯。磁場頻率在一定程度上對制動尖叫發(fā)生率有部分影響，但具有局限性。從圖5（d）可以看出，制動摩擦噪聲在不同頻率的交變磁場下表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。三種制動工況下，25?Hz交變磁場時制動摩擦噪聲強度最低，高于25?Hz以后制動摩擦噪聲等效連續(xù)A聲級逐漸上升。

綜上所述，低頻磁場噪聲有抑制聲壓的作用，高頻磁場反而增強了噪聲聲壓的大小。磁場頻率的變化對制動摩擦特征影響很小，因為磁場頻率雖能改變摩擦特性，但對摩擦特征的改變幅度較小，不足以引起制動噪聲強度的明顯變化。

2 磁場對摩擦噪聲的抑制規(guī)律及其機理研究

制動摩擦噪聲的產(chǎn)生與制動副表面的磨損有關，分析摩擦副表面磨損特征及元素含量是揭示磁場對制動摩擦噪聲影響機理的有效手段[24]。雖然無法直接捕捉在磁場作用下制動過程中的摩擦學行為，但導磁摩擦片的形貌卻能較好地反映以上信息。觀測磨屑和摩擦面可以分析磨粒磨損的形態(tài)，摩擦片表面形態(tài)的變化是研究摩擦磨損規(guī)律和機理的關鍵。且摩擦片的化學成分與分布特點反映了摩擦副表面間的化學反應和元素遷移，其對摩擦機理的研究同樣十分重要。本文利用SEM（掃描電子顯微鏡）觀測導磁摩擦片的微觀表面形貌特征，分析磁場下的摩擦磨損行為;利用EDS（能譜儀）和BSE（背散射電子成像技術）分析導磁摩擦片表面元素成分和分布[25]。通過對不同磁場條件下導磁摩擦片的微觀形貌、元素分布的分析，探究磁場對制動噪聲的影響進而揭示其機理。

2.1 不同磁場環(huán)境下導磁摩擦片表面磨損分析

從圖6（a），（b），（c），（d）可以得出，隨著磁感應強度的增加，摩擦副界面的磨損狀態(tài)逐漸得到明顯改善。

未加入磁場環(huán)境時，圖6（a）中可以清晰看到表面磨損嚴重，大塊顆粒狀摩擦材料脫落，凹坑的深度與尺寸較大，總體呈現(xiàn)出麻坑狀，甚至部分磨屑發(fā)生聚集與黏結并被填充在凹坑中。摩擦界面的磨損過于劇烈，且此時的噪聲聲壓最大。制動器出現(xiàn)噪聲較大的原因在于摩擦副本身的磨損狀態(tài)嚴重，產(chǎn)生制動性能衰退和顫抖現(xiàn)象。圖6（b）中整個界面犁溝現(xiàn)象少量存在，但剝落區(qū)域和深度都明顯減小，凹坑中存在細小的磨屑，部分顆粒被壓入到摩擦界面中。除此之外，噪聲降低2.8?dB。圖6（c）中磨屑數(shù)量減少、尺寸較小，摩擦面由于摩擦壓實作用整體較平整，犁溝排布較均勻，可明顯觀察到材料剝離與脫落痕跡。凹坑數(shù)量明顯減少，存在部分細小顆粒，依附在表面或者被填充在溝壑中。圖6（d）中沒有明顯大塊物質脫落，只有零星凹坑分布在摩擦界面，顆粒狀的磨屑均勻分布在摩擦界面，整個表面光滑致密。摩擦系統(tǒng)穩(wěn)定性最高，有效抑制了自激振動與制動摩擦噪聲的產(chǎn)生。

由圖6（e），（f）可以得出，磁感應強度不變時，低頻磁場下，導磁摩擦片表面僅有少量凹坑，磨屑數(shù)量較少且多為細小的顆粒;高頻磁場下，導磁摩擦片表面存在明顯的凹坑加深，犁溝現(xiàn)象明顯。

綜上所述，磁場緩解了摩擦界面的磨損，且隨著磁感應強度的增加，磁場減磨效果越明顯，制動摩擦噪聲也隨之降低。磁場頻率對摩擦片減磨效果有一定的改善效果。

2.2 不同磁場環(huán)境下導磁摩擦片表面元素分析

不同磁感應強度下導磁摩擦片磨損表面成分和磨損顆粒分析結果如圖7所示，導磁摩擦片表面元素存在明顯差異。隨著磁感應強度的增加，氧元素所占比例增加，這說明摩擦表面的氧化磨損情況較多。磨屑作為第三體，在摩擦過程中不僅能吸收機械能，而且被反復研磨細化，導致表面積增加，較剛脫離母體時更易于氧化。同時，鐵和鎳的含量均隨著磁感應強度的增加而增加，這說明磁場對脫落的磨屑具有較強的吸附作用，使得磨屑被填充在凹坑中。

摩擦界面各元素的分布情況與存在形式也發(fā)生了改變。從圖7中可以看出，隨著磁感應強度的增加，磨屑變得更為細小，且分布更為均勻。以Fe元素為例，圖7（a）中Fe元素以較大的顆粒形式存在于導磁摩擦片表面，形狀不規(guī)則。圖7（b）與（c）中Fe元素的顆粒明顯細化，尺寸較小且均勻分布。這些現(xiàn)象均表明，磁場使得導磁摩擦片表面發(fā)生物理與化學變化，物質成分的比例發(fā)生變化。

2.3 交變磁場影響制動噪聲發(fā)生機理的討論

綜上所述，對比有無磁場的試驗工況，很明顯添加磁場使得摩擦系數(shù)、摩擦力波動系數(shù)以及等效連續(xù)A聲級均減小，且摩擦界面的磨損狀態(tài)明顯得到緩解;這是由于磁場增強了順磁性物質的化學吸附能力，促進了摩擦界面的氧化膜的形成，磨損狀態(tài)被緩和[26]。且磁場對鐵磁性材料的吸附作用，磨屑吸附在制動盤反復被研磨，改變了導磁摩擦片表面的微觀狀態(tài)[27]。磁感應強度越高，摩擦系數(shù)與摩擦力波動系數(shù)越小，摩擦界面凹坑越少。但當磁感應強度超過摩擦材料的飽和值，導磁摩擦片中的鐵磁性材料在磁場作用下，因磁化現(xiàn)象發(fā)生了幾何尺寸可逆變化，即磁致伸縮效應[28]。磁致伸縮現(xiàn)象和摩擦應力的結合，使導磁摩擦片金屬相或組織結構發(fā)生變化，最終導致其整體的強度和硬度均得到提高，從而耐磨性得到增強[29]。根據(jù)摩擦導致的自激振動機理可知，磁場使得制動摩擦系統(tǒng)穩(wěn)定，制動摩擦噪聲以摩擦力為激勵力，摩擦磨損得到緩解，摩擦力波動系數(shù)較小，對產(chǎn)生其噪聲的能量饋入就會減小，自激振動減弱，因此摩擦噪聲不論從產(chǎn)生概率還是從強度均得到抑制。上述現(xiàn)象共同說明了磁場具有減磨降噪的作用。

在磁場作用下，磁化狀態(tài)導致導磁摩擦片產(chǎn)生磁致伸縮效應，磁致伸縮效應降低了材料內(nèi)應力，增加了材料塑性，位錯遷移速度的增加相當于硬化材料表面的作用，因此變相增強了摩擦副耐磨性。但是磁場頻率過高時，位錯速度過快，材料迅速聚集在接觸表面成為裂紋源，加速接觸點斷裂而成為磨屑，從而磨損現(xiàn)象加劇;同時，由洛倫茲力、線磁致伸縮和體磁致伸縮機理綜合作用在鐵磁材料中激發(fā)出超聲波，最終超聲波產(chǎn)生的能量轉化為噪聲，導致鐵磁材料產(chǎn)生的聲壓和噪聲發(fā)生率加劇[30]。

此外，制動器摩擦磨損是包含黏著磨損、氧化磨損、犁削和剝層等現(xiàn)象的混合磨損機制，其中黏著磨損是磨損的主要方式。一方面，磁場的添加使磨損的程度減小，摩擦界面更加平整光滑，穩(wěn)定了摩擦系數(shù)，摩擦振動與噪聲的傾向降低，如下式所示

F與摩擦副之間的有效接觸面積S成正比，與B的平方成正比，摩擦片與制動盤相互嚙合接觸，磁感應強度B與接觸面積S越大，磁吸力F越大，嚙合越嚴密，因而摩擦副振動越小，提高了工作的平穩(wěn)性，降低了振動噪聲[31]。磁場的存在使得摩?磁制動副相互吸引嚙合接觸，接觸面積的增加使得摩擦系統(tǒng)的波動減小。

另一方面，將磁場摩擦學與摩擦噪聲發(fā)生機理相結合，可以通過磁荷模型解釋振動噪聲減弱，由于導磁摩擦片在制動過程中產(chǎn)生釹鐵硼、Fe3O4等鐵磁性磨屑，其主軸線與外部磁場方向夾角為θ，兩極分別會產(chǎn)生+m與-m的磁荷[32];隨著交變磁場對磨屑的磁化，磨屑受到力偶的作用發(fā)生旋轉，最終磁性磨屑顆粒的磁軸方向與外磁場方向平行，磨屑顆粒受力如圖8所示。

交變磁場決定了磁場力，磁場的存在不僅使得鐵磁性磨屑被吸附在摩擦表面，而且也會夾雜其他顆粒狀磨屑，鐵磁性磨屑產(chǎn)生布朗運動。且由于磁場對磨屑的磁吸引作用，降低了摩擦界面間的直接接觸，使磨損狀態(tài)得到緩和。磨屑承擔摩擦副間的“第三體”的角色，起到隔離作用，阻止了摩擦界面的直接接觸，且第三體磨料對母體造成磨料磨損的作用微弱，黏著和犁削現(xiàn)象都得到緩和。在高頻磁場下，在磁場力與分子力的作用下，磁性磨屑在交變磁場中的動態(tài)行為越顯著，頻繁的磁化導致鐵磁性磨屑產(chǎn)生彈性振動及呈現(xiàn)出黏著與聚集的狀態(tài)，相對低頻磁場作用下，增加了摩擦界面的自激振動[33];在低頻磁場的制動過程中，磨屑一直做往復運動，被研磨時間越長，磨屑的顆粒體積越小，且不斷被填充在凹坑中，使得摩擦界面更為光滑，同時細小的磨屑可起到類似滾珠或固體潤滑劑的作用，減少了摩擦磨損，微凸體之間的切削與塑性變形減少，摩擦振動的激勵源隨之減弱，摩擦噪聲相對降低[34]。磨屑的研磨與細化作用也是降低制動噪聲的原因之一。

3 結論與展望

本文通過開展不同磁感應強度和磁場頻率下的摩擦噪聲及其摩擦磨損性能試驗，研究磁場對不同制動工況下制動器摩擦噪聲的影響規(guī)律及其機理，主要結論如下：

1） 低速高壓更易于產(chǎn)生制動噪聲;磁感應強度較大時，摩擦力波動系數(shù)與摩擦系數(shù)的變化趨勢均得到緩解，摩擦系統(tǒng)自激振動也因此減弱，摩擦噪聲聲壓降低。磁場頻率的改變對降噪有一定的局限性，低頻抑制摩擦噪聲，高頻反而具有促進作用。

2） 磁場可明顯抑制摩擦噪聲的產(chǎn)生，原因如下：

a. 磁場具有減磨降噪的作用。磁場通過促進氧化磨損，改善摩擦片摩擦磨損狀態(tài)，使摩擦副相互吸引嚙合接觸，波動減小，摩擦振動減弱，起到了耐磨的作用，最終降低摩擦噪聲產(chǎn)生的概率和聲壓大小。

b. 磁場具有磁致伸縮效應。當磁感應強度超過飽和值后，產(chǎn)生體積磁致伸縮效應。摩擦材料整體的強度、硬度和耐磨性增強;低頻磁場時材料的位錯遷移速度增加而迅速聚集在一起使表面硬化，耐磨性增強。但高頻磁場下，位錯遷移速度過快，接觸表面形成裂紋源，加速接觸點的斷裂，磨損反而加劇。

c. 磁場具有潤滑降噪的作用。磁場對磨屑有吸附作用，磨屑被細化為更小的顆粒且承擔固體潤滑劑的角色，促進氧化膜的形成，降低摩擦力的波動，從而導致摩擦噪聲的降低。

本文通過試驗研究和理論分析，掌握了磁場對盤式制動器摩擦噪聲的影響機理。但是由于制動摩擦噪聲受多種因素的影響，且時間和試驗手段有限，本文的研究工作仍然存在不足之處，有待進一步研究：

1） 論文主要是交變磁場對制動器摩擦噪聲的試驗研究和抑制規(guī)律的總結，今后宜建立相關的數(shù)學模型或統(tǒng)計模型進一步闡述機理的研究，且希望在今后的工作中可找出完全抑制摩擦制動噪聲的參數(shù);

2） 本研究表明磁場可以抑制制動摩擦噪聲，為減輕制動摩擦噪聲提供了一種可行的方法，建立磁場力變化引起制動尖叫的動力學模型，闡明其機理及參數(shù)影響規(guī)律是今后亟待研究的問題。

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