臺灣博碩士論文加值系統

摘要
汽車緊急煞車時常會發出刺耳的尖嘯音，為了改善這種不受歡迎的聲音，可以從煞車的設計著手。本文即在建立碟式煞車產生尖嘯音的有限元素及邊界元素分析模型，同時做了設計參數的許多變化，來探討對煞車尖嘯音的影響。
文中碟盤於煞車時的振動反應，是利用ANSYS軟體來分析，選用立體元素來模擬碟盤，以接觸元素模擬來令片與碟盤之間的摩擦情況。另外利用SYSNOISE軟體進行碟盤因煞車而振動時的幅射聲場分析。其作法是將SYSNOISE軟體匯入ANSYS軟體的轉置檔，在這個轉置檔存有ANSYS內碟盤設定的相關資料，包括密度、波松比、楊氏係數以及碟盤表面節點的振動量，再由SYSNOISE分析碟盤的幅射聲場。
本文在煞車聲場分析模式建立後，即對設計參數，包括煞車力、來令片與碟盤之間的摩擦面積、摩擦係數、碟盤材質等進行下列參數的變化，來探討其煞車噪音量大小及頻譜特性：
煞車力 ：100 N、200 N、300 N、400 N
摩擦面積：大( )、中( )、小( )
摩擦係數：0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55
碟盤材質：不鏽鋼、陶瓷、灰鑄鐵

結果發現：分析的結果是相差 2 ~ 3 dB和相差 7 ~ 10 dB，尖嘯音則有可能是線音源或是面音源。在參數的改變中，煞車力大小的影響是最大的。

目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 xii
第一章 導論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 煞車的介紹 1
1.2.1 煞車作動的原理 1
1.2.2 碟式煞車的作動原理 2
1.2.3 碟式煞車的結構 3
1.2.4 碟式煞車力道的傳導媒介 3
1.3 文獻回顧 4
1.3.1 煞車的摩擦問題 4
1.3.2 煞車尖嘯音的特性 6
1.3.3 煞車尖嘯音的分析 6
1.3.4 碟盤的自然模態和振動模態 7
1.3.5 煞車的機械作動 7
1.3.6 有限元素法模擬碟盤煞車 8
1.4 研究方法與研究流程 9
第二章 碟式煞車盤振動及輻射噪音分析的理論基礎 11
2.1 碟式煞車盤振動的模態分析 11
2.2 碟式煞車盤振動的頻率響應函數 14
2.3 碟式煞車盤的頻率響應分析 15
2.4 聲音幅射方程式 17
2.4.1 有限元素法 17
2.4.2 直接邊界元素法 18
2.4.3 間接邊界元素法 18
2.5 聲音音量的評估 19
2.5.1 聲音能量的度量 19
2.5.2 分貝(deciBel；dB) 19
2.5.3 加權分貝 20
2.5.4 聲音功率位準(Sound Pressure Level；PWL) 21
2.5.5 聲音壓力位準(Sound Pressure Level；SPL) 21
2.5.6 分貝的合成 21
第三章 FEM 用於碟盤的振動分析 22
3.1 有限元素法 22
3.1.1 有限元素法的介紹 22
3.1.2 有限元素軟體 ANSYS的應用 23
3.2 碟盤在 ANSYS 的分析 24
3.2.1 ANSYS 設定的流程 24
3.2.2 ANSYS 的分析與結果 29
3.3 進行參數的改變 30
3.3.1 摩擦係數的改變 30
3.3.2 來令片施力在碟盤上的大小之改變 42
3.3.3 摩擦面積的改變 50
3.3.4 碟盤材質的改變 59
第四章 BEM 用於碟盤的噪音分析 66
4.1 邊界元素法 66
4.1.1 邊界元素法的介紹 66
4.1.2 邊界元素軟體 SYSNOISE 的應用 66
4.2 碟盤在 SYSNOISE 的分析 68
4.2.1 ANSYS 匯入 SYSNOISE 的過程 68
4.2.2 SYSNOISE 所做的分析 69
4.2.3 SYSNOISE 的分析與結果 70
第五章 碟式煞車對煞車噪音的相關參數探討 78
5.1 ANSYS 分析的結果 78
5.1.1 摩擦係數改變所得到的結果 78
5.1.2 來令片施力在碟盤上大小改變的結果 79
5.1.3 摩擦面積改變的結果 81
5.2 SYSNOISE 分析的結果 82
5.2.1 摩擦係數改變所得到的結果 82
5.2.2 來令片施力在碟盤上大小改變的結果 83
5.2.3 摩擦面積改變的結果 83
5.2.4 碟盤材質改變的結果 84
第六章 結論與建議 85
參考文獻 86



圖目錄
圖 1.1 煞車的作動 2
圖 1.2 碟式煞車的結構圖 3
圖 1.3 研究方法及流程圖 10
圖 2.1 加權分貝曲線 20
圖 3.1 應用 ANSYS 程式的分析流程 26
圖 3.2 碟盤的前視圖 27
圖 3.3 碟盤的側視圖 27
圖 3.4 碟盤網格的前視圖 28
圖 3.5 碟盤網格的側視圖 28
圖 3.6 碟盤圓盤的簡單示意圖 29
圖 3.7 摩擦係數為0.3、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 30
圖 3.8 摩擦係數為0.3、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 30
圖 3.9 摩擦係數為0.3、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 31
圖 3.10 摩擦係數為0.3、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 31
圖 3.11 摩擦係數為0.35、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 32
圖 3.12 摩擦係數為0.35、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 32
圖 3.13 摩擦係數為0.35、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 33
圖 3.14 摩擦係數為0.35、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 33
圖 3.15 摩擦係數為0.4、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 34
圖 3.16 摩擦係數為0.4、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 34
圖 3.17 摩擦係數為0.4、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 35
圖 3.18 摩擦係數為0.4、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 35
圖 3.19 摩擦係數為0.45、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 36
圖 3.20 摩擦係數為0.45、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 36
圖 3.21 摩擦係數為0.45、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 37
圖 3.22 摩擦係數為0.45、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 37
圖 3.23 摩擦係數為0.5、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 38
圖 3.24 摩擦係數為0.5、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 38
圖 3.25 摩擦係數為0.5、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 39
圖 3.26 摩擦係數為0.5、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 39
圖 3.28 摩擦係數為0.55、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 40
圖 3.29 摩擦係數為0.55、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 41
圖 3.30 摩擦係數為0.55、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 41
圖 3.31 施力100N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 42
圖 3.32 施力100N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 42
圖 3.33 施力100N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 43
圖 3.34 施力100N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 43
圖 3.35 施力200N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 44
圖 3.36 施力200N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 44
圖 3.37 施力200N、碟盤在 時，半徑 0.3r、0.5r、0.8r的振動量 45
圖3.38 施力200N、碟盤在 時，半徑 0.3r、0.5r、0.8r的振動量 45
圖 3.39 施力300N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 46
圖 3.40 施力300N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 46
圖 3.41 施力300N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 47
圖 3.42 施力300N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 47
圖 3.43 施力400N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 48
圖 3.44 施力400N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 48
圖 3.45 施力400N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 49
圖 3.46 施力400N、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 49
圖 3.47 小摩擦面積 50
圖 3.48 小摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 50
圖 3.49 小摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 51
圖 3.50 小摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 51
圖 3.51小摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 52
圖 3.52 中摩擦面積 53
圖 3.53 中摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 53
圖 3.54 中摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 54
圖 3.55 中摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 54
圖 3.56 中摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 55
圖 3.57 大摩擦面積 56
圖 3.58 大摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 56
圖 3.59 大摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 57
圖 3.60 大摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 57
圖 3.61 大摩擦面積、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 58
圖 3.62 材質為不鏽鋼、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 59
圖 3.63 材質為不鏽鋼、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 59
圖 3.64 材質為不鏽鋼、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 60
圖 3.65 材質為不鏽鋼、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 60
圖 3.66 材質為陶瓷、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 61
圖 3.67 材質為陶瓷、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 61
圖 3.68 材質為陶瓷、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 62
圖 3.69 材質為陶瓷、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 62
圖 3.70 材質為灰鑄鐵、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 63
圖 3.71 材質為灰鑄鐵、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 63
圖 3.72 材質為灰鑄鐵、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 64
圖 3.73 材質為灰鑄鐵、碟盤在 時，半徑0.3r、0.5r、0.8r的振動量 64
圖 4.1 將 ANSYS 建立的網格匯入 SYSNOISE 所得到的圖 68
圖4.2 SYSNOISE 分析的圖 69
圖 4.3 摩擦係數為0.3時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 70
圖 4.4 摩擦係數為0.35時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 70
圖 4.5 摩擦係數為0.4時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 71
圖 4.6 摩擦係數為0.45時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 71
圖 4.7 摩擦係數為0.5時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 72
圖 4.8 摩擦係數為0.55時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 72
圖 4.9 施力為100 N時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 73
圖 4.10 施力為200 N時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 73
圖 4.11 施力為300 N時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 74
圖 4.12 施力為400 N時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 74
圖 4.13 小摩擦面積時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 75
圖 4.14 中摩擦面積時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 75
圖 4.15 大摩擦面積時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 76
圖 4.16 材質為不鏽鋼時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 76
圖 4.17 材質為陶瓷時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 77
圖 4.18 材質為灰鑄鐵時，受音面距離碟盤3m、6m、12m所得到的音壓頻譜圖 77





















表目錄
表 3.1 碟盤材質的相關係數 25
表 5.1 在 的位置，改變摩擦係數和碟盤振動量的關係 78
表 5.2 在 的位置，改變摩擦係數和碟盤振動量的關係 78
表 5.3 在 的位置，改變摩擦係數和碟盤振動量的關係 78
表 5.4 在 的位置，改變摩擦係數和碟盤振動量的關係 79
表 5.5 在 的位置，改變施力大小和碟盤振動量的關係 79
表 5.6 在 的位置，改變施力大小和碟盤振動量的關係 79
表 5.7 在 的位置，改變施力大小和碟盤振動量的關係 80
表 5.8 在 的位置，改變施力大小和碟盤振動量的關係 80
表 5.9 在 的位置，改變摩擦面積和碟盤振動量的關係 81
表 5.10 在 的位置，改變摩擦面積和碟盤振動量的關係 81
表 5.11 在 的位置，改變摩擦面積和碟盤振動量的關係 81
表 5.12 在 的位置，改變摩擦面積和碟盤振動量的關係 82
表 5.13 改變摩擦係數和總音壓值的關係 82
表 5.14 改變施力大小和總音壓值的關係 83
表 5.15 改變摩擦面積和總音壓值的關係 83
表 5.16 改變碟盤材質和總音壓值的關係 84

參考文獻

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