制动器是保障装置安全运行的重要部件,故对制动器在制动过程中的各项制动特性进行研究以保障制动的快速、有效性已成为一项重要科研项目。各项研究表明,摩擦表面并非越光滑越好,表面沟槽结构具有改变界面接触状态以达到减磨,降噪等的优点。因此,本文基于大功率风电盘式制动器常用的制动工况,通过在制动盘表面建立参数化沟槽,研究了沟槽参数变化对制动过程中各项制动特性的影响,为制动盘摩擦表面的参数化沟槽结构设计及优化提供参考。本文的主要研究内容及结论如下:(1)根据多体动力学理论及某型号风电制动器建立机械总成的制动器刚柔耦合模型,以此模型为基础在制动盘摩擦表面建立参数化沟槽,并在常用制动工况条件下将具有不同参数沟槽的制动盘带入刚柔耦合模型中进行机械动力学仿真,研究制动盘摩擦表面沟槽的参数变化对制动振动特性的影响。研究结果表明:沟槽的角度和截面形状对制动过程的影响较大,而沟槽的宽度和深度对其影响较小;制动过程中制动盘轴向振幅的大小与制动效能相关联,轴向振幅越大,制动效能越高。(2)基于机械动力学仿真结果分析了沟槽参数对摩擦界面间制动力的影响,得出制动盘摩擦表面沟槽的参数变化对摩擦界面间的力波动产生了不同程度的影响;基于碰撞理论分析了沟槽参数对碰撞过程的影响,得出沟槽角度变化对闸片与沟槽的碰撞过程有着较大影响,并对产生此现象的原因进行了数值求解。研究结果表明:一定角度的沟槽使上下摩擦界面间的制动力出现零时段,且上下制动力的零时段差值增大了制动部件的振幅;在一定角度范围内,沟槽角度越大,闸片与沟槽的碰撞过程越剧烈。(3)基于摩擦生热理论及材料热传导条件建立简化的制动器热-力耦合模型,以多体动力学结果中制动盘随时间变化的角速度及轴向振幅作为边界约束条件加载到模型中。通过分析制动部件在制动过程中的温度场及应力场变化,得出在沟槽影响制动振动特性的前提下,沟槽参数变化对摩擦热生成、消散及应力的影响。研究结果表明:制动过程中,制动盘的温度积累值与制动盘的角速度变化相关;制动盘的最大应力多出现在沟槽处,部分参数沟槽的制动盘在摩擦区产生远高于平均值的应力,形成局部热点。(4)通过对比对称-非对称沟槽型制动盘参与制动时的各项制动特性,研究两种结构沟槽对制动过程的影响差异;基于某一基础角度在制动盘摩擦表面建立不同形状的弧型沟槽,研究象限内弧型结构对制动效能的影响;基于偏态分布理论及参数化沟槽对制动过程的影响结果对制动盘表面的沟槽参数进行优化。研究结果表明:制动盘上下摩擦表面非对称结构的沟槽达到了提高制动效能的优势,同时也显著降低了制动盘的轴向振幅;弧型槽对制动效能的影响较高;最优的沟槽基础角度在67°至72°间产生。本文从制动盘表面沟槽对制动过程的动力学影响方面进行研究,得到了沟槽参数变化对制动器的振动特性、制动效能以及制动部件温度、应力变化的影响结果及相关规律,为最终沟槽结构参数的优化及确定提供了理论依据。