通风式制动盘表面对流换热系数研究及散热性能优化

发布时间：2020-06-20 09:18

【摘要】：汽车制动系统是汽车底盘四大系统(传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统)之一。它的主要功能是使行驶中的汽车减速甚至停车以及驻车。汽车制动系统主要由驱动机构和制动器组成。汽车制动过程中,汽车动能主要通过制动器中的制动盘与摩擦衬片间的摩擦作用转换成内能,使制动盘与摩擦衬片的温度急剧升高,而过高的温度会使制动器产生热衰退现象,甚至会导致制动失效。因此,提升制动盘的散热性能至关重要。通风式制动盘带有通风槽结构,在汽车运行过程中,能使空气产生离心力,加快其与空气的对流换热,较实心盘有更好的散热性、抗热衰退性能,得到广泛应用。本文以某车型的前通风式制动盘为研究对象,依据其实际尺寸与结构,建立三维模型。首先,针对通风式制动盘与空气的对流换热问题,分析了其各主要散热面的对流换热特点,基于受迫对流换热原理及准则方程,分别建立通风式制动盘侧面、通风槽、帽部面、边缘面的对流换热系数数学模型。其次,采用数值模拟方法及试验方法验证了所建立的通风式制动盘的表面对流换热系数数学模型的准确性。建立制动盘与空气的流固耦合模型,利用Fluent软件计算了制动盘各主要散热面在不同车速下的表面对流换热系数,与数学模型对比,验证数学模型的准确性。采用温度场的有限元分析方法,设定热载荷及速度边界条件,将建立的通风式制动盘的表面对流换热系数数学模型作为散热边界条件,计算在15次循环制动工况下制动盘的温度变化情况。利用制动器电惯量试验台架对制动器进行15次循环制动实验,测量制动盘的温度变化。将仿真值与实验值对比,间接验证对流换热数学模型的准确性。最后,对不同速度下通风式制动盘通风槽内空气流场进行分析,优化通风流道结构。在制动盘各主要散热面对流换热系数数学模型基础上,建立通风流道的宽度、数目对制动盘冷却率影响的数学模型,找到最优的流道设计方案。对优化后的制动盘在15次循环制动过程中的温度进行计算,其在制动过程中的最高温度明显降低,对通风式制动盘的散热性能优化设计起到了指导作用。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.5
【图文】：

制动蹄片,鼓式制动器,制动鼓,制动轮缸

1图 1-1 汽车制动器的分类鼓式制动器在制动时，制动轮缸活塞动作，推动制动蹄片压迫制动鼓圆周面，制动蹄片与制动鼓摩擦消耗汽车动能，使汽车减速。制动蹄片与鼓摩擦会产生大量热量，由于鼓式制动器几乎封闭的结构特点，使制动鼓擦蹄片的温度急剧升高，易引发热衰退，甚至造成制动失效。盘式制动器在制动时，制动轮缸推动两摩擦衬片压紧制动盘，由于制几乎裸露在空气中，散热性能较鼓式制动器更优。通风式制动盘带有通风构，在汽车运行过程中，能使空气产生离心力，加快其与空气的对流换热实心盘有更好的散热性、抗热衰退性能，得到了广泛应用。我国工信部于年出台标准，明确要求危险品运输车、所有专用校车以及长度大于 9m 的客车的前轮必须装备盘式制动器[1]。

技术路线图,制动盘,通风式,散热面

分别建立通风式制动盘各主要散热面的对流换热系数数学模型。2）考虑制动盘结构参数变化对制动盘表面对流换热系数及散热面积的影响，建立制动盘通风流道的宽度、数目与制动盘冷却率关系的数学模型，更全面准确地反映制动盘结构参数变化对制动盘散热性能的影响。1.5 本文技术路线本文分析通风式制动盘各主要散热面的对流换热特点，基于受迫对流换热准则方程，建立通风式制动盘各主要散热面的对流换热数学模型。利用计算流体动力学技术对通风式制动盘各主要散热面的表面对流换热系数进行数值模拟，对建立的数学模型进行仿真验证。利用有限元热分析方法计算制动盘在 15 次循环制动下的温度场，并在制动器电惯量试验台上对制动器进行试验，对比温度变化数据，并以此来修正最初的数学模型。在建立的高精度模型的基础上，建立制动盘通风槽宽度、数目与冷却率的数学模型，并对其散热性能进行优化。本文的技术路线如图 1-2 所示。

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