探討汽車剎車盤的散熱性能及摩擦性能

王永平 杭州明柯汽車零部件有限公司

探討汽車剎車盤的散熱性能及摩擦性能

王永平 杭州明柯汽車零部件有限公司

在汽車制造業(yè)之中要制造出人們滿意的汽車產(chǎn)品，尤其要關(guān)注汽車剎車盤的制作要求，要全面探討和分析汽車剎車盤結(jié)構(gòu)對汽車制動系統(tǒng)的整體性影響，分析汽車剎車盤的散熱性能及摩擦性能，使之具有足夠高且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、較高的抗熱衰減性，從而滿足人們對汽車使用的安全舒適性要求。

汽車 剎車盤 散熱性能 摩擦性能

一、汽車剎車盤的散熱性能分析

在汽車剎車的過程中，由于剎車盤與剎車片產(chǎn)生摩擦作用，必然生成大量的熱能，由于剎車盤的導(dǎo)熱系數(shù)較高，因而容易在熱量積聚的狀態(tài)下，導(dǎo)致剎車盤出現(xiàn)熱疲勞損壞的現(xiàn)象，極大地威脅人們的行車安全。在對汽車剎車盤的散熱性能研究和分析之中，主要從以下幾個方面進行研究：1.熱傳導(dǎo)。這是在兩個相互接觸的物體之間，因溫度的不同而引發(fā)的熱傳遞現(xiàn)象，它是利用物質(zhì)的分子、原子或電子的移動或振動而進行熱量的傳遞。2.熱對流。這是在運動流體和溫度不同的固體表面之間，進行熱量的傳遞。對于汽車剎車盤而言，盤帽結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的熱對流主要表現(xiàn)為：風道內(nèi)結(jié)構(gòu)的強制熱對流；摩擦制動表面與氣體的相對運動而產(chǎn)生的自然熱對流?？梢酝ㄟ^對汽車剎車盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的改變措施，以提升汽車剎車盤的熱對流量，可以通過在汽車剎車盤的表面劃溝槽、打孔的方式，增加剎車盤的轉(zhuǎn)動速度，增大湍流的強度。3.熱阻。這是指傳熱面上的傳熱難易程度。對于汽車剎車盤而言，熱傳導(dǎo)和熱對流都存在熱阻，可以在設(shè)計汽車剎車盤的時候，綜合比較兩個熱阻的大小，使之達到平衡狀態(tài)。

二、汽車剎車盤的摩擦磨損分析

在汽車剎車盤的摩擦磨損研究中，存在磨粒磨損的情況，即硬顆粒對汽車剎車盤表面的硬突出物或粗糙物的摩擦而導(dǎo)致材料脫落的現(xiàn)象。同時，還有研究提出了第三體的概念，認為汽車剎車盤和剎車片在摩擦過程中脫離摩擦表面的碎屑，對于剎車盤和剎車片的摩擦性能至關(guān)重要，這些要素對于穩(wěn)定汽車剎車盤的摩擦系數(shù)和磨損率有較大的作用，這些第三體在摩擦的過程中由顆粒狀變?yōu)閴簩崰睿瑢τ谄噭x車盤的摩擦磨損性能有極為重要的決定性作用。

同時，帶溝槽剎車盤得到了普遍性的應(yīng)用，目前對于帶溝槽剎車盤的研究主要集中于對帶溝槽離合器和微溝槽的分析，由于離合器的表面溝槽類似于帶溝槽剎車盤表面結(jié)構(gòu)，且在一個圓周之內(nèi)均勻分布有多個溝槽，這對于研究剎車盤的摩擦性能有極為重要的指導(dǎo)意義。

三、汽車剎車盤的結(jié)構(gòu)及性能分析

（一）初步結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于汽車剎車盤的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要涉及以下相關(guān)參數(shù)：盤周總厚度、剎車盤外徑、盤帽厚度、盤帽中心孔等，其初步結(jié)構(gòu)設(shè)計如下所示：

（二）剎車盤應(yīng)力分析。剎車盤制動時必然會受到摩擦力、夾緊力和固定力的作用，這就需要對剎車盤的應(yīng)力加以分析，具體為：（1）安裝孔應(yīng)力。對于剎車盤的安裝孔部位，由于其不同的安裝位置承受的應(yīng)力差別較大，如果應(yīng)力的變化過于劇烈則會引發(fā)剎車盤的疲勞，為此，當鑄鐵壁厚為4～10mm時，應(yīng)力應(yīng)當為270Mpa，并選擇厚度為6mm的盤帽，并在設(shè)計時要減少由盤周向盤帽傳入的熱量，避免出現(xiàn)機械應(yīng)力與熱應(yīng)力疊加的現(xiàn)象。（2）盤周應(yīng)力。盤周摩擦表面的機械應(yīng)力并不明顯，然而由于部分位置與剎車片的微凸體相接觸，產(chǎn)生極大的局部剪切應(yīng)力，引發(fā)局部的超高溫現(xiàn)象，并使制動盤表面在熱應(yīng)力和拉應(yīng)力的循環(huán)交替之下，出現(xiàn)表面裂紋。為此，要合理地分配剎車盤摩擦表面和風道的厚度，適當增加風道的厚度，更好地滿足汽車剎車盤的散熱性能要求。（3）連接位置應(yīng)力。剎車盤帽盤周位置的連接處的應(yīng)力并不大，要適當改變盤帽和盤周連接位置的設(shè)計重點，通過增大連接處的傳熱路徑、減小連接處的厚度等方式，較好地隔絕由盤周傳導(dǎo)而來的熱量。

（三）剎車盤的摩擦磨損試驗?？梢酝ㄟ^模擬剎車片和剎車盤的摩擦生熱實驗，確定剎車盤和剎車片的摩擦系數(shù)，從而更好地明確不同結(jié)構(gòu)剎車盤在摩擦磨損方面的性能和散熱方面的優(yōu)良性能。

通過固化、后熱處理、整形等方式，實現(xiàn)剎車片的試樣制作，其材料主要包括有：增強纖維、粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑和填料。剎車片試樣在未摩擦之前，表面呈現(xiàn)出凹凸不平的狀態(tài)，試驗中的設(shè)備主要采用銷盤式GF150D型定速摩擦磨損試驗機、轉(zhuǎn)子流量計和電子天平，通過實驗可知，無溝槽剎車盤相較于帶溝槽剎車盤而言，其摩擦系數(shù)更高且穩(wěn)定，并且當無溝槽剎車盤處于500r/min～1500r/min時，其摩擦系數(shù)明顯提升。

（四）剎車盤內(nèi)部風道結(jié)構(gòu)。剎車盤的內(nèi)部風道結(jié)構(gòu)主要是用于通風散熱，當風道內(nèi)的熱對流面積大、系數(shù)高時，其熱對流的效果較好，由此可見，風道熱對流的多少對于剎車盤的抗熱衰減性有直接的決定性影響，尤其是汽車處于較長時間的制動且頻繁的剎車狀態(tài)下，要注重剎車盤的熱穩(wěn)定性，要對剎車盤進行優(yōu)化設(shè)計，使之保證最佳的風道結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，避免在過大的夾緊力和摩擦力的作用下導(dǎo)致風道內(nèi)筋出現(xiàn)損壞。

汽車剎車盤的風道厚度和摩擦表面的厚度對于剎車盤的散熱性能有直接的影響，通常來說，風道較厚適宜于長距離的下坡行駛；摩擦表面較厚適宜于緊急剎車。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著汽車使用逐漸普及，我國的汽車制造業(yè)要注重汽車剎車盤的散熱性能和摩擦性能的研究，要分析汽車剎車盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)力狀態(tài)，減少盤帽處因機械應(yīng)力而遭受損壞的現(xiàn)象，并優(yōu)化剎車盤風道內(nèi)部厚度、數(shù)量及長度等，提升剎車盤風道的整體熱對流系數(shù)，從而更好地提升汽車剎車盤的制造性能。

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