汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中輔助散熱系統(tǒng)研究

麥鵬

（西安汽車(chē)科技職業(yè)學(xué)院 710600)

汽車(chē)作為高速運(yùn)動(dòng)的交通工具，必須具備良好的制動(dòng)功能，根據(jù)路況能夠?qū)崿F(xiàn)快速有效的制動(dòng)，產(chǎn)生良好的制動(dòng)效果。當(dāng)車(chē)輛需要長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)，車(chē)輪制動(dòng)器在摩擦力作用下會(huì)產(chǎn)生很多熱量，使制動(dòng)盤(pán)或者制動(dòng)鼓溫度逐漸升高，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)就會(huì)影響制動(dòng)效果，不利于車(chē)輛的制動(dòng)安全。現(xiàn)有的制動(dòng)散熱是通過(guò)制動(dòng)盤(pán)上散熱孔散熱及鼓式制動(dòng)通過(guò)灑水散熱。本文介紹的是另外一種散熱方法：熱傳導(dǎo)散熱。

1 熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng)的構(gòu)成。

該散熱系統(tǒng)是由吸熱片、導(dǎo)熱片和散熱片構(gòu)成。吸熱片安裝于制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)表面，是由導(dǎo)熱效果較好的材料制成，通過(guò)鉚釘固定于制動(dòng)盤(pán)上。車(chē)輛在緊急制動(dòng)時(shí)，吸熱片可以迅速吸收制動(dòng)片與制動(dòng)盤(pán)摩擦產(chǎn)生的熱量。通過(guò)焊接或螺栓固定的方式將導(dǎo)熱片與吸熱片連為一體，利于導(dǎo)熱片及時(shí)將吸熱片吸收的熱量傳遞給散熱片。散熱片固定于車(chē)輛底部，可以做成片狀或柵狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)空氣流經(jīng)該散熱片時(shí)，利用空氣的流動(dòng)將來(lái)自于吸熱片的熱量及時(shí)轉(zhuǎn)移至空氣中，進(jìn)而降低制動(dòng)盤(pán)的熱量。

2 熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng)的工作原理。

該系統(tǒng)是利用溫度由高向低進(jìn)行熱傳遞的原理，空氣流動(dòng)將散熱片上的熱量轉(zhuǎn)移走，加快散熱速度，提高車(chē)輛制動(dòng)效果。車(chē)輛在緊急制動(dòng)和長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，制動(dòng)盤(pán)溫度會(huì)急劇提高。此時(shí)制動(dòng)盤(pán)內(nèi)側(cè)的吸熱片吸收其熱量，提高導(dǎo)熱片將熱量迅速傳至散熱片，在空氣的快速流動(dòng)下將熱量轉(zhuǎn)移至空氣中。

3 熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng)構(gòu)成部件的設(shè)計(jì)

3.1 熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng)構(gòu)成部件外部的設(shè)計(jì)與安裝

制動(dòng)盤(pán)安裝在車(chē)輪中間位置，固定在輪轂上，夾在內(nèi)外摩擦片之間，與車(chē)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)盤(pán)的大部分區(qū)域需要留給制動(dòng)摩擦片，因而吸熱片只能安裝于制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)圈位置。因該區(qū)域有效空間較小，因此需要將吸熱片做成圈片型結(jié)構(gòu)來(lái)增加吸熱面積，通過(guò)鉚釘或者螺栓固定的方式進(jìn)行固定。當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，吸熱片可以隨著制動(dòng)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且不影響摩擦片的正常工作，同時(shí)還可以吸熱，利于制動(dòng)盤(pán)散熱。

由于吸熱片是隨著制動(dòng)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而車(chē)輪懸架結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且占據(jù)空間較大，無(wú)論驅(qū)動(dòng)輪還是從動(dòng)輪，懸架結(jié)構(gòu)都不能隨著車(chē)輛一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此導(dǎo)熱片隨吸熱片轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)受到空間限制。所以設(shè)計(jì)導(dǎo)熱片要根據(jù)不同車(chē)型來(lái)設(shè)計(jì)導(dǎo)熱片的型號(hào)，將導(dǎo)熱片一端與吸熱片進(jìn)行固定，另一端設(shè)計(jì)成環(huán)形結(jié)構(gòu)，通過(guò)軸承將導(dǎo)熱片的兩部分連為一體。一方面可以讓吸熱片有足夠的接觸面積吸取熱量，另一方面利用懸架結(jié)構(gòu)的狹小空間將熱量傳至散熱片或散熱柵。

軸承與導(dǎo)熱片連接處會(huì)因摩擦產(chǎn)生一定熱量，故需要對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑處理。導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)選擇導(dǎo)熱性比較好的材料，而導(dǎo)熱好，耐磨性又差，需對(duì)導(dǎo)熱軸承選擇復(fù)合型材料進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)兩端通過(guò)軸承與吸熱片和散熱片相連。汽車(chē)高速運(yùn)行時(shí)在大氣壓力作用下，汽車(chē)底部空氣流動(dòng)速度比較快，因此散熱片位于車(chē)輛底部可以有效散熱[1]。由于車(chē)輛底部比較容易受到塵埃的覆蓋，所以每次車(chē)輛進(jìn)行保養(yǎng)或洗車(chē)時(shí)，可以用抹布擦拭或水槍沖洗散熱片上的塵埃。

3.2 熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng)構(gòu)成部件內(nèi)部的設(shè)計(jì)與安裝

汽車(chē)在急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大量熱量，為提高制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速散熱，該系統(tǒng)是利用導(dǎo)熱片進(jìn)行散熱的，吸熱片固定在制動(dòng)盤(pán)上吸熱，導(dǎo)熱片傳遞熱量，散熱片在車(chē)輛底部，利用空氣流動(dòng)散熱[2]。但是車(chē)輛底部很容易沾染灰塵，不利于散熱，為提高部件的散熱效果，設(shè)計(jì)該制動(dòng)系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)時(shí)，將吸熱片、導(dǎo)熱片及散熱片設(shè)計(jì)成中空回路連接結(jié)構(gòu)。

3.2.1 設(shè)計(jì)框架

吸熱片、導(dǎo)熱片及散熱片均選用熱傳導(dǎo)性比較好、耐壓強(qiáng)、抗振動(dòng)，及耐機(jī)械壓力的材料構(gòu)成。因制動(dòng)盤(pán)表面空間有限，為提高吸熱片的吸熱效果，可將吸熱片包裹在制動(dòng)盤(pán)內(nèi)圈，充分利用制動(dòng)盤(pán)可利用面積與吸熱片緊密結(jié)合。將吸熱片內(nèi)部設(shè)計(jì)成平行流層的中空模式，讓導(dǎo)熱液體能夠從吸熱片的一側(cè)進(jìn)入吸熱片，充分吸熱后從吸熱片的另外一側(cè)流出。在驅(qū)動(dòng)輪上導(dǎo)熱片固定于軸承外表面，從動(dòng)輪利用懸架結(jié)構(gòu)間隙固定于汽車(chē)底盤(pán)。吸熱片與導(dǎo)熱片間外部采用軸承結(jié)構(gòu)連接，保證了吸熱片隨車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)需求。吸熱片隨著車(chē)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)熱片處于固定狀態(tài)，為保證充分散熱且導(dǎo)熱液體能夠正常流動(dòng)，該軸承連接結(jié)構(gòu)需要精密設(shè)計(jì)。

3.2.2 軸承內(nèi)部導(dǎo)熱油管道的設(shè)計(jì)

軸承連接吸熱片與導(dǎo)熱片，且內(nèi)部為導(dǎo)熱液體提供通道，利于液體在吸熱片、導(dǎo)熱片、散熱片等部件間來(lái)回流動(dòng)，提高散熱效率。該軸承由軸承密封外殼、軸承靜態(tài)部分、軸承動(dòng)態(tài)部分、導(dǎo)熱液壓油管道及滾珠等5部分構(gòu)成。軸承的動(dòng)態(tài)部分與吸熱片連接為一體，可隨制動(dòng)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且該軸承的動(dòng)態(tài)部分分為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外雙層結(jié)構(gòu)均為中空結(jié)構(gòu)，外層與吸熱片液壓管道出油口連接，內(nèi)層與吸熱片液壓油進(jìn)油口連接。軸承的靜態(tài)部分也是內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，內(nèi)、外層結(jié)構(gòu)也是中空設(shè)計(jì)，且該中空結(jié)構(gòu)位置剛好與動(dòng)態(tài)部分液體出入口對(duì)接。

該軸承內(nèi)有動(dòng)、靜態(tài)兩部分液體流動(dòng)端口進(jìn)行密閉性的設(shè)計(jì)，有利于保證軸承的動(dòng)態(tài)部分在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體也能夠在回路中流動(dòng)，增強(qiáng)制動(dòng)盤(pán)的散熱效果。軸承的內(nèi)部動(dòng)、靜態(tài)兩部分機(jī)構(gòu)外有密封殼體，且該殼體外圍通過(guò)滾珠與外圍部件連接，有利于減少軸承內(nèi)部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力，該殼體所起到的作用是將流進(jìn)吸熱片的導(dǎo)熱油密封在內(nèi)部，不與外界聯(lián)系。

為保障液體流動(dòng)的密封性，靜態(tài)部件的出油口、動(dòng)態(tài)部件的入油口設(shè)計(jì)成環(huán)形結(jié)構(gòu)。靜態(tài)出油口少細(xì)小，動(dòng)態(tài)進(jìn)油口稍粗。靜態(tài)出油口直接塞入動(dòng)態(tài)進(jìn)油口內(nèi)[3]。靜態(tài)與動(dòng)態(tài)部件的液體流通的總管道設(shè)計(jì)有止回閥，防止液體回流，從而對(duì)液體流動(dòng)的方向性。同樣，軸承外層結(jié)構(gòu)也是設(shè)計(jì)成與內(nèi)層類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。在外出結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)部件出油口比靜態(tài)部件的進(jìn)油口稍細(xì)，同樣設(shè)計(jì)有止回閥，防止液體回流。

3.2.3 導(dǎo)熱片與散熱片的設(shè)計(jì)

導(dǎo)熱片本身具有較好的散熱效果，為使液體流動(dòng)性好，在導(dǎo)熱片內(nèi)部設(shè)計(jì)2個(gè)油路，該油路一端通過(guò)軸承與吸熱片相連，另一端通過(guò)連接閥與散熱片相連接。散熱片表面設(shè)計(jì)成凹凸不平的結(jié)構(gòu)，有利于增大散熱面積，當(dāng)空氣流經(jīng)車(chē)底時(shí)，利于空氣帶走熱量。散熱片內(nèi)部設(shè)計(jì)成回形管狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)導(dǎo)熱液體在內(nèi)部流通時(shí)可以通過(guò)散熱片散熱。散熱片與導(dǎo)熱片的連接閥設(shè)計(jì)有密封圈，可以實(shí)現(xiàn)部件間的軟接觸，避免部件因車(chē)輛振動(dòng)引起的機(jī)械摩擦。

3.2.4 導(dǎo)熱液體動(dòng)力源的設(shè)計(jì)

為提高液體的流動(dòng)性，吸熱片內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成斜槽結(jié)構(gòu)。當(dāng)車(chē)輪在高速運(yùn)行時(shí)，依靠車(chē)輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)給吸熱片內(nèi)部的導(dǎo)熱油提供甩力，將油從軸承的外部結(jié)構(gòu)的出口甩出，經(jīng)導(dǎo)熱片進(jìn)入散熱片散熱。當(dāng)吸熱片將油甩出時(shí)，內(nèi)部壓力減小，軸承內(nèi)部動(dòng)態(tài)部件的進(jìn)油口可將導(dǎo)熱片出油口的油吸入吸熱片。如此，在車(chē)輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)提供的甩力作用下，導(dǎo)熱油可在吸熱片、導(dǎo)熱片及散熱片間循環(huán)流動(dòng)。

3.3 熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng)構(gòu)成部件保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)輪的導(dǎo)熱片可以順著驅(qū)動(dòng)輪的軸承安裝，從動(dòng)輪的導(dǎo)熱片經(jīng)過(guò)懸架間隙順著汽車(chē)底盤(pán)與散熱片相連。散熱片位于汽車(chē)底盤(pán)下，易受到來(lái)自地面的撞擊。為保證軸承、導(dǎo)熱片及散熱片不受撞擊，在其外圍設(shè)計(jì)有柵形結(jié)構(gòu)，將散熱系統(tǒng)的主要構(gòu)成部件包裹起來(lái)，也不會(huì)影響空氣流通和散熱效果。因散熱部件很容易被灰塵沾染，所以在保養(yǎng)車(chē)量時(shí)，可以通過(guò)拆卸螺栓，取下柵形結(jié)構(gòu)，用抹布擦拭散熱部件表面的灰塵，恢復(fù)散熱系統(tǒng)的散熱效果，進(jìn)而有效避免制動(dòng)盤(pán)過(guò)熱現(xiàn)象，提高車(chē)輛的制動(dòng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)輛安裝的熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng)，可以通過(guò)熱傳遞原理迅速將來(lái)自制動(dòng)盤(pán)與摩擦片之間摩擦所產(chǎn)生的熱量傳至散熱片，在依靠車(chē)輛底部空氣流動(dòng)進(jìn)行快速、有效散熱，進(jìn)而保證車(chē)輛在緊急制動(dòng)或長(zhǎng)距離制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效果，確保車(chē)輛在制動(dòng)時(shí)的行駛安全性。